DE10231010B4 - Verfahren zum Herstellen eines Druckmesswerks - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Druckmesswerks mit – einer Druckmeßzelle (3) und – einem Gehäuse (1), – das eine erste Gehäusehälfte (5) aufweist, – die eine Ausnehmung (9) aufweist, in der die Druckmeßzelle (3) angeordnet ist, – das eine zweite Gehäusehälfte (7) aufweist, – die an die erste Gehäusehälfte (5) anschließt und auf der die Druckmeßzelle (3) aufliegt, – bei der die Druckmeßzelle (3) mechanisch durch die zweite Gehäusehälfte (7) im Druckmeßwerk befestigt ist, und – bei dem zwischen der Ausnehmung (9) und der Druckmeßzelle (3) eine Abdichtung (21) besteht, durch die die beiden Gehäusehälften (5, 7) druckdicht voneinander abgetrennt sind; wobei: – die Druckmeßzelle (3) in die Ausnehmung (9) eingesetzt wird, – Kleber zwischen der Druckmeßzelle (3) und der Ausnehmung (9) eingebracht wird, – die erste und die zweite Gehäusehälfte (5, 7) miteinander verschweißt werden,...
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Druckmeßwerks.
- In der Druckmeßtechnik werden zur Differenzdruckmessung und auch zur Relativdruckmessung Druckmeßzellen eingesetzt. Bei der Relativdruckmessung wird ein zu messender Druck in Form eines Druckunterschiedes gegenüber einem Referenzdruck, z. B. einem Druck, der dort herrscht, wo sich der Sensor befindet, aufgenommen. Bei den meisten Anwendungen ist dies der Atmosphärendruck am Einsatzort. Bei der Differenzdruckmessung wird eine Differenz zwischen einem ersten und einem zweiten an der Druckmeßzelle anliegenden Druck erfaßt.
- Als Druckmeßzellen werden häufig Halbleitersensoren, z. B. piezoresistive Sensorelemente verwendet. Diese weisen druckempfindliche auf einem Grundkörper aufgebracht Membranen auf, auf die im Betrieb die zu messenden Drücke einwirken. Da Halbleitersensoren und insb. die Membranen für sich genommen mechanisch empfindlich sind, werden derartige Sensoren in ein massives Gehäuse, z. B. aus einem Stahl oder Edelstahl eingesetzt. Sensor und Gehäuse bilden ein Druckmeßwerk, an das zwei Druckanschlußleitungen anschließbar sind. Eine der Anschlußleitungen wird an eine Hochdurckseite und die andere an eine Niederdruckseite des Druckmeßwerks angeschlossen. Das Gehäuse weist Bohrungen auf, durch die über die Anschlußleitungen zugeführte Drücke zu den Membranen geführt werden.
- Im Gehäuse muß eine druckdichte Abtrennung der Hochseite von der Niederdruckseite des Druckmeßwerks erfolgen. Außerdem dient das Gehäuse der mechanischen Befestigung der Druckmeßzelle.
- Bei herkömmlichen Druckmeßwerken dieser Art sind daher eine Vielzahl von Fügestellen vorgesehen, die in mehreren aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten hergestellt werden.
- Gattungsgemäße Druckmesswerke werden beschrieben in den Offenlegungsschriften
DE 101 37 327 A1 undDE 43 14 844 A1 sowie den PatentenUS 5 665 921 A1 undUS 625 151 A1 . - Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum kostengünstigen Herstellen eines einfach aufgebauten Druckmesswerks anzugeben.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 2.
- Die Erfindung betrifft die Herstellung eines Druckmeßwerks mit
- – einer Druckmeßzelle und
- – einem Gehäuse,
- – das eine erste Gehäusehälfte aufweist,
- – die eine Ausnehmung aufweist, in der die Druckmeßzelle angeordnet ist,
- – das eine zweite Gehäusehälfte aufweist,
- – die an die erste Gehäusehälfte anschließt und auf der die Druckmeßzelle aufliegt,
- – bei der die Druckmeßzelle mechanisch durch die zweite Gehäusehälfte im Druckmeßwerk befestigt ist, und
- – bei dem zwischen der Ausnehmung und der Druckmeßzelle eine Abdichtung besteht, durch die die beiden Gehäusehälften druckdicht voneinander abgetrennt sind.
