DE19527919A1

DE19527919A1 - Druck-Meßeinrichtung

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Publication number: DE19527919A1
Application number: DE1995127919
Authority: DE
Original assignee: Beck Druckmeselemente GmbH
Current assignee: Beck Druckmeselemente GmbH
Priority date: 1995-07-29
Filing date: 1995-07-29
Publication date: 1997-01-30
Anticipated expiration: 2015-07-30
Also published as: DE19527919C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Druck-Meßeinrichtung mit einem Trägerelement, auf dem eine Metallmembran und zumindest eine Gegenelektrode zur Bildung einer kapazitiven Meßeinheit und eine mit der kapazitiven Meßeinheit ver bundene Auswerteeinheit angeordnet ist, mit einer ersten und einer zweiten Druckka mmer, die sich zu beiden Seiten der Metallmembran erstrecken und über Druckan schlüsse mit einem Druckmedium beaufschlagbar sind, und mit einer Abdeckung, die zur Bildung einer ersten Druckkammer die Metallmembran umschließt und mit dem Trägerelement verbindbar ist.

Eine derartige Druck-Meßeinrichtung ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift 30 11 269 bekannt. Dabei ist die Membran unter Zwischenlage eines Abstandhalters mittels der die Membran überspannenden Abdeckung über Schraubbolzen auf dem Träger element festgeklemmt. Die bekannte Ausführungsform zeichnet sich durch eine kon struktiv aufwendige Anordnung aus. Insbesondere durch den mehrschichtigen Aufbau sind aufwendige Justierungen erforderlich. Auch können durch unterschiedliche Anzugs kräfte der Verschraubungsbolzen Verspannungen der Metallmembran auftreten, die zu Meßungenauigkeiten führen. Insbesondere können Temperaturschwankungen aufgrund von unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Trägerelement, Metallmembran und Abdeckung zu Verstimmungen der kapazitiven Meßeinheit aus Metallmembran und Gegenelektrode führen.

Durch die Anordnung der Signalverarbeitungseinheit in unmittelbarer Nähe der kapaziti ven Meßeinheit werden die verhältnismäßig schwachen Ausgangssignale der Meßeinheit zwar ohne große Verluste zu der Signalverarbeitungseinheit geleitet, dadurch ist jedoch nicht ausgeschlossen, daß die Signalübertragung von der Meßeinheit zu der Signalver arbeitungseinheit bzw. die Signalverarbeitung innerhalb der Signalverarbeitungseinheit durch äußere Einflüsse beeinflußt werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem das Problem zugrunde, die zuvor beschriebene Druck-Meßeinrichtung derart weiterzubilden, daß die Meßgenauigkeit der Druck-Meßeinrichtung bei vereinfachtem konstruktiven Aufbau verbessert wird.

Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Metallmembran mit einem den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie die Metallmembran aufweisen den Trägerelement verklebt ist. Durch die gleichen thermischen Ausdehnungskoeffi zienten von Metallmembran und Trägerelement werden thermische Einflüsse auf die Meßgenauigkeit der kapazitiven Meßeinheit weitgehend ausgeschlossen.

Durch die Verklebung der Metallmembran mit dem Trägerelement wird einerseits eine druckdichte Verbindung zwischen der Metallmembran und dem Trägerelement herge stellt und andererseits wird ein konstruktiv einfacher Aufbau ermöglicht, der nur wenige Verfahrensschritte zur Herstellung benötigt.

Vorzugsweise weist das Trägerelement eine umlaufende Vertiefung oder Rille auf, in der ein umlaufender Rand der Metallmembran mittels elastischem Kleber fixiert ist. Dabei wird zunächst in die umlaufende Vertiefung oder Rille der elastische Kleber eingebracht, um anschließend den umlaufenden Rand der Membran darin einzubringen. Die Vertiefung oder umlaufende Rille kann durch einfache Verfahrensschritte an das Trägerelement angeformt werden. Diese dient nicht nur zur Aufnahme des elastischen Klebers, sondern stellt gleichzeitig auch eine Justierhilfe für die einzubringende Metall membran dar.

