DE4342665A1 - Drucksensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor mit einem Gehäuse, in welches ein zu messendes Druckmedium ein­ leitbar ist, und einem im Gehäuse angeordneten Meßum­ former, auf welchen das eingeleitete Druckmedium wirkt und welcher ein proportionales elektrisches Sensorsignal liefert, das von einer Auswerteeinrich­ tung für eine weitere Verarbeitung aufbereitet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Druck­ sensor zu schaffen, bei dem der Meßumformer druck­ dicht im Gehäuse eingebaut ist und dabei unbeeinflußt bleibt von störend einwirkenden Kräften, die die Druckproportionalität des Sensorsignals beeinträchti­ gen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßumformer an einem Träger angeordnet ist, der einen Druckmittelkanal aufweist, durch den das zu messende Druckmedium zu einer druckaufnehmenden Flä­ che des Meßumformers geleitet wird, daß ein Träger­ teil, durch welches der Druckmittelkanal sich er­ streckt, in einer Gehäuseöffnung durch eine Befesti­ gungseinrichtung gehalten ist, welche einen druck­ dichten Einbau des Trägers im Gehäuse und eine unter­ schiedliche Materialausdehnungskoeffizienten kompen­ sierende Abstützung des Trägers am Gehäuse bildet, und daß mit dem Träger formschlüssig eine Leiterplat­ te verbunden ist, die Anschlußkontakte für mit dem Meßumformer verbundene elektrische Leiter aufweist. Durch die Erfindung wird ein Sensorsignal erreicht, das proportional zum jeweils im Druckmedium herr­ schenden Druck ist und frei von anderen Einflüssen ist.

Es kann jedoch auch ein Schaltsignal bei einem be­ stimmten Druckwert erzeugt werden. Der Drucksensor kann somit zwei Signalausgänge aufweisen, nämlich einen Ausgang für das exakte Schaltsignal und einen Ausgang für das druckproportionale Signal.

Durch die spezielle Anordnung des Meßumformers im Gehäuse wird gewährleistet, daß zur Bildung des Sen­ sorsignals nur der Einfluß des durch den Druckmittel­ kanal zugeführten Druckmediums vom Meßumformer erfaßt wird. Der Meßumformer kann bevorzugt einen durch das Druckmedium deformierbaren Körper aufweisen und als aktiver oder passiver Sensor mit elektronischem Ana­ logausgang ausgebildet sein. Hierdurch wird ein hy­ steresearmer rasch reagierender Sensor erreicht. Der­ artige Meßumformer können einen deformierbaren Körper aus kristallinem Stoff haben, wobei durch Piezoeffekt eine aktive Sensorwirkung erreicht wird. Ferner ist es möglich, den deformierbaren Körper mit passiven Sensormaterialien, die bei Formänderung ihren elek­ trischen Widerstand ändern, beispielsweise Dehnungs­ meßstreifen, zu belegen. Es können hier beispielswei­ se aus Silicium bestehende Halbleiter-DMS verwendet werden. Auch eine in Brückenschaltung mit DMS belegte Glasplatte, auf die das Druckmedium formändernd ein­ wirkt, kann für den Meßumformer verwendet werden.

Durch den Drucksensor kann z. B. eine Betriebsdruck­ überwachung in einem Bremssystem eines Kraftfahrzeu­ ges erreicht werden. Es kann ein Druckbereich von beispielsweise 0,2 bis 30 bar überwacht werden.

Anhand der Figuren wird an einem Ausführungsbeispiel die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in geschnittener Darstellung in Seitenan­ sicht ein Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbei­ spiel in Draufsicht; und

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Dichtnip­ pel und formschlüssig miteinander verbunden einen Träger und eine Leiterplatte.

