DE2730509A1 - Druckaufnehmer mit mindestens einem dehnmesstreifen und verfahren zum herstellen desselben - Google Patents

Description

• Druckaufnehmer mit mindestens einem Dehnmeß-
• streifen und Verfahren zum Herstellen desselben Zusammenfassung Es wird ein Druckaufnehmer mit mindestens einem Dehnmeßstreifen vorgeschlagen, der zur Kraft- oder Druckmessung dient. Der Druckaufnehmer hat zumindestens teilweise eine Oberfläche aus Aluminium, die in ihrer Dicke teilweise zu Aluminiumoxyd elektrisch oxydiert und anschließend verdichtet ist, und mit einem Dehnmeßelement einschließlich löt- oder schweißfähigen Metallschichten als Kontaktbereichen versehen ist. Darüber hinaus wird ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen derartiger Dehnmeßvorrichtungen vorgeschlagen, daß sich aus der Kombination von für sich allein bekannten Verfahrensschritten zusammensetzt, mit denen bevorzugterweise unter Zuhilfenahme von Formgebungsmasken die Dehnmeßelemente und Kontaktbereiche aufgebracht werden.
• Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Druckaufnehmer mit mindestens einem Dehnmeßstreifen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Wegen der bekannten Nachteile von auf Druckaufnehmer aufgeklebten Dehnmeßstreifen mit Papier oder Kunststoff als Trägermaterial (Kriechen des Klebstoffes und des Trägermaterials, geringe Temperaturbeständigkeit des Trägermaterials, hygroskopische Empfindlichkeit des Trägermaterials) wurden Dehnmeßstreifendrähte bereits mit erschmolzenem Aluminiumoxyd auf Druckaufnehmer aufgebracht, und zwar auf folgende Weise: Der mäanderförmige Dehnungsdraht ist in einem Teflon-Hilfsträger befestigt, der fensterartige Öffnungen aufweist, in denen der Draht freitragend offenliegt. Der Meßstreifen wird auf den Druckaufnehmer aufgelegt und dann wird mit einer speziellen Pistole, in der eine Sauerstoff-Acetylen-Flamme abgebrannt wird, von einem Keramikstab Oxyd abgeschmolzen, das durch die Fenster des Dehnmeßstreifens auf den Druckaufnehmer aufgesprüht wird. Das geschilderte Verfahren ist fertigungstechnisch sehr umständlich und nur schwierig sicher zu beherrschen und darüber hinaus auch verhältnismäßig teuer.
• Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Druckaufnehmer mit mindestens einem Dehnmeßstreifen und den genannten Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er fertigungsmäßig einfach zu beherrschen, besonders gut für eine Serienfertigung geeignet und darüber hinaus bei Anwendung des beanspruchten Verfahrens relativ billig herzustellen ist.
• Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen topfförmigen Druckaufnehmer für Gase oder Flüssigkeiten, auf dessen Manteloberfläche zwei Dehnmeßstreifen gemäß der Erfindung aufgebracht sind, und Figur 2 einen Längsschnitt durch den Druckaufnehmer nach der Linie II-II in Figur 1.
• Beschreibung der Erfindung Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte topfförmige Druckaufnehmer 10 hat einen Mantel 11, einen Boden 12 und an seinem offenen Ende einen Flansch 13, in dessen Stirnfläche 14 sich eine Ringnut 15 zur Aufnahme eines nicht dargestellten Dichtringes befindet; der Flansch 13 und der in der Ringnut 15 einzulegende, nicht dargestellte Dichtring dient unter Zuhilfenahme einer ebenfalls nicht dargestellten Überwurfmutter zur Befestigung des Druckaufnehmers an einem solchen Rohrleitungssystem, in dem sich das Gas oder die Flüssigkeit mit dem zu messenden Druck befindet. Der mit dem genannten Rohrleitungssystem in Verbindung stehende Innenraum des Druckaufnehmers 10 ist mit 16 bezeichnet. An die Außenseite des Mantels 11 sind zwei ebene Flächen 17 angebracht, auf denen jeweils ein elektrisch isoliert geführtes Dehnmeßelement 18 aufgebracht ist. Der Druckaufnehmer 10 besteht ausX5 Cr Ni Mo 18 12 und hat eine Wandstärke von 0,5 mm.