Durch diese Befestigungsart ergibt sich insbesondere der Vorteil, daß einerseits eine hinreichende Abdichtung zwischen dem elastischen Kleber und dem Trägerelement besteht und andererseits die Metallmembran elastisch mit dem Trägerelement verbunden ist. Als elastischer Kleber kann ein UV- bzw. thermisch aushärtbarer Silikonkleber ver wendet werden.

Als eine alternative vorteilhafte Befestigungsart für die Metallmembran ist vorgesehen, daß unterhalb des umlaufenden Randes der Metallmembran auf dem Trägerelement ein elektrischer Kontakt verläuft, und zwischen dem umlaufenden Rand und dem elek trischen Kontakt ein elastischer Körper mit elektrischen Leitern angeordnet ist, die die Metallmembran mit dem elektrischen Kontakt elektrisch verbinden. Die Metallmembran wird dabei unter Zwischenlage eines Zwischenstücks durch ein mit dem Trägerelement verbindbares Klemmelement auf dem Trägerelement festgeklemmt. Auch durch diese Verbindungsart wird eine druckdichte und elastische Verbindung zur Verfügung gestellt. Als besonderer Vorteil ist die Kontaktierung der Metallmembran über die innerhalb des elastischen Körpers verlaufenden elektrischen Leiter zu erwähnen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Druck-Meßeinrichtung ist vorgesehen, daß die Metallmembran mit der Gegenelektrode einen Differentialkon densator bildet, wobei die Metallmembran eine gemeinsame Bezugselektrode ist und die Gegenelektrode eine scheibenförmige Innenelektrode und eine kreisringförmige Außen elektrode aufweist. Durch die Differentialkondensatoranordnung erfolgt eine genauere Auswertung der Meßwerte und insbesondere eine Linearisierung der Meßkennlinie der kapazitiven Meßeinheit. Zur Linearisierung der Meßkennlinie, d. h. zur Wichtung der Innen- bzw. Außenelektrode, weisen die scheibenförmige Innenelektrode und die kreisringförmige Außenelektrode jeweils radiale Segmentierungen auf.

Zur Erhöhung des Meßeffektes und zur Verbesserung der Meßeigenschaften kann die Metallmembran eine Prägung wie umlaufende Rillen aufweisen und ein die Gegenelek troden aufweisender Bereich der Oberseite des Trägerelementes ist dieser Prägung angepaßt. Durch die Prägung wird einerseits die Oberfläche der Membran vergrößert und andererseits wird das Auslenkverhalten der Metall- membran verbessert. Beides trägt zur Linearisierung der Meßkennlinie der kapazitiven Meßeinheit bei. Die Auswertung der Kapazitätsänderung erfolgt vorzugsweise nach dem Summenbezugsverfahren.

Im folgenden werden vorteilhafte Ausgestaltungen des Gehäuses der Druck-Meßeinrich tung beschrieben, die auch Gegenstände eigenständiger Erfindungen sein können. Danach bildet zumindest die erste Abdeckung zusammen mit dem Trägerelement ein Gehäuse für die Druck-Meßeinrichtung, wobei die Informationsverarbeitungseinheit innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Dadurch ergibt sich einerseits der Vorteil, daß die Informationsverarbeitungseinheit vor mechanischen Einflüssen geschützt ist. Auch ergeben sich konstruktive Vorteile, da die als Gehäuse dienende Abdeckung gleichzeitig zur Bildung der die kapazitive Meßeinheit beinhaltenden Druckkammer ausgeführt ist. Durch eine vorteilhafte Ausgestaltung der Abdeckung bzw. des Trägerelementes können die kapazitive Meßeinrichtung und die Signalverarbeitungseinheit auch vor elektroma gnetischen Einflüssen geschützt werden. Dazu sind die Abdeckungen bzw. das Träger element außen vollflächig metallisiert, oder es sind leitfähige Partikel in den die Gehäuseteile bildenden Kunststoffteilen eingebracht. Auch können die Abdeckungen aus Metallblechen hergestellt werden.

