DE3008572C2

DE3008572C2 - Druckmeßdose

Info

Publication number: DE3008572C2
Application number: DE19803008572
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 7146 Tamm Müller; Kurt 7252 Weil der Stadt Spitzenberger; Günther Dipl.-Phys. 7140 Ludwigsburg Stecher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-03-06
Filing date: 1980-03-06
Publication date: 1982-05-27
Also published as: JPS56140231A; DE3008572A1; JPS6356934B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckmeßdose insbesondere zur Erfassung des Ansaugluftdruckes einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Palentanspruchs 1.

Eine Druckmeßdose dieser Art ist aus der DE-AS 56 947 bekannt, wonach die Membrane mit einem Substrat fest verbunden ist. Aus dieser Druckschrift ist es bekannt, Dickfilmtechnik bei der Herstellung einer Druckmeßdose anzuwenden. Auch die Dünnfilmtechnik ist für diesen Zweck bekannt; Zeitschrift: »Materialprüfung« (Band 18,1976) und DE-OS 22 21 062.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur

Verwendung auf Kraftfahrzeugen geeignete Druckmeßdosen zu schaffen, die bei kleinen Abmessungen über eine lange Betriebsdauer die erfaßten Druckwerte — vor allem den Ansaugluftdruck — in elektrische Signale umwandeln, welche leicht zur Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs weiter verarbeitet werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Meßdose der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen vorgesehen.

Weitere Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich aus den nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen.

Bei dem in F i g. 1 im Schnitt wiedergegebenen ersten Ausführungsbeispiel ist auf einem etwa 1 cm großen Substratplättchen Ϊ, das aus Keramik. Glas oder einem an seiner Oberseite emaillierten Metallplättchen besteht, eine vorzugsweise im Druck- und Brennverfahren der Dickschichttechnik hergestellte oder aufgedampfte Metallschicht 4 angebracht, welche von einer mit Abstand angeordneten Membran 2 abgedeckt ist. Die Membran 2 ist etwa 60 μΐη stark, hat einen Durchmesser von etwa 0,5 cm und besteht aus einem keramischen Material, vorzugsweise aus Glas-Keramik, das als Paste im Siebdruckverfahren aufgebracht ist. Damit im Bereich der Meßdose zwischen der Membran 2 und der Metalischicht 4 ein Hohlraum aufrechterhalten werden ka.in, wird ein Füllstoff 3, zum Beispiel aus Ruß mit organischen Zusätzen aufgedruckt. BiMm anschließenden Sintervorgang, der bei Temperaturen um 950°C unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird, verhindert dieser Füllstoff, daß sich im Bereich tier Meßdose das aufgedruckte keramische Material der Membran 2 mit dem Substrat 1 verbinden kann, gleichzeitig sintert das keramische Material der Membran 2 zu einer festen. jedoch deformierbaren Masse zusammen.

In einem zweiten Brennvorgang bei oxidierender Atmosphäre wird dann der Füllstoff 3 rückstandsfrci verbrannt, wobei es wichtig ist. daß die Membran 2 aus Glas-Keramik genügend dünn hergestellt wurde und eine nicht zu kleine Porosität aufweist. In nachfolgenden Druck- und Brennvorgängen wird die freitragende Membran auf die gewünschte Dicke verstärkt und durch Aufbringen einer weiteren Schicht 6. beispielsweise einer amorphen Glasschicht, wird der entstandene Hohlraum gasdicht verschlossen.

Wird für die Membran 2 ein Material gewählt, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient kleiner als der des Substrats 1 ist, läßt sich erreichen, daß die Membran nach dem Brennvorgang eine konvex \om Substrat 1 weggewölbte Tragfläche bildet und daß die Meßdose infolge ihrer Vorspannung auch zur Messung von Unterdruck verwendet werden kann. Außerdem wird dadurch sichergestellt, daß sich die Membran 2 stets unter Druckspannung befindet; Zugspannungen also vermieden werden, gegen die bekannterweise keramische oder glasige Massen wenig widerstandsfähig sind. Durch Verdickung der ringförmigen Randzone 7 der Membran 2 wird erreicht, daß sich die Membran 2 an ihrer Peripherie unter einem sehr kleinem Winkel 8 aufwölbt, wodurch die Dauerstandfestigkeit der Membran 2 bei den während des Betriebs auftretenden Membranbewegungen bedeutend erhöht v/ird.

