JP2019215345A - 測定バネ支持管と、該測定バネ支持管上にコーティングされた圧力センサとを備えたダイヤフラム圧力センサ - Google Patents

Abstract

【課題】圧力衝撃によってダイヤフラム圧力センサが破壊されないようにする。【解決手段】内燃機関の燃焼室圧力を捕捉するためのダイヤフラム圧力センサであって、センサハウジング１の前側において、センサハウジングと気密に接続され、燃焼室雰囲気にさらされるダイヤフラムディスク１２が設けられており、ダイヤフラムディスクの撓みは１つ以上の伝達要素を介してセンサに伝達可能であり、ダイヤフラムディスクの撓みをセンサの測定面へと伝達するために、側面形状において略帽子状又はスリーブ状の測定バネ１０は、その下側軸端部においてダイヤフラムディスクと接続されており、その対向する軸端部で、半径方向の中空空間４２を形成しながら装着スリーブ７と接続されており、測定バネと装着スリーブとの複合体が、センサハウジングの内周に対して半径方向の遊びを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載されたダイヤフラム圧力センサに関し、このダイヤフラム圧力センサは、内部に配置されている測定バネ支持管と、コーティングプロセスによって測定バネ支持管に設けられた圧力測定層と、を備えている。

本発明によるダイヤフラム圧力センサは、好適には、内燃機関、特に２ストローク又は４ストロークの船舶用大型ディーゼルエンジンなどのシリンダヘッド内の動作圧力を測定するために使用される。この際、約２，０００〜３，０００℃の範囲の平均的な燃焼室温度で８００ｂａｒまでの範囲の圧力に耐えなければならず、この圧力は燃焼室内の特定の箇所ではさらに高くなる可能性もある。

燃焼室圧力は、過給式のオットー機関においては、約９０ｂａｒに達する。直接噴射により動作する過給式の乗用車ディーゼル機関（einem aufgeladenen PKW-Diesel-Motor）の場合、燃焼室圧力は１６０ｂａｒであり、大型ディーゼルエンジンでは平均して約２００ｂａｒである。

この種の高温センサ及び高圧センサでは、センサがさらされる高い温度及び圧力において、大部分の測定システムが故障する、及び／又は寿命が短くなるという問題が存在する。

したがって、高圧ダイヤフラム圧力センサの特別な構造でもって、発生した熱作用及び圧力ピークに耐えるための多くの試みが行われている。

例えば、ＤＥ３８１１３１１Ｃ１からは、圧力容積内に突入したダイヤフラムから出発して、非弾性の圧力プランジャ（einen nicht-elastischen Druckstempel）が設けられており、この圧力プランジャは、軸方向においてハウジング内で変位可能であり、また圧電測定素子に作用し、この圧電測定素子は、押圧スリーブを介してプレロードが掛けられている対応受け部（Gegenlager）によって裏面から保持されている。

その種の配置構成の欠点は、圧力プランジャ自体が圧力ピークを吸収して減衰させることができない、ということである。したがって、圧力ピークが変化せずにダイヤフラム面に伝達され、これは急速な破壊をもたらす虞がある。

ＤＥ１０２０１００４０３７３Ａ１の対象でもって、マイクロメカニカル圧力センサが設けられているダイヤフラム圧力面に対する過負荷保護部が公知となっている。測定バネ支持管によって減衰される圧力伝達は、この圧力センサでは用いられていない。

ＤＥ１０２０１１０１７６４７Ａ１の対象でもって、内燃機関の燃焼室における圧力を捕捉するためのセンサ素子が公知となっており、このセンサ素子では、硬質の圧力センサプレートの上にあり、かつ燃焼室圧の圧力が加えられるダイヤフラム（der Brennraum-beaufschlagten Membran）の撓みが、スリーブ状のアダプタエレメントの曲げ弾性のあるウェブを介して、同様に硬質の補償体に伝達される。補償体は、硬質の円柱状の伝達エレメントを加圧し、この伝達素子は、センサ素子の一方の面に接触している。センサ素子の背面には、硬質の支持エレメントが接触しており、この支持エレメントには、位置固定エレメントを介してプリロードが掛けられる（vorgespannt wird）。

硬質の圧力センサプレートと、同様に硬質の補償体との間の中間空間に配置されているスリーブ状のアダプタエレメントは、縁部に曲げ弾性的なウェブ（randseitige biegeelastische Stege）を有しているにすぎず、このウェブは、圧力センサプレートと補償体との間の軸方向の変位位置のセンタリングを達成すべきものにすぎない。しかしながら圧力ピークの補償は、その種の配置構成では実現されない。さらには、使用される伝達エレメントの数が多いことによって、ダイヤフラムセンサは故障しやすくなる。

