DE102016113209A1

DE102016113209A1 - Drucksensor

Info

Publication number: DE102016113209A1
Application number: DE102016113209.8A
Authority: DE
Inventors: Vladislav Falk; Zoran Djordjevic; Siegmund Schlüter
Original assignee: Sensata Germany GmbH
Current assignee: Sensata Germany GmbH
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2018-01-18
Also published as: GB2554973B; GB201711263D0; GB2554973A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor zum Messen des Drucks eines Fluids, insbesondere einen Sauerstoffhochdrucksensor, mit einem Druckmessumformer, welcher einen Druckport mit einem Druckkanal und eine Druckmesszelle aufweist, wobei der Druckmesszelle das Fuid durch den Druckkanal zuleitbar ist und wobei die Druckmesszelle an dem Druckport befestigt ist, und einem Gehäuse, welches an dem Druckmessumformer angebracht ist. Der Drucksensor zeichnet sich dadurch aus, dass die Druckmesszelle aus einem ersten Material und der Druckport aus einem zweiten Material hergestellt ist, wobei das erste und das zweite Material jeweils eine Kupfer-Nickel-Legierung ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drucksensor zum Messen des Drucks eines Fluids, insbesondere einen Sauerstoffhochdrucksensor. Der Drucksensor umfasst einen Druckmessumformer, welcher einen Druckport mit einem Druckkanal und eine Druckmesszelle aufweist, wobei der Druckmesszelle das Fluid durch den Druckkanal zuleitbar ist und wobei die Druckmesszelle an dem Druckport befestigt ist. Der Drucksensor umfasst ferner ein Gehäuse, welches an dem Druckmessumformer angebracht ist.
Drucksensoren zum Messen des Drucks eines Fluids werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt und dienen dazu, den Druck des Fluids in ein Messsignal zu wandeln und das Messsignal z.B. mittels eines elektrischen Signals auszugeben. Zur Messung des Fluiddrucks wird eine Seite einer Messmembran der Druckmesszelle mit dem Fluid beaufschlagt, das über den Druckkanal der Druckmesszelle und damit der Messmembran zugeleitet wird. Die andere Seite der Membran, die dem Fluid abgewandt ist, ist einem Referenzdruck ausgesetzt, insbesondere dem hydrostatischen Druck der den Sensor umgebenden Atmosphäre. Bei einer Druckdifferenz zwischen ihren beiden Seiten wird die Messmembran mechanisch ausgelenkt. Diese Auslenkung wird erfasst und in das Messsignal gewandelt. Anhand des Messsignals bzw. des gemessenen Drucks können dann z.B. verfahrenstechnische Prozesse und dergleichen gesteuert und überwacht werden.
Abhängig von der Art des zu messenden Fluids kann das Problem auftreten, dass ein Material des Drucksensors, welches mit dem Fluid in Kontakt kommt, von dem Fluid chemisch verändert und insbesondere korrodiert wird. Eine solche Korrosion kann beispielsweise durch (reinen) Sauerstoff ausgelöst werden. Die chemische Veränderung oder Korrosion ist unerwünscht, da hierdurch die strukturelle Integrität des Drucksensors geschwächt werden kann und die Lebensdauer des Drucksensors vermindert wird. Zudem besteht die Gefahr, dass der Drucksensor dem Druck des Fluids plötzlich nicht mehr standhalten kann.
Es ist deshalb die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, einen Drucksensor anzugeben, welcher unempfindlich gegen korrosives Fluid ist und insbesondere auch hohem Druck standhält.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Drucksensor gemäß Anspruch 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass die Druckmesszelle aus einem ersten Material und der Druckport aus einem zweiten Material hergestellt ist, wobei das erste und das zweite Material jeweils eine Kupfer-Nickel-Legierung ist.
