DE10333438A1

DE10333438A1 - Brennraumdrucksensor mit Metallmembran mit piezoresistiver Metalldünnschicht

Info

Publication number: DE10333438A1
Application number: DE10333438A
Authority: DE
Inventors: Thomas Moelkner; Holger Scholzen; Joerg Gebers; Ralf Kaiser; Carsten Kaschube; Christian Roesser; Lothar Baumann; Hans-Peter Didra; Roger Frehoff; Markus Fissler; Markus Ledermann; Benjamin Thiel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2005-02-17
Also published as: US20050034525A1; FR2858053A1; JP2005043364A; US7159448B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drucksensor zur Erfassung des Druckes in einem mit Hochdruck beaufschlagten Raum. Die durch den Drucksensor (1) erfassten Signale werden einer Auswerteelektronik (16) zugeleitet. An dem dem mit Hochdruck beaufschlagten Raum zuweisenden Ende des Drucksensors (1) ist eine Sensormembran (7) aufgenommen. Die Sensormembran (7) ist als Stahlmembran ausgebildet, auf deren Rückseite (7.2) eine piezoresistive Messelemente aufnehmende Metalldünnschicht (8) aufgebracht ist. Die Metalldünnschicht (8) ist durch Übertragungselemente (11) kontaktiert und mit der Auswerteelektronik (16) verbunden.

Description

Technisches Gebiet
In Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen ist eine Druckmessung zur Ermittlung des Brennraumdruckes erforderlich, um eine Information über die in dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine jeweils herrschenden Drücke zu erhalten. Die Information über die in den Brennräumen jeweils herrschenden Drücke können zur Erfassung des Ist-Motormomentes und zur Überwachung der Verbrennung (z.B. Aussetzer, Klopfen) an modernen Motormanagementsystemen genutzt werden.
Stand der Technik
Aus dem kraftfahrttechnischen Taschenbuch, 23. Auflage, Braunschweig; Wiesbaden, Viehweg 1999, ISBN 3-528-03876-4, Seite 111, ist ein integrierter Silizium-Brennraumdrucksensor bekannt. Der Silizium-Brennraumdrucksensor umfasst einen Übertragungsstößel, ein Silizium-Podest, welches der Krafteinleitung dient sowie einen integrierten Silizium-Drucksensor. An einer Seite der Stahlmontageplatte befinden sich ein oder mehrere Anschlussstifte, von dem oder von denen aus eine Verbindungsleitung zum integrierten Siliziumdrucksensor verläuft. Gemäß dieser Anordnung ist der Silizium-Chip den hohen Temperaturen in einem Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine nicht unmittelbar ausgesetzt. Dies wird durch eine metallische Trennmembran sowie einen Stößel ausreichender Länge zur Kraftübertragung erreicht. Durch das mikromechanische Aufbringen eines Podestes in der Membranmitte wird der Silizium-Chip zu einem Kraftsensor. Die von der Frontmembran aufgenommenen Druckkräfte werden über den Stößel mit nur geringer zusätzlicher Verfälschung über das Podest in den Sensor-Chip aus Silizium eingeleitet. Dieser befindet sich in einer zurückgezogenen Montageposition und ist somit nur noch Betriebstemperaturen unterhalb von 150°C ausgesetzt.
WO 97/31251 A ist ein Brennraumdrucksensor zur Ermittlung von Klopferscheinungen und Zündaussetzern zu entnehmen. In eine Zündkerze ist ein faseroptischer Brennraum drucksensor integriert. Dieser ist derart konfiguriert, dass der Zündkerzenkörper von einem Leiter durchzogen ist. Eine tastenförmig ausgebildete Membran mit einer ungleichmäßigen Dicke reduziert die auf die Membran wirkende mechanische Beanspruchung und steigert die Zuverlässigkeit des Sensors. Auftretende Überdrücke, die auf den Brennraumdrucksensor wirken, werden dadurch reduziert, dass an der Membran gewinkelte Abschnitte ausgebildet sind.