Des weiteren ist vorgesehen, daß das Trägerelement zur Bildung der zweiten Druckkam mer mit einer der Unterseite des Trägerelementes zugewandten Abdeckung verbunden ist, wobei die zweite Druckkammer aus einer ersten Teil-Druckkammer zwischen Metallmembran und Oberseite des Trägerelementes und einer zweiten Teil-Druckkam mer zwischen Unterseite und Abdeckung gebildet wird, die über eine unterhalb der Metallmembran in das Trägerelement eingebrachte Durchbrechung miteinander in Verbindung stehen. Dadurch wird ein besonders einfacher konstruktiver Aufbau der Druck-Meßeinrichtung ermöglicht.

Eine besonders kompakte Ausführungsform wird dadurch erreicht, daß die Abdeckungen als Deckel ausgebildet sind, die auf das Trägerelement umlaufenden Randabschnitten zur Bildung der ersten und zweiten Druckkammer befestigbar sind. Auch hier wird das Gehäuse für die Druck-Meßeinrichtung aus Abdeckungen und Trägerelement gebildet. Insbesondere bilden die umlaufenden Randabschnitte Teile des Gehäuses.

Um eine ungewünschte große Auslenkung der Metallmembran zu verhindern, weist die der Metallmembran zugewandte Abdeckung eine die Auslenkung der Metallmembran begrenzende Anformung auf.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß die Abdeckungen und das Träger element jeweils als ein Kunststoff- oder Metall-Kunststoff-Spritzteil hergestellt sind, die mit allen Dichtungs-, Befestigungs- und Anschlußfunktionen hergestellt werden. Durch eingespritzte Dichtungen können die Abdeckungen druckdicht mit dem Trägerelement verbunden werden. Auch werden alle metallischen Teile wie elektrischer Membrankon takt, elektrische Leitungsbahn, Gegenelektroden und gegebenenfalls Gehäuseteile als Einlegeteile beim Spritzvorgang eingespritzt. Auf diese Weise wird eine kostengünstige, fertigungstechnisch einfache und sichere Druck-Meßeinrichtung zur Verfügung gestellt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kom bination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Aus führungsbeispielen anhand der Zeichnungen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Druck-Meßeinrichtung,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Druck-Meßeinrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Mem branbefestigung,

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Mem branbefestigung,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine der Membran gegenüberliegende Gegenelektrode,

Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer eine Prägung aufweisenden Membran mit an die Prägung angepaßter Gegenelektrode,

Fig. 7 eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Druck-Meßeinrich tung und

Fig. 8 eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform einer Druck-Meßeinrich tung.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Druck-Meßeinrichtung (10) in perspektivischer Darstellung. Die Druck-Meßeinrichtung (10) besteht im wesentlichen aus einem Trägerelement (12), auf dessen Oberseite (14) eine kapazitive Meßeinheit (16) sowie eine elektronische Bauelemente (18) aufweisende Signalverarbeitungseinheit (20) angeordnet ist, durch die die von der kapazitiven Meßeinheit (16) ausgehenden Signale zur Übertragung an eine externe Auswerte- oder Anzeigeeinheit vorbereitet werden.

Des weiteren weist die Druck-Meßeinrichtung (10) Druckkammern (22), (24) auf, wobei eine erste Druckkammer (22) von einer ersten sich oberhalb des Trägerelementes (12) erstreckenden Abdeckung (26) und eine zweite Druckkammer von einer sich unterhalb des Trägerelementes (12) erstreckenden zweiten Abdeckung (28) begrenzt wird. Die Abdeckungen (26), (28) bilden zusammen mit dem Trägerelement (12) ein Gehäuse (30) für die Druck-Meßeinrichtung (10). Über Druckanschlüsse (32), (34) sind die Druck kammern (22), (24) jeweils mit einem Druckmedium beaufschlagbar.

Zum Anschluß der Druck-Meßeinrichtung (10) an externe Signalverarbeitungseinheiten ist ein durch die Abdeckung (26) durchgeführter und mit dem Trägerelement (12) verbundener elektrischer Anschluß (36) vorgesehen. Der elektrische Anschluß (36) weist eine durch die Abdeckung (26) geführte Einfassung (38) auf, in der Kontaktstifte (40) druckdicht eingebettet sind. Die Einfassung (38) ihrerseits ist gegenüber der Abdeckung (26) mittels einer an der Abdeckung (26) befestigten wie angespritzten Dichtung (42) druckdicht abgedichtet.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, sind die Abdeckungen (26), (28) über eine Dichtung (44) druckdicht mit dem Trägerelement (12) verbunden. Die Dichtung (44) kann sowohl an die Abdeckungen (26), (28) als auch an das Trägerelement angespritzt werden.

