-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Druckmessung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs
1.
-
Eine derartige Vorrichtung zur Druckmessung,
die beispielsweise aus der
DE
100 14 992 A1 bekannt ist, weist ein erstes Sensorgehäuseteil
auf, dessen Umfangswand als Sechskant ausgebildet ist, und ein mit
einem elektrischen Anschluss versehenes zweites Sensorgehäuseteil,
das direkt an dem ersten Sensorgehäuseteil befestigt ist. Hierzu
ist in das erste Sensorgehäuseteil
eine Nut eingefräst,
in welche die Stirnseite einer umlaufenden Gehäusewand des zweiten Sensorgehäuseteils
eingreift. Zur Befestigung des ersten Sensorgehäuseteils an dem zweiten Sensorgehäuseteil
ist das erste Sensorgehäuseteil
im Bereich der Nut über
die umlaufende Wand des zweiten Sensorgehäuseteils gebördelt.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Druckmessung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 ist gegenüber dem
bekannten Stand der Technik preiswerter und einfacher herstellbar.
Vorteilhaft kann das erste Sensorgehäuseteil als plattenförmiges Basisteil
in sehr einfacher Weise gefertigt werden, ohne dass eine Nut oder
Bördelkante an
dem ersten Sensorgehäuseteil
vorgesehen werden muss. Zur Verbindung des ersten Sensorgehäuseteils
und des zweiten Sensorgehäuseteils
ist ein zwischen den beiden Sensorgehäuseteilen angeordnetes zusätzliches
Verbindungsteil vorgesehen, dass preisgünstig beispielsweise aus einem
Metallblech oder dünnwandigen
Metallrohr hergestellt werden kann. Durch das Verbindungsteil wird
der Fertigungsaufwand zur Herstellung des ersten Sensorgehäuseteils
stark reduziert. Da in das erste Sensorgehäuseteil keine Nut eingebracht
wird und keine Bördelkante daran
angeordnet ist, kann dieses dünner
ausgebildet werden, wodurch Materialkosten eingespart werden. Insbesondere
kann das erste Sensorgehäuseteil
als einfaches Stanzteil gefertigt werden.
-
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen
der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen
Merkmale ermöglicht.
-
Besonders preiswert kann das Verbindungsteil
als einfaches Stanzbiegeteil oder aus einem dünnwandigen Rohr gefertigt werden.
-
Zur Befestigung des ersten Sensorgehäuseteils
an dem zweiten Sensorgehäuseteil
ist vorgesehen, dass ein umlaufender, vorzugsweise kreisringförmiger Abschnitt
des Verbindungsteils mit einer Fläche des ersten Sensorgehäuseteils
verschweißt wird.
-
Das Verbindungsteil kann in einem
Ausführungsbeispiel
mittels einer Bördelung
an dem zweiten Sensorgehäuseteil
festgelegt werden. Zusätzlich ist
am Verbindungsteil eine umlaufende Nut ausgebildet, in welche die
Stirnseite einer umlaufenden Gehäusewand
des zweiten Sensorgehäuseteils
eingreift.
-
Falls das zweite Sensorgehäuseteil
aus Kunststoff gefertigt ist, kann das Verbindungsteil auch mit
einem Abschnitt in den Kunststoff des zweiten Sensorgehäuseteils
eingebettet sein und mit einem zur Verbindung mit dem ersten Sensorgehäuseteil
vorgesehenen weiteren Abschnitt davon abstehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel
kann das zweite Sensorgehäuseteil
beispielsweise als preiswertes Spritzgussteil gefertigt werden,
wobei das Verbindungsteil als Einlegeteil in das Spritzgusswerkzeug eingesetzt
wird.
-
Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung erläutert.