- Gemäß einer Ausgestaltung sind die beiden Gehäusehälften miteinander verschweißt.
- Gemäß einer Weiterbildung erfolgt die Abdichtung durch Einkleben der Druckmeßzelle in die Ausnehmung.
- Gemäß einer Ausgestaltung ist die Druckmeßzelle ein Halbleitersensor, der auf eine Durchführung aufgesetzt ist.
- Gemäß einer Ausgestaltung sind in der Ausnehmung auf einer von der zweiten Gehäusehälfte abgewandten Seite der Druckmeßzelle Füllkörper vorgesehen.
- Gemäß einer Weiterbildung ist durch die Durchführung ein Röhrchen durchgeführt, das von der Druckmeßzelle in die zweite Gehäusehälfte hinein führt.
- Gemäß einer Weiterbildung der letztgenannten Weiterbildung ist das Röhrchen in der zweiten Gehäusehälfte eingeklebt.
- Die Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen Druckmeßwerks, bei dem
- – die Druckmeßzelle in die Ausnehmung eingesetzt wird,
- – Kleber zwischen der Druckmeßzelle und der Ausnehmung oder zwischen der Druckmeßzelle und der Ausnehmung und zwischen dem Röhrchen und der zweiten Gehäusehälfte eingebracht wird,
- – die erste und die zweite Gehäusehälfte miteinander verschweißt werden, und
- – der Kleber aushärtet.
- Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird eine durch das Verschweißen der Gehäusehälften bedingte Restwärme zur Aushärtung des Klebers eingesetzt.
- Ein Vorteil besteht darin, daß das Druckmeßwerk sehr einfach und kompakt aufgebaut ist und dadurch entsprechend kostengünstig und mit geringem Materialaufwand herstellbar ist.
- Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die einzelnen Fügestellen, zwischen Druckmeßzelle und Ausnehmung, zwischen Röhrchen und zweiter Gehäusehälfte und zwischen der ersten und der zweiten Gehäusehälfte, jeweils entweder nur eine abdichtende oder eine der mechanischen Befestigung dienende Funktion haben. Da die Abdichtungen keine Befestigungsfunktion haben ist man hier sehr frei in der Wahl der Abdichtung.
- Der erfindungsgemäß hierzu eingesetzte Kleber bietet den großen Vorteil, daß die Klebeverbindungen nach dem Einbringen des Klebers keinen zusätzlichen Arbeitsgang erfordern. Der Kleber kann mittels der beim Verschweißen der beiden Gehäusehälften auftretenden Wärme bzw. Restwärme ausgehärtet werden. Dies bietet den zusätzlichen Vorteil, das die Druckmeßzelle während des Schweißvorgangs in dem noch flüssigen Kleber quasi schwimmend gelagert ist. Spannungen, wie sie z. B. durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten einzelner Bauteil beim Schweißen auftreten können, wirken sich somit nicht auf die Druckmeßzelle aus.
- Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figur der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt einen Schnitt durch ein Druckmeßwerk. - In
1 ist ein Druckmeßwerk dargestellt. Es umfaßt eine in ein Gehäuse1 eingebaute Druckmeßzelle3 . - Die Druckmeßzelle
3 ist ein Differenzdrucksensor aus einem Halbleiter. Derartige Halbleitersensoren weisen z. B. auf einem Träger aufgebrachte Membranen auf, in die piezoresistive Elemente eingebracht sind. Die Elemente können, z. B. in Form von Widerstandsmeßbrücken zusammengeschaltet werden und über Anschlußleitungen an eine Meßschaltung angeschlossen werden. Die Meßschaltung ermittelt z. B. eine Brückenspannung der Widerstandsmeßbrücke, die ein Maß für eine Durchbiegung der jeweiligen Membran ist, welche wiederum ein Maß für die auf sie einwirkenden Drücke ist. - Heutzutage sind mechanisch sehr robuste piezoresistive Chips, wie sie für die Membranen verwendet werden, erhältlich, so daß derartige Differenzdrucksensoren ohne vorgeschalteten mechanischen Überlastschutz verwendet werden können.