Die kapazitive Meßeinheit (16) besteht aus einer dünnen Metallmembran (46) mit einer Dicke von etwa 20 µm, die mit dem Trägerelement (12) elastisch verbunden ist. Einzel heiten dieser Verbindung werden mit Bezug zu den Fig. 3 und 4 näher erläutert. Die Membran (46) ist vorzugsweise tellerförmig ausgebildet und mit einem umlaufenden Rand (48) mit dem Trägerelement (12) verbunden. Der Membran (46) gegenüberliegend ist auf der Oberseite (14) des Trägerelementes (12) eine Gegenelektrode (50) angeord net, deren Aufbau mit Bezug zu Fig. 5 beschrieben wird. Im dargestellten Ausführungs beispiel ist die Metallmembran (46) über einen elektrischen Leiter (52) mit der Si gnalverarbeitungseinheit (20) verbunden. Die Gegenelektrode (50) ist über nicht näher dargestellte in dem Trägerelement (12) verlaufende elektrische Leiter mit der Signalver arbeitungseinheit (20) verbunden.

Die elektronischen Bauelemente (18) der Signalverarbeitungseinheit (20) sind auf elek trischen Leitungsbahnen (54) befestigt. Sämtliche metallische Teile wie elektrischer Membrankontakt (52), elektrische Leitungsbahnen (54) und Gegenelektrode (50) können als Einlegeteile beim Spritzvorgang des aus einem Kunststoff-Metall-Verbundteil bestehenden Trägerelementes (12) eingespritzt werden.

Die Druckkammer (24) bildet sich aus zwei Teil-Druckkammern (56), (58), wobei eine erste Teil-Druckkammer (56) von der Membran (46) und einem die Gegenelektrode (50) tragenden Bereich der Oberseite (14) des Trägerelementes (12) und eine zweite Teil- Druckkammer (58) von der Abdeckung (24) sowie einer Unterseite (60) des Träger elementes (12) begrenzt wird und wobei die erste Teil-Druckkammer (56) mit der zweiten Teil-Druckkammer (58) über eine unterhalb der Membran (46) vorzugsweise zentral angeordneten Durchbrechung (62) verbunden ist. Somit sind die beiden Druck kammern (22), (24) sowohl über die Membran (46) als auch über das Trägerelement (12) voneinander abgetrennt.

Fig. 3 zeigt eine Einzelheit X gemäß Fig. 2 in vergrößerter Darstellung. Zur Fixierung des umlaufenden Randes (48) der Metallmembran (46) ist auf dem Trägerelement (12) vorzugsweise eine vorgeformte Rinne (64) ausgebildet, in der zunächst ein elastischer Kleber (66) eingebracht wird, um anschließend den umlaufenden Rand (48) darin zu fixieren. Durch diese Befestigungsart ergibt sich der Vorteil, daß einerseits eine hinrei chende Abdichtung zwischen Kleber (66) und Trägerelement besteht und andererseits die Membran (46) elastisch mit dem Trägerelement (12) verbunden ist. Die vorgeformte Rinne (64) wird im wesentlichen aus zwei in geringem Abstand zueinander koaxial verlaufenden Wülsten (68), (70) gebildet. Vorzugsweise wird als elastischer Kleber (66) ein UV- oder thermisch aushärtbarer Silikonkleber verwendet.

Als besonderer Vorteil ist des weiteren zu erwähnen, daß für das Trägerelement (12) vorzugsweise feststoffgefüllter Kunststoff wie z. B. ULTEM 2300 R verwendet wird, der in seinem thermischen Ausdehnungsverhalten an die thermische Ausdehnung der Metallmembran (46) angepaßt ist. Dadurch werden thermische Einflüsse auf das Meßergebnis weitgehend ausgeschlossen. Der Kunststoff und die Metallmembran (46) sind derart ausgewählt, daß ihre thermischen Ausdehnungskoeffizienten etwa im Bereich von 1,7-10^-5 m/m°C bis 2,0-10^-5 m/m°C liegen.

