DE4008156A1 - Drucksensor - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Drucksensor nach der Gattung des Anspruchs 1. Bei einem bekannten Drucksensor ist das die Druckmem­ bran aufweisende Dickschichtsubstrat mit Hilfe einer Dichtung in der Bodenplatte des Drucksensors gelagert. Zwischen dem Dickschichtsub­ strat und der Bodenplatte herrscht ein geringes Spiel, um einen Ein­ fluß einer mechanischen Verspannung auf die Membran zu verhindern. Wird aber die Bodenplatte nun auf eine ebene Flanschfläche ange­ schraubt oder angenietet, so verwindet sich die Bodenplatte so, daß das Dickschichtsubstrat bei Druckbeaufschlagung des Drucksensors nicht mehr mit der gewünschten Ringfläche, sondern nur noch im Ex­ tremfall an zwei Punkten aufliegt. Dadurch verbiegt sich das Dick­ schichtsubstrat über den gesamten Querschnitt, also auch im Bereich der Membran. Diese mechanischen Verspannungen wirken auch auf die auf der Membran aufgebrachten Dehnmeßstreifen ein, so daß ein unde­ finierter Spannungszustand vorliegt. Diese mechanische Verspannung verfälscht das Meßsignal.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Drucksensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß während der Monta­ ge der Bodenplatte auf ein Bauteil keine mechanischen Verspannungen entstehen und somit keine undefinierten Spannungen auf der Membran bewirkt werden können. Meßfehler können dadurch verhindert werden. Werden die Dickschichtsubstratplatte und die Anschlußfortsätze als ein einteiliges Bauteil ausgebildet, so kann die Teilezahl verrin­ gert werden. Die Montage wird dadurch vereinfacht. Ferner braucht während der Montage nicht darauf geachtet zu werden, daß durch ein zu großes Anzugsmoment der Schrauben Verspannungen auf der Membran des Dickschichtsubstrats erzeugt werden. Durch die unsymmetrisch ausgebildete Druckhülse kann diese nie falsch eingebaut werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Drucksensors möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 eine Draufsicht auf den Drucksensor mit einem teilweise auf­ geschnittenen Deckel, die Fig. 2 einen Längsschnitt in Rich­ tung II-II nach Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt in Rich­ tung III-III nach Fig. 1, Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Einzelheit, Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Abwandlung des Drucksensors mit teilweise aufgeschnittenem Deckel, Fig. 6 einen Längsschnitt in Richtung VI-VI nach Fig. 5, Fig. 7 einen Längs­ schnitt in Richtung VII-VII nach Fig. 5 und Fig. 8 eine perspekti­ vische Darstellung einer Einzelheit.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Fig. 1 ist mit 10 das Steckergehäuse eines Drucksensors 11 bezeichnet, das eine mittige, abgesetzte, durchgehende Bohrung 12 aufweist. In diese Bohrung 12 ist ein einteiliges Bodenteil 13 aus Dickschichtsubstrat, z. B. Stahlgranulat eingesetzt, das aus einem Aufbau 14 und einer über den Aufbau hinausragenden Grundplatte 15 besteht. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, hat die Grundplatte 15 in etwa rechteckförmige Gestalt. Mit einem über den Aufbau 14 überste­ henden Rand 16 liegt die Grundplatte 15 an der Unterseite des Steckergehäuses 10 an. In den beiden kürzeren Seiten der Grundplat­ te 15 sind jeweils zwei Längsschlitze 17, 18 ausgebildet, so daß auf jeder kürzeren Seite drei Fortsätze 20, 21, 22 vorhanden sind, die elastisch gegeneinander beweglich sind. Jeder der Fortsätze weist eine Bohrung 23, 24, 25 auf. Die vier Bohrungen 23, 25 in den äuße­ ren Fortsätzen 20, 22 dienen dazu, um mit Hilfe einer Schraub- oder Nietverbindung das Bodenteil 13 auf einem nicht dargestellten Bau­ teil zu befestigen. Die Bohrungen 24 in den mittleren Fortsätzen 21 nehmen die Verbindungen 26 zum Steckergehäuse 10 auf.

Der Aufbau 14 des Bodenteils 13 weist eine etwa mittige Vertie­ fung 30 auf, so daß ein dünner, als Membran 31 dienender Bereich entsteht. In die Vertiefung 30 ist eine Druckhülse 32 eingesetzt, die mit Hilfe einer Sicherungsscheibe 33 in der Vertiefung 30 fi­ xiert ist. Zur Abdichtung ist in einer in der Wand des Aufbaus 14 des Bodenteils 13 ausgebildeten Ringnut 34 ein Dichtring 35 angeord­ net. Alternativ wäre es auch mögich, in der Innenwand des Steckerge­ häuses 10 eine Ringnut mit einem Dichtring anzuordnen. Ferner sind auch in der Außenwand der Druckhülse 32 Ringnuten 36 mit sich darin befindenden Dichtungen 37 ausgebildet.

Das Steckergehäuse 10 weist seitlich angebrachte Kontakte 40 auf. Ferner sind in Achsrichtung des Drucksensors 11 ausgerichtete Fort­ sätze 41 vorhanden, die in eine Ringnut 42 eines Deckels 43 eingrei­ fen. Der Deckel 43 weist eine Entlüftungsbohrung 44 auf, die nach dem Verkleben des Deckels 43 durch Eindrücken einer Kugel 45 ver­ schlossen wird.