Die so gebildete Membrandose kann evakuiert oder bei definiertem Gasdruck gefüllt werden, wenn beim Drucken des Füllstoffes 3 eine Ausstülpung vorgesehen

wird und beim Druck der Membran 2 ein Bereich ausgespart bleibt. Nach dem Verbrennen des Füllstoffes 3 entsteht somit ein Tunnel, der nach Fertigstellung aller Elemente in einem Ofen mit definiertem Gasdruck beispielsweise durch Aufschmelzen von glashaltiger Paste geschlossen wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bildet die deformierbare, einem Unter- oder Überdruck ausgesetzte Membran 2 einen Teil eines variablen Luftkondensators. Hierzu ist auf die Membran eine Leiterbahn fläche 5 aufgebracht, die zusammen mit der Metallschicht 4 den Kondensator bildet Die Kapazität dieses Kondensators wird umsogrößer, je größer der auf die Membran 2 einwirkende Druck ist, der den Abstand zwischen der Leiterbahnfläche 5 und der Metallschicht 4 verringert.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 werden auf die freitragende Glas-Keramik-Membran 2 nachfolgend Leiterbahn-, Widerstands-, Glas- bzw. Glaskeramikschichten im Druck- und Brennver^fahren der Dickschichttechnik aufgebracht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf die Membran 2 mittels Dickschichttechnik zwei Widerstände Ri und /?2 aufgebracht, welche durch die Glasschichi 6 abgedeckt sind.

Diese beiden Widerstände R 1 und /?2 werden bei Änderungen des auf die Membran 2 einwirkenden Luftdruckes gedehnt oder gestaucht. Dabei ändern geeignete Dickschichtwiderstände ihren elektrischen Widerstandswert sehr stark und können daher vorteilhaft in einer in F i g. 3 dargestellten Brückenanordnung verwendet werden, in welcher sie in jeweils zwei einander diametral gegenüberliegenden Brückenzweigen jeweils in Reihe mi·, einen von zwei Festwidersiänden R 3 bzw. R 4 angeordnet sind.

Die dargestellte Brückenschaltung hat den großen Vorteil, daß die beiden, nicht auf der Membran 2 angeordneten Brückenwiderstände R 3 und R 4 nach bekannten Methoden, insbesondere mit Hilfe von Laserstrahlen abgeglichen werden können, während sich die Meßdose in einer Atmosphäre mit definiertem Druck befindet. Fertigungstechnisch ist dies von

Η; großem Vorteil, weil unabhängig vom Druck in der Meßdose und vom Spannungszustand der Membran 2 die Ausgangsspannung Ua einfach und schnei! eingeeicht werden kann.

Insgesamt ergeben sich tclgende Vorteile der

'■> erfindungsgemäßen Ausbildung der Druckmeßdose:

— Sensorelemente (Widerstände bzw. Kondensatorelektrode) sind auf der Membran der Druckdose fest integriert. Damit entfallen störanfällige Übertragungselemente.

2^fi — Druckdose mit Sensorclementen ist auf einem Substrat integriert, auf dem weitere elektrische Schaltungstlemente mit bekannten Methoder, der Dickschicht-Hybridtechnik angeordnet werden können.

:"' — Miniaturisierte Bauform der Druckmeßdose.

— Alle Verfahrensschritte bei der Herstellung des Sensors finden bei hohen Temperaturen (500 — 950⁰C) statt. D;iher erscheint der Einsatz des Sensors bei erhöhter Temperatur als möglich.

se — Automa'isierbare und damit preisgünstige Fertigungsmethoden der Dickschichttechnik werden angewendet. Sehr geringe Stoffkustcn.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

Ϊ. Druckmeßdose, insbesondere zur Erfassung des Ansaugluftdruckes einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine, mit einer druckabhängig deformierbaren Membran (2), die in Dickschichttechnik auf einem Substrat (1) hergestellt und mit diesem fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) plättchenförmig ausgebildet und aus einem gegenüber einer Sintertemperatur von 95O⁰C formbeständigem Werkstoff, insbesondere aus Keramik, Glas oder emaillierten Metall besteht.
2. Druckmeßdose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) nur entlang ihrer Randzone mit dem Substrat fest verbunden ist und in ihrem von der Randzone umschlossenen Mittelteil konvex ausgebildet ist, derart, daß sie dort einen Hohlraum umschließt.
3. Druckmeßdose nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Hohlraum ausgehender, radiaJgerichteter Tunnel vorgesehen ist, der die Randzone durchdringt.
4. Druckmeßdose nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) aus Glas-Keramik besteht und etwa 20 bis 300 μΓη, vorzugsweise etwa 100 μίτι dick ist.
5. Druckmeßdose nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbung der Membran (2) im Mittelteil der Meßdose konvex an der Peripherie aber konkav ausgebildet ist.
6. Druckmeßdose nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß ein tunnelförmiger Hohlraum vorhanden ist, durch den die Meßdose evakuiert oder bei definiertem Gasdruck gefüllt wird und der danach mit einer Glasmasse zugeschmolzen wird.
7. Druckmeßdose nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran an ihrer Außenseite eine metallische Elektrode (5) trägt, die einer unmittelbar auf dem Substrat angeordneten Metallschicht (4) mit Abstand gegenübersteht.
8. Druckmeßdose nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite der Membran (2) mindestens ein in Dünn- oder Dickschichttechnik angebrachter Widerstand (RX, R 2) angeordnet ist, dessen Widerstandswert sich druckabhängig ändert.
9. Druckmeßdose nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) mit einem den Widerstand (7? 1, R 2) oder die metallische Elektrode (5) einschließenden Überzug (6), insbesondere aus Glas abgedeckt ist.