Fig. 4 zeigt eine alternative Befestigungsart für die Metallmembran (46). Dabei verläuft unterhalb des umlaufenden Randes (48) der Metallmembran (46) auf dem Trägerelement (12) ein elektrischer Kontakt (72). Zwischen dem umlaufenden Rand (48) und dem elektrischen Kontakt (72) ist ein elastischer Körper (74) wie Kreisring mit darin eingebetteten elektrischen Leitern (76), die die Metallmembran (46) mit dem elek trischen Kontakt (72) elektrisch verbinden. Der umlaufende Rand (48) wird unter Zwischenlage eines weiteren elastischen Elementes (78) durch ein mit dem Träger element (12) befestigbares Klemmelement (80) auf den die elektrischen Leiter (76) aufweisenden elastischen Körper (74) festgeklemmt, um eine sichere elektrische Verbindung zwischen der Metallmembran (46) und dem elektrischen Kontakt (72) zu gewährleisten.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Metallmembran (46) mit der Gegenelektrode einen Differenzialkondensator bildet, wobei die Metallmembran (46) als gemeinsame Bezugselektrode ausgebildet ist.

Wie in Fig. 5 dargestellt, weist die Gegenelektrode (50) zur Bildung des Differential kondensators eine scheibenförmige Innenelektrode (82) mit zumindest einer Durch brechung (84), die mit der in dem Trägerelement (12) eingebrachten Durchbrechung (62) zur Verbindung der Teil-Druckkammern (56), (58) fluchtet. Konzentrisch zu der scheibenförmigen Innenelektrode (82) ist eine kreisringförmige Außenelektrode (86) angeordnet. Sowohl die scheibenförmige Innenelektrode (82) als auch die kreisringför mige Außenringelektrode (86) weisen radiale Segmentierungen (88), (90) auf, wodurch die Kennlinie des Differentialkondensators linearisiert werden kann.

Vorzugsweise kann die Metallmembran (46), wie in Fig. 6 dargestellt, eine Prägung wie umlaufende Rillen (92) aufweisen, wodurch das Druck-Auslenkungsverhalten verbessert wird. Zur Erhöhung des Meßeffektes ist ein die Gegenelektroden (82), (86) aufweisen der Teil der Oberseite (14) des Trägerelementes (12) der Membranprägung angepaßt.

Dadurch, daß die Gegenelektrode als Innen- und Außenelektrode ausgebildet ist, werden mit der Metallmembran als gemeinsame Bezugselektrode die Kapazitäten C1 und C2 gebildet. Durch die Änderung des Druckes in einer Druckkammer (22), (24) wird die Metallmembran (46) durch den entstehenden Differenzdruck ausgelenkt. Die durch die Auslenkung bewirkte Änderung der elektrischen Kapazitäten C1 und C2 zwischen der Metallmembran (46) und den Gegenelektroden (82), (86) wird in der Signalverarbei tungseinheit (20) ausgewertet.

Die Auswertung der Kapazitätsänderung erfolgt durch das Summenbezugsverfahren gemäß der Beziehung:

Ua = A x (C1-C2) / (C1 + C2) + B
mit
A = Verstärkungsfaktor
B = konstanter Beitrag
C1 = Kapazität zwischen Metallmembran (46) und Innenelektrode (82)
C2 = Kapazität zwischen Metallmembran (46) und Außenelektrode (86)

Fig. 7a zeigt eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Druck- Meßeinrichtung (100). Die Druck-Meßeinrichtung (100) besteht ähnlich wie die Druck- Meßeinrichtung (10) aus einem Trägerelement (102), das zur Bildung der ersten und zweiten Druckkammer (22), (24) mit Abdeckungen (104), (106) druckdicht verbindbar ist. Das Trägerelement (102) bildet zusammen mit den Abdeckungen (104), (106) ein Gehäuse (107) für die Druck-Meßeinrichtung (100).

