DE102016209538A1

DE102016209538A1 - Pressure sensor for detecting a pressure of a fluid medium in a measuring space

Info

Publication number: DE102016209538A1
Application number: DE102016209538.2A
Authority: DE
Inventors: Marc Fischer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2017-12-07

Abstract

Es wird ein Drucksensor (10) zur Erfassung eines Drucks eines fluiden Mediums in einem Messraum vorgeschlagen. Der Drucksensor (10) umfasst einen Druckanschluss (12), mittels dessen der Drucksensor (10) an oder in dem Messraum anbringbar ist, und ein Sensorelement (24) zur Erfassung des Drucks des fluiden Mediums. In dem Druckanschluss (12) ist ein Zufuhrkanal (18) ausgebildet. Der Zufuhrkanal (18) ist zum Zuführen des fluiden Mediums zu dem Sensorelement (24) ausgebildet. Das Sensorelement (24) ist auf einer Metallfolie (20) angeordnet und die Metallfolie (20) ist mit dem Druckanschluss (12) stoffschlüssig verbunden.A pressure sensor (10) for detecting a pressure of a fluid medium in a measuring space is proposed. The pressure sensor (10) comprises a pressure port (12), by means of which the pressure sensor (10) can be attached to or in the measuring space, and a sensor element (24) for detecting the pressure of the fluid medium. In the pressure port (12), a supply channel (18) is formed. The supply channel (18) is designed to supply the fluid medium to the sensor element (24). The sensor element (24) is arranged on a metal foil (20) and the metal foil (20) is materially connected to the pressure connection (12).

Description

Stand der Technik State of the art

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 Druck ist eine in Gasen und Flüssigkeiten auftretende, allseits wirkende, nicht gerichtete Kraftwirkung. Zur Messung der Drücke gibt es dynamisch und statisch wirkende Messwertaufnehmer bzw. Sensoren. Dynamisch wirkende Drucksensoren dienen nur zur Messung von Druckschwingungen in gasförmigen oder flüssigen Medien. Die Druckmessung kann beispielsweise direkt, über Membranverformung oder durch einen Kraftsensor erfolgen. Insbesondere zur Messung sehr hoher Drücke wäre es grundsätzlich möglich, einen elektrischen Widerstand dem Medium auszusetzen, denn viele bekannte elektrische Widerstände zeigen eine Druckabhängigkeit. Dabei gestalten sich jedoch die Unterdrückung der gleichzeitigen Abhängigkeit der Widerstände von der Temperatur und die druckdichte Durchführung der elektrischen Anschlüsse aus dem Druckmedium heraus als schwierig. Various devices and methods for detecting pressures of fluid media, such as gases and liquids, are known in the art. The measurand pressure is a occurring in gases and liquids, all-around, non-directed force effect. To measure the pressures, there are dynamically and statically acting transducers or sensors. Dynamically acting pressure sensors are only used to measure pressure oscillations in gaseous or liquid media. The pressure measurement can be done for example directly, via membrane deformation or by a force sensor. In particular, to measure very high pressures, it would be fundamentally possible to expose an electrical resistance to the medium, because many known electrical resistances show a pressure dependence. In this case, however, the suppression of the simultaneous dependence of the resistances on the temperature and the pressure-tight implementation of the electrical connections from the pressure medium out are difficult.

Eine weit verbreitete 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 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 in Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 80–82 und Seiten 134–136 beschrieben. Therefore, a widely used method of pressure detection initially uses a thin membrane as a mechanical intermediate stage for signal extraction, which is exposed to the pressure on one side and bends under the influence thereof. It can be adapted within wide limits of thickness and diameter of the respective pressure range. Low pressure ranges result in comparatively large diaphragms with deflections that can range from 0.1 mm to 1 mm. High pressures, however, require thicker membranes of small diameter, which usually bend only a few microns. Such pressure sensors are for example in Konrad Reif (ed.): Sensors in motor vehicles, 1st edition 2010, pages 80-82 and pages 134-136 described.