• Dieser Druckaufnehmer 10 ist mit einer 50 Fm dicken Aluminiumschicht 19 überzogen, welche an ihrer Oberfläche nach einem bekannten Verfahren in eine nicht bcsonders dargestellte, als elektrischer Isolator wirkende Aluminiumoxydschicht umgewandelt ist; diese Aluminiumoxydschicht ist nach einem bekannten Verfahren (z.B. durch Behandlung mit 960 C heißem, destilliertem Wasser) verdichtet. Die Aluminiumoxydschicht hat eine Dicke von 7 pm. Auf den beiden Flächen 17 des Druckaufnehmers 10 ist auf die Aluminiumoxydschicht jeweils ein Dehnmeßelement 18 aufgebracht, welches von mäanderförmiger Geometrie ist und eine Dicke von 4 Jum besitzt; im vorliegenden Beispiel bestehen die Dehnmeßelemente 18 aus einer Nickel-Chrom-Legierung. Auf den Dehnmeßelementen 18 werden die Kontaktbereiche 20 zum Anschluß nicht dargestellter Anschlußdrähte von einer 3 rm dicken Metallschicht aus einer Nickel/Bor-Legierung gebildet; der Bereich der Druckaufnehmer-Flächen 17 mit den Dehnmeßelementen 18, den Kontaktbereichen 20 und den nicht dargestellten Anschlußdrähten oder auch sogar die gesamte Außenseite des Druckaufnehmers 10 ausschließlich des Flansches 13 ist abschließend zum Schutz gegen unerwünschte äußere Einflüsse mit einer nicht extra dargestellten Isolierschicht abgedeckt, die im vorliegenden Beispiel aus Lack besteht.
• Dehnmeßelemente 18 werden bevorzugt nach dem nachfolgenden Verfahren auf Druckaufnehmern 10 aufgebracht: Der gesamte Druckaufnehmer 10 wird mit der gewünschten Aluminiumschicht 19 überzogen, und zwar nach einem bekannten Verfahren wie z.B. Aufdampfen oder galvanische Abscheidung. Anschließend wird der gesamte Druckaufnehmer 10 in bekannter Weise eloxiert und die dabei entstehende Aluminiumoxydschicht nach einem bekannten Verfahren verdichtet. Daraufhin wird der Druckaufnehmer mit einer Formgebungsmaske und/oder anderen Abdeckmitteln versehen, die lediglich die Geometrie des gewünschten Dehnmeßelementes 18 freilassen; derartige Formgebungsmasken bestehen beispielsweise aus Nickel-Eisen-Legierungen und sind etwa 50 - 100 pm dick. Der auf diese Weise ausgerüstete Druckaufnehmer 10 wird daraufhin mit einer Nickel-Chrom-Legierung im Vakuum bedampft, wobei sich die Nickel-Chrom-Legierung auch in dem von der Formgebungsmaske freigelassenen Bereichen der Aluminiumoxydschicht absetzt. Nach dem Aufbringen der das eigentliche Meßelement 18 bildenden Nickel-Chrom-Legierung auf der Aluminiumoxydschicht wird die Formgebungsmaske vom Druckaufnehmer 10 abgezogen und eine zweite Formgebungsmaske auf den Druckaufnehmer 10 derart aufgesetzt, so daß die in der Formgebungsmaske 2 befindlichen Durchbrüche gewünschter Geometrie über den vorgesehenen Kontaktbereichon 20 der Dehnmeßelemente 18 zu liegen kommen. In einer zweiten Aufdampfanlage werden nunmehr die gewünschten schweiß- bzw.
• lötfähigen Metallschichten auf die Kontaktbereiche 20 aufgedampft und anschließend wird die Formgebungsmaske 2 von dem Druckaufnehmer 10 ebenfalls wieder abgenommen. Die bekannterweise erforderlichen Spül- und Trockenarbeitsgänge sind hier nicht besonders beschrieben. Nach dem Anlöten bzw. Anschweißen von Anschlußdrähten an die Kontaktbereiche 20 werden die Druckaufnehmer 10 mit Dehnmeßeinrichtungen an ihrer Außenseite durch Tauchen oder Besprühen mit einem geeigneten Lack oder ähnlichem isoliert und geschützt.
• Druckaufnehmer 10 können nicht nur in der beschriebenen Topfform für Flüssigkeiten und Gase, sondern auch bei entsprechender Geometrie als Kraftmesser Verwendung finden. Während die Aluminiumschicht 19 auf dem Druckaufnehmer 10 bevorzugter Weise eine Dicke von 50 um hat, kann sie jedoch je nach Anwendungsfall auch eine Dicke zwischen 10 und 70 Fm haben; zur Erfüllung der Funktion der Dehnmeßeinrichtung genügt es übrigens, wenn die Aluminiumschicht nur diejenigen Bereiche des Druckaufnehmers bedeckt, auf denen Dehnmeßelemente angeordnet sind. Die auf der Aluminiumschicht 19 aufgebaute Aluminiumoxydschicht soll zwischen 2 und 10 Xum dick sein, hat bevorzugter Weise jedoch eine Dicke von 7 Jum. Die Dehnmeßelemente 18 können außer aus Nickel-Chrom auch aus anderen Stoffen z.B. auch aus Tantalverbindungen bestehen, die bei einer geeigneten Geometrie den erforderlichen Widerstandswert besitzen; die Dicke dieser Dehnmeßelemente ist zumeist zwischen 2 und 5 pm. Die Kontaktbereiche 20 auf den Dehnmeßelementen 18 haben zumeist eine Dicke zwischen 1 und 5 um und müssen schweißfähig oder lötfähig sein; außer der bereit; genannten Nickel-Bor-Legierung können hierfür auch andere geeignete Verbindungen (z.B. Nickel-Phosphor-schweißverbindung oder auch Gold-Platin-Lötverbindung) Anwendung finden.