Insbesondere sind also die Teile des Drucksensors, die mit dem Fluid in Kontakt kommen, d.h. die Druckmesszelle und der Druckport, insbesondere jeweils vollständig, aus der Kupfer-Nickel-Legierung bzw. dem ersten oder zweiten Material hergestellt. Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass eine Kupfer-Nickel-Legierung besonders unempfindlich gegen Korrosion ist und sich deshalb beispielsweise zur Messung des Drucks von Sauerstoff eignet. Eine Korrosion kann durch die Kupfer-Nickel-Legierung nahezu ausgeschlossen werden.
Im Vergleich z.B. zur Herstellung eines Drucksensors aus einem Stahl, der Kohlenstoff enthält, kann der erfindungsgemäße Drucksensor besonders gut zur Sauerstoffhochdruckmessung verwendet werden, da die jeweilige Kupfer-Nickel-Legierung zumindest im Wesentlichen keinen Kohlenstoff enthält und deshalb zumindest im Wesentlichen nicht mit dem Sauerstoff reagiert. Die Kupfer-Nickel-Legierung besitzt einen deutlich höheren Verbrennungswiderstand als z.B. Edelstahl. Ein Verbrennen der Kupfer-Nickel-Legierung mit dem Sauerstoff kann daher nahezu ausgeschlossen werden.
Durch die Verwendung der Kupfer-Nickel-Legierung und der damit nahezu ausgeschlossenen Reaktion mit Sauerstoff kann zudem die Zulassung des Drucksensors für Sauerstoffanwendungen deutlich vereinfacht und beschleunigt werden.
Insbesondere kann der Drucksensor eingerichtet sein, einen Druck von bis zu 260 bar, bevorzugt von bis zu 300 bar, bevorzugt von bis zu 370 bar, bevorzugt von bis zu 450 bar zu messen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind der Beschreibung, den Zeichnungen sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Es ist von Vorteil, wenn das erste und das zweite Material so gewählt werden, dass z.B. die Druckmesszelle, die üblicherweise eine geringere Wandstärke aufweist als der Druckport, aus einem stabileren Material hergestellt ist als der Druckport. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Drucksensor auch besonders hohem Druck standhalten. Insbesondere lassen sich durch die Wahl des zweiten Materials auch Herstellungskosten einsparen, da die Anforderungen an das zweite Material geringer sind. Es ist daher bevorzugt, wenn die Zusammensetzungen des ersten und des zweiten Materials unterschiedlich voneinander sind. Grundsätzlich können das erste Material und das zweite Material aber auch identisch sein.
Es ist weiter bevorzugt, wenn zumindest das erste Material Aluminium umfasst, insbesondere das erste Material und das zweite Material Aluminium umfassen, wobei bevorzugt das erste Material einen höheren Anteil an Aluminium umfasst als das zweite Material. Durch den Zusatz von Aluminium kann die Festigkeit der jeweiligen Kupfer-Nickel-Legierung gesteigert werden, wobei – zumindest in einem gewissen Bereich – die Festigkeitssteigerung umso höher ist, je mehr Aluminium zugegeben wird. Durch die Verwendung von Aluminium (wenn das zweite Material kein Aluminium enthält) oder von höheren Anteilen von Aluminium (wenn das zweite Material auch Aluminium enthält) kann das erste Material mechanisch härter als das zweite Material ausgebildet werden. Dies ist deshalb von Vorteil, da die Druckmesszelle, insbesondere eine Messmembran der Druckmesszelle, üblicherweise eine geringere Wandstärke aufweist als der Druckport, aber dem gleichen Druck standhalten muss und die Auslenkung der Messmembran in einem messtechnisch erforderlichen Bereich gehalten werden soll. Insofern ist die Eigenschaft des ersten Materials an die Form und Größe der Druckmesszelle angepasst.
Besonders bevorzugt ist das erste Material eine Kupfer-Nickel-Legierung, die einen Gewichtsanteil von zumindest 60% Nickel, zwischen 25% und 35% Kupfer, maximal 2,5% Eisen sowie zwischen 2% und 4% Aluminium umfasst. Alternativ oder zusätzlich ist das zweite Material eine Kupfer-Nickel-Legierung, die einen Gewichtsanteil von zumindest 60% Nickel, zwischen 25% und 35% Kupfer, maximal 3% Eisen und maximal 1% Aluminium umfasst. Wie bereits ausgeführt, kann das erste Material durch den erhöhten Aluminiumanteil eine höhere Festigkeit aufweisen als das zweite Material. Insbesondere umfasst das erste Material zwischen 0,35% und 0,85% Titan. Durch die Beimengung von Titan kann die Festigkeit des ersten Materials weiter erhöht werden.