Mikromechanische Brennraumdrucksensoren haben sich in der Praxis als durchaus serienfähig erwiesen, sind jedoch mit wesentlichen Nachteilen behaftet. Die mikromechanischen Brennraumdrucksensoren weisen nur eine begrenzte thermische Festigkeit auf. Da die mikromechanischen Brennraumdrucksensoren jedoch möglichst nahe am Brennraum installiert werden müssen, sind sie höheren Temperaturen ausgesetzt, was entsprechende Anforderungen an die thermische Festigkeit solcher Brennraumdrucksensoren stellt. Ferner weisen die bisher bekannten mikromechanischen Brennraumdrucksensoren den Nachteil auf, dass diese nur begrenzt miniaturisierungsfähig sind. Dadurch erfordern die derzeit eingesetzten mikromechanischen Brennraumdrucksensoren größere Montageflächen im Bereich eines Zylinderkopfes einer Verbrennungskraftmaschine. Der Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine stellt jedoch einen Bereich der Verbrennungskraftmaschine dar, an welchem der Bauraum aufgrund der Vielzahl von Einbau- oder Anbaukomponenten ohnehin schon begrenzt ist.
Zur präzisen Erfassung von Zylinderinnendrücken oder Brennraumdrücken von Verbrennungsmotoren kommen auch nach dem piezoelektrischen Prinzip arbeitende Drucksensoren zum Einsatz, die eine sehr aufwendige Auswerteelektronik benötigen. Einerseits sind diese Drucksensoren sehr präzise, andererseits jedoch sehr teuer und aufgrund der voluminören Auswerteelektronik nur für den Einsatz auf Prüfständen und bestensfalls in Versuchsfahrzeugen einsetzbar. Neben dieser Anwendung gibt es auch Bestrebungen, die Brennraumdruckmessung in Serienmotoren einzusetzen, um zu einer brennraumdruckbasierten Motorregelung zu kommen. Brennraumdrucksensoren, die die Anforderungen an eine Serienlösung hinsichtlich Preis, Handhabbarkeit und Lebensdauer bei den gleichzeitig hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Brennraumdruckmessung erfüllen, sind auf dem Markt jedoch nicht erhältlich.
Darstellung der Erfindung
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Drucksensor umfasst eine brennraumnah angeordnete Stahlmembran, die auf ihrer Rückseite mit einer piezoresistiven Messbrücke aus Metalldünnschicht versehen ist. Aufgrund des geringen Einbauraumes im Zylinderkopf ist der Brennraumdrucksensor in einer sehr schlanken Bauform ausgebildet, die dadurch erreicht wird, dass die Metalldünnschicht mit federnden Elementen druckkontaktiert ist. Das Drucksignal wird über elektrisch leitfähige Einlegeteile, die in einem nicht leitenden Grundkörper eingelegt sind, durch einen schlanken Sensorhals zur Auswerteschaltung übertragen. In vorteilhafter Weise kann die Auswerteschaltung selbst in einem im Durchmesser erweiterten Bereich des Drucksensors untergebracht werden so z.B. in einem Hohlraum im oberen Bereich des Drucksensors.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Brennraumdrucksensors kann mittels der Stahlmembran erreicht werden, dass die heiße und aggressive Atmosphäre, die beispielsweise innerhalb eines Brennraumes einer Verbrennungskraftmaschine herrscht, kostengünstig und sicher vom Sensorinneren abgehalten werden kann. Dies wirkt sich besonders günstig auf die Standzeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Brennraumdrucksensors aus. Des weiteren bietet die eingesetzte piezoresistive Metalldünnschicht des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Brennraumdrucksensors ein sehr hohes Genauigkeitspotential, welches durch einen sehr niedrigen Temperaturkoeffizienten hinsichtlich Offset, d.h. Sensordrift, sowie Empfindlichkeit und elektrischem Widerstand erreicht werden kann. Darüber hinaus bietet die eingesetzte piezoresisstive Metalldünnschicht den Vorteil, dass sie den im Brennraum herrschenden und auf die dünnwandige Stahlmembran wirkenden Temperaturen dauerhaft standhalten kann, insbesondere an der Rückseite der brennraumnahen Stahlmembran. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufbau eines Drucksensors zum Einsatz an Brennräumen von Verbrennungskraftmaschinen ist vor allem in brennraumnahen Bereich, d.h. im Zylinderkopfbereich sehr schlank bauend, benötigt demzufolge wenig Bauraum und ist stabil, d.h. betriebssicher bei den am Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine auftretenden Temperaturen.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausführung eines Drucksensors kann der im Inneren eines Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine herrschende Druck, der sehr dynamisch verläuft, mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensor ist hinsichtlich eines Serieneinsatzes an Verbrennungskraftmaschinen sehr kostengünstig, gut handhabbar und eignet sich vor allem aufgrund seiner schlanken Bauweise sehr gut für die Einbausituation im Zylinderkopfbereich an einer Verbrennungskraftmaschine.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird der erfindungsgemäß vorgeschlagene Drucksensor, der beispielsweise zur Druckerfassung an Brennräumen von Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden kann, eingehender beschrieben.