- Das Gehäuse
1 umfaßt eine erste und eine zweite Gehäusehälfte5 ,7 . Die erste Gehäusehälfte5 weist eine Ausnehmung9 auf, in der die Druckmeßzelle3 angeordnet ist. Die zweite Gehäusehälfte7 schließt unmittelbar an die erste Gehäusehälfte5 an und die Druckmeßzelle3 liegt auf der zweiten Gehäusehälfte7 auf. - In der Ausnehmung
9 sind auf einer von der zweiten Gehäusehälfte7 abgewandten Seite der Druckmeßzelle3 Füllkörper10 vorgesehen. Diese umgeben die Druckmeßzelle3 unter Freilassung einer Druckzufuhr allseitig. Sie dienen dazu einen in der Ausnehmung9 nach Einbringen der Druckmeßzelle3 verbleibenden Hohlraum zu reduzieren. - Im Betrieb werden die Hohlräume sowie die Druckzufuhr mit einer möglichst inkompressiblen Flüssigkeit, z. B. einem Silikonöl, ausgefüllt, das den der jeweiligen Membran zuzuführenden Druck überträgt. Je weniger Flüssigkeit benötigt wird, umso geringer sind Fehler, die z. B. durch eine thermische Ausdehnung der Flüssigkeit auftreten.
- Die Druckmeßzelle
3 ist auf eine Durchführung11 aufgesetzt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Durchführung11 eine Glasdurchführung mit einem in einen metallischen Zylinder13 eingefaßten Glaskern15 . - Durch die Durchführung
11 ist ein Röhrchen17 durchgeführt, das von der Druckmeßzelle3 in die zweite Gehäusehälfte7 hinein führt. Dort ist es vorzugsweise in eine Bohrung in der zweiten Gehäusehälfte7 eingeklebt. - Das Röhrchen
17 mündet vor der niederdruckseitigen Membran der Druckmeßzelle3 und dient der Druckzufuhr. - Die Druckmeßzelle
3 ist mechanisch durch die zweite Gehäusehälfte7 im Druckmeßwerk befestigt. Hierzu liegt die Druckmeßzelle3 mit dem Zylinder13 der Durchführung11 auf einer der ersten Gehäusehälfte5 zugewandten Stirnfläche der zweiten Gehäusehälfte7 auf. Die erste und die zweite Gehäusehälfte5 ,7 sind miteinander verschweißt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft eine Schweißnaht18 außen um die beiden Gehäusehälften5 ,7 herum. - Zusätzlich ist ein Gegenlager vorgesehen. Das Gegenlager ist durch einen sich radial ins Innere der Ausnehmung
9 erstreckenden Absatz19 gebildet, auf dem eine Absatzfläche der Durchführung11 aufliegt Weiter als bis zu dem durch den Absatz19 gebildeten Anschlag kann die Druckmeßzelle3 nicht in die erste Gehäusehälfte5 eindringen. - Zwischen der Ausnehmung
9 und der Druckmeßzelle3 besteht eine Abdichtung21 , durch die die beiden Gehäusehälften5 ,7 druckdicht voneinander abgetrennt sind. Vorzugsweise erfolgt die Abdichtung21 durch Einkleben der Druckmeßzelle3 in die Ausnehmung9 . In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht eine solche Klebverbindung zwischen einer zylindrischen äußeren Mantelfläche des Zylinders13 der Durchführung11 und einer zylindrischen inneren Mantelfläche der ersten Gehäusehälfte5 . - Hergestellt werden erfindungsgemäße Druckmeßwerke vorzugsweise indem zunächst die Druckmeßzelle
3 in die Ausnehmung9 eingesetzt wird. In einem weiteren Arbeitsgang wird Kleber zwischen der Druckmeßzelle3 und der Ausnehmung9 eingebracht. Sofern das Röhrchen17 in die Bohrung in der zweiten Gehäusehälfte7 eingeklebt wird ist natürlich auch zwischen dem Röhrchen17 und der zweiten Gehäusehälfte7 Kleber einzubringen. Als Kleber eignet sich besonders ein Zweikomponentenkleber, der durch Wärmeeinwirkung aushärtet. - Es kann beispielsweise ein Epoxidharzkleber eingesetzt werden. Anschließend werden die erste und die zweite Gehäusehälfte
5 ,7 miteinander verschweißt. - Ganz zum Schluß wird der Kleber ausgehärtet. Vorzugsweise wird dabei so verfahren, daß eine durch das Verschweißen der Gehäusehälften
5 ,7 bedingte Restwärme zur Aushärtung des Klebers eingesetzt wird. Das bietet den Vorteil, daß der Kleber zwangsläufig erst nach dem Schweißvorgang aushärtet. Dadurch wird verhindert, daß beim Schweißvorgang auftretende mechanische Spannungen zur Druckmeßzelle3 gelangen. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß alle Fügestellen, hier die Klebung zwischen Ausnehmung9 und Druckmeßzelle3 , die Klebung zwischen dem Röhrchen17 und der zweiten Gehäusehälfte7 und die Verschweißung der beiden Gehäusehälften5 ,7 in einem einzigen Arbeitsgang vorgenommnen werden.