Bei dem ersten Material handelt es sich somit insbesondere um Monel K-500 und bei dem zweiten Material um Monel 400.
Bevorzugt umfasst die Druckmesszelle eine Messmembran, wobei die Messmembran auf einer dem Druckkanal abgewandten Seite drucksensitive Elemente aufweist. Bei den drucksensitiven Elementen kann es sich z.B. um Dehnungsmessstreifen, insbesondere dehnungsabhängige Widerstände, handeln, die bevorzugt eine insbesondere Wheatstonesche Messbrücke bilden. Die drucksensitiven Elemente können beispielsweise mittels Dünnfilmtechnik auf die Messmembran aufgebracht sein.
Bei einer Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Messmembran wird die Messmembran mechanisch ausgelenkt. Diese Auslenkung wird durch die drucksensitiven Elemente erfasst. Aus den Signalen der drucksensitiven Elemente kann dann auf den Fluiddruck rückgeschlossen werden.
Besonders bevorzugt ist die Druckmesszelle mit dem Druckport direkt stoffschlüssig verbunden. Beispielsweise kann die Druckmesszelle mit dem Druckport direkt verschweißt sein, z.B. mittels Widerstandsschweißens und insbesondere Kondensatorentladungsschweißens. Bei dem Verschweißen von Druckmesszelle und Druckport werden also das erste und das zweite Material miteinander verschweißt und bilden eine direkte stoffschlüssige Verbindung.
Bei der direkten stoffschlüssigen Verbindung ist von Vorteil, dass z.B. auf Elastomerdichtungen und dergleichen verzichtet werden kann, so dass das Fluid bevorzugt ausschließlich mit dem ersten und dem zweiten Material in Kontakt kommt. Somit gerät das Fluid mit keinem Material in Kontakt, welches Kohlenstoff enthält.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Druckport eine, insbesondere kegelstumpfförmige, Erhöhung auf, an welcher die Druckmesszelle befestigt ist. Die Erhöhung kann im Bereich einer Ebene der Oberfläche des Druckports angeordnet sein. Der Druckport kann im Bereich der kegelstumpfförmigen Erhöhung mit der Druckmesszelle verschweißt sein. Die kegelstumpfförmige Erhöhung kann um den Druckkanal herum angeordnet sein, d.h. der Druckkanal befindet sich zentral in der Mitte der Erhöhung.
Die Druckmesszelle ist bevorzugt zumindest bereichsweise hohlzylinderförmig geformt, so dass die Druckmesszelle mit einer Kante einer Endfläche an der Erhöhung anliegen kann und mit der Erhöhung insbesondere eine kreisförmige Verbindungslinie aufweist. Aufgrund dieser linienförmigen Verbindung zwischen Kegelstumpf und Druckmesszelle ist die Kontaktfläche (d.h. die Schweißgeometrie), an welcher sich Druckmesszelle und Druckport vor dem Verschweißen berühren, sehr gering. Durch die geringe Kontaktfläche eignet sich diese linienförmige Verbindung besonders für das Widerstandsschweißen und insbesondere das Kondensatorentladungsschweißen, welche hohe Stromdichten benötigen. Beim Verschweißen von Druckmesszelle und Druckport können dann das erste und/oder das zweite Material kurzzeitig verflüssigt werden und so die stoffschlüssige Verbindung herstellen. Nach dem Verschweißen kann die Kontaktfläche zwischen Druckmesszelle und Druckport deutlich vergrößert sein.