Um die Drucksensoren in oder an dem Messraum anzubringen, weisen diese üblicherweise einen Druckanschluss auf. Der Druckanschluss kann beispielsweise als Gewindestutzen ausgeführt sein und in eine Wand eines Messraums eingeschraubt werden. Der eigentliche Messwertaufnehmer bzw. das eigentliche Sensorelement ist entweder direkt oder indirekt über einen Zwischenträger an einem Sockel angeordnet. Der Sockel ist entweder integral bzw. einstückig mit dem Druckanschluss ausgebildet, wie beispielsweise in der DE 01 2009 054 689 A1 beschrieben ist, oder der Sockel und der Druckanschluss sind separate Bauteile, die mittels einer Schweißung dauerhaft miteinander verbunden werden, wie beispielsweise in der DE 10 2014 200 099 A1 beschrieben ist. To attach the pressure sensors in or on the measuring chamber, they usually have a pressure connection. The pressure connection can for example be designed as a threaded connector and be screwed into a wall of a measuring chamber. The actual transducer or the actual sensor element is arranged either directly or indirectly via an intermediate carrier on a pedestal. The base is either integrally formed with the pressure port, such as in the DE 01 2009 054 689 A1 is described, or the base and the pressure port are separate components that are permanently connected by means of a weld, such as in the DE 10 2014 200 099 A1 is described.

Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Drucksensoren beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So ist beispielsweise die einstückige Ausbildung von Gehäusesockel und Druckanschluss relativ aufwändig herzustellen. Außerdem lassen sich die Bauteile nicht mit der erforderlichen Genauigkeit herstellen und besitzen weniger Gestaltungsmöglichkeiten der Sensorzelle, was eine größere Streuung im Sensorsignal zur folge hat. Bei der zweiteiligen Ausbildung muss hingegen in der Regel darauf geachtet werden, dass die verwendeten Materialien miteinander verschweißbar sind. Außerdem muss auf eine sehr exakte Schweißverbindung geachtet werden, da ansonsten die Stabilität der Verbindung abnimmt und diese bei entsprechender Drehmomentübertragung beim Einschrauben in die Wand des Messraums brechen kann. Eine ausreichend stabile Schweißverbindung herzustellen ist mit gesteigerten Kosten verbunden. Despite the numerous advantages of pressure sensors known from the prior art, these still contain room for improvement. Thus, for example, the one-piece design of housing base and pressure port is relatively complex to produce. In addition, the components can not be produced with the required accuracy and have less design options of the sensor cell, which has a greater dispersion in the sensor signal to follow. In the case of two-part training, on the other hand, care must generally be taken to ensure that the materials used can be welded together. In addition, care must be taken to ensure a very accurate weld, otherwise the stability of the connection decreases and this can break with appropriate torque transmission when screwed into the wall of the measuring chamber. Producing a sufficiently stable welded joint is associated with increased costs.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Es wird daher ein Drucksensor und ein Verfahren zum Herstellen desselben vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Drucksensoren zumindest weitgehend vermeiden und die insbesondere Sensoren mit hoher Signalgenauigkeit bei vergleichsweisese kostengünstiger Herstellung ermöglicht. It is therefore proposed a pressure sensor and a method for producing the same, which at least largely avoid the disadvantages of known pressure sensors and in particular enables sensors with high signal accuracy at comparatively inexpensive production.

Die Erfindung ist grundsätzlich zum Erfassen eines Drucks an jedem Einsatzort geeignet, insbesondere im Bereich der in einem Kraftfahrzeug zu messenden Drücke, insbesondere der Hoch- und Höchstdrücke, wie sie beispielsweise in einem Common Rail vorherrschen. The invention is basically suitable for detecting a pressure at each site of use, in particular in the range of the pressures to be measured in a motor vehicle, in particular the high and high pressures, as prevail, for example, in a common rail.

Der vorgeschlagene Drucksensor dient der Erfassung eines Drucks eines fluiden Mediums in einem Messraum. Der Druck kann grundsätzlich als Absolutdruck und/oder auch als Differenzdruck erfasst werden. Daneben können bei entsprechender Integration jeweiliger Bauteile ein oder mehrere weitere physikalische und/oder chemische Eigenschaften des fluiden Mediums bestimmt werden, einschließlich beispielsweise einer Temperatur, eines weiteren Drucks, einer Strömungseigenschaft oder einer oder mehrerer anderer Eigenschaften. The proposed pressure sensor is used to detect a pressure of a fluid medium in a measuring space. The pressure can basically be recorded as absolute pressure and / or as differential pressure. In addition, with appropriate integration of respective components, one or more other physical and / or chemical properties of the fluid medium may be determined, including, for example, a temperature, a further pressure, a flow characteristic, or one or more other properties.

Bei dem Messraum kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen Raum handeln, in welchem das fluide Medium, also ein Gas und/oder eine Flüssigkeit, ruhend oder strömend, aufgenommen ist. Insbesondere kann es sich bei dem Messraum um einen Teil eines Kraftstoffsystems handeln. Der Drucksensor kann somit insbesondere zur Erfassung eines Kraftstoffdrucks eingesetzt werden oder ausgestaltet sein. In principle, the measuring space can be any space in which the fluid medium, that is to say a gas and / or a liquid, is suspended or flowing. In particular, the measuring space may be a part of a fuel system. The pressure sensor can thus be used or configured in particular for detecting a fuel pressure.