ＡＴ３４９７９６Ｂでもって、ダイヤフラムに張られた熱シールド（ein membranuebergreifendes Hitzeschild）が公知となっており、この熱シールドは、熱的に分離された（entkoppeltes）力伝達部分を表す。圧電性の測定アセンブリは、スリーブ状の管バネ（eine huelsenartige Rohrfeder）を介して、セラミック製の力伝達管にプリロードが掛けられ（vorgespannt）、この力伝達管自体は、燃焼室の圧力が加えられるプレートダイヤフラムに接触している。スリーブ状の力伝達管がセラミック材料から構成されるので、不所望な圧力ピークによって、測定アセンブリが破壊される可能性がある。

ＵＳ７９５０２８５Ｂ２では、ダイヤフラム支持部の熱シールドは認識できるが、しかしながら、高温安定性を示しながら、それと同時に圧力ピークを減衰させることは見て取れない。

ＡＴ５０４４８５Ｂ１の対象でもって、熱伝導素子が公知となっており、この熱伝導素子においては、筒状の測定バネ支持管（管バネ）によって、圧力を受けるダイヤフラム面とから測定センサまでの、機械的な負荷に耐える接続部がもたらされている。ここでは、振動質量が管バネによって２つの補償圧電素子に対してプリロードしている。もっとも、圧力ピークを散逸させるための予防措置は見て取れない。

この種の圧力ピークは、特に、特定の動作条件下で、不所望な圧力衝撃として作用する。この圧力衝撃の発生は確かに稀であるが、しかしながら、そのピーク負荷及び突発的な圧力上昇に起因して、通常の場合、ダイヤフラム圧力センサを破壊する。

この際、圧力衝撃のような圧力上昇速度は所定の役割を担い、４〜７ｂａｒの許容可能な圧力上昇は、大部分の高圧センサによって依然として許容されるが、しかしながら、比較的稀にしか発生しないが発生した場合にはダイヤフラム圧力センサを即座に破壊する、１００ｂａｒの圧力上昇は許容されない。

独国特許公開第３８１１３１１号公報 独国特許公開第１０２０１００４０３７３号公報 独国特許公開第１０２０１１０１７６４７号公報 墺国特許登録第３４９７９６号公報 米国特許登録第７９５０２８５号公報 墺国特許登録５０４４８５号公報

したがって、本発明の課題は、冒頭で述べたようなダイヤフラム圧力センサを発展させて、そのような圧力衝撃、すなわち突発的に発生する圧力ピークも依然として許容され、その衝撃によってダイヤフラム圧力センサが破壊されないようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、請求項１の技術的な教示によって特徴付けられている。

本発明の技術的教示は、燃焼室に発生した極端な圧力衝撃を単に減衰させ（lediglich gedaempft）、大幅に弱めて（stark abgeschwaecht）測定センサに伝達させる、バネ弾性に形成された支持装置を説明する。

有利には、ダイヤフラムディスクの撓み（der Durchbiegung）をセンサの測定面へと伝達させるために、側面形状又は輪郭が略帽子状又は略スリーブ状の測定バネ（eine etwa im Profil hutfoermige oder
huelsenfoermige Messfeder）はその下側軸方向端部において、中心で、ダイヤフラムディスクと接続されており、その対向する軸方向端部で、半径方向の中空空間を形成しながら装着スリーブと接続されており、また測定バネと装着スリーブとの複合体（der Verbund aus Messfeder und Montagehuelse）が、センサハウジングの内周に対して半径方向の遊びを有する。

この際、有利には、測定センサが、圧力伝達及びプリロード形成のための一連の構成部材を必要とする圧電センサとして形成されていない。皿形状で可撓性（durchbiegbare）であり、また複数の屈曲センサ（Biegesensoren）が配置されているセンサ面として、測定センサを本発明に従って形成することによって、（ＤＥ１０２０１１０１７６４７Ａ１のような）付加的な軸方向のセンタリング及び付加的なプリロード素子をさらに必要とする、コストの掛かる伝達体が回避される。

測定バネの特別な構成によって、測定バネの測定面には、引張応力と圧縮圧力とが等しい領域が存在し、これは抵抗構造の適用にとって有利である。

測定バネと装着スリーブとの複合体は、センサハウジングの内面と接触しておらず、したがって測定結果は、センサハウジングの温度変動及び組み付け応力によって劣化しない。

生じた圧力は、測定面に直接的に作用するのではなく、（厚さが変化することができる ）ダイヤフラムディスク及びプランジャとして使用される測定バネを介して測定面に伝達されるので、測定素子は、場合によっては生じる圧力衝撃に対してより鈍感になる。