Die Druckmesszelle kann insbesondere als Drehteil hergestellt sein und eine Innenbohrung (d.h. eine Aussparung) umfassen, die den Druckkanal mit der Messmembran verbindet. Die von Innenbohrung und Endfläche gebildete Kante kann vor dem Verschweißen an der Erhöhung des Druckports anliegen.
Der Druckkanal kann sich bevorzugt geradlinig durch den Druckport hindurch erstrecken. Insbesondere kann der Druckkanal so eine Achse definieren. Die Oberfläche der kegelstumpfförmigen Erhöhung kann einen Winkel mit der Achse einschließen, welcher bevorzugt 75° +/– 10° beträgt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Druckkanal ein Durchflussbegrenzer angeordnet, welcher den Druckkanal verengt und insbesondere aus Messing geformt ist. Der Durchflussbegrenzer dient dazu, den Durchsatz des Fluids und damit die austretende Menge des Fluids zu verringern, wenn z.B. ein Leck in der Druckmesszelle vorliegt. Der Durchflussbegrenzer weist insbesondere eine zylindrische Form auf und umfasst ein Durchgangsloch. Das Durchgangsloch kann an seiner engsten Stelle z.B. einen Durchmesser von etwa 0,2 mm aufweisen. Alternativ zu der Ausbildung aus Messing kann der Durchflussbegrenzer auch aus dem ersten oder dem zweiten Material hergestellt sein. Der Durchmesser des Durchgangslochs kann je nach Anwendung unterschiedlich groß ausgebildet sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse aus einem dritten Material geformt, vorzugsweise aus einem insbesondere austenitischen Edelstahl. Insbesondere kann es sich bei dem dritten Material um einen nicht rostenden austenitischen Stahl (Edelstahl 1.4301) handeln. Da das Gehäuse nicht mit dem Fluid in Kontakt gerät, ist es nicht notwendig, dass das Gehäuse aus dem ersten oder dem zweiten Material hergestellt ist und somit insbesondere keinen Kohlenstoff aufweist.
Bevorzugt umfasst der Druckport eine, insbesondere ringförmige, Abschrägung, an welcher das Gehäuse mit dem Druckport stoffschlüssig verbunden und insbesondere verschweißt ist. Der Druckport kann beispielsweise eine umlaufende Abschrägung aufweisen, wodurch mit dem Gehäuse eine umlaufende Kontaktfläche in Form einer Berührungslinie geschaffen wird, die sich wiederum besonders zum Verschweißen mittels Widerstandsschweißen, insbesondere Kondensatorentladungsschweißens, eignet. Die Abschrägung kann eine umlaufende abgeschrägte Fläche aufweisen, welche mit der von dem Druckkanal definierten Achse einen Winkel von 45° +/– 10° einschließt. An der Abschrägung kann vor dem Verschweißen eine umlaufende rechtwinklige Kante des Gehäuses anliegen, wobei das Material im Bereich der rechtwinkligen Kante mit dem Druckport verschweißt wird.
Bei dem Drucksensor können also das erste und das zweite Material sowie das zweite und das dritte Material miteinander verschweißt sein. Aufgrund der Schweißverbindungen wird ein mechanisch sehr stabiler Drucksensor geschaffen, wobei zugleich jeweils dasjenige Material für die Druckmesszelle, den Druckport und das Gehäuse verwendet wird, welches sich für die jeweilige Komponente am besten eignet.
Bevorzugt ist an dem Druckport eine Leiterplatte mit Auswerteelektronik angeordnet, wobei die Leiterplatte eine, insbesondere kreisförmige, Ausnehmung umfasst, in welche die Druckmesszelle hineinragt. Die Leiterplatte wertet bevorzugt die drucksensitiven Elemente aus und gibt ein Drucksignal (Messsignal) aus. Das Drucksignal kann insbesondere ein digitales Signal sein.
