DE19825889A1 - Drucksensor und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Abstract

Bei einem Drucksensor (1) ist eine Messzelle (4) mit einem Haltekörper (9) in einem Gehäuse (2) des Drucksensors (1) fixiert. Das Gehäuse (2) besitzt hierzu eine außenseitig umlaufende Einschnürung (15). Ein oben auf den Haltekörper (9) aufgesetzter Kontaktsockel (11) ist mittels eines nach innen abgewinkelten Abschnitts (18) des Gehäuses (2) fixiert, so daß der Drucksensor (1) dichtend verschlossen ist. Durch die Fixierung des Haltekörpers (9) mittels der Einschnürung (15) ist der Drucksensor (1) auch für besonders hohe Drücke geeignet, wobei die Gefahr, daß der Haltekörper (9) in dem Gehäuse (2) durch den auf die Messzelle (4) wirkenden Druck verrutschen könnte, ausgeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor mit einem einen Messraum aufweisenden Gehäuse, mit einer mittels eines Haltekörpers in dem Gehäuse abgestützten und den Messraum begrenzenden Messzelle und mit einem mit der Messzelle verbundenen elektrischen Kontaktsockel, wobei der Messraum über eine Öffnung des Gehäuses mit Druck beaufschlagbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Drucksensors.

Zur Druckmessung von Gasen oder Flüssigkeiten wird der Drucksensor in einen ein Gas oder eine Flüssigkeit auf­ nehmenden Behälter dichtend eingesetzt. Hierzu besitzen bekannte Drucksensoren beispielsweise einen mit einem Au­ ßengewinde versehenen Stutzen, mit dem der Drucksensor in den Behälter eingeschraubt werden kann. Dieser Stutzen weist weiterhin eine als Bohrung ausgeführte Öffnung auf, durch die das zu messende Medium in einen durch die Mess­ zelle verschlossenen Messraum gelangt. Die Messzelle wird hierzu mittels eines Haltekörpers in dem Gehäuse abge­ stützt und ist mit einem Dichtungsring gegenüber dem zu messenden Medium abgedichtet. Die Kontaktierung des Drucksensors erfolgt über einen Kontaktsockel, welcher auf den Haltekörper aufgesetzt wird. Der Kontaktsockel schützt durch seine abgedichtete Verbindung mit dem Gehäuse die im Inneren angeordneten Kontaktelemente, so dass der Drucksensor mit seinen Einbauteilen eine herme­ tisch abgedichtete Einheit bildet.

Der so geschaffene Drucksensor muss je nach Verwendungs­ zweck auch einem hohen Druck widerstehen. Daher wird nach einem bekannten Herstellungsverfahren der die Messezelle fixierende Haltekörper in das Gehäuse eingepresst. An­ schließend wird der aus einem elektrisch isolierenden Ma­ terial, zumeist Kunststoff, bestehende Kontaktsockel ebenfalls in das Gehäuse eingepresst und schließt so die Messzelle im Inneren des Gehäuses ein. Zur elektrischen Kontaktierung besitzt der Kontaktsockel in das Innere des Drucksensors hineinragende Kontaktstifte, die mit der Messzelle verbunden sind.

Bei einer bekannten Ausführungsform wird im Anschluss an die Montage ein Abgleich der Messzelle vorgenommen. Nach­ teilig hierbei ist eine sich über die Zeit einstellende Ungenauigkeit des Drucksensors, die sich aus einer Veränderung der mechanischen Einspannverhältnisse ergibt. Zudem ist der Montageaufwand des Drucksensors hoch, wodurch insbesondere auch eine Automatisierung der Montage erschwert wird.

Bei einer anderen bekannten Ausführungsform wird nach dem Einpressen des die Messzelle fixierenden Haltekörpers die Messzelle auf die Sollwerte eingestellt. Anschließend wird der Kontaktsockel aufgesetzt und ebenfalls einge­ presst. Nachteilig wirkt sich hierbei aus, dass durch das anschließende Einpressen des Kontaktsockels bereits wie­ der Abweichungen von dem eingestellten Sollwert entste­ hen.