Im Bereich der Membran 31 sind mehrere Dehnmeßstreifen 46 in Form einer Widerstands-Meßbrücke angeordnet. Es können aber auch Dick­ schicht- oder Dünnschichtwiderstände, zum Beispiel Kohlewiderstände, verwendet werden. Mit Hilfe von Bonddrähten 47 sind die auf der Oberseite des Aufbaus 14 aufgebrachten Leiterbahnen 48 mit den Kon­ takten 40 des Steckergehäuses 10 verbunden. Ferner kann auch auf dem Aufbau 14 eine elektronische Hybridschaltung 50 aufgedruckt sein. Zum Schutz vor Umwelteinflüssen sind die Dehnmeßstreifen 46, die Leiterbahnen 48 und die Hybridschaltung 50 durch eine Dichtmasse 51 bedeckt.

Die Funktion eines Drucksensors 11 ist hinreichend bekannt und braucht deshalb hier nicht ausführlich beschrieben zu werden. Der zu bestimmende Druck, der bis zu 200 bar hoch sein kann, wird mit Hilfe der Druckhülse 32 der Membran 31 zugeführt. Die Dichtringe 37 dich­ ten dabei die Ausnehmung 30 ab. Aufgrund des einwirkenden Drucks wird die Membran 31 durchgebogen, so daß auch die Dehnmeßstreifen 46 in ihrem elektrischen Verhalten beeinflußt werden. Das dadurch er­ zeugte elektrische Meßsignal kann über die Leiterbahnen 48, die Bonddrähte 49 und die Kontakte 40 des Steckergehäuses 10 einer nicht dargestellten Auswerteschaltung zugeführt werden.

Bei der Montage des Drucksensors 11 wird die Grundplatte 15 sowohl am Steckergehäuse 10 als auch an einem nicht dargestellten Bauteil befestigt. Dabei ist darauf zu achten, daß keine mechanischen Ver­ spannungen entstehen, die die Membran 31 bereits im nicht druckbe­ aufschlagten Zustand in geringem Maß verformen würde.

Dadurch können in undefinierbarer Weise in den Dehnmeßstreifen 46 Vorspannungen auftreten, die zu Meßfehlern führen würden. Um diese Meßfehler zu vermeiden bzw. weitgehend zu verringern, sind die Fort­ sätze 20, 22 gegenüber den Fortsätzen 21 relativ zueinander elastisch beweglich. Wird die Grundplatte 15 auf einer unebenen Fläche eines Bauteils befestigt, d. h. aufgeschraubt bzw. angenie­ tet, so können sich die Fortsätze 20, 22 in geringem Maße verbiegen und der Oberflächenform anpassen, ohne daß mechanische Spannungen in der Grundplatte 16 erzeugt werden. Mit Hilfe der Fortsätze ist die Grundplatte 16 ebenfalls am Steckergehäuse 10 befestigt. Da die Fortsätze für die beiden Befestigungen in geringem Maß relativ zu­ einander beweglich sind, können keine mechanischen Verspannungen im Bodenteil 13 entstehen.

Im Unterschied zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 bis 8 die Fortsätze in zwei verschiedenen Ebenen angeordnet. In einer ersten Ebene befinden sich die Fortsätze 20a, 22a zur Befestigung der Grundplatte 15a auf einem Bauteil und in einer zweiten nahezu parallel zur ersten verlaufenden Ebene die Fortsätze 21a zur Befestigung der Grundplatte 15a an dem Steckergehäuse 10. Die Fortsätze 20a, 22a werden hierzu mit Ste­ gen 54 in die erste Ebene geführt. In den Fig. 6 bis 8 ist das Bodenteil 13a zweiteilig ausgebildet. Die Grundplatte 15a hat eine mittige Bohrung 55, in die der Aufbau 14a eingesetzt wird und mit einem ringförmigen Fortsatz 56 an der Grundplatte 15a anliegt. Der Aufbau 14a und die Grundplatte 15a können miteinander verlötet wer­ den oder durch Laserschweißen verbunden sein. Ferner kann die Grund­ platte 15a aus einem anderen Material als der Aufbau 14a hergestellt werden. Aber es ist auch ein einteiliges Bodenteil 13a möglich.

Claims (10)

1. Drucksensor (11) mit einem elektrische Kontakte (40) aufweisenden Steckergehäuse (10) und einer in einem Gehäuseteil (13) ausgebilde­ ten druckabhängig deformierbaren Membran (31), deren Verformung mit Hilfe von elektrischen Widerständen (46), deren elektrische Leit­ fähigkeit sich bei Verformung ändert, erfaßt wird, wobei das Gehäu­ seteil (13) formschlüssig mit dem Steckergehäuse (10) und mit­ tel- oder unmittelbar mit einem Bauteil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (13) mehrere gegeneinander elastisch verformbare, zur Aufnahme von Befestigungsmitteln (26) dienende Fortsätze (20, 21, 22) hat, so daß im Gehäuseteil (13) kei­ ne durch die Befestigung bewirkten mechanischen Spannungen auf die Membran (31) übertragen werden.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsätze (20, 21, 22) durch mehrere Schlitze (17) voneinander ge­ trennt sind.

3. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsätze (20a, 21a, 22a) in zwei ungefähr parallelen Ebenen ange­ ordnet sind.

4. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuseteil (13) einteilig ausgebildet ist.

5. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuseteil (13a) aus einer Grundplatte (15a) und einem Aufbau (14a) aus Dickschichtsubstrat besteht.

6. Drucksensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (15a) und der Aufbau (14a) miteinander verlötet sind.

7. Drucksensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (15a) und der Aufbau (14a) mit Hilfe einer Laser­ schweißung miteinander verbunden sind.

8. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fortsätze (20, 21, 22) am Steckergehäuse (10) und am Bauteil angeschraubt sind.

9. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fortsätze (20, 21, 22) am Steckergehäuse (10) und am Bauteil angenietet sind.

10. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine zur Membran (31) führende Druckhülse (32) mit Hilfe einer Sicherungsplatte (33) am Gehäuseteil (13) befestigt ist.