Aufgrund der Ausnehmung berührt die Leiterplatte die Druckmesszelle bevorzugt nicht. Auf diese Weise kann eine Krafteinkopplung von der Leiterplatte in die Druckmesszelle unterbunden werden, wodurch Messartefakte vermieden werden können. Die Leiterplatte ist bevorzugt mittels Bonddrähten und Bondverbindungen elektrisch mit der Druckmesszelle verbunden. Um die Herstellung der Bondverbindungen zu vereinfachen, kann die Druckmesszelle soweit in die Ausnehmung hineinragen, dass die Messmembran der Druckmesszelle etwa in einer Ebene mit der Leiterplatte angeordnet ist.
Ebenfalls bevorzugt sind ein zwischen Druckport und Leiterplatte definierter Raum und/oder ein von Gehäuse und Leiterplatte begrenzter Raum zumindest bereichsweise mit einer ersten Vergussmasse gefüllt. Die erste Vergussmasse kann die Leiterplatte fixieren und auch die Bonddrähte und die Auswerteelektronik vor mechanischen Beschädigungen schützen.
Weiter bevorzugt ist ein von dem Gehäuse und der ersten Vergussmasse begrenzter Raum zumindest bereichsweise mit einer zweiten Vergussmasse gefüllt, wobei die zweite Vergussmasse bevorzugt härter ist als die erste Vergussmasse. Angrenzend an die erste Vergussmasse kann also die zweite Vergussmasse vorgesehen sein, die aufgrund ihrer höheren Härte als die erste Vergussmasse einen erhöhten mechanischen Schutz bereitstellt. Aufgrund der geringeren Härte der ersten Vergussmasse kann die erste Vergussmasse weicher sein und somit weniger Kräfte in die Druckmesszelle einleiten, wodurch wiederum Messartefakte unterdrückt werden können.
Bevorzugt ist die äußere Form des Drucksensors zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut, wobei ein Zentrum des Druckkanals, d.h. die oben erwähnte Achse, die Rotationsachse bildet. Bevorzugt können der Druckport und/oder die Druckmesszelle rotationssymmetrisch ausgebildet sein.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors, bei welchem

– an einem Druckport eine Erhöhung, insbesondere in Form eines Kegelstumpfs, gebildet wird,
– auf die Erhöhung eine Druckmesszelle aufgesetzt wird, und
– die Druckmesszelle mit der Erhöhung stoffschlüssig verbunden wird, insbesondere mittels Widerstandsschweißens und bevorzugt mittels Kondensatorentladungsschweißens, wobei die Druckmesszelle aus einem ersten Material und der Druckport aus einem zweiten Material gebildet sind, wobei bevorzugt das erste und das zweite Material jeweils eine Kupfer-Nickel-Legierung ist.

Wie bereits ausgeführt, kann durch die Erhöhung eine geringe Kontaktfläche zwischen der Druckmesszelle und dem Druckport geschaffen werden, die sich besonders gut für das Kondensatorentladungsschweißen eignet. Die Randbedingungen für das Kondensatorentladungsschweißen können beispielsweise mittels einer Finite Elemente-Simulation (FEM-Simulation) berechnet werden. Mittels der Simulation kann zusätzlich auch eine Sensitivität der Messmembran bestimmt werden.
Nach dem Verschweißen von Druckmesszelle und Druckport können anschließend das Gehäuse und der Druckport in der oben erläuterten Art und Weise miteinander verschweißt werden.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird der Druckkanal nach dem Verschweißen von Druckport und Druckmesszelle zunächst gereinigt. Anschließend wird der Durchflussbegrenzer in den Druckkanal eingesetzt und insbesondere eingepresst.
Bevorzugt kann durch die Reinigung des Druckkanals die Reinheit der Medium berührenden Oberflächen gemäß ISO 15001 sichergestellt werden. Wie der Druckkanal, so können auch sämtliche mit dem Fluid in Berührung kommenden Oberflächen der Druckmesszelle gereinigt werden.
Durch den Reinigungsschritt können Verunreinigungen des Druckkanals, z.B. Rückstände von Schmieröl, und damit insbesondere Verunreinigungen die Kohlenstoff enthalten, aus dem Druckkanal entfernt werden. Für die Verwendung des Drucksensors zur Sauerstoffhochdruckmessung sind danach deshalb keine weiteren besonderen Vorkehrungen zu treffen.