Der Drucksensor weist einen Druckanschluss auf, mittels dessen der Drucksensor an oder in dem Messraum anbringbar ist. In dem Druckanschluss ist ein Zufuhrkanal ausgebildet. Der Druckanschluss kann beispielsweise als Druckstutzen ausgebildet sein. Unter einem Druckstutzen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Ansatz oder Rohrstück mit mindestens einer Bohrung zu verstehen, durch welche das fluide Medium zu dem Sensorelement geleitet werden kann, beispielsweise eine zylindrische Bohrung in einem zylindrischen Stutzen. Der Druckstutzen kann als druckbeständiger Stutzen ausgebildet sein, um beispielsweise durch die in einer Kraftstoffleitung auftretenden Hochdrücke nicht beschädigt zu werden. The pressure sensor has a pressure connection, by means of which the pressure sensor can be attached to or in the measuring space. In the pressure port, a supply channel is formed. The pressure port may be formed, for example, as a discharge nozzle. In the context of the present invention, a discharge nozzle is to be understood as meaning a projection or tube piece with at least one bore through which the fluid medium can be conducted to the sensor element, for example a cylindrical bore in a cylindrical nozzle. The discharge nozzle may be formed as a pressure-resistant nozzle, so as not to be damaged by the high pressures occurring in a fuel line.

Der Druckanschluss kann insbesondere mittels eines oder mehrerer Verbindungselemente in der Wand des Messraums fixierbar sein, beispielsweise mittels mindestens eines Außengewindes, das in ein Innengewinde der Wand des Messraums greift. Auch andere Fixierungen sind jedoch grundsätzlich alternativ oder zusätzlich möglich. Die Fixierung kann insbesondere druckdicht und/oder mediendicht erfolgen. The pressure connection can be fixed in particular by means of one or more connecting elements in the wall of the measuring space, for example by means of at least one external thread which engages in an internal thread of the wall of the measuring space. However, other fixations are generally possible alternatively or additionally. The fixation can be done in particular pressure-tight and / or media-tight.

Der Drucksensor weist weiterhin ein Sensorelement zur Erfassung des Drucks des fluiden Mediums auf. Das Sensorelement ist an dem Druckanschluss angeordnet. Der Zufuhrkanal ist zum Zuführen des fluiden Mediums zu dem Sensorelement ausgebildet. The pressure sensor further comprises a sensor element for detecting the pressure of the fluid medium. The sensor element is arranged at the pressure connection. The supply channel is designed to supply the fluid medium to the sensor element.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Sensorelement auf einer Metallfolie angeordnet ist. Unter einer Metallfolie ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine dünne Schicht eines Materials zu verstehen. Eine solche Metallfolie hat die Eigenschaft, sich unter einer Belastung zu verformen, insbesondere zu verbiegen, nur Zugkräfte aufzunehmen und an ihre Ränder weitergeben zu können. Eine solche Metallfolie weist eine Dicke von 100 μm bis 300 μm auf, beispielsweise 200 μm. Der Zufuhrkanal ist von der Metallfolie verschlossen. Die Metallfolie wirkt somit als verformbare Membran, wobei eine Verformung der Membran von dem Sensorelement erfassbar ist. Die Metallfolie ist mit dem Druckanschluss stoffschlüssig verbunden. According to the invention, it is proposed that the sensor element is arranged on a metal foil. In the context of the present invention, a metal foil is to be understood as meaning a thin layer of a material. Such a metal foil has the property to deform under a load, in particular to bend, only absorb tensile forces and can pass on to their edges. Such a metal foil has a thickness of 100 μm to 300 μm, for example 200 μm. The feed channel is closed by the metal foil. The metal foil thus acts as a deformable membrane, wherein a deformation of the membrane can be detected by the sensor element. The metal foil is firmly bonded to the pressure connection.