Claims (6)
- Verfahren zur Herstellung eines Druckmesswerks mit – einer Druckmeßzelle (
3 ) und – einem Gehäuse (1 ), – das eine erste Gehäusehälfte (5 ) aufweist, – die eine Ausnehmung (9 ) aufweist, in der die Druckmeßzelle (3 ) angeordnet ist, – das eine zweite Gehäusehälfte (7 ) aufweist, – die an die erste Gehäusehälfte (5 ) anschließt und auf der die Druckmeßzelle (3 ) aufliegt, – bei der die Druckmeßzelle (3 ) mechanisch durch die zweite Gehäusehälfte (7 ) im Druckmeßwerk befestigt ist, und – bei dem zwischen der Ausnehmung (9 ) und der Druckmeßzelle (3 ) eine Abdichtung (21 ) besteht, durch die die beiden Gehäusehälften (5 ,7 ) druckdicht voneinander abgetrennt sind; wobei: – die Druckmeßzelle (3 ) in die Ausnehmung (9 ) eingesetzt wird, – Kleber zwischen der Druckmeßzelle (3 ) und der Ausnehmung (9 ) eingebracht wird, – die erste und die zweite Gehäusehälfte (5 ,7 ) miteinander verschweißt werden, und – der Kleber aushärtet. - Verfahren zur Herstellung eines Druckmesswerks mit – einer Druckmeßzelle (
3 ) und – einem Gehäuse (1 ), – das eine erste Gehäusehälfte (5 ) aufweist, – die eine Ausnehmung (9 ) aufweist, in der die Druckmeßzelle (3 ) angeordnet ist, – das eine zweite Gehäusehälfte (7 ) aufweist, – die an die erste Gehäusehälfte (5 ) anschließt und auf der die Druckmeßzelle (3 ) aufliegt, – bei der die Druckmeßzelle (3 ) mechanisch durch die zweite Gehäusehälfte (7 ) im Druckmeßwerk befestigt ist, und – bei dem zwischen der Ausnehmung (9 ) und der Druckmeßzelle (3 ) eine Abdichtung (21 ) besteht, durch die die beiden Gehäusehälften (5 ,7 ) druckdicht voneinander abgetrennt sind, wobei – die Druckmeßzelle (3 ) ein Halbleitersensor ist, der auf eine Durchführung (11 ) aufgesetzt ist, und bei dem durch die Durchführung (11 ) ein Röhrchen (17 ) durchgeführt ist, das von der Druckmeßzelle (3 ) in die zweite Gehäusehälfte (7 ) hinein führt. wobei: – die Druckmeßzelle (3 ) in die Ausnehmung (9 ) eingesetzt wird, – Kleber zwischen der Druckmeßzelle (3 ) und der Ausnehmung (9 ) und zwischen das Röhrchen (17 ) und die zweite Gehäusehälfte (7 ) eingebracht wird, – die erste und die zweite Gehäusehälfte (5 ,7 ) miteinander verschweißt werden, und – der Kleber aushärtet. - Verfahren zur Herstellung eines Druckmeßwerks nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine durch das Verschweißen der Gehäusehälften (
5 ,7 ) bedingte Restwärme zur Aushärtung des Klebers eingesetzt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Abdichtung (
21 ) durch Einkleben der Druckmeßzelle (3 ) in die Ausnehmung (9 ) erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei in der Ausnehmung (
9 ) auf einer von der zweiten Gehäusehälfte (7 ) abgewandten Seite der Druckmeßzelle (3 ) Füllkörper (10 ) vorgesehen sind. - Verfahren nach Anspruch 2, oder einem davon abhängigen Anspruch, wobei das Röhrchen (
17 ) in der zweiten Gehäusehälfte (7 ) eingeklebt ist.
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Effective date: 20130529 |
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