Es zeigt
-
1 einen
Querschnitt durch ein Drucksensorgehäuse nach einem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
-
2 einen
Schnitt durch 1 entlang
der Linie II-II,
-
3 einen
Querschnitt durch ein Drucksensorgehäuse nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
-
4 und 5 Querschnitte durch ein Drucksensorgehäuse für ein weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
-
1 und 2 zeigen ein Drucksensorgehäuse nach
einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Ein Halbleiter-Druckaufnehmer 10 ist
auf ein sockelförmiges
Trägerteil 5 aufgelötet. Der
Druckaufnehmer 10 ist vorzugsweise als Siliziumchip ausgebildet
und mit Sensorelementen und einer Sensormembran versehen. Zusätzlich zu
den Sensorelementen kann noch eine nicht dargestellte Auswerteschaltung
auf dem Druckaufnehmer 10 angeordnet sein. Um thermische
Spannungen zwischen Halbleiter-Druckaufnehmer 10 und Trägerteil 5 zu
reduzieren, ist das Trägerteil 5 aus
einem an den Ausdehnungskoeffizienten von Silizium angepassten Material
und vorzugsweise aus einer Eisen-Nickel-Legierung (Invar®)
oder Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung (Kovar®)
hergestellt. Wie zu erkennen ist, steht der Druckaufnehmer 10 mit
einem in dem Trägerteil 5 angeordneten
ersten Druckkanalabschnitt 51 in Verbindung, so dass die
Sensormembran über
den ersten Druckkanalabschnitt 51 mit Druck beaufschlagbar
ist.
-
Wie weiter in 1 zu erkennen ist, wird das sockelartige
Trägerteil 5 mit
seiner von dem Druckaufnehmer 10 abgewandten Seite mit
einem metallischen Anschlussstutzen 4 aus beispielsweise
Edelstahl z. B. durch Laserschweißen verbunden.
Der Anschlussstutzen 4 ist als Schraubanschluss ausgebildet
und wird als separates Bauteil auf die Außenseite 32 eines
metallischen ersten Sensorgehäuseteils 3 aufgeschweißt, wobei
der Anschlussstutzen 4 eine zentrale Durchgangsöffnung 31 in
dem ersten Sensorgehäuseteil 3 überdeckt.
Mit dem Anschlussstutzen 4 ist die Vorrichtung in einer
mit einem Gegengewinde versehenen Einbauöffnung festlegbar. Das etwas
zylinderförmig
ausgebildete Trägerteil 5 weist
einen kleineren Durchmesser als die Durchgangsöffnung 31 auf. An
einer von dem Halbleiter-Druckaufnehmer 10 abgewandten
Seite des Trägerteils 5 ist
ein Stutzen 52 ausgebildet, in dem der ersten Druckkanalabschnitt 51 zentrisch
eingelassen ist. Der Anschlussstutzen 4 weist an seiner
der Durchgangsöffnung 31 zugewandten
Seite einen umlaufenden Kragen 42 auf, der an dieser Seite
um einen in dem Anschlussstutzen 4 angeordneten zweiten
Druckkanalabschnitt 41 umlaufend angeordnet ist. Das Trägerteil 5 wird
mit dem Stutzen 52 in den Kragen 42 eingeschoben
und mit diesem verschweißt.
Anschließend
kann das Trägerteil 5 durch die
Durchgangsöffnung 31 des
ersten Sensorgehäuseteils 3 geschoben
werden und der Anschlussstutzen mit der Außenseite 32 des ersten
Sensorgehäuseteils 3 verschweißt werden.
Im Betrieb erfolgt die Druckzuführung
vom zweiten Druckkanalabschnitt 41 in den ersten Druckkanalabschnitt 51 und
von dort zur Unterseite des Halbleiter-Druckaufnehmers 10.
-
Das erste Sensorgehäuseteil 3 ist
als ein plattenförmiges
Basisteil 37 mit einer ersten Fläche 33, einer dazu
paralle len, dem Außenraum
zugewandten zweiten Fläche 32 und
einer zur Anlage eines Schraubwerkzeuges geeigneten und vorzugsweise
als Sechskant ausgebildeten Umfangswand 34 ausgestaltet.