Weiterhin wirkt sich bei beiden beschriebenen Ausfüh­ rungsformen nachteilig aus, dass insbesondere bei dem zu­ meist für den Kontaktsockel verwendeten Kunststoffmate­ rial, aber auch bei dem Haltekörper, Alterungsprozesse eintreten können, die zu einem Nachlassen der Einpress­ kraft und damit zu Ungenauigkeiten der ermittelten Mess­ werte führen können. Ebenso beeinflussen unterschiedliche Wärmedehnungen der verschiedenen Bauelemente die Messge­ nauigkeit.

Bei besonders hoch belasteten Drucksensoren kann es au­ ßerdem zu einer axialen Verschiebung des Haltekörpers und der damit abgestützten Messzelle in dem Gehäuse kommen. Eine dauerhaft gleichbleibende Messgenauigkeit der Mess­ zelle lässt sich daher nur mit erheblichem zusätzlichen Aufwand erreichen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Drucksen­ sor der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass die Messezelle im Herstellungsprozess abgeglichen und zu­ gleich eine hohe Messgenauigkeit über die gesamte Lebens­ dauer hinweg erreicht werden kann. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Drucksensors ge­ schaffen werden.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, dass der Haltekörper mittels einer formschlüssigen Verbindung in dem Gehäuse fixiert ist. Hierdurch ist es möglich, zunächst die Messzelle mit dem Haltekörper in das Gehäuse einzusetzen und mittels der formschlüssigen Verbindung zu fixieren. Anschließend kann der Abgleich der Messzelle vorgenommen werden, ohne dass das Aufsetzen des Kontaktsockels zu einer Beeinflussung der Messzelle führt. Insbesondere bleibt die Messzelle auch dann in ih­ rer vorbestimmten Position, wenn der Kontaktsockel auf den Haltekörper aufgesetzt und fixiert wird, da aufgrund der formschlüssigen Verbindung eine axiale Verschiebung des die Messzelle fixierenden Haltekörpers ausgeschlossen ist. Weiterhin erfordert die Fixierung mittels der form­ schlüssigen Verbindung einen lediglich geringen Aufwand, wodurch die Herstellkosten reduziert werden können. Zu­ gleich entfällt das nach dem Stand der Technik erforder­ liche Einpressen des Haltekörpers in das Gehäuse, so dass für das Gehäuse erfindungsgemäß auch weniger hoch belast­ bare Materialien eingesetzt werden können.

Die formschlüssige Verbindung könnte durch Verrasten oder Verschrauben des Haltekörpers erreicht werden. Eine be­ sonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist hin­ gegen dadurch gegeben, dass die formschlüssige Verbindung eine in dem Gehäuse angeordnete Einschnürung aufweist. Die Einschnürung erfordert lediglich geringe konstruktive Änderungen an dem an sich bekannten Gehäuse des Drucksen­ sors. Im wesentlichen ist lediglich innenseitig ein Frei­ raum erforderlich, der eine Einschnürung des Gehäuses zu­ lässt. Die Einschnürung kann dabei erhebliche Kräfte übertragen und bildet für den Haltekörper einen definier­ ten oberen Anschlag. Zugleich wird der Haltekörper mit­ tels der Einschnürung in dem Gehäuse zentriert, so dass ein Verkanten oder Verklemmen ausgeschlossen ist. Darüber hinaus kann die Einschnürung zugleich auch dem Kon­ taktsockel als Anschlag dienen, so dass eine über den Kontaktsockel eingeleitete Druckkraft nicht auf den Hal­ tekörper übertragen wird.

Eine andere besonders günstige Weiterbildung der Erfin­ dung ist auch dadurch gegeben, dass der Haltekörper zu dem Gehäuse beabstandet eingesetzt ist. Für die einwand­ freie Funktion der Messzelle ist es erforderlich, dass diese zunächst spannungsfrei in ihre vorbestimmte Posi­ tion eingesetzt und anschließend möglichst gleichmäßig mittels des Haltekörpers fixiert wird. Durch den Abstand zwischen dem Gehäuse und dem Haltekörper kann dieser zu­ nächst optimal positioniert und anschließend fixiert wer­ den. Ein von außen kaum erkennbares Verklemmen bzw. eine Fixierung des Haltekörpers in einer anderen als der vor­ gesehenen Position kann daher wirkungsvoll verhindert werden. Hierdurch lassen sich mögliche Abweichungen der Messgenauigkeit von ihrem Sollwert des so geschaffenen Drucksensors vermeiden.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist hierbei besonders günstig, wenn der Haltekörper einen Anschlag zur Begren­ zung der auf die Messzelle übertragbaren Kraft hat. Hier­ bei wird mittels der formschlüssigen Verbindung zunächst die Messzelle gegen einen elastischen Dichtungsring ange­ legt, so dass der Drucksensor gegenüber dem zu messenden Medium druckdicht verschlossen ist. Die Dichtung wird hierbei lediglich so weit komprimiert, bis der Anschlag des Haltekörpers gegen das Gehäuse anliegt. Eine Beschä­ digung der Messzelle aufgrund einer zu hohen, auf den Haltekörper aufgebrachten Druckkraft in axialer Richtung des Drucksensors kann dadurch vermieden werden.