Unter einer stoffschlüssige Verbindung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jede Verbindung zu verstehen, bei der die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Eine stoffschlüssige Verbindung ist gleichzeitig eine nicht lösbare Verbindung, die sich nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel trennen lässt. Zu den stoffschlüssigen Verbindungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung gehören insbesondere Schweißen. So kann die Metallfolie mit dem Druckanschluss verschweiß und bevorzugt ultraschallverschweißt sein. unter Ultraschallschweißen ist ein Verfahren zum Fügen von metallischen Werkstoffen im Sinne der EN ISO 4063 zu verstehen. Die Verschweißung wird durch eine hochfrequente mechanische Schwingung im Bereich von in der Regel 20 bis 35 kHz erreicht, welche zwischen den Bauteilen zu Erwärmung durch Molekular- und Grenzflächenreibung, und bei Metallen auch zur Verzahnung und Verhakung der Fügepartner führt. Mit Hilfe eines Generators wird hochfrequenter Wechselstrom erzeugt und über ein Koaxialkabel zu einem Ultraschallwandler, dem sogenannten Konverter, übertragen, der daraus mit Hilfe des piezoelektrischen oder des magnetostriktiven Effekts eine mechanische Ultraschallschwingung erzeugt. In the context of the present invention, a cohesive connection means any compound in which the connection partners are held together by atomic or molecular forces. A cohesive connection is at the same time a non-detachable connection, which can only be separated by destruction of the connecting means. The integral connections in the context of the present invention include in particular welding. Thus, the metal foil can be welded to the pressure connection and preferably ultrasonically welded. Ultrasonic welding is a process for joining metallic materials in the sense of EN ISO 4063 to understand. The welding is achieved by a high-frequency mechanical vibration in the range of usually 20 to 35 kHz, which leads between the components to heating by molecular and boundary surface friction, and metals also for toothing and entanglement of the joining partners. With the help of a generator, high-frequency alternating current is generated and transmitted via a coaxial cable to an ultrasonic transducer, the so-called converter, which generates a mechanical ultrasonic vibration with the aid of the piezoelectric or the magnetostrictive effect.

Diese Schwingungen werden über ein Amplitudentransformationsstück auf die Sonotrode übertragen. Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Bauformen von Sonotroden, die meist aus Stahl, Aluminium oder Titan hergestellt werden. Die Amplitude der Schwingung und die Impedanzanpassung wird durch die Form und Masse des Amplitudentransformationsstückes beeinflusst. Die Schwingungen werden unter Druck über die strukturierte, oft geriffelte Arbeitsfläche der Sonotrode auf die zu verbindenden Werkstücke übertragen. Beim Ultraschallschweißen von Metallen wird die Schwingung horizontal zu den Fügepartnern eingeleitet, so dass diese aneinanderreiben. Die Verbindung entsteht nach dem Abscheren von Rauhigkeitsspitzen und dem Aufbrechen der Oxidschicht im Wesentlichen durch ein Ineinanderverzahnen und -verhaken der Fügepartner. Dies geschieht durch plastisches Fließen, ohne dass die Materialien schmelzen, was insbesondere bei Folien vorteilhaft ist. Das Verfahren ist weiterhin durch sehr geringe Schweißzeiten und hohe Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet. Es lassen sich unterschiedliche Materialien miteinander verbinden, die Werkstücke werden nur im Schweißbereich geringfügig erwärmt, das umliegende Material somit nicht geschädigt. These vibrations are transmitted to the sonotrode via an amplitude transformation piece. Different applications require different designs of sonotrodes, which are usually made of steel, aluminum or titanium. The amplitude of the oscillation and the impedance matching is influenced by the shape and mass of the amplitude transformation piece. The vibrations are transferred under pressure via the structured, often corrugated working surface of the sonotrode to the workpieces to be joined. In the ultrasonic welding of metals, the vibration is introduced horizontally to the joining partners, so that they rub against each other. The compound is formed after the shearing off of roughness peaks and the breaking up of the oxide layer essentially by a meshing and hooking of the joining partners. This is done by plastic flow without the materials melting, which is particularly advantageous in films. The process is further characterized by very low welding times and high efficiency. Different materials can be connected to each other, the workpieces are only slightly heated in the welding area, thus the surrounding material is not damaged.

Das Sensorelement ist dabei auf der dem Zufuhrkanal abgewandten Seite der Metallfolie angeordnet. Dadurch ist das Sensorelement im Gegensatz zu dem als Blechmembran ausgebildeten Sensorelement der DE 10 2014 200 099 A1 nicht direkt dem fluiden Medium ausgesetzt und somit vor äußeren Einflüssen, wie aggressiven Medien, besser geschützt. The sensor element is arranged on the side facing away from the feed channel of the metal foil. As a result, in contrast to the sensor element designed as a sheet-metal membrane, the sensor element is the DE 10 2014 200 099 A1 not directly exposed to the fluid medium and thus better protected from external influences, such as aggressive media.

Der Druckanschluss kann einen Vorsprung aufweisen, der von dem Druckanschluss vorsteht. Die Metallfolie kann mit dem Vorsprung verbunden sein. The pressure port may include a protrusion protruding from the pressure port. The metal foil may be connected to the projection.