• Druckaufnehmer können - je nach Anwendungsfall - aus den verschiedensten Werkstoffen bestehen, auch aus Aluminium; für den Fall, daß der Druckaufnehmer aus Aluminium besteht, kann selbstverständlich auf eine zusätzliche Beschichtung des Druckaufnehmers mit einer Aluminiumschicht verzichtet werden, die Aluminiumoxydschicht kann dann direkt auf dem Druckaufnehmer aufgebaut sein.
• Es sei abschließend erwähnt, daß anstelle der Aufdampftechnik für die Dehnmeßelemente 18 und die Kontaktbereiche 20 auch ein galvanisches oder chemisches Auftragen der genannten Schichten erfolgen kann, für eine Serienfertigung ist jedoch der geschilderte Verfahrensablauf am leichtesten zu beherrschen und am kostengünstigsten.
• Leerseite

Claims (8)

1. Ansprüche Druckaufnehmer mit mindestens einem Dehnmeßstreifen, dessen Dehnmeßelement als elektrische Isolation gegenüber dem Druckaufnehmer eine Aluminiumoxydschicht trägt, gekennzeichnet durch eine 2 bis 10 pm, bevorzugt jedoch von 7 jim dicke, verdichtete Aluminiumoxydschicht, die auf einer Aluminiumschicht (19) angeordnet ist.
2. 2. Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der Aluminiumoxydschicht und dem Druckaufnehmer (10) eine 10 bis 70 pm, bevorzugterweise jedoch eine 50 >im dicke Aluminiumschicht (19) befindet.
3. 3. Druckaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 5 um dicke, löt- oder schweißfähige Metallschichten als Kontaktbereiche (20) auf den Dehnmeßelementen (18) angeordnet sind.
4. 4. Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeihnet, daß der Druckaufnehmer (10) topfförmig ausgebildet und an seinem offenen Ende mit einem Flansch (13) zum Anschluß an eine Rohrleitung versehen ist.
5. 5. Verfahren zum Herstellen von Druckaufnehmern mit Dehnmeßstreifen nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden für sich allein bekannten Verfahrensschritte: a) elektrisch Oxydieren einer Schichtdicke von 2 bis 10 ßum, bevorzugterweise von 7 ßum auf mindestens diejenigen aus Aluminium bestehenden Druckaufnehmer-Flächen (17), auf denen Dehnmeßelemente (18) angeordnet werden sollen, und Verdichten der entstandenen Aluminiumoxydschicht, b) Aufbringen von 2 bis 5 pm dicken Dehnmeßelementen (18) gewünschter Geometrie auf die elektrisch oxydierten Druckaufnehmer-Flächen (17) und c) Aufbringen von löt- oder schweißfähigen, 1 bis 5 um dicken Metallschichten als Kontaktbereiche (20) der Dehnmeßelemente (18).
6. 6. Verfahren zum Herstellen von Druckaufnehmern mit Dehnmeßstreifen nach einem der Ansprüche 2, 3 oder Ii, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden für sich allein bekannten Verfahrensschritte: a) Überziehen eines nicht aus Aluminium bestehenden Druckaufnehmers (10) mit einer 10 bis 70 >im, bevorzugterweise jedoch mit einer 50 Jum dicken Aluminiumschicht (19) und b) den daran anschließenden Verfahrensschritten a) bis c) gemäß Anspruch 5.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnmeßelemente (18) und die Kontaktbereiche (20) unter Zuhilfenahme jeweils einer Formgebungsmaske auf die Aluminiumoxydschicht bzw. die Dehnmeßelemente (18) durch Aufdampfen nach bekannten Verfahren aufgebracht werden.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußdrähte auf den Meßelement-Kontaktbereichen (20) befestigt werden und die aufgebrachten Schichten (Aluminiumoxyd, 18, 19, 20) und die angebrachten Anschlußdrähte des Druckaufnehmers (10) abschließend mit einer Isolierschicht abgedeckt werden, die vorzugsweise durch Tauchen oder Besprühen und nachfolgendes Trocknen erzeugt wird.