Das Trägerelement (102) weist im Querschnitt eine doppel-T-förmige Querschnittsform auf. Das Trägerelement (102) weist eine Trägerplatte (108) auf, die im wesentlichen Aufbau mit dem Trägerelement (12) übereinstimmt. Auf einer Oberseite der Träger platte (108) ist die aus Metallmembran (46) und Gegenelektrode (50) bestehende kapazitive Meßeinheit (16) angeordnet. Auf einer Unterseite der Trägerplatte (108) ist in dem Druckraum (24) die Signalverarbeitungseinheit (20) angeordnet. Durch diese Anordnung wird ein besonders kompakter Aufbau ermöglicht, wodurch die äußeren Abmessungen der Druck-Meßeinrichtung (100) verringert werden können.

Zur Bildung der Doppel-T-förmigen Querschnittsform weist das Trägerelement (102) eine die Trägerplatte (108) umlaufende Berandung (110) auf. Die umlaufende Beran dung (110) weist einen ersten Randabschnitt (112) auf, der sich über die Oberseite der Trägerplatte (108) erstreckt und einen zweiten Randabschnitt (114), der sich über die Unterseite der Trägerplatte (108) erstreckt. Die Randbereiche (112), (114) weisen Stirnflächen (116), (118) auf, an denen die vorzugsweise als Deckel ausgebildeten Abdeckungen (104), (106) befestigbar sind. Einzelheiten dieser Befestigung werden mit bezug zu Fig. 7b und 7c beschrieben. Ferner weisen die Randbereiche (112), (114) Druckanschlüsse (120), (122) auf, um die Druckkammern (22), (24) mit einem Druck medium zu beaufschlagen.

Des weiteren ist ein elektrischer Anschluß (124) in den Randabschnitt (114) einge bracht, um Signale der Signalverarbeitungseinheit (20) an eine externe Signalverarbei tungseinheit zu liefern. Die Ausführung der Durchführung des elektrischen Anschlusses (124) wird mit Bezug zu den Fig. 7d und 7e näher erläutert.

Als Besonderheit ist zu erwähnen, daß die der Metallmembran (46) zugewandte Ab deckung (104) eine der Metallmembran (46) zugewandte Anformung (126) derart aufweist, daß eine unzulässige Auslenkung der Metallmembran (46) begrenzt wird. Durch die Anformung (126) wird daher ein Überlastschutz für die Metallmembran (46) zur Verfügung gestellt. Das Trägerelement (102) kann als Kunststoff- oder Metall- Kunststoff-Spritzteil mit Dicht-, Befestigungs- und Anschlußfunktionen hergestellt werden. Die als Deckel ausgeführten Abdeckungen (104), (106) können aus Kunststoff oder Metall bestehen.

Die Fig. 7b und 7c zeigen zwei alternative Ausführungsformen für die Befestigung der Abdeckungen (104), (106) an den Randabschnitten (112), (114) des Trägerelementes (102). Gemäß Fig. 7b ist die Stirnfläche (116), (118) der Randbereiche (112), (114) mit einer Nut (127) versehen, in die ein O-Ring (128) zur Abdichtung der Druckkammern (22), (24) gegenüber der Umgebung eingelegt ist. Die Abdeckung (104), (106) wird dabei über einen an den Randbereichen (112), (114) angeformten Schnapphaken (130) mit dem Trägerelement (102) dichtend befestigt. Der Schnapphaken (130) kann als umlaufendes Element ausgeführt sein.

Alternativ besteht die Möglichkeit, gemaß Fig. 7c eine elastische Dichtung (132) an den Stirnflächen (116), (118) der Randbereiche (112), (114) anzuspritzen.

In den Fig. 7d und 7e sind zwei Alternativen zur Durchführung des elektrischen An schlusses (124) durch den Randbereich (14) gezeigt. Gemäß Fig. 7d wird der elek trische Anschluß (124) durch eine Durchführung (134) geführt, wobei die Durchbre chung (134) mit einer Dichtungsmasse (136) druckabgedichtet wird.

