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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zum Erfassen von Drücken von fluiden Medien, wie beispielsweise Gasen und Flüssigkeiten, bekannt. Die Messgröße des Drucks ist eine in Gasen und Flüssigkeiten auftretende, allseits wirkende, nicht gerichtete Kraftwirkung. Zur Messung der Drücke gibt es dynamische und statisch wirkende Messwertaufnehmer bzw. Sensorelemente. Dynamisch wirkende Drucksensoren dienen nur zur Messung von Druckschwingungen in gasförmigen oder flüssigen Medien. Die Druckmessung kann direkt, über Membranverformung oder durch einen Kraftsensor erfolgen.
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Insbesondere zur Messung sehr hoher Drücke wäre es ausreichend, einfach einen elektrischen Widerstand dem Medium auszusetzen, denn alle bekannten Widerstände zeigen mehr oder weniger ausgeprägt eine Druckabhängigkeit. Dabei gestalten sich jedoch die Unterdrückung der gleichzeitigen Abhängigkeit der Widerstände von der Temperatur und die druckdichte Durchführung ihrer elektrischen Anschlüsse aus dem Druckmedium heraus als schwierig.
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Die am weitesten verbreiteten Methode der Druckerfassung verwendet daher zur Signalgewinnung zunächst eine dünne Membran als mechanische Zwischenstufe, die einseitig dem Druck ausgesetzt ist und sich unter dessen Einfluss mehr oder weniger durchbiegt. Sie kann in weiten Grenzen nach Dicke und Durchmesser dem jeweiligen Druckbereich angepasst werden. Niedrige Druckmessbereiche führen zu vergleichsweise großen Membranen mit Durchbiegungen, die im Bereich von 0,1 mm bis 1 mm liegen können. Hohe Drücke erfordern jedoch dickere Membranen geringen Durchmessers, die sich meist nur wenige Mikrometer durchbiegen. Derartige Drucksensoren sind beispielsweise aus Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Aufl. 2010, Seiten 80–82 und 134–136 bekannt.
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Die
EP 0 703 613 A2 beschreibt ein Verfahren zum Schützen von elektronischen Bauteilen in sauren und basischen Umgebungen, bei dem die elektronischen Bauteile von einer organischen Polymerkapsel geschützt werden, die einen Puffer enthält.
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Trotz der durch diese Drucksensoren bewirkten Verbesserung besteht nach wie vor ein Optimierungspotenzial bekannter Drucksensoren. So befinden sich in Fluiden, Gasen, Komponenten und Zuleitungen zu den Drucksensoren oft Halogenide. Diese Halogenide wirken in den elektronischen Bauteilen katalytisch und fördern somit deren Korrosion.
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Offenbarung der Erfindung
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Es werden dementsprechend ein Drucksensor zur Erfassung eines Drucks in einem fluiden Medium und ein Verfahren zu dessen Herstellung vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Drucksensor zumindest weitgehend vermeiden und die ein Puffern von Halogeniden in einfacher und zuverlässiger Weise erlauben.
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Ein erfindungsgemäßer Drucksensor zur Erfassung eines Drucks eines fluiden Mediums umfasst ein Sensorgehäuse, mindestens ein Drucksensorelement zur Erfassung eines Drucks des Mediums, ein Premold-Gehäuse zur Aufnahme des Drucksensorelements und einen Druckanschluss, wobei das Sensorgehäuse mit dem Druckanschluss verbunden ist, wobei das Premold-Gehäuse in dem Sensorgehäuse angeordnet ist, wobei das Drucksensorelement in dem Premold-Gehäuse aufgenommen ist, wobei das Premold-Gehäuse dem Drucksensorelement zugewandte Oberflächen aufweist. Dabei sind mindestens die dem Drucksensorelement zugewandten Oberflächen mit Silber beschichtet.
