DE60301073T2

DE60301073T2 - Einsatz gespritzte Einheit eines Druckwandlers mit einem Druckgefäss

Info

Publication number: DE60301073T2
Application number: DE60301073T
Authority: DE
Inventors: Paul J. Pitzer
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2002-02-11
Filing date: 2003-01-21
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2023-01-22
Also published as: US20030150274A1; EP1335195A1; US6604429B1; EP1335195B1; DE60301073D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft einen Hochdrucksensor, und insbesondere einen kostengünstigen Drucksensoraufbau aus rostfreiem Stahl, der in ein gespritztes Kunststoffbauteil integriert ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kraftfahrzeugsteuerungen erfordern häufig eine Messung bestimmter Druckparameter wie beispielsweise Motoröldruck, Kraftstoffdruck, Getriebeflüssigkeitsdruck oder Bremsdruck. Der Zuverlässigkeit und Haltbarkeit wegen erfordern solche Anwendungen für gewöhnlich die Verwendung eines Drucksensorelements aus rostfreiem Stahl. In einer typischen Anwendung ist das Sensorelement an einen Druck-Port aus rostfreiem Stahl geschweißt, der zum Beispiel durch ein Gewindebefestigungselement an der Druckkammer angebracht ist. Aufgrund der hohen Kosten von rostfreiem Stahl im Verhältnis zu anderen Materialien und der Schwierigkeit des Bearbeitens von rostfreiem Stahl wurden verschiedene Druck-Port-Anordnungen entwickelt, um die erforderte Menge an rostfreiem Stahl möglichst gering zu halten. Siehe zum Beispiel die US-Patente Nr. 5,939,637 und 6,050,147, die beide an die Inhaberin der vorliegenden Erfindung übertragen wurden. Es besteht allerdings ein wachsendes Interesse daran, einen Drucksensor mit der Druckkammer zu integrieren, anstatt den Drucksensor durch ein Gewindebefestigungselement an die Druckkammer anzubringen, insbesondere in dem Fall von gespritzten Kunststoffdruckkammern. Demgemäß wird ein Drucksensoraufbau benötigt, der die Verwendung von rostfreiem Stahl möglichst gering hält, während er zu einer Integration mit gespritzten Kunststoffaufbauten fähig ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt einen verbesserten Drucksensoraufbau bereit, der ein Druckerfassungselement aus rostfreiem Stahl enthält, wobei das Druckerfassungselement an einen Druck-Port aus rostfreiem Stahl geschweißt ist, der in eine gespritzte Kunststoffdruckkammer einsatzgespritzt ist. Eine Abdichtung zwischen dem Druck-Port und der Druckkammer wird durch einen O-Ring, der in einer Rille an dem äußeren Umfang des Druck-Ports sitzt, oder durch eine Dichtungsmasse, die vor dem Einsatzspritzvorgang auf den Umfang des Druck-Ports aufgebracht wird, verbessert. Gemäß der Erfindung wird der Druck-Port mit der Druckkammer einsatzgespritzt, um ein axiales Ende des Druck-Ports freizulegen, das eine gestufte ringförmige Oberfläche aufweist, und das Drucksensorelement wird an das freiliegende Ende des Druck-Ports geschweißt. In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Kunststoffmaterial der Druckkammer in eine axiale Mittelbohrung der Druckkammer, um durch ein Maximieren eines potenziellen Undichtigkeitspfads für das Medium, das in der Druckkammer enthalten ist, eine Undichtigkeit möglichst gering zu halten, und über eine Schulter des Druck-Ports, um den Druck-Port in dem Körper der Druckkammer zu befestigen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die einzige Figur ist eine Schnittansicht eines Drucksensors aus rostfreiem Stahl, der gemäß dieser Erfindung mit einer gespritzten Kunststoffdruckkammer integriert ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In der einzigen Figur bezeichnet das Bezugszeichen 10 die Wand einer Kunststoffdruckkammer, die ein flüssiges oder gasförmiges Medium mit hohem Druck enthält, und das Bezugszeichen 12 bezeichnet im Allgemeinen einen Drucksensoraufbau, der durch einen Einsatzspritzvorgang in die Druckkammerwand 10 integriert ist. Zusätzlich zu der Druckkammerwand 10 umfasst der Drucksensoraufbau 12 ein Druckerfassungselement 14 aus rostfreiem Stahl, einen Druck-Port 16 aus rostfreiem Stahl, eine Abdichtungseinrichtung wie beispielsweise einen O-Ring 18, und eine Klemmenabdeckung 20, die in der Figur nur teilweise dargestellt ist.
Das Druckerfassungselement 14 aus rostfreiem Stahl umfasst eine zylindrische Membran 14a mit einer mittigen Masse 14b und einer ringförmigen Seitenwand 14c, die von dem Rand der Membran 14a absteht. Auf der freiliegenden Oberfläche der Membran 14a sind zwischen der mittigen Masse 14b und der Seitenwand 14c spannungsempfindliche Elemente ausgebildet und sind in einer Brückenanordnung verbunden, um Spannungen aufgrund eines Druckunterschieds über der Membran 14a zu detektieren. Typischerweise sind diese Elemente (zum Beispiel durch Drahtbonden) an einen Chip mit einer integrierten Schaltung (nicht dargestellt) gekoppelt, der an der äußeren Oberfläche der Membran 14a gegenüber der mittigen Masse 14b montiert sein kann. Die integrierte Schaltung detektiert und verstärkt Widerstandsänderungen aufgrund des erfassten Drucks, und liefert einen elektrischen Signalausgang, der an metallische Klemmen (nicht dargestellt), die in die Abdeckung 20 integriert sein können, gekoppelt ist.
Der Druck-Port 16 aus rostfreiem Stahl ist ein zylindrischer Querschnitt mit einer axialen Mittelbohrung 16a. Der äußere Umfang des Druck-Ports 16 ist wie dargestellt gestuft, um obere und untere Abschnitte 16b, 16c zu definieren, wobei der untere Abschnitt 16b einen größeren Außendurchmesser aufweist als der obere Abschnitt 16c. Eine Umfangsrille 16d, die an dem äußeren Umfang des unteren Abschnitts 16b ausgebildet ist, nimmt den O-Ring 18 auf, und eine Stufe 16e, die an dem äußeren Umfang des oberen Abschnitts 16c ausgebildet ist, bringt die ringförmige Seitenwand 14c des Sensorelements 14 unter.
Während der Herstellung der Druckkammer ist der Druck-Port 16 aus rostfreiem Stahl in der Form befestigt, die verwendet wird, um die Druckkammerwand 10 zu bilden, sodass ein Kunststoffmaterial, das in die Form eingespritzt wird, den Druck-Port 16 umgibt und einschließt, wobei ein Teil des außenliegenden Umfangs des oberen Abschnitts 16c freiliegend gelassen wird, wie es dargestellt ist. Insbesondere erstreckt sich das Kunststoffmaterial in die axiale Bohrung 16a, wie es durch das Bezugszeichen 10a angegeben ist, um den O-Ring 18 und den außenliegenden Umfang des unteren Abschnitts 16b herum, wie es durch das Bezugszeichen 10b angegeben ist, und um einen Teil des außenliegenden Umfangs des oberen Abschnitts 16c herum, wie es durch das Bezugszeichen 10c angegeben ist. Dies hält die Undichtigkeit durch ein Maximieren eines potenziellen Undichtigkeitspfads für das Medium, das in der Druckkammer enthalten ist, möglichst gering, und befestigt den Druck-Port 16 in der Druckkammerwand 10. Zusätzlich drückt der Einspritzdruck den O-Ring 18 in die Umfangsrille 16d, um seine Abdichtungsfähigkeit zu maximieren. Wie oben angegeben, kann der O-Ring durch ein Abdichtungsmaterial, das auf den Umfang des Druck-Ports 16 vor dem Spritzvorgang aufgebracht wird, ersetzt (oder ergänzt) werden, wenn dies gewünscht ist. Wenn der Spritzvorgang abgeschlossen ist, werden die Druckkammer und der integrierte Druck-Port 16 aus der Form entfernt, und das Druckerfassungselement 14 wird auf die Stufe 16e gesetzt und an der Stelle geschweißt, wie es dargestellt ist. Bei der Verwendung wird das Medium, das in der Druckkammer enthalten ist, über den Druckwandabschnitt 10a direkt auf die nach innen gerichtete Oberfläche der Sensormembran 14a aufgebracht.
Zusammengefasst trägt der einsatzgespritzte Drucksensoraufbau der vorliegenden Erfindung durch ein Geringhalten der Verwendung von rostfreiem Stahl und ein Integrieren des Druck-Ports mit einer Kunststoffdruckkammer, die das zu messende Medium enthält, zu reduzierten Kosten bei.