Es zeigt:
1 eine Draufsicht auf einen rotationssymmetrisch ausgebildeten, erfindungsgemäß vorgeschlagenen Drucksensor für Brennräume,
2 einen Längsschnitt durch den Drucksensor gemäß der Darstellung in 1 und
3 einen Längsschnitt durch den Drucksensor gemäß der Darstellung in 1 mit einem anderen Schnittebenen Verlauf,
4 einen detaillierten Aufbau der Metalldünnschicht und,
5 eine Prinzipdarstellung der elektrischen Schaltung.
Ausführungsvarianten
1 ist die Draufsicht auf einen erfindungsgemäß vorgeschlagenen Drucksensor für mit Hochdrücken beaufschlagte Räume zu entnehmen.
Der in 1 dargestellte Drucksensor ist rotationssymmetrisch aufgebaut und umfasst einen Sensorhals 3 und einen Sensorkopf 27. In einen Sensorkörper 2 des Sensorkopfes 27 ist eine in 1 nicht dargestellte Auswerteelektronik integriert. Unterhalb des Sensorkörpers 2 des Sensorkopfes 27 des Drucksensors 1 ist ein Gewindeabschnitt 5 vorgesehen, der in einem Kegeldichtsitz 4 ausläuft. An dem Kegeldichtsitz 4 unmittelbar anschließend weist der Drucksensor 1 ein den Sensorhals 3 bildendes Hüllrohr 9 auf. Der Sensorhals 3 des Drucksensors 1 gemäß der Darstellung in 1 ist in einem reduzierten Durchmesser 21 im Vergleich zum Durchmesser 22 des Sensorkopfes 27 ausgebildet. An dem mit Druck beaufschlagten Raum zuweisenden Ende des Sensorhalses 3 ist in dieses ein eine Sensormembran 7 aufweisendes Einsatzstück 25 eingelassen, welches mit dem den Sensorhals 3 bildenden Hüllrohr verschweißt oder auf eine andere Art und Weise verbunden sein kann.
Die aus 1 hervorgehende schlanke Bauform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensors 1 erlaubt es, den Drucksensor in beschränkten Einbauraumverhältnissen, wie sie beispielsweise im Zylinderkopfbereich einer Verbrennungskraftmaschine herrschen, unterzubringen. Aufgrund der Integration der in 1 nicht dargestellten Auswerteelektronik in einen im Sensrokörper 2 gebildeten Hohlraum kann der erfindungsgemäß vorgeschlagene Drucksensor an seiner Rückseite direkt durch einen Kabelbaumstecker mit dem Motorsteuergerät einer Verbrennungskraftmaschine verbunden werden.
Der in 1 dargestellte, unterhalb des Gewindeabschnittes 5 ausgebildete Kegeldichtsitz 4 dient der Abdichtung des Drucksensors 1 gegen den Zylinderkopf. Die als Kegeldichtsitz 4 ausgebildete Dichtfläche kann von Übergang zwischen dem Sensorhals 3 bildenden Hüllrohr 9 auch weiter in Richtung auf das die Sensormembran 7 aufweisende Einsatzstück 25 verlegt werden. Ferner kann der in der Darstellung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Drucksensors 1 gemäß 1 dargestellte Gewindeabschnitt 5 statt am Sensorkörper 2 auch an den Sensorhals 3 des Sensors 1 bildenden Hüllrohr 9 angebracht werden. Die Sensormembran ist am Einsatzstück 25 ausgebildet und in der Darstellung gemäß 1 nicht dargestellt. Die mit Bezugszeichen 26 bezeichnete Fuge kennzeichnet eine Schweißverbindung zwischen dem Einsatzstück 25 und dem Hüllrohr 9.