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Das Premold-Gehäuse kann dem Drucksensorelement abgewandte Oberflächen aufweisen, wobei die dem Drucksensorelement abgewandten Oberflächen mit Silber beschichtet sind. Der Druckanschluss kann einen Druckkanal zum Zuführen des fluiden Mediums zu dem Drucksensorelement aufweisen, wobei der Druckkanal von mindestens einer Druckkanalwand begrenzt wird, wobei mindestens die Druckkanalwand mit Silber beschichtet ist. Der Drucksensor kann weiterhin ein in dem Druckkanal angeordnetes Sieb umfassen, wobei das Sieb mit Silber beschichtet ist. Der Drucksensor kann weiterhin einen Schlauch umfassen, der mit dem Druckanschluss verbunden ist, wobei der Schlauch mit Silber beschichtet ist.
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Es wird weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Drucksensors zur Erfassung eines Drucks eines fluiden Mediums vorgeschlagen, wobei der Drucksensor ein Sensorgehäuse, mindestens ein Drucksensorelement zur Erfassung eines Drucks des Mediums, ein Premold-Gehäuse zur Aufnahme des Drucksensorelements und einen Druckanschluss aufweist. Das Verfahren umfasst dabei ein Verbinden des Sensorgehäuses mit dem Druckanschluss, das Anordnen des Premold-Gehäuses in dem Sensorgehäuse sowie das Anordnen des Drucksensorelements in dem Premold-Gehäuse, wobei das Premold-Gehäuse dem Drucksensorelement zugewandte Oberflächen aufweist. Dabei werden mindestens die dem Drucksensorelement zugewandten Oberflächen mit Silber beschichtet.
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Die dem Drucksensorelement zugewandten Oberflächen können mit Silber beschichtet werden, bevor das Premold-Gehäuse in dem Sensorgehäuse angeordnet wird. Das Premold-Gehäuse kann dem Drucksensorelement abgewandte Oberflächen aufweisen, wobei die dem Drucksensorelement abgewandten Oberflächen mit Silber beschichtet werden. Der Druckanschluss kann einen Druckkanal zum Zuführen des fluiden Mediums zu dem Drucksensorelement aufweisen, wobei der Druckkanal von mindestens einer Druckkanalwand begrenzt wird, wobei mindestens die Druckkanalwand mit Silber beschichtet wird. In dem Druckkanal kann ein Sieb angeordnet werden, wobei das Sieb mit Silber beschichtet wird.
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Unter einem Drucksensorelement ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Sensorelement zu verstehen, welches die eigentlichen Messsignale bezüglich des Drucks und/oder der Messwerte liefert, die zur Erfassung des Drucks des fluiden Mediums genutzt werden. Beispielsweise kann das Drucksensorelement eine als Messbrücke ausgebildete Sensormembran mit einem oder mehreren piezoresistiven Elementen und/oder anderen Arten von sensitiven Elementen umfassen, wie dies bei Drucksensoren üblich ist. Für weitere mögliche Ausgestaltungen von derartigen Drucksensorelementen kann auf den oben beschriebenen Stand der Technik, insbesondere auf Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Aufl. 2010, Seiten 80–82 und 134–136, verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich.
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Unter einem Premold-Gehäuse ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse mit vorbereiteten Kontaktmitteln zu verstehen, die in der Regel mit größeren Schaltungsstrukturen, wie beispielsweise Leiterplatten, oder anderen Trägern verbunden werden. Das Drucksensorelement selbst wird üblicherweise mit einem zentralen Bereich des Premold-Gehäuses durch Verkleben einer Seite des Drucksensorelements mit einer vorbereiteten Aufnahmefläche verbunden. Ein derartiges Premold-Gehäuse ist zum Aufnehmen des Drucksensorelements ausgebildet.
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Unter einer Beschichtung mit Silber ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass das Silber lediglich oberflächlich abgeschieden wird. Das Abscheiden kann beispielsweise in Form von Silberpartikeln bzw. Silbernanopartikeln erfolgen. Das Abscheiden kann beispielsweise mittels atmosphärischen Plasmaspritzens erfolgen.
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Unter dem Drucksensorelement zugewandten Oberflächen des Premold-Gehäuses sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung diejenigen Oberflächen des Premold-Gehäuses zu verstehen, die dem Drucksensorelement zuweisen.
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Unter dem Drucksensorelement abgewandten Oberflächen des Premold-Gehäuses sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle Oberflächen des Premold-Gehäuses zu verstehen, die dem Drucksensorelement nicht zuweisen.