Im Übrigen gelten die zu dem erfindungsgemäßen Drucksensor getroffenen Aussagen für das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend, insbesondere hinsichtlich Vorteilen sowie bevorzugten Ausführungsformen und Ausgestaltungen.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Drucksensor in perspektivischer Schnittansicht;
2 einen Druckport des Drucksensors gemäß 1 in perspektivischer Schnittansicht;
3 eine Druckmesszelle des Drucksensors gemäß 1 in perspektivischer Schnittansicht; und
4 den Drucksensor gemäß 1 in perspektivischer Schnittansicht, welcher mit einer ersten und einer zweiten Vergussmasse gefüllt ist.
1 zeigt einen Drucksensor 10, welcher sich insbesondere für die Sauerstoffhochdruckmessung eignet. Der Drucksensor 10 umfasst einen Druckmessumformer 12, welcher einen Druckport 14 und eine Druckmesszelle 16 aufweist. Der Druckport 14 umfasst ein Gewinde 18, mit welchem der Drucksensor 10 z.B. an eine Druckleitung (nicht gezeigt) anschraubbar ist.
Durch den Druckport 14 hindurch erstreckt sich ein Druckkanal 20, der ein von der Druckleitung bereitgestelltes Fluid der Druckmesszelle 16 zuführt. Die Druckmesszelle 16 umfasst in ihrem Inneren eine Aussparung 22, welche durch eine Messmembran 24 begrenzt wird. Der Druckkanal 20 geht in die Aussparung 22 über, sodass durch den Druckkanal 20 strömendes Fluid zu der Messmembran 24 gelangen kann. Die Messmembran 24 kann durch Druck des Fluids verformt werden.
Um die Druckmesszelle 16 mit dem Druckport 14 zu verbinden, umfasst der Druckport 14 eine kegelstumpfförmige Erhöhung 26, welche genauer in 2 gezeigt ist. Zentral in der kegelstumpfförmigen Erhöhung 26 ist der Druckkanal 20 angeordnet. Auf die kegelstumpfförmige Erhöhung 26 ist die Druckmesszelle 16 aufgesetzt.
Die Druckmesszelle 16 ist in 3 genauer gezeigt, wobei aus 3 ersichtlich ist, dass auf der Messmembran 24 drucksensitive Elemente 28 angebracht sind. Die Druckmesszelle 16 weist eine bereichsweise hohlzylinderförmige Form auf, wobei die Aussparung 22 zentral in dem Hohlzylinder angeordnet und als Innenbohrung ausgeführt ist. Eine – in 3 untere – Endseite der Druckmesszelle 16 weist eine ebene Fläche auf, die durch die Aussparung 22 unterbrochen ist. Durch die Aussparung 22 wird eine rechtwinklige Kante 30 gebildet.
Die rechtwinklige Kante 30 sitzt auf der kegelstumpfförmigen Erhöhung 26 auf, wie dies in 1 gezeigt ist. Zur stoffschlüssigen Verbindung von Druckmesszelle 16 und Druckport 14 wird ein Kondensatorentladungsschweißen verwendet, wobei die rechtwinklige Kante 30 mit der kegelstumpfförmigen Erhöhung 26 vor dem Verschweißen zunächst nur eine linienförmige Kontaktfläche bildet. In dieser Kontaktfläche können sehr hohe Stromdichten erzeugt werden, was zur Verflüssigung des Materials der Druckmesszelle 16 und des Druckports 14 führt, wodurch ein Verschweißen auf einfache Weise möglich ist.
Der Druckport 14 ist aus Monel 400 hergestellt, wohingegen die Druckmesszelle 16 aus Monel K-500 gefertigt ist. Monel K-500 besitz eine größere Härte, so dass dieses Material besonders für die Druckmesszelle 16 geeignet ist, da die Druckmesszelle 16 geringere Wandstärken aufweist als der Druckport 12.