Als zusätzliche Maßnahme kann der Ultraschallfügevorgang zum stoffschlüssigen verbinden der Metallfolie und des Druckanschlusses durch einen Stromimpuls analog dem Kondensatorentladungseinpressschweißen unterstützt werden. As an additional measure, the Ultraschallfügevorgang for cohesively connect the metal foil and the pressure port through a current pulse analog to the capacitor discharge press-welding be supported.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Drucksensors zur Erfassung eines Drucks eines fluiden Mediums in einem Messraum, umfasst:

– Bereitstellen eines Druckanschlusses, mittels dessen der Drucksensor an oder in dem Messraum anbringbar ist, wobei in dem Druckanschluss ein Zufuhrkanal ausgebildet ist,
– Anordnen eines Sensorelements zur Erfassung des Drucks des fluiden Mediums an dem Druckanschluss, wobei der Zufuhrkanal zum Zuführen des fluiden Mediums zu dem Sensorelement ausgebildet wird. Das Sensorelement wird auf einer Metallfolie angeordnet und die Metallfolie wird mit dem Druckanschluss stoffschlüssig verbunden.

An inventive method for producing a pressure sensor for detecting a pressure of a fluid medium in a measurement space, comprises:

Providing a pressure connection, by means of which the pressure sensor can be attached to or in the measuring space, wherein a supply channel is formed in the pressure connection,
- arranging a sensor element for detecting the pressure of the fluid medium at the pressure port, wherein the supply channel for supplying the fluid medium is formed to the sensor element. The sensor element is arranged on a metal foil and the metal foil is materially connected to the pressure connection.

Dadurch kann das Sensorelement in einem separaten Schritt hergestellt werden, um die gewünschte Sensitivität erreichen zu können. So kann das Sensorelement auf eine Metallfolie gedruckt werden, wie beispielsweise mittels Dünnschichtverfahren, insbesondere chemische Gasphasenabscheidung, und die Metallfolie wird anschließend mit dem Druckanschluss verbunden. As a result, the sensor element can be produced in a separate step in order to be able to achieve the desired sensitivity. Thus, the sensor element can be printed on a metal foil, such as by thin-film method, in particular chemical vapor deposition, and the metal foil is then connected to the pressure port.

Die Metallfolie kann eine Dicke von 100 μm bis 300 μm aufweist. Die Dicke variiert in Abhängigkeit von der geforderten Sensitivität. The metal foil may have a thickness of 100 μm to 300 μm. The thickness varies depending on the required sensitivity.

Die Metallfolie kann mit dem Druckanschluss verschweißt, insbesondere ultraschallverschweißt, werden. The metal foil can be welded to the pressure connection, in particular ultrasonically welded.

Der Druckanschluss kann einen Vorsprung aufweisen, der von dem Druckanschluss vorsteht. Die Metallfolie kann mit dem Vorsprung verbunden werden. The pressure port may include a protrusion protruding from the pressure port. The metal foil can be connected to the projection.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figures.

Es zeigen Show it

1 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Drucksensors, 1 a cross-sectional view of a pressure sensor according to the invention,

2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des Drucksensors, 2 an enlarged cross-sectional view of a part of the pressure sensor,

3 eine Draufsicht auf den Drucksensor und 3 a plan view of the pressure sensor and

4 bis 7 Querschnittsansichten verschiedener Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Drucksensors. 4 to 7 Cross-sectional views of various steps of a method according to the invention for the production of the pressure sensor.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drucksensors 10 Der Drucksensor 10 kann beispielsweise zum Erfassen eines Drucks von Kraftstoff in einer Kraftstoffleitung eines Verbrennungsmotors ausgebildet sein. Der Drucksensor 10 umfasst einen Druckanschluss 12. Der Druckanschluss 12 ist als Druckstutzen ausgebildet und weist ein Außengewinde 14 auf. Das Außengewinde 14 dient dazu, den Druckanschluss für 12 an oder in einer Wand des Messraums zu befestigen, wobei das Außengewinde 14 in ein passend geformtes Innengewinde der Wand des Messraums greift. Der Druckanschluss 12 ist aus Metall hergestellt. 1 shows an exemplary embodiment of a pressure sensor according to the invention 10 The pressure sensor 10 For example, it may be configured to sense a pressure of fuel in a fuel line of an internal combustion engine. The pressure sensor 10 includes a pressure port 12 , The pressure connection 12 is designed as a discharge nozzle and has an external thread 14 on. The external thread 14 serves to connect the pressure port for 12 to attach to or in a wall of the measuring space, with the external thread 14 engages in a suitably shaped internal thread of the wall of the measuring space. The pressure connection 12 is made of metal.