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Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist die Abscheidung von Silberpartikeln bzw. Silbernanopartikeln auf der Oberfläche von bestimmten Bereichen des Drucksensors, wie beispielsweise dem Premold-Gehäuse und dem Druckkanal. Eine derartige Abscheidung bewirkt, dass die abgeschiedene Schicht als Halogenidpuffer bzw. Halogenidfänger wirkt. Durch die fehlende Anwesenheit von Halogeniden kann die Lebensdauer des jeweiligen Drucksensors erhöht werden. Des Weiteren wird durch die Beschichtung nur eine geringe Menge an Silber benötigt, so dass eine kostengünstige Herstellung möglich ist. Durch die Verwendung von Partikeln bzw. Nanopartikeln steht im Vergleich zur eingesetzten Silbermasse eine sehr große Oberfläche zur Verfügung, so dass ein großer Effekt bei minimaler Masse an Silber erzielt wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
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Es zeigen:
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1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Drucksensors und
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2 eine perspektivische Ansicht eines Premold-Gehäuses.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Drucksensors 10 zum Erfassen eines Drucks eines fluiden Mediums in einem Messraum gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Drucksensor 10 kann beispielsweise zum Erfassen eines Drucks in einer Kraftstoffleitung eines Verbrennungsmotors oder von Abgasen in einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors ausgebildet sein. Auch andere Anwendungsgebiete für den Drucksensor 10 sind grundsätzlich möglich. Der in 1 gezeigte Drucksensor 10 eignet sich insbesondere zur Partikelfilterdiagnose oder zur Erfassung eines Kraftstoffdrucks.
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Der Drucksensor 10 umfasst ein Sensorgehäuse 12. Das Sensorgehäuse 12 definiert einen Gehäuseinnenraum 14, der auch als Sensorzelle bezeichnet werden kann. Der Drucksensor 10 weist ein Drucksensorelement 16 zur Erfassung des Drucks des fluiden Mediums auf. Der Drucksensor 10 weist weiterhin ein Premold-Gehäuse 18 auf. Das Premold-Gehäuse 18 ist zur Aufnahme des Drucksensorelements 16 ausgebildet. Das Premold-Gehäuse 18 ist in dem Gehäuseinnenraum 14 angeordnet. Beispielsweise ist das Drucksensorelement 16 als Drucksensorchip ausgebildet, der mittels anodischer Bonds auf einem Glasträger montiert ist. Der Drucksensorchip ist wiederum innerhalb des Premold-Gehäuses 18 durch Bonddrähte mit elektrischen Sensoranschlusselementen des Drucksensors 10 elektrisch verbunden, die durch das Sensorgehäuse 12 hindurchragen. Der Drucksensorchip weist beispielsweise eine Membran auf, die auf einer Unterseite von einem Medium beaufschlagt wird, das über einen Druckstutzen, der beispielsweise als zusätzliches Metallröhrchen ausgebildet ist, zugeleitet wird. Die Membran kann sich aufgrund des an ihr wirkenden Drucks des Mediums verbiegen, so dass es durch die Verbiegung zu einem Messsignal kommt, das über die Bonddrähte weitergeleitet wird.
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Der Drucksensor 10 weist weiterhin einen Druckanschluss 20 auf. Der Druckanschluss 20 weist einen Druckkanal 22 zum Zuführen des fluiden Mediums zu dem Drucksensorelement 16 auf. Der Druckkanal 22 wird von einer Druckkanalwand 24 begrenzt. Das Sensorgehäuse 12 ist mit dem Druckanschluss 20 verbunden.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Premold-Gehäuses 18. Das Premold-Gehäuse 18 weist dem Drucksensorelement 16 zugewandte Oberflächen 26 auf. Mindestens die dem Drucksensorelement 16 zugewandten Oberflächen 26 sind mit Silber beschichtet. Zusätzlich können dem Drucksensorelement 16 abgewandte Oberflächen 28 des Permold-Gehäuses 18 mit Silber beschichtet sein.
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Unter Rückkehr zur 1 kann zusätzlich die Druckkanalwand 24 mit Silber beschichtet sein. In dem Druckkanal 22 kann ein Sieb 30, wie beispielsweise ein aus Kunststoff hergestelltes Sieb, angeordnet sein. Das Sieb 30 kann ebenfalls mit Silber beschichtet sein.