An dem Druckport 14 liegt eine Leiterplatte 32 auf. Genauer gesagt liegt die Leiterplatte 32 auf einer Auflagefläche 34 auf. Die Auflagefläche 34 ist in 2 gezeigt. Die Leiterplatte 32 ist mit der Auflagefläche 34 mittels eines Klebstoffs verbunden, welcher unter Wärmeeinwirkung ausgehärtet wird.
Die Leiterplatte 32 weist eine zentrale kreisförmige Ausnehmung 36 auf, die in 1 dargestellt ist. In die zentrale kreisförmige Ausnehmung 36 ragt die Druckmesszelle 16 hinein. Die Druckmesszelle 16 ist elektrisch mittels (nicht gezeigten) Bonddrähten mit der Leiterplatte 32 verbunden. Von der Leiterplatte 32 bzw. der Auswerteelektronik ermittelte Messdaten werden mittels eines Daten- und Versorgungskabels 38 ausgegeben. Das Daten- und Versorgungskabel 38 ist mit einem JST-Stecker 40 (Japan Solderless Terminal) elektrisch mit der Leiterplatte 32 gekoppelt.
An den Druckport 14 ist ein Gehäuse 42 angeschweißt. Das Gehäuse 42 ist aus einem Edelstahl hergestellt und weist bereichsweise eine hexagonale äußere Form auf. Die hexagonale Form kann als Einschraubhilfe für das Gewinde 18 dienen.
Das Gehäuse 42 wird zum Verschweißen mit dem Druckport 14 an eine abgeschrägte Fläche 44 des Druckports 14 angelegt (2). An der abgeschrägten Fläche 44 liegt dann eine Kante des Gehäuses 42 an, so dass sich wiederum eine sehr kleine Kontaktfläche ergibt, die ein Verschweißen von Gehäuse 42 und Druckport 14 auf einfache Weise mittels Kondensatorentladungsschweißens ermöglicht.
Die äußere Form des Drucksensors 10 ist zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch aufgebaut, wobei ein Zentrum des Druckkanals die Rotationsachse bildet.
Nach dem Verschweißen von Gehäuse 42 und Druckport 14 wird ein von der Leiterplatte 32 und dem Druckport 14 sowie ein von der Leiterplatte 32 und dem Gehäuse 42 begrenzter Raum mit einer ersten Vergussmasse 46 gefüllt. Die Vergussmasse 46 ist in 4 dargestellt. Auf die erste Vergussmasse 46 wird anschließend noch eine zweite Vergussmasse 48 aufgebracht, die das Gehäuse 42 bündig abschließt. Die zweite Vergussmasse 48 weist eine größere Härte auf als die erste Vergussmasse 46. Bei den Vergüssen kann es sich jeweils um eine Vergussmasse aus einem Silikon handeln.
Abschließend wird bei der Fertigung des Drucksensors 10 der Druckkanal 20 und das Innere der Druckmesszelle 16 (d.h. die Aussparung 22) gereinigt und in den Druckkanal 20 ein Durchflussbegrenzer 50 aus Messing eingepresst.
Der Drucksensor 10 ist damit bereit zur Sauerstoffhochdruckmessung, wobei durch die Verwendung von Monel für die Druckmesszelle 16 und den Druckport 14 das Fluid (d.h. der Sauerstoff) nicht mit Komponenten des Drucksensors 10 in Kontakt gerät, die Kohlenstoff enthalten.
Bezugszeichenliste

10: Drucksensor
12: Druckmessumformer
14: Druckport
16: Druckmesszelle
18: Gewinde
20: Druckkanal
22: Aussparung
24: Messmembran
26: kegelstumpfförmige Erhöhung
28: drucksensitives Element
30: rechtwinklige Kante
32: Leiterplatte
34: Auflagefläche
36: Ausnehmung
38: Daten- und Versorgungskabel
40: JST-Stecker
42: Gehäuse
44: abgeschrägte Fläche
46: erste Vergussmasse
48: zweite Vergussmasse
50: Durchflussbegrenzer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 15001 [0036]

Claims

Drucksensor (10) zum Messen des Drucks eines Fluids, insbesondere Sauerstoffhochdrucksensor, mit einem Druckmessumformer (12), welcher einen Druckport (14) mit einem Druckkanal (20) und eine Druckmesszelle (16) aufweist, wobei der Druckmesszelle (16) das Fuid durch den Druckkanal (20) zuleitbar ist und wobei die Druckmesszelle (16) an dem Druckport (14) befestigt ist, und einem Gehäuse (42), welches an dem Druckmessumformer (12) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesszelle (16) aus einem ersten Material und der Druckport (14) aus einem zweiten Material hergestellt ist, wobei das erste und das zweite Material jeweils eine Kupfer-Nickel-Legierung ist.