Wie in Fig. 7e gezeigt, ist der Randbereich (114) auf seiner Innenseite mit einer Leiter bahn (138) versehen, mit der der elektrische Anschluß (124) durch eine Lötstelle (140) verbunden ist. Auch dadurch wird eine druckdichte Durchführung gewährleistet. Auch kann der elektrische Anschluß (124) bei der Herstellung des Trägerelementes (102) eingelegt und umspritzt werden.

Fig. 8 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Druck-Meßeinrichtung (200). Dabei sind wiederum auf einem Trägerelement (202) einerseits die kapazitive Meßeinheit (16) und andererseits die Signalverarbeitungseinheit (20) angeordnet. Die kapazitive Meßeinheit (16) und die Signalverarbeitungseinheit (20) werden zur Bildung der ersten Druck kammer (22) wiederum von einer Abdeckung (204) umschlossen, die mit dem Trägere lement (202) druckdicht verbunden ist, und mit dieser ein Gehäuse (205) für die Druck- Meßeinrichtung (200) bildet. Dabei können die Verbindungs- und Abdichttechniken eingesetzt werden, die zuvor beschrieben wurden.

Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen weist das Trägerelement (202) einen Druckanschluß (206) auf, der über einen innerhalb des Trägerelementes (202) verlaufenden Kanal (208) direkt mit der die zweite Druckkammer (24) bildenden Teil-Druckkammer (56) zwischen Membran (46) und Oberseite des Trägerelementes verbunden ist.

Wie schon erwähnt, können die Trägerelemente (12), (102) und (202) und die Ab deckungen (26), (28), (104), (106) und (204) jeweils als ein Kunststoff- oder Metall- Kunststoff-Spritzteil mit allen Dicht-, Befestigungs- und Anschlußfunktionen hergestellt werden. Um eine Abschirmung der kapazitiven Meßeinheit (16) bzw. der Signalver arbeitungseinheit (20) gegenüber elektromagnetischen Feldern zu gewährleisten, können die Abdeckungen (26), (28), (104), (106), (204) als auch die Trägerelemente (12), (102), (202) als außen vollflächig metallisierte Kunststoffgehäuse ausgeführt werden. Auch besteht die Möglichkeit, den zur Herstellung von Abdeckungen und Trägerelementen verwendeten Kunststoff zumindest im Außenwandbereich mit leitfähigen Partikeln zu versehen. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, durch die Abdeckungen (26), (28) ein Metallgehäuse zu realisieren, durch das die kapazitive Meßeinheit (16) und die Signalverarbeitungseinheit (20) vollständig umhüllt wird.

Erfindungsgemäß wird die Metallmembran (46) sowie die Signalverarbeitungseinheit (20) auf dem als Kunststoff- oder Metall-Kunststoff-Spritzteilen hergestellten Träger element (12), (102), (202) angeordnet. Dabei können die Elektroden (82), (86) und die Leiterbahnen (54) durch verschiedene Verfahren aufgebracht werden:

a) TWO-SHOT-Verfahren mit selektiver Metallisierung
b) Heißprägen von Leiterbahnmustern
c) vollflächige Metallisierung und dreidimensionale Strukturierung mittels Laserdi rektbelichtung
d) vollflächige Metallisierung und dreidimensionale Strukturierung mittels Kon taktbelichtung mit dreidimensionalen Masken

Durch die Druck-Meßeinrichtung (10), (100), (200) sollen insbesondere Drücke im mbar-Bereich, vorzugsweise bis 10 mbar meßbar sein. Die Druck-Meßeinrichtung ist jedoch derart ausgebildet, daß auch Drücke im Bereich bis zu 1 bar und darüber hinaus sicher gemessen werden können.

Claims

1. Druck-Meßeinrichtung (10, 100, 200) mit einem Trägerelement (12, 102, 202), auf dem eine Metallmembran (46) und zumindest eine Gegenelektrode (50) zur Bildung einer kapazitiven Meßeinheit (16) und eine mit der kapazitiven Meß einheit (16) verbundene Signalverarbeitungseinheit (20) angeordnet ist, mit einer ersten und einer zweiten Druckkammer (22, 24), die sich zu beiden Seiten der Metallmembran (46) erstrecken und über Druckanschlüsse (32, 34, 114, 116) mit einem Druckmedium beaufschlagbar sind, und mit zumindest einer (ersten) Abdeckung, die zur Bildung der ersten Druckkammer (22) die Metallmembran (46) umschließt und mit dem Trägerelement (12, 102, 202) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmembran (46) mit einem den gleichen thermischen Ausdeh nungskoeffizienten wie die Metallmembran (46) aufweisenden Trägerelement (12, 102, 202) verklebt ist.