Der Darstellung gemäß 2 ist ein Längsschnitt durch den in 1 dargestellten Drucksensor zu entnehmen.
Der Drucksensor 1 gemäß der Darstellung in 2 weist am Sensorkopf 27 den bereits in 1 dargestellten Gewindeabschnitt 5 auf. Der Gewindeabschnitt 5 des Sensorkopfes 27 geht in eine kegelstumpfförmig ausgebildete Kegeldichtfläche 4 über, an welche sich das den Sensorhals 3 bildende Hüllrohr 9 anschließt. Am brennraumseitigen Ende 6 des Hüllrohres 9 ist das Einsatzstück 25 aufgenommen, welches eine topfartige Vertiefung 24 aufweist, deren Begrenzungsfläche durch eine Sensormembran 7 gebildet wird. Bevorzugt wird die Sensormembran 7 als Stahlmembran ausgebildet, deren Rückseite 7.2 mit einer piezoresistiven Messbrücke aus Metalldünnschicht 8 versehen ist.
Während die dem Brennraum zuweisende Seite der Sensormembran mit Bezugszeichen 7.1 bezeichnet ist, ist die dem Sensorhals 3 zuweisende Seite, d.h. die dem Brennraum abgewandte Seite der Sensormembran 7, mit Bezugszeichen 7.2 identifiziert. An der dem Brennraum abgewandten Seite 7.2 der Sensormembran 7 ist eine piezoresistive Metalldünnschicht 8 aufgebracht, welche in der Darstellung gemäß 2 durch Federelemente 15 kontaktiert wird.
In das den Sensorhals 3 bildende Hüllrohr 9 ist ein Grundkörper 10 aus einem nicht leitenden Material eingeschoben. In den in das Hüllrohr 9 des Sensorhalses 3 eingeschobenen Grundkörper 10 sind wiederum Einlegeteile 11 aus einem elektrisch leitfähigen Material eingelassen. Durch die länglich ausgebildete, wenig Bauraum beanspruchende Konfiguration der Einlegeteile 11 aus einem elektrisch leitfähigen Material wird eine Druckkontaktierung der an der dem Brennraum abgewandten Seite 7.2 der Sensormembran 7 aufgebrachten piezoresistiven Metallschicht 8 mit der im Sensorkopf 27 untergebrachten Auswerteelektronik 16 erreicht. Die Auswerteelektronik 16 ist durch eine in 2 dargestellten Schaltungsträger 28 angedeutet. Der Schaltungsträger 28 kann beispielsweise eine Leiterplatte oder ein Hybrid sein. Die aus einem elektrisch leitenden Material gefertigten Einlegeteile, die im Grundkörper 10 aus nicht-leitendem Material ausgebildet sind, stehen mit dem Schaltungsträger 28 entweder über eine Druckkontaktierung oder über Bondkontaktierung oder durch thermokompressionsgeschweißte Drähte elektrisch in Verbindung. In der Darstellung gemäß 2 sind die unteren Enden der stabförmig ausgebildeten Einlegeteile 11 aus einem elektrisch leitfähigen Material über Federelemente 15 mit der Rückseite 7.2 der Sensormembran 7 in Verbindung. Die Druckkontaktierung, die gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsvariante des Drucksensors 1 über Federelemente 15 erreicht wird, kann stattdessen auch über S-Federn, Druckstifte oder Cinch-Kontakte erfolgen. Bei Cinch-Kontakten werden Drähte wie beispielsweise Golddrähte in Knäuelform verwendet, die aufgrund der Knäuelstruktur etwas federn und Längenänderungen ausgleichen können. Des weiteren ist eine Bondverbindungen oder eine Thermokompressionsverschweißung möglich. Sowohl die elektrisch leitende Bondverbindung als auch die Thermokompressionsverschweißung kann nach der Durchführung der elektrischen Verbindung um 90° in Bezug auf die Sensorlängsrichtung hochgeklappt sein, sollte dies aus Platzgründen erforderlich sein.