Drucksensor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzungen des ersten und des zweiten Materials unterschiedlich voneinander sind.
Drucksensor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Material Aluminium umfasst, insbesondere das erste Material und das zweite Material Aluminium umfassen, wobei bevorzugt das erste Material einen höheren Anteil an Aluminium umfasst als das zweite Material.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material eine Kupfer-Nickel-Legierung ist, die einen Gewichtsanteil von zumindest 60% Nickel, zwischen 25% und 35% Kupfer, maximal 2,5% Eisen sowie zwischen 2% und 4% Aluminium umfasst und/oder das zweite Material eine Kupfer-Nickel-Legierung ist, die einen Gewichtsanteil von zumindest 60% Nickel, zwischen 25% und 35% Kupfer, maximal 3% Eisen und maximal 1% Aluminium umfasst.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesszelle (16) eine Messmembran (24) umfasst, wobei die Messmembran (24) auf einer dem Druckkanal (20) abgewandten Seite drucksensitive Elemente (28) aufweist.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesszelle (16) mit dem Druckport (14) direkt stoffschlüssig verbunden ist.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckport (14) eine, insbesondere kegelstumpfförmige, Erhöhung (26) aufweist, an welcher die Druckmesszelle (16) befestigt ist.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Druckkanal (20) ein Durchflussbegrenzer (50) angeordnet ist, welcher den Druckkanal (20) verengt und insbesondere aus Messing geformt ist.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (42) aus einem dritten Material geformt ist, vorzugsweise aus einem insbesondere austenitischen Edelstahl.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckport (14) eine, insbesondere ringförmige, Abschrägung (44) umfasst, an welcher das Gehäuse (42) mit dem Druckport (14) stoffschlüssig verbunden und insbesondere verschweißt ist.
Drucksensor (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Druckport (14) eine Leiterplatte (32) mit Auswerteelektronik angeordnet ist, wobei die Leiterplatte (32) eine Ausnehmung (36) umfasst, in welche die Druckmesszelle (16) hineinragt.
Drucksensor (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen Druckport (14) und Leiterplatte (32) definierter Raum und/oder ein von Gehäuse (42) und Leiterplatte (32) begrenzter Raum mit einer ersten Vergussmasse (46) gefüllt ist.
Drucksensor (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem Gehäuse (42) und der ersten Vergussmasse (46) begrenzter Raum mit einer zweiten Vergussmasse (48) gefüllt ist, wobei die zweite Vergussmasse (48) bevorzugt härter ist als die erste Vergussmasse (46).
Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors (10), bei welchem – an einem Druckport (14) eine Erhöhung (26), insbesondere in der Form eines Kegelstumpfs, gebildet wird, – auf die Erhöhung (26) eine Druckmesszelle (16) aufgesetzt wird und – die Druckmesszelle (16) mit der Erhöhung (26) stoffschlüssig verbunden wird, insbesondere mittels Kondensatorentladungsschweißens, wobei die Druckmesszelle (16) aus einem ersten Material und der Druckport (14) aus einem zweiten Material gebildet sind, wobei bevorzugt das erste und das zweite Material jeweils eine Kupfer-Nickel-Legierung ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckkanal (20) des Drucksensors (10) zuerst gereinigt wird und anschließend ein Durchflussbegrenzer (50) in den Druckkanal (20) eingesetzt wird.