Der Anschlussstutzen 4 steht von der zweiten Fläche 32 des
Basisteils 37 nach außen ab.
Ein in dem Ausführungsbeispiel
von 1 als Stanzbiegeteil 6 ausgebildetes
Verbindungsteil ist mit einem vorzugsweise kreisringförmigen Abschnitt 63 auf
die von der Außenfläche 32 abgewandte
Fläche 33 des
ersten Sensorgehäuseteils 3 aufgelegt
und im Bereich des kreisringförmigen
Abschnitts 63 mit dem ersten Sensorgehäuseteil 3 verschweißt. Ein
sich radial nach innen erstreckender Abschnitt des Verbindungsteils 6 bildet
ein Podest 67 zur Auflage einer Leiterplatte 7,
welche mit dem Druckaufnehmer 10 über nicht dargestellte Bonddrähte elektrisch
leitend verbunden ist. Die mit den Leiterbahnen 72 und
elektronischen Bauelementen versehene Oberseite der auf das Stanzbiegeteil
aufgesetzten Leiterplatte ist in etwa in einer Ebene mit der Oberseite
des Druckaufnehmers 10 angeordnet. Das Trägerteil 5,
auf dem der Druckaufnehmer 10 angeordnet ist, durchgreift eine Öffnung 71 in
der Leiterplatte und eine zentrische Öffnung 68 in dem Verbindungsteil 6,
wie am besten in 2 zu
erkennen ist. Das Verbindungsteil 6 kann aber auch ohne
das Podest 67 mit einer im Durchmesser vergrößerten Öffnung 68 ausgebildet werden.
In diesem Fall kann die Leiterplatte 7 beispielsweise unter
Zwischenlage eines Distanzstücks auf
die Innenfläche 33 des
Sensorgehäuseteils 3 aufgesetzt
werden.
-
Anschlussflächen 73 der Leiterplatten 7 sind über Kontaktfederelemente 9 mit
elektrischen Anschlusselementen 8 verbunden, die in dem
aus Kunststoff gebildeten zweiten Sensorgehäuseteil 2 angeordnet
sind, welches auf das Stanzbiegeteil 6 aufgesetzt wird.
Das zweite Sensorgehäuseteil 2 kann
aber auch aus einem anderen Material, beispielsweise aus Metall
gebildet werden. Die Anschlusselemente 8 sind dann von
dem zweiten Sensorgehäuseteil 2 zu
isolieren. Die Anschlussele mente 8 sind von dem elektrischen
Anschluss 23 ins Innere des Sensorgehäuses 1 geführt.
-
Das als Stanzbiegeteil gefertigte
Verbindungsteil 6 weist eine nutförmige Kontur 62 auf,
in welche eine zylinderförmige
Wand 22 des zweiten Sensorgehäuseteils 2 eingesetzt
ist. Über
ein Dichtklebung in der Kontur 62 wird das zweite Sensorgehäuseteil 2 gegen
das Verbindungsteil 6 abgedichtet. Durch Bördelung
des äußeren Randes
des Verbindungsteils 6 um den umlaufenden Endabschnitt
der Wand 22 wird das Verbindungsteil 6 an dem
zweiten Sensorgehäuseteil 2 befestigt.
-
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in 3 dargestellt. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
ist der Druckaufnehmer 10 in einem Modulgehäuse 20 angeordnet,
das auf eine Leiterplatte 7 aufgesetzt ist. Elektrische
Kontaktelemente des Moduls sind mit Leiterbahnen der Leiterplatte 7 elektrisch
verbunden, während
ein Druckstutzen 52 des Moduls 20 durch eine Öffnung der
Leiterplatte hindurchgeführt
und in einen Kragen 42 des Anschlussstutzens 4 des
Sensorgehäuses 1 eingesetzt
ist und wie bei dem Ausführungsbeispiels
aus 1 damit verschweißt ist. Der
Anschlussstutzen 4 ist wieder an einem ersten Sensorgehäuseteil 3 angeordnet,
welches als plattenförmiges
Basisteil 37 mit einer ersten Fläche 33, einer dazu
parallelen, dem Außenraum
zugewandten zweiten Fläche 32 und
einer zur Anlage eines Schraubwerkzeuges geeigneten und vorzugsweise als
Sechskant ausgebildeten Umfangswand 34 ausgestaltet ist.