2. Druck-Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (12) eine umlaufende Vertiefung oder Rinne (64) auf weist, in der ein umlaufender Rand (48) der Metallmembran (46) mittels elasti schem Kleber (66) fixiert ist.

3. Druck-Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Kleber (66) ein UV- oder thermisch aushärtbarer Silikon- Kleber ist.

4. Druck-Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des umlaufenden Randes (48) der Metallmembran (46) auf dem Trägerelement (12) ein elektrischer Kontakt (72) verläuft, und zwischen dem umlaufenden Rand (48) und dem elektrischen Kontakt (72) ein elastischer Körper (74) mit elektrischen Leitern (76) angeordnet ist, die die Metallmembran (46) mit dem elektrischen Kontakt (72) elektrisch verbinden.

5. Druck-Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmembran (46) mit der Gegenelektrode (50) einen Differentialkon densator bildet, wobei die Metallmembran (48) eine gemeinsame Bezugselek trode ist und die Gegenelektrode (50) eine scheibenförmige Innenelektrode (82) und eine kreisringförmige Außenelektrode (83) aufweist.

6. Druck-Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmige Innenelektrode (83) und die kreisringförmige Außen elektrode (86) jeweils radiale Segmentierungen (88, 90) aufweisen.

7. Druck-Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmembran (46) eine Prägung wie umlaufende Rillen (92) aufweist und ein die Gegenelektroden (92, 86) aufweisender Bereich der Oberseite (14) des Trägerelementes (12) der Prägung angepaßt ist.

8. Druck-Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der Kapazitätsänderung nach dem Summenbezugsverfahren erfolgt.

9. Druck-Meßeinrichtung nach vorzugsweise einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die erste Abdeckung (26, 110, 204) zusammen mit dem Träger element (12, 102, 202) ein Gehäuse (30, 107, 205) für die Druck-Meßeinrich tung bildet, wobei die Signalverarbeitungseinheit (20) innerhalb des Gehäuses (30, 107, 205) angeordnet ist.

10. Druck-Meßeinrichtung nach vorzugsweise einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (12, 102) zur Bildung der zweiten Druckkammer (24) mit einer der Unterseite des Trägerelementes (12, 102) zugewandten Abdeckung (28, 106) verbunden ist, wobei die zweite Druckkammer (24) aus einer ersten Teil- Druckkammer (56) zwischen Metallmembran (46) und Oberseite des Träger elementes (12, 102) und einer zweiten Teil-Druckkammer (58) zwischen Unter seite und Abdeckung (28, 106) gebildet wird, die über eine unterhalb der Metall membran (46) in das Trägerelement (12, 102) eingebrachte Durchbrechung miteinander in Verbindung stehen.

11. Druck-Meßeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckungen (104, 106) als Deckel ausgebildet sind, die auf das Trägerelement (102) umlaufenden Randabschnitten (112, 114) zur Bildung der ersten und zweiten Druckkammer (22, 24) befestigbar sind.

12. Druck-Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Metallmembran (46) zugewandte Abdeckung (26, 104, 204) eine die Auslenkung der Metallmembran (26) begrenzende Anformung (126) aufweist.

13. Druck-Meßeinrichtung nach vorzugsweise einem oder mehreren der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckungen (26, 28, 104, 106, 204) und das Trägerelement (12, 102, 202) jeweils als ein Kunststoff- oder Metall-Kunststoff-Spritzteil hergestellt sind.

14. Druck-Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß elektrischer Membrankontakt (52), elektrische Leitungsbahnen (54), Gegen elektroden (82, 86) und andere metallische Teile als Einlegeteile beim Spritzvor gang eingespritzt sind.

15. Druck-Meßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (202) einen die Teil-Druckkammer (56) mit einem Druckanschluß (206) verbundenen Kanal (208) aufweist.