Der Druckanschluss 12 weist an einem Ende eine Öffnung 16 für das zu messende Druck beaufschlagt Medium auf, dass sich in einem nicht gezeigten Messraum, wie beispielsweise einer Kraftstoffleitung, befindet. In dem Druckanschluss 12 ist ein Zufuhrkanal 18 ausgebildet. Der Zufuhrkanal 18 schließt sich an die Öffnung 14 an. Der Zufuhrkanal 18 ist von einer Metallfolie 20 verschlossen. Die Metallfolie 20 befindet sich an einem der Öffnung 16 gegenüberliegenden Ende des Druckanschlusses 12. Der Druckanschluss 12 ist weiterhin mit einem Gehäusesockel 22 in Form eines Sechskants verbunden. Auf dem Gehäusesockel 22 kann ein nicht näher gezeigtes Sensorgehäuse angeordnet werden. Die Metallfolie 20 weist eine Dicke von 100 μm bis 300 μm auf, beispielsweise 200 μm. Auf der Metallfolie 20 ist ein Sensorelement 24 zur Erfassung des Drucks des fluiden Mediums angeordnet. Genauer ist das Sensorelement 24 auf die Metallfolie 20 gedruckt. Der Zufuhrkanal 18 ist dabei zum Zuführen des fluiden Mediums zu dem Sensorelement 24 ausgebildet. The pressure connection 12 has an opening at one end 16 for the pressure to be measured impinged on that in a measuring space, not shown, such as a fuel line, is located. In the pressure connection 12 is a supply channel 18 educated. The feed channel 18 closes at the opening 14 at. The feed channel 18 is from a metal foil 20 locked. The metal foil 20 is located at one of the opening 16 opposite end of the pressure port 12 , The pressure connection 12 is still with a housing base 22 connected in the form of a hexagon. On the housing base 22 can be arranged a not shown closer sensor housing. The metal foil 20 has a thickness of 100 microns to 300 microns, for example, 200 microns. On the metal foil 20 is a sensor element 24 arranged to detect the pressure of the fluid medium. More precise is the sensor element 24 on the metal foil 20 printed. The feed channel 18 is to supply the fluid medium to the sensor element 24 educated.

2 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des Drucksensors 10. Die Metallfolie 20 ist mit dem Druckanschluss 12 stoffschlüssig verbunden. 2 shows an enlarged cross-sectional view of a part of the pressure sensor 10 , The metal foil 20 is with the pressure connection 12 cohesively connected.

Bevorzugt ist die Metallfolie 20 mit dem Druckanschluss 12 verschweiß, insbesondere ultraschallverschweißt. Eine Fügezone 26 der stoffschlüssigen Verbindung ist dabei in radialer Richtung bezogen auf eine Längsachse des Zufuhrkanals 18 außerhalb des Sensorelements 24 vorgesehen. The metal foil is preferred 20 with the pressure connection 12 welded, in particular ultrasonically welded. A joining zone 26 the cohesive connection is in the radial direction relative to a longitudinal axis of the feed channel 18 outside the sensor element 24 intended.

3 zeigt eine Draufsicht auf den Drucksensor 10. Zu erkennen ist, dass die Metallfolie 20 und/oder das Sensorelement 24 kreisförmig ausgebildet sein können. Die Fügezone 26 umgibt dabei bezogen auf die Draufsicht das Sensorelement 24 ringförmig. In der Draufsicht sind auch sensitive Bereiche 28 und Kontaktpads 29 des Sensorelements 24 zu erkennen. Beispielsweise sind die sensitiven Bereiche 28 Widerstände, die mittels der Kontaktpads 29 elektrisch kontaktiert sind. 3 shows a plan view of the pressure sensor 10 , It can be seen that the metal foil 20 and / or the sensor element 24 can be circular. The joining zone 26 surrounds the sensor element with reference to the top view 24 annular. In the plan view are also sensitive areas 28 and contact pads 29 of the sensor element 24 to recognize. For example, the sensitive areas 28 Resistors by means of contact pads 29 electrically contacted.