Das zweite Sensorgehäuseteil 2 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
als Spritzgussteil aus Kunststoff gefertigt. Das Verbindungsteil
wird durch eine rohrförmige
Metallhülse 64 gebildet,
die als Einlegeteil in das Spritzgusswerkzeug eingelegt wird. Das
Verbindungsteil 6 ist mit einem Abschnitt 65 in
einer Nut 22 des zweiten Sensorgehäuseteil 2 festgelegt
und steht mit einem weiteren Abschnitt 69 davon ab. Eine
Dichtklebung 66 oder ein Dichtring kann den Verbindungsbereich
von Verbindungsteil 6 und erstem Sensorgehäuseteil 2 abdichten,
falls dies wün schenswert
ist, um eine Abdichtung des Sensorgehäuses vom umgebenden Außenraum
zu realisieren. Der äußere Rand
des Verbindungsteils 6 ist flanschartig umgebogen, wodurch
eine kreisringförmige Fläche 63 zur
Auflage auf das erste Sensorgehäuseteil 3 gebildet
wird. Das Verbindungsteil 6 wird im Bereich der Fläche 63 mit
dem ersten Sensorgehäuseteil 3 verschweißt. Die
elektrischen Anschlusselemente 8 sind durch das zweite
Sensorgehäuseteil 2 in
den Innenraum des Sensorgehäuses 1 geführt und mit
der Leiterplatte 7 elektrischen verbunden. Ein Kleber 67 verbindet
das Deckelteil 61 des Drucksensormoduls 20 mit
der Innenseite des zweiten Sensorgehäuseteils 2.
-
Natürlich ist es bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
auch möglich,
auf das Modulgehäuse
zu versichten und den Druckaufnehmer wie in 1 gezeigt in dem Sensorgehäuse anzuordnen. Umgekehrt
kann natürlich
auch das Drucksensormodul in das in 1 gezeigte
Ausführungsbeispiel
eingesetzt werden.
-
4 und 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Als Druckaufnehmer dient in diesem Ausführungsbeispiel
eine Druckmesszelle 100 aus Edelstahl, die auf ihrer von
dem Druckkanal 41 abgewandten Seite beispielsweise mit in
Dünnschichttechnik
hergestellten Widerständen versehen
ist, die eine Wheatstonebrücke
bilden. Die Aufbereitung und Verstärkung des Signals der Wheatstonebrücke erfolgt
beispielsweise über
einen ASIC, der auf einer in das Sensorgehäuse eingesetzten Leiterplatte 7 oder
einem Hybrid angeordnet ist. Die tassenförmige Druckmesszelle 100 ist
mit einem ein Gewinde aufweisenden Anschlussstutzen 4 verschweißt, was
beispielsweise durch Laserschweißen, Widerstandschweißen oder
Elektronenstrahlschweißen
oder in anderer Weise erfolgen kann. Zu diesem Zweck wird die Druckmesszelle 100 mit
ihrer offenen Seite auf einen Kragen des Anschlussstutzens 4 aufgesetzt
und im Verbindungsbereich 45 mit diesem verschweißt. Die
aus An schlussstutzen 4 und Druckmesszelle 100 bestehende
Baugruppe wird anschließend
in die Durchgangsöffnung Öffnung 31 eines
Sensorgehäuseteils 3 eingesetzt,
das wie in den anderen Ausführungsbeispiel
als plattenförmiges
Basisteil ausgebildet ist. Im Bereich 43 wird der Anschlussstutzen
mit dem Sensorgehäuseteil 3 verschweißt. Auf
die von dem Anschlussstutzen abgewandte Seite 33 des ersten Sensorgehäuseteils 3 ist eine
Leiterplatte 7 mittels Leitkleber aufgeklebt, der einen
elektrischen Masseanschluss zum Gehäuse des Drucksensors bildet.