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Das Innere des Premold-Gehäuses 18 kann mit einem Gel verfüllt sein, das das Drucksensorelement 16 vor äußeren Einflüssen schützt. Das Gel kann ebenfalls Silberpartikel bzw. Silbernanopartikel aufweisen. Der Drucksensor 10 kann weiterhin einen nicht näher gezeigten Schlauch aufweisen, der mit dem Druckanschluss 20 verbunden ist. Der Schlauch kann ebenfalls mit Silber beschichtet sein. Der Drucksensor 10 kann beispielsweise mehr als einen Druckanschluss 20 aufweisen. Beispielsweise kann der Drucksensor 10 zwei Druckanschlüsse aufweisen (nicht näher gezeigt), so dass Drücke an zwei verschiedenen stellen erfasst werden kann. Eine derartige Ausbildung erlaubt beispielsweise eine Differenzdruckmessung. Eine mögliche Anwendung ist beispielsweise die Druckerfassung vor und nach einem Partikelfilter. In diesem Fall weist der Drucksensor 10 zwei Druckanschlüsse auf. Jeder der Druckanschlüsse ist dann mit einem Schlauch verbunden, der wiederum mit der jeweiligen Stelle verbunden ist, an der der Druck erfasst werden soll.
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Die Beschichtung der oben genannten Bauteile des Drucksensors 10 mit Silber bewirkt ein Abfangen oder Puffern von Halogeniden allgemein nach der Form Ag+ + X– → AgX, wobei X– ein Halogenid ist, wie beispielsweise Cl–, I– oder Br–. Durch das Abfangen bzw. Puffern von Halogeniden kann die Lebensdauer des Drucksensors 10 und insbesondere des Drucksensorelements 16 erhöht werden.
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Nachstehend wird ein Verfahren zum Herstellen des Drucksensors 10 beschrieben. Zunächst wird das Premold-Gehäuse 18 bereitgestellt. Zumindest die dem Drucksensorelement 16 zugewandten Oberflächen 26 des Premold-Gehäuses 18 werden mit Silber beschichtet. Zusätzlich können die dem Drucksensorelement 16 abgewandten Oberflächen 28 mit Silber beschichtet werden. Dann wird das Premold-Gehäuse 18 mit dem Drucksensorelement 16 verbunden, wobei das Drucksensorelement 16 in dem Premold-Gehäuse 18 angeordnet bzw. aufgenommen wird. Das Premold-Gehäuse 18 wird dann in dem Sensorgehäuse 12 angeordnet. Dann wird das Sensorgehäuse 12 mit dem Druckanschluss 20 verbunden. Zusätzlich kann zuvor die Druckkanalwand 24 mit Silber beschichtet werden. Das oben beschriebene Sieb 30 kann ebenfalls mit Silber beschichtet werden und in dem Druckkanal 22 angeordnet werden. Das Beschichten mit Silber kann dabei durch Abscheidung von Silberpartikeln bzw. Silbernanopartikeln auf den entsprechenden Oberflächen erfolgen. Die Abscheidung kann beispielsweise mittels atmosphärischen Plasmaspritzens erfolgen. Beim atmosphärischen Plasmaspritzen werden partikelförmige Ausgangsstoffe in einem Plasmastrahl, der durch Ionisation eines Gasstroms erzeugt wird, aufgeschmolzen und auf das zu beschichtende Bauteil hin beschleunigt. Vielfältige Prozessparameter wie die Gaszusammensetzung, der Gasfluss, der Strom, die Spritzdistanz, die Partikelgrößenverteilung, der Trägergasfluss, der Umgebungsdruck usw. beeinflussen das Aufschmelzen und die Geschwindigkeit der Partikel und haben so einen signifikanten Einfluss auf die resultierende Mikrostruktur. Die Plasma- und die Partikeleigenschaften im Fluge können analysiert werden, um ein verbessertes Verständnis der Prozesse zu erhalten und die Qualität zu sichern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Aufl. 2010, Seiten 80–82 und 134–136 [0003]
- Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Aufl. 2010, Seiten 80–82 und 134–136 [0011]