Das Sensorelement 24 befindet sich daher in dem Inneren des Sensorgehäuses und ist somit vor äußeren Einflüssen und insbesondere dem fluiden Medium geschützt. Das Sensorelement 24 ist insbesondere so in oder an dem Sensorgehäuse 24 angeordnet, dass es zum Messen des Drucks des Mediums dem Medium indirekt aussetzbar ist. Das Sensorelement 24 weist beispielsweise auf der dem Medium abgewandten Seite der Metallfolie 20 die Bereiche 28 in Form von Widerständen in Dünnschichttechnik auf. Diese können zu einer Wheatstone’schen Brücke geschaltet sein, deren Widerstand sich aufgrund des von der Unterseite der Metallfolie 20 angelegten Drucks und der sich daraus ergebenden Verformung der Metallfolie 20 ändert. Die Aufbereitung und Signalverstärkung des Drucksignals erfolgt mittels einer nicht näher gezeigten Auswerteschaltung auf einer Leiterplatte, die in Form einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (engl. application-specific integrated circuit, ASIC), auch Custom-Chip genannt, oder durch ein Hybrid realisiert sein kann. Eine ASIC ist eine elektronische Schaltung, die als integrierter Schaltkreis realisiert wurde. Die Funktion eines ASICs ist damit nicht mehr manipulierbar. The sensor element 24 is therefore located in the interior of the sensor housing and is thus protected from external influences and in particular the fluid medium. The sensor element 24 is particularly so in or on the sensor housing 24 arranged to be indirectly exposed to the medium for measuring the pressure of the medium. The sensor element 24 has, for example, on the side facing away from the medium of the metal foil 20 the areas 28 in the form of resistors in thin-film technology. These may be connected to a Wheatstone bridge whose resistance is due to the bottom of the metal foil 20 applied pressure and the resulting deformation of the metal foil 20 changes. The processing and signal amplification of the pressure signal takes place by means of an evaluation circuit (not shown in more detail) on a printed circuit board, which may be in the form of an application-specific integrated circuit (ASIC), also called a custom chip, or realized by a hybrid. An ASIC is an electronic circuit that has been realized as an integrated circuit. The function of an ASIC is therefore no longer manipulatable.

Nachstehend wird ein Verfahren zum Herstellen des Drucksensors 10 unter Bezugnahme auf die 4 bis 7 beschrieben. Die 4 bis 7 zeigen dabei Querschnittsansichten verschiedener Schritte des Verfahrens zur Herstellung des Drucksensors 10. Hereinafter, a method of manufacturing the pressure sensor 10 with reference to the 4 to 7 described. The 4 to 7 show cross-sectional views of various steps of the method for producing the pressure sensor 10 ,

4 zeigt eine Querschnittsansicht zu Beginn des Verfahrens. Der Druckanschluss 12 wird bereitgestellt. In dem Druckanschluss 12 ist der Zufuhrkanal 18 ausgebildet. Der Zufuhrkanal 18 kann beispielsweise als Bohrung ausgebildet sein, die sich von einem Ende des Druckanschlusses 12 in diesen hinein erstreckt und diesen vollständig durchdringt. Somit wird der Druckanschluss 12 mit der Öffnung 16 und den daran anschließenden Zufuhrkanal 18 ausgebildet. 4 shows a cross-sectional view at the beginning of the process. The pressure connection 12 will be provided. In the pressure connection 12 is the feed channel 18 educated. The feed channel 18 For example, it may be formed as a bore extending from one end of the pressure port 12 extends into this and completely penetrates this. Thus, the pressure connection becomes 12 with the opening 16 and the adjoining supply channel 18 educated.

In einem separaten Schritt wird das Sensorelement 24 auf die Metallfolie 20 gedruckt, beispielsweise mittels eines Dünnschichtverfahrens wie die chemische Gasphasenabscheidung. Der Druckanschluss 10 kann optional einen Vorsprung 30 aufweisen, der von dem Druckanschluss 10 in axialer Richtung bezogen auf den Zufuhrkanal 18 vorsteht. Der Vorsprung 30 ist beispielsweise buckelförmig ausgebildet. In a separate step, the sensor element 24 on the metal foil 20 printed, for example by means of a thin-film process such as chemical vapor deposition. The pressure connection 10 can optionally have a lead 30 that of the pressure port 10 in the axial direction relative to the feed channel 18 protrudes. The lead 30 is, for example, hump-shaped.

5 zeigt eine Querschnittsansicht eines nachfolgenden Verfahrensschritts. Zu erkennen ist eine Sonotrode 32 einer Ultraschallschweißvorrichtung. Die Metallfolie 20 wird zusammen mit dem Sensorelement 24 von der Sonotrode 32 aufgenommen und in Richtung zu dem Druckanschluss 12 geführt bzw. transportiert. 5 shows a cross-sectional view of a subsequent process step. To recognize is a sonotrode 32 an ultrasonic welding device. The metal foil 20 becomes together with the sensor element 24 from the sonotrode 32 taken up and towards the pressure port 12 guided or transported.