Die Leiterplatte 7 ist mit einem IC in Flip-Chip-Montage
und verschiedenen anderen elektronischen Bauelementen bestückt. Kontaktfedern 9 verbinden
die Leiterplatte mit Anschlusselementen 8, die in einem
zweiten Sensorgehäuseteil 2 angeordnet
sind und sich von einem Anschlussstecker 23 ins Innere
des Sensorgehäuses
erstrecken. Über
Bonddrähte 101 ist
die Druckmesszelle mit der Leiterplatte 7 verbunden.
-
Das zweite Sensorgehäuseteil 2 ist
als Spritzgussteil gefertigt mit darin eingespritzten Anschlusselementen 8 und
mit einem darin eingespritzten Verbindungsteil 6. Das Verbindungsteil 6 ist
als Tiefziehteil ausgebildet und weist hier eine in etwa topfförmige Gestalt
mit einem zylindrischen Außenmantel 64 und
einem Boden 65a auf, der vollständig in den Kunststoff eingebettet
ist. Das Verbindungsteil 6 kann sehr dünnwandig ausgebildet werden.
Durch Ausnehmungen 65b in dem Boden 65 des Verbindungsteils
sind die Anschlusselemente 8 und gegebenenfalls noch Durchgangsausnehmungen
vom Gehäuseinnenraum
bis zum Anschluss 23 des Sensors geführt. Durch die topfförmige Gestalt
des Verbindungsteils 6 wird ein sehr guter EMV-Schutz (EMV =
elektromagnetische Verträglichkeit)
der Auswerteelektronik auf der Leiterplatte 7 erreicht.
Da die Anschlusselemente 8 durch kleine Öffnungen 65a des Verbindungsteils 6 nach
außen
geführt
sind, bildet das Verbindungsteil 6 zusammen mit dem plattenförmigen ersten
Sensorgehäuseteil 3 einen
nahezu geschlossenen EMV-Raum. Eine umlaufende Kleberraupe 66 aus
dichtendem Klebermaterial ist auf der In nenseite des Sensorgehäuses zwischen
dem Verbindungsteil 6 und einem ringförmigen Wand 29 des zweiten
Sensorgehäuseteil 2 eingesetzt.
Es ist auch möglich
die Kleberraupe auf der Außenseite
des Verbindungsteils vorzusehen oder einen O-Ring zwischen der Außenwand 6 und
dem Außenumfang
des zweiten Sensorgehäuseteils
mit einzuspritzen. Der von dem zweiten Sensorgehäuseteil 2 abgewandte Rand
des Verbindungsteils ist nach außen abgebogen und bildet einen
umlaufenden Kragen 69, der mit der Seite 33 des ersten
Sensorgehäuseteils
verschweißt
ist, was vorteilhaft durch Laserschweißen oder Widerstandsschweißen erfolgen
kann, so dass eine temperaturstabile, feste Verbindung entsteht.
-
Das in 4 und 5 dargestellte Ausführungsbeispiel
ermöglicht
vorteilhaft eine Reduktion der Sensorbauhöhe in Verbindung mit einer
Vereinfachung des gesamten Aufbaukonzepts und eine deutliche Verbesserung
der EMV-Abschirmung.
-
Die dargestellten Drucksensoren sind
beispielsweise zur Verwendung in Fahrzeuggetrieben, Kraftstoffdirekteinspritzung
oder als Drucksensoren in einem Common-Rail System verwendbar.