Der als Ausführungsbeispiel dargestellte Drucksensor besitzt ein Gehäuse 1. In einem Hohlraum des Gehäuses 1 ist auf einem Träger 4, der bevorzugt aus Kunst­ stoff besteht, ein Meßumformer 2 angeordnet. Der Trä­ ger 4 enthält in einem Trägerteil 10 mit bevorzugt zylindrischem Außenmantel einen Druckmittelkanal 5. Dieser erstreckt sich in axialer Richtung durch das zylindrische Trägerteil 10 des Trägers 4. Das Träger­ teil 10 ist in einen Dichtnippel 6 eingesetzt. Der Dichtnippel 6 besitzt hierzu eine Bohrung 12 (Fig. 3), die einen geringfügig größeren Durchmesser aufweist als der Außendurchmesser des Trägerteils 10 mit dem Druckmittelkanal 4 besitzt. Beispielsweise hat das zylindrische Trägerteil 10 einen Außendurchmesser von 3,7 mm, und die Bohrung hat einen Innendurchmesser von 4,22 mm. Das Trägerteil 10 ist in die Bohrung 12 des Dichtnippels 6 dadurch druckdicht eingesetzt, daß in eine umlaufende Nut 15 an der Innenwand der Boh­ rung 12 ein Dichtring, insbesondere O-Ring 7, einge­ setzt ist. Auf diese Weise wird nicht nur ein druck­ dichter Einbau des Trägers 4 im Dichtnippel 6 er­ reicht, sondern durch flexible Ausbildung des Dicht­ ringes 7 und durch den abgedichteten Abstand zwischen dem Außenmantel des Trägerteils 10 und der Innenwand der Bohrung 12 aufgrund der unterschiedlichen Durch­ messer werden unterschiedliche Materialausdehnungen, die aus unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsko­ effizienten resultieren, kompensiert und wirken sich nicht nachteilig auf den Träger 4 und den daran an­ geordneten Meßumformer 2 aus. Die Stelle des Trägers 4, an welcher der Meßumformer 2 angeordnet ist, hat einen Abstand von der Einbaustelle, welcher beim Aus­ führungsbeispiel durch den Dichtring 7 gebildet wird. Der Träger 10 wirkt hierbei wie ein Kragträger.

Der Träger 4 besitzt einen Druckraum 3, der nach oben durch eine druckaufnehmende Fläche des Meßumformers 2 druckdicht abgedeckt ist. In den Druckraum 3 mündet der Druckmittelkanal 5, durch welches das zu messende Druckmedium eingeleitet wird. Nach dem Zusammenbau des Trägers 4 und des Dichtnippels 6 fluchten der Druckmittelkanal 5 und eine Einlaßöffnung 13 im Dichtnippel 6.

Der Dichtnippel 6 ist formschlüssig in einer Öffnung des Gehäuses 1 eingebaut. Durch eine Rändelung 14 wird der formschlüssige Einbau des Dichtnippels 6, der gegebenenfalls druckdicht sein kann, noch unter­ stützt. Das Gehäuse 1 kann ein metallisches Druckguß­ gehäuse sein. Der Dichtnippel 6 besteht ebenfalls aus Metall, insbesondere aus Messing. Um den Dichtnippel 6 im Bereich seiner Einlaßöffnung 13 kann am Gehäuse ein Anschlußstutzen 16 mit Innengewinde 17 angeformt sein. Hierdurch wird der Anschluß des Drucksensors an ein das Druckmedium führendes System, beispielsweise ein Bremsleitungssystem, ermöglicht. Bei dem Druckme­ dium kann es sich um ein pneumatisches oder hydrauli­ sches Druckmedium handeln.

Mit dem Träger 4 ist an der dem Trägerteil 10 entge­ gengesetzten Seite eine Leiterplatte 8 formschlüssig verbunden. Dieser Formschluß kann durch einseitiges Einspritzen der Leiterplatte 8 an einer Einspritz­ stelle 18 des Trägers 4 erfolgen. Durch diesen Form­ schluß wird gewährleitstet, daß keine Relativbewegung zwischen der Leiterplatte 8 und dem Meßumformer 7 auftritt. Der Formschluß ist in unmittelbarer Nähe von Anschlußkontakten 9 auf der Leiterplatte 8 gebil­ det. Mit diesen Anschlußkontakten sind elektrische Leiter, insbesondere dünne Drähte, kontaktiert, die die Meßbrückensignale des Meßumformers 2 weiterlei­ ten. Durch den Formschluß wird eine Relativbewegung zwischen der Leiterplatte 8 und dem Meßumformer und damit eine Unterbrechung der elektrischen Kontaktie­ rung des Meßumformers 2 mit der Auswerteelektronik vermieden. Die Bausteine der Auswerteelektronik kön­ nen auf der gedruckten Leiterplatte 8 angeordnet sein. Sie sind durch nicht näher dargestellte Lei­ tungsbahnen mit den Anschlußkontakten 9 verbunden.