In vorteilhafter Weise können die Einlegeteile 11 aus einem elektrisch leitfähigen Material vor der Montage des Grundkörpers 10 aus einem nicht leitenden Material in den Grundkörper 10 eingelegt werden. Ein derartig vormontierter Grundkörper 10 wiederum kann in das Hüllrohr 9, welches den Sensorhals 3 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Drucksensors 1 bildet, eingeschoben werden. Somit ist eine einfache Montage des Sensors gegeben. Die mit Bezugszeichen 13 bezeichnete Länge des Hüllrohres 9 kann variabel ausgebildet werden und in Abstimmung der Längenverhältnisse der Einlegeelemente 11 aus elektrisch leitfähigem Material an die jeweilige Einbausituation im Zylinderkopfbereich einer Verbrennungskraftmaschine angepasst werden.
Die Kontaktierung 12 zwischen den Einlegeteilen 11 aus einem elektrisch leitfähgiem Material 11 und den piezoresistiven Komponenten auf der dem Brennraum abgewandten Seite 7.2 der Sensormembran 7 ermöglicht eine zuverlässige Signalübertragung auch bei höheren Temperaturen, wie sie im brennraumnahen Bereichen von Verbrennungskraftmaschinen auftreten können. In der Darstellung gemäß 2 ist dass die Sensormembran 7 aufweisende Einsatzstück 25 entlang einer Fuge 26 mit den dem Brennraum zuweisenden Ende des Hüllrohres 9 des Drucksensors 1 stoffschlüssig verbunden.
Mit Bezugszeichen 14 ist ein aufgeweiteter Durchmesserbereich im Sensorkopf 27 des Drucksensors 1 bezeichnet, in welchem die Schaltungsträger 28 einer Auswerteelektronik 16 untergebracht werden kann. Die mit Bezugszeichen 20 bezeichnete Aussenumfangsfläche des Sensorkopfes 27 des Drucksensors 1 kann in vorteilhafter Weise dazu genutzt werden, eine zusätzliche Führung des Drucksensors 1 im rückwärtigen Bereich des Drucksensors 1 zu ermöglichen, um die Schwingungsbelastungen, denen der erfindungsgemäß vorgeschlagene Drucksensor 1 ausgesetzt ist, zu reduzieren.
Der Darstellung gemäß 3 ist der Drucksensor gemäß 1 in einem im Vergleich zur 2 um 90° gedrehten Längsschnitt zu entnehmen.
Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass die die Auswerteelektronik 16 aufnehmende Schaltungsträger 28 parallel zur Symmetrieachse 19 des Drucksensors 1 in einem Hohlraum 23 im Sensorkopf 27 aufgenommen ist. In dem mit Bezugszeichen 23 bezeichneten Hohlraum 23 des Sensorkopfes 27 kann sowohl ein einseitig bestückter Schaltungsträger 28, wie sie in 3 dargestellt ist, untergebracht werden als auch ein zweiseitig bestückter Schaltungsträger 28. Der Schaltungsträger 28 kann neben der in 3 dargestellten Anordnungsvariante auch quer im Hohlraum 23 innerhalb des Sensorkopfes 27 des Drucksensors 1 aufgenommen sein. Im oberen Bereich des Drucksensors 1 befindet sich ein Anschlussbereich 18, mit welchem der rückwärtige Bereich, d.h. der Sensorkopf 27 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Drucksensors mit einem in 3 nicht dargestellten Kabelbaum eines Motorsteuergerätes für eine Verbrennungskraftmaschine verbunden werden kann. Aus der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass das Einsatzstück 25 eine Vertiefung 24 aufweist, deren Begrenzung die als Stahlmembran ausgebildete Sensormembran 7 bildet. Die Rückseite der Sensormembran 7 wird durch die Federelemente 15 druckkontaktiert, die ihrerseits wieder mit den im Halsbereich 3 des Drucksensors 1 stabförmig ausgebildeten Einlegeteilen 11 aus einem elektrisch leitfähigen Material in Kontakt stehen. Die stabförmig konfigurierten Einlegeteile aus einem elektrisch leitenden Material ihrerseits können mit dem Schaltungsträger 28 der Auswerteelektronik 16 entweder ebenfalls über Druckkontaktierungen oder über eine Bondkontaktierung elektrisch leitend verbunden werden. Aufgrund der Druchmesseraufweitung 14 im Sensorkopf 27 des Drucksensors 1 lässt sich der Schaltungsträger 28 der Auswerteelektronik 16 problemlos im Hohlraum 23 unterbringen, so dass die Übertragungsstrecke für die durch die stabförmig ausgebildeten Einlegeteile 11 aus einem elektrisch leitfähigen Material übertragenen Sensorsignale über eine kurze Übertragungstrecke der Auswerteelektronik 16 zugeführt werden können.