6 zeigt eine Querschnittsansicht eines nachfolgenden Verfahrensschritts. Die Sonotrode 32 ordnet die Metallfolie 20 auf dem Druckanschluss 12 so an, dass der Zufuhrkanal 18 von der Metallfolie 20 verschlossen wird. durch Betrieb der Ultraschallschweißvorrichtung verbindet die Sonotrode 32 die Metallfolie 20 mit dem Druckanschluss 12 bzw. dem optionalen Vorsprung 30 stoffschlüssig und ultraschallverschweißt diese durch Ausübung von Druck und Ultraschall. Dadurch werden die Metallfolie 20 und der Druckanschluss 12 an der Fügezone 26 miteinander zusammen gefügt. 6 shows a cross-sectional view of a subsequent process step. The sonotrode 32 arranges the metal foil 20 on the pressure connection 12 so on, that the feed channel 18 from the metal foil 20 is closed. By operation of the ultrasonic welding device, the sonotrode connects 32 the metal foil 20 with the pressure connection 12 or the optional lead 30 cohesively and ultrasonically welded by pressure and ultrasound. This will cause the metal foil 20 and the pressure connection 12 at the joining zone 26 joined together.

7 zeigt eine weitere Querschnittsansicht zum Ende des Verfahrens. Nach dem Verschweißen wird die Sonotrode 32 wieder von dem Druckanschluss 12 wegbewegt. Da die Metallfolie 20 mit dem Druckanschluss 12 ultraschallverschweißt ist, ist diese nur in zerstörender Weise von dem Druckanschluss 12 lösbar und verbleibt an diesem. 7 shows a further cross-sectional view to the end of the process. After welding, the sonotrode becomes 32 again from the pressure port 12 moved away. Because the metal foil 20 with the pressure connection 12 is ultrasonically welded, this is only destructive of the pressure port 12 detachable and remains on this.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 012009054689 A1 [0003]
DE 102014200099 A1 [0003, 0015]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Konrad Reif (ed.): Sensors in motor vehicles, 1st edition 2010, pages 80-82 and pages 134-136 [0002]
EN ISO 4063 [0013]

Claims

Pressure sensor ( 10 ) for detecting a pressure of a fluid medium in a measuring space, comprising a pressure connection ( 12 ), by means of which the pressure sensor ( 10 ) is attachable to or in the measuring space, and a sensor element ( 24 ) for detecting the pressure of the fluid medium, wherein in the pressure port ( 12 ) a supply channel ( 18 ), wherein the supply channel ( 18 ) for supplying the fluid medium to the sensor element ( 24 ), characterized in that the sensor element ( 24 ) on a metal foil ( 20 ) and the metal foil ( 20 ) with the pressure connection ( 12 ) is integrally connected.

Pressure sensor ( 10 ) according to claim 1, wherein the sensor element ( 24 ) on the metal foil ( 20 ) is printed.

Pressure sensor ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the metal foil ( 24 ) has a thickness of 100 microns to 300 microns.

Pressure sensor ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the metal foil ( 20 ) with the pressure connection ( 12 ) is welded, in particular ultrasonically welded, is.

Pressure sensor ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the pressure connection ( 12 ) a lead ( 30 ) provided by the pressure port ( 12 ), wherein the metal foil ( 20 ) with the projection ( 30 ) connected is.

Method for producing a pressure sensor ( 10 ) for detecting a pressure of a fluid medium in a measuring chamber, comprising - providing a pressure port ( 12 ), by means of which the pressure sensor ( 10 ) is attachable to or in the measuring space, wherein in the pressure connection ( 12 ) a supply channel ( 18 ), - arranging a sensor element ( 24 ) for detecting the pressure of the fluid medium at the pressure port ( 12 ), wherein the supply channel ( 18 ) for supplying the fluid medium to the sensor element ( 24 ), characterized in that the sensor element ( 24 ) on a metal foil ( 20 ) and the metal foil ( 20 ) with the pressure connection ( 12 ) is materially connected.

Method according to claim 6, wherein the sensor element ( 24 ) on the metal foil ( 20 ) is printed.

Method according to claim 6 or 7, wherein the metal foil ( 24 ) has a thickness of 100 microns to 300 microns.

Method according to one of claims 6 to 8, the metal foil ( 20 ) welded to the pressure port, in particular ultrasonically welded, is.

Method according to one of claims 6 to 9, wherein the pressure connection ( 12 ) a lead ( 30 ) provided by the pressure port ( 12 ), wherein the metal foil ( 20 ) with the projection ( 30 ) is connected.