Claims

Integrierter Aufbau (12) aus Druckkammer und Drucksensor umfassend: eine Druckkammer mit einer gespritzten Druckkammerwand (10), die eine darin ausgebildete Öffnung (10a) aufweist; einen Druck-Port (16) aus rostfreiem Stahl, der teilweise in der Druckkammerwand (10) eingeschlossen ist und eine axiale Mittelbohrung aufweist, die mit der Öffnung in der Druckkammerwand (10) ausgerichtet ist; ein zusammendrückbares Abdichtungselement (18), das zwischen dem eingeschlossenen Teil des Druck-Ports (16) und der Druckkammerwand (10) angeordnet ist; und ein Drucksensorelement (14) aus rostfreiem Stahl, das an ein axiales Ende des Druck-Ports (16) aus rostfreiem Stahl geschweißt ist, welches von der Druckkammerwand (10) nach außen über die Druckkammer vorsteht, wobei eine nach innen gerichtete Oberfläche des Drucksensorelements (14) in direktem Kontakt mit einem Medium, das in der Druckkammer (10) enthalten ist, angebracht ist.
Integrierter Aufbau aus Druckkammer und Drucksensor nach Anspruch 1, wobei der eingeschlossene Teil des Druck-Ports (16) eine Umfangsrille (16d) umfasst, und das zusammendrückbare Abdichtungselement (18) ein O-Ring ist, der in der Umfangsrille (16d) angeordnet ist.
Integrierter Aufbau aus Druckkammer und Drucksensor nach Anspruch 1, wobei ein innerer Umfang der axialen Mittelbohrung durch die Druckkammerwand (10a) eingeschlossen ist.
Integrierter Aufbau aus Druckkammer und Drucksensor nach Anspruch 1, wobei der Druck-Port (16) in die Druckkammerwand (10) einsatzgespritzt ist.
Integrierter Aufbau aus Druckkammer und Drucksensor nach Anspruch 1, wobei der Druck-Port (16) einen ersten Abschnitt (16b), der vollständig durch die Druckkammerwand (10) eingeschlossen ist, und einen zweiten Abschnitt (16c) umfasst, der nur teilweise durch die Druckkammerwand (10) eingeschlossen ist, wobei der zweite Abschnitt (16c) eine Breitenabmessung aufweist, die kleiner ist als eine Breitenabmessung des ersten Abschnitts (16b).