Die schlanke Bauform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Drucksensors 1 erlaubt den Einbau des Drucksensors 1 im beschränkten Einbauräumen im Zylinderkopfbereich einer Verbrennungskraftmaschine. Die durch die Federelemente 15 realisierte Druckkontaktierung der an der Rückseite 7.2 der Sensormembran 7 aufgebrachten piezoresistiven Metalldünnschicht 8 erlaubt eine sichere Signalübertragung. Das abgegriffene Signal wird über die in Stabform ausgebildeten Einlegeteile 12 aus einem elektrisch leitfähigen Material an die im Sensorkopf 27 aufgenommene Auswerteelektronik 16 übertragen. Aufgrund der gewählten Anordnung eines in das Hüllrohr 9 des Sensorhalses 3 einschiebbaren Grundkörpers 10 aus einem nicht leitenden Material und in dieses integrierte, im wesentlich stabförmig ausgebildete Einlegeteile 11 aus einem elektrisch leitenden Material lässt sich eine Isolierung sowie eine schwingungsunempfindliche Lagerung der die Übertragungsstrecke für die Drucksignale bildenden Einlegeteile 11 herbeiführen.
Der Darstellung gemäß 4 ist ein detaillierter Aufbau einer Metalldünnschicht einer piezoresistiven Messelemente enthaltenden Metalldünnschicht entnehmbar.
Auf der piezoresistiven Messelemente enthaltenden Metalldünnschicht 8 sind mehrere Kontaktpads 31 angeordnet. Die Kontaktpads 31 können entweder über Federkontakte 15, oder über Cinch-Kontakte, d.h. Drahtknäuel mit federnden Eigenschaften oder über eine Bondverbindugn oder eine geschweißte Drahverbindung kontaktiert werden. Kontaktpads 31 stehen mit den jeweiligen Enden von piezoresistiven Messelementen, die in die Metalldünnschicht 8 integriert sind, elektrisch leitend in Verbindung. Darüber hinaus sind auf der Äquatorebene der Metalldünnschicht gemäß der Draufsicht in 4 zwei Dünnschichtwiderstände 32 in gestauchter Form aufgenommen, die durch Druckbeaufschlagung der Sensormembran 7 gestaucht werden. Ferner weist die in 4 dargestellte stark vergrößert wiedergegebene Metalldünnschicht 8 zwei weitere, Dünnschichtwiderstände 33 auf, die durch Druckbeaufschlagung der Sensormembran 7 gedehnt werden.
5 ist eine Prinzipdarstellung der elektrischen Verschaltung der Dünnschichtwiderstände zu entnehmen.
Die Dünnschichtwiderstände 32 und 33 werden in Form einer Brückenschaltung miteinander verschaltet. An die Brückenschaltung wird eine Spannungsversorgung 30 angelegt. Die Messspannung U_M wird jeweils zwischen dem gemäß 4 Aussen liegend angeordneten, gestaucht ausgebildeten Dünnschichtwiderstand 32 und dem gemäß 4 Innen liegend angeordneten, gedehnt ausgebildeten Dünnschichtwiderständen 33 abgegriffen. Gemäß 4 sind die Dünnschichtwiderstände 33, die gedehnt ausgebildet sind, parallel zum Äquator der piezoresistiven Messelemente enthaltenden Metalldünnschicht 8 angeordnet.