Eine Lösung des zweitgenannten Problems, ein Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors, bei dem eine Messzelle mit einem Haltekörper und einem Kontaktsockel in ein Gehäuse des Drucksensors eingesetzt und anschließend durch Verformung des Gehäuses in diesem gehalten wird, zu schaffen, wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Messzelle und der Haltekörper in das Gehäuse eingesetzt werden, anschließend der Haltekörper formschlüssig in dem Gehäuse fixiert und der Kontakt­ sockel mit dem Gehäuse verbunden wird. Hierdurch kann die Messzelle und der die Messzelle fixierende Haltekörper derart in dem Gehäuse angeordnet werden, dass keine die Messgenauigkeit der Messzelle verschlechternde Einpress­ kraft auf die Messzelle übertragen wird. Ebenso wird eine axiale Verschiebung des Haltekörpers durch Nachlassen der Einpresskraft und eine damit verbundene Verschlechterung der Messgenauigkeit verhindert.

Eine besonders einfache Ausführung des Verfahrens lässt sich erreichen, wenn nach dem Einsetzen des Haltekörpers in das Gehäuse am Umfang des Gehäuses eine Einschnürung angebracht wird, so dass der Haltekörper in dem Gehäuse fixiert ist. Hierdurch ist der Haltekörper sowohl axial als auch radial in dem Gehäuse fixiert. Zugleich lässt sich die Einschnürung relativ einfach anbringen, wobei diese auch für hohe Messdrücke geeignet ist.

Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine da­ von in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend be­ schrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein Gehäuse eines erfindungsgemäßen Drucksensors mit einem darin eingesetzten Haltekörper und einer Messzelle,

Fig. 2 das Gehäuse mit dem darin fixierten Haltekörper und einem zusätzlich darin eingesetzten Kon­ taktsockel,

Fig. 3 den vollständig montierten Drucksensor in einer eingebauten Position.

Fig. 1 zeigt in einer senkrechten Schnittdarstellung ei­ nen erfindungsgemäßen Drucksensor 1. Der ein Gehäuse 2 aus Metall (z. B. Messing) aufweisende Drucksensor 1 hat eine gegen einen Dichtungsring 3 anliegende Messzelle 4. Diese Messzelle 4 bildet zusammen mit dem Gehäuse 2 einen von unten durch eine Öffnung 5 in dem Gehäuse 2 mit dem zu messenden Druck beaufschlagten Messraum 6. Hierzu liegt der Drucksensor 1 mit einem als Anschlussstück 7 ausgeführten Abschnitt des Gehäuses 2 gegen einen nicht dargestellten Behälter an, so dass ein Stutzen 8 des Drucksensors 1 in das zu messende Medium hineinragt. Die beispielsweise nach dem kapazitiven Messprinzip arbeiten­ de Messzelle 4 wird mittels eines von oben in das Gehäuse 2 einsetzbaren Haltekörpers 9 in ihrer Position gehalten und axial abgestützt. Hierbei ist die maximal durch den Haltekörper 9 auf die Messzelle 4 übertragbare axiale Andruckkraft mittels eines als Anschlag 10 ausgeführten unteren Abschnitts des Haltekörpers 9 begrenzt. Der An­ schlag 10 liegt daher bei einer vorbestimmten Komprimie­ rung des Dichtungsringes 3 gegen das Gehäuse 2 an. Die entsprechend des Abstandes des Endes des Anschlags 10 von der messraumseitigen Flanke der Messzelle 4 definierte Komprimierung des Dichtungsrings 3 ist ein Maß für die axiale Andruckkraft der Messzelle 4.