Der Meßumformer 2 kann in bekannter Weise ausgebildet sein und einen deformierbaren Körper aufweisen, des­ sen druckaufnehmende Fläche in den Druckraum 3 ge­ richtet ist. Der deformierbare Körper kann aufgrund seiner Deformation eine aktive oder passive Sensor­ wirkung mit elektronischem Analogausgang auslösen. Der deformierbare Körper kann als kristalliner Stoff mit piezoelektrischen Eigenschaften, als aus Silicium bestehende Halbleiter-DMS oder verformbare Glasplat­ te, die mit DMS in Brückenschaltung belegt ist, aus­ gebildet sein.

Es können zwei Ausgänge vorgesehen sein. Der eine Ausgang liefert das druckproportionale Signal, und der andere Ausgang liefert ein Schaltsignal, das ei­ nem exakten Druckwert (Schaltpunkt) entspricht. Bei­ spielsweise kann dieser Schaltpunkt einem bestimmten Betriebsdruck entsprechen. Nur wenn dieser Betriebs­ druck erreicht wird, kann eine mit dem Drucksystem verbundene Maschine, insbesondere Arbeitsmaschine, in Gang gesetzt werden. Bei dem Drucksystem kann es sich beispielsweise um das Bremsdrucksystem eines Kraft­ fahrzeugs handeln und bei der Arbeitsmaschine um den Fahrzeugmotor. Erst wenn im Bremssystem der erforder­ liche Betriebsdruck sich eingestellt hat, kann der Fahrzeugmotor gestartet und/oder eine Getriebesperre gelöst werden. Damit wird verhindert, daß beispiels­ weise bei noch nicht ausreichendem Betriebsdruck in den Bremsleitungen des Fahrzeugs der Fahrbetrieb des Fahrzeugs aufgenommen wird.

Claims (9)

1. Drucksensor mit einem Gehäuse, in welches ein zu messendes Druckmedium einleitbar ist, und einem im Gehäuse angeordneten Meßumformer, auf welchen das eingeleitete Druckmedium einwirkt und wel­ cher ein proportionales elektrisches Sensorsi­ gnal liefert, das von einer Auswerteeinrichtung für eine weitere Verarbeitung aufbereitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßumformer (2) an einem Träger (4) an­ geordnet ist, der einen Druckmittelkanal (5) aufweist, durch den das zu messende Druckmedium zu einer druckaufnehmenden Fläche des Meßumfor­ mers (2) geleitet wird, daß ein Trägerteil (10), durch welches der Druckmittelkanal (5) sich er­ streckt, in einer Gehäuseöffnung durch eine Be­ festigungseinrichtung (6, 7) gehalten ist, wel­ che einen druckdichten Einbau des Trägers (4) im Gehäuse (1) und eine unterschiedliche Material­ ausdehnungskoeffizienten kompensierende Abstüt­ zung des Trägers (4) am Gehäuse (1) bildet, und daß mit dem Träger (4) formschlüssig eine Lei­ terplatte (8) verbunden ist, die Anschlußkontak­ te (9) für mit dem Meßumformer (2) verbundene elektrische Leiter (11) aufweist.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leiterplatte (8) einseitig mit dem Träger (4) verbunden ist.

3. Drucksensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Träger (4) aus Kunststoff besteht und die Leiterplatte (8) in den Träger (4) eingespritzt ist.

4. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Leiterplatte (8) elektronische Bauteile der Auswerteeinrich­ tung angeordnet sind.

5. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsein­ richtung (6, 7) einen formschlüssig in der Ge­ häuseöffnung befestigbaren Dichtnippel (6) auf­ weist, in dessen Bohrung (12) das den Druckmit­ telkanal (5) enthaltende Trägerteil (10) mit dazwischen angeordnetem Dichtring (7) aus flexi­ blem Material eingesetzt ist, und daß der Druck­ mittelkanal (5) mit einer Einlaßöffnung (13) im Dichtnippel (6) ausgerichtet ist.

6. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtnippel (6) aus Metall besteht.

7. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Innen­ wand der Bohrung (12) des Dichtnippels (6) und der Außenfläche des eingesetzten Trägerteils (10) ein durch den Dichtring (7) abgedichteter Abstand vorgesehen ist.

8. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßumformer (2) einen durch das Druckmedium deformierbaren Kör­ per aufweist und als aktiver oder passiver Sen­ sor mit elektronischem Signalausgang ausgebildet ist.

9. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang als Schaltsignal bei einem bestimmten Druckwert und/oder als druckproportionales Signal ausge­ bildet ist.