Der Abgriff der Messspannung U_M erfolgt an den Kontaktpads 31, die in 4 eingezeichnet sind, mit Hilfe der Einlegeteile 11 aus elektrisch leitfähigem Material. Je nach Anzahl der Kontaktpads 31 auf der piezoresistiven Messelemente enthaltenden Metalldünnschicht 8 können im Grundkörper 10 aus nicht leitenden Material des Drucksensors 1 bis zu vier Einlegeteile 11 in Stabform untergebracht werden.

1: Drucksensor
2: Sensorkörper (PPS-keramik)
3: Sensorhals
4: Kegeldichtsitz
5: Gewindeabschnitt
6: brennraumnahes Ende
7: Sensormembran
7.1: Brennraumseite
7.2: Brennraumabgewandte Seite
8: piezoresistive Metalldünnschicht
9: Hüllrohr
10: Grundkörper aus nicht leitendem Material
11: Einlegeteile aus elektrisch leitfähigem Material
12: Kontaktierung
13: Hüllrohrlänge
14: aufgeweitete Druchmesser
15: Federkontakte
16: Auswerteelektronik
17: Bondkontaktierung
18: Anschlußstecker
19: Symmetrieachse
20: Führungsabschnitt Sensorkopf
21: Durchmesser Sensorhals
22: Durchmesser Sensorkopf
23: Hohlraum Sensorkopf
24: Vertiefung
25: Einsatzstück
26: Stossfuge
27: Sensorkopf
28: Schaltungsträger
30: Spannungsversorgung
31: Kontaktpad
32: Dünnschichtwiderstand gestaucht
33: Dünnschichtwiderstand gestreckt
U_M: Messspannung

Claims

Drucksensor zur Erfassung des Druckes in einem mit Hochdruck beaufschlagten Raum, wobei die durch den Drucksensor (1) erfassten Signale einer Auswerteelektronik (16) zugeführt werden und an dem den Hochdruck beaufschlagten Raum zuweisenden Ende des Drucksensors (1) eine Sensormembran (7) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormembran (7) als Stahlmembran ausgebildet ist, auf deren Rückseite (7.2) eine piezoresistive Messelemente aufnehmende Metalldünnschicht (8) aufgebracht ist, die über diese kontaktierende Übertragungselemente (11) mit der Auswerteelektronik (16) verbunden ist.
Drucksensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen im Durchmesser (22) erweiterten Sensorkopf (27) und einen im Durchmesser (21) reduzierten Sensorhals (3) aufweist.
Drucksensor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (16) in dem Sensorkopf (27) des Drucksensors integriert ist.
Drucksensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkörper (2) einen Brennraum nah ausgebildeten Kegeldichtsitz (4) aufweist.
Drucksensor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an einem den Sensorhals (3) bildenden Hüllrohr (9) ein Gewindeabschnitt (5) ausgebildet ist.
Drucksensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkörper (10) aus einem nicht-leitenden Material Einlegeteile (11) aus einem elektrisch leitfähigen Material vorgesehen sind zur Kontaktierung der Metalldünnschicht (8) der Sensormembran (7) und der Grundkörper (10) in den Drucksensor einschiebbar ist.
Drucksensor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das die Einlegeteile (11) einerseits eine Druckkontaktierung, eine Bondverbindung oder eine Cinch-Kontaktierung (15) mit der Metalldünnschicht (8) der Sensormembran (7) bilden und andererseits über eine Bond- oder Druckkontaktierung mit der Auswerteelektronik (16) des Drucksensros (1) verbunden sind.
Drucksensor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormembran (7) in einem Einsatzstück (25) ausgebildet ist, welches in den Sensorhals (3) eingelassen ist.
Drucksensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kontaktierung der Metalldünnschicht (8) mit dem Übertragungselementen (11) Federelemente (15) vorgesehen sind.
Drucksensor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (16) in einem Hohlraum (23) im Sensorkopf (27) parallel zur Symmetrieachse (19) des Drucksensors oder quer zu dieser aufgenommen ist und die Auswerteelektronik (16) eine ein- oder beidseitig bestückte Leiterplatte (28) aufweist.
Drucksensor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche des Sensorkopfes (27) als Führungsabschnitt (20) des Drucksensors (1) in dessen Einbauraum dient.
Drucksensor gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 11 zur Erfassung des Druckes im Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Drucksensor (1) im Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine aufgenommen ist.