Fig. 2 zeigt in einer senkrechten Schnittdarstellung den Drucksensor 1 in einem fortgeschrittenen Montagezustand, bei dem zusätzlich zu der Messzelle 4 und dem Haltekörper 9 ein elektrischer Kontaktsockel 11 in das Gehäuse 2 eingesetzt ist. Der mit einem Steckkontakt 12 versehene Kontaktsockel 11 ist außenseitig mittels eines Dichtungs­ ringes 13 gegen das Gehäuse 2 gedichtet und besitzt ein elektrisches Kontaktelement 14, welches mit der Messzelle 4 verbunden ist. Der Haltekörper 9 ist im dargestellten Zustand mit einer eine Einschnürung 15 aufweisenden formschlüssigen Verbindung 16 in dem Gehäuse 2 fixiert. Der Haltekörper 9 ist dadurch sowohl in seiner axialen wie auch in seiner radialen Position festgelegt, so dass die mittels des Dichtringes 3 gedichtete Messzelle 4 auch mit hohem Druck durch die Öffnung 5 des Stutzens 8 in den Messraum 6 einströmenden Medien standhält.

Fig. 3 zeigt in einer senkrechten Schnittdarstellung den vollständig montierten Drucksensor 1 in einer eingebauten Position. Der Drucksensor 1 ist mittels eines an der Außenseite des Stutzens 8 angeordneten Gewindes in eine Behälterwand 17 eingeschraubt. Hierbei liegt der Druck­ sensor 1 mit seinem Anschlussstück 7 gegen die lediglich abschnittsweise dargestellte Behälterwand 17 an, so dass der Stutzen 8 in ein nicht dargestelltes, druckbeauf­ schlagtes Medium hineinragt. Das zu messende Medium kann daher durch die Öffnung 5 in einen durch die gegen den Dichtring 3 anliegende Messzelle 4 begrenzten Messraum 6 einströmen. Die Messzelle 4 ist hierbei durch den mittels der Einschnürung 15 fixierten Haltekörper 9 und den darauf aufgesetzten Kontaktsockel 11 fixiert. Der Kontaktsockel 11 ist gegenüber dem Gehäuse 2 mittels des Dichtungsringes 13 abgedichtet und ist mittels eines zur Gehäusemitte abgewinkelten Abschnitts 18 des Gehäuses 2 in seiner Position fixiert. Der Drucksensor 1 ist mittels des Steckkontaktes 12 mit weiteren, nicht dargestellten elektrischen Anschlusselementen kontaktierbar.

Claims (6)

1. Drucksensor mit einem einen Messraum aufweisenden Gehäuse, mit einer mittels eines Haltekörpers in dem Gehäuse abgestützten und den Messraum begrenzenden Messzelle und mit einem mit der Messzelle verbundenen elektrischen Kontaktsockel, wobei der Messraum über eine Öffnung des Gehäuses mit Druck beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (9) mittels einer formschlüssigen Verbindung (16) in dem Gehäuse (2) fixiert ist.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung (16) eine in dem Ge­ häuse (2) angeordnete Einschnürung (15) aufweist.

3. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Haltekörper (9) zu dem Gehäuse (2) be­ abstandet eingesetzt ist.

4. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltekörper (9) einen Anschlag (10) zur Begrenzung der auf die Messzelle (4) übertragbaren Kraft hat.

5. Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors, bei dem eine Messzelle mit einem Haltekörper und einem Kon­ taktsockel in ein Gehäuse des Drucksensors eingesetzt und anschließend durch Verformung des Gehäuses in diesem gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzelle (4) und der Haltekörper (9) in das Gehäuse (2) eingesetzt werden, anschließend der Haltekörper (9) formschlüssig in dem Gehäuse (2) fixiert und der Kontaktsockel (11) mit dem Gehäuse (2) verbunden wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einsetzen des Haltekörpers (9) in das Gehäuse (2) am Umfang des Gehäuses (2) eine Einschnürung (15) angebracht wird, so dass der Haltekörper (9) in dem Gehäuse (2) fixiert ist.