特に有利には、センサ面が、（測定バネである）減衰及び保護素子に直接的に被着されて又は設けられており（aufgebracht）、これによって、上述の従来技術においては必要とされる複数の伝達素子及びプリロード素子を省略することができる。中空体形状で缶形状の減衰及び保護素子は、以下の説明において「測定バネ」と記し、この測定バネは、従来技術に対して優れた特性を有している。

本発明の特徴は、センサハウジング内において、圧力室に突出しているダイヤフラムディスクから出発して、測定バネの、軸方向の中心における下部リング膨出部が圧力室へと突出しており、測定バネが軸方向において、ほぼ軸方向に延びるスリーブ突部を介して、センサハウジングに続いており、そこでは、外周における皿形状で半径方向のリング膨出部が、センサハウジングの内面に向かう方向において半径方向の遊びを有している。

したがって、本発明は、一方では、軸方向の下部膨出部の領域においてダイヤフラムディスクに固定されており、他方では（対向する面では）、半径方向に直径が拡大したリング膨出部の領域において、センサハウジングの内面に、半径方向外側への半径方向の移動遊びを有している特別な測定バネを表す。

したがって測定バネは、缶形状の中空体として形成されており、その下部クランピング位置は下部屈曲区間を形成し、その上部クランピング位置は、支持位置に（zu den Lagerstellen）接続された上部屈曲区間を形成する。

したがって、測定バネは、軸方向において相互に間隔を空けて設けられている２つの支持位置間にクランピングされた皿バネのバネ特性を有し、また弾性の軸方向の変位は、変形時の内部摩擦によって減衰される。

底部側のクランピング位置における固定によって、圧力衝撃時には、軸方向において測定バネに直接的に作用する圧力ピークが生じ、また測定バネの特別な構造特性によって、圧力衝撃が減衰されずに直接的で即座に皿形状の測定面に伝達されることはなくなり、その代わりに、測定バネにおける中心の中央孔に起因して、また別の構造特徴に起因して、測定バネは弾性的に変形し、したがって、可撓性の測定面にスパッタリングされた測定素子が破壊されることなく、圧力ピークを十分に減衰させる。

測定バネの特別な構造でもって、不所望な圧力衝撃が、測定バネの弾性的変形によって吸収される。このことは従来技術においては行われていなかった。

結果として、測定バネは、長手方向においてバネ弾性形成された中空のブッシュとして成形されており、したがって、下記においてさらに詳細に説明する、皿バネのようなバネ特性を有する。

本発明の１つの好適な構成においては、測定バネが実質的に、直径が減少された軸方向の下部スリーブ突部によって特徴付けられており、これはその測定面と共に、中心の中央凹部を通って、ダイヤフラムディスク内へと延びており、加圧されたシリンダ室に露出されている。

直径が減少されたスリーブ突部には、直径が拡大したリングカラーが続いており、その下面には、装着スリーブのための当接面が設けられており、この装着スリーブは、例えば、相互に間隔を空けて相互に接続された２つのリングスリーブから成り、一方の下部リングスリーブは、直径が拡大されており、他方の、軸方向において続いているリングスリーブは、直径が減少されており、全体として中心の中央孔を有している。

測定バネは、中心の中心孔を有しており、また半径方向の中空空間を維持したまま、装着スリーブの内径にわたり延在しており、上部軸方向端部においては、皿形状のリング膨出部を形成しており、このリング膨出部は、装着スリーブの上面に載置され、半径方向外側でそれと接続されている。これによって、皿形状のリング膨出部が生じ、したがってこのリング膨出部は、中心の中央凹部周りで凸状に撓むことができる。

圧力ピークが、測定バネの直径が減少した下部スリーブ突部に作用すると、それと同時に、ダイヤフラムディスクも変形し、圧力ピークは測定バネの軸方向のスリーブ突部に伝達され、このスリーブ突部は、その中心の中央孔に基づき、半径方向に（キノコ状に）変形し、この変形による推力を、直径が拡大した皿形状のリング突部に伝達する。

リング膨出部が外面において装着スリーブに支持されているので、皿形状のリング膨出部の中央領域は、中心の中央凹部周りで変形する。

測定面が、リング膨出部の上面に配置されているので、測定面の横断面はアーチ状に変形し、つまり、測定バネのバネ特性は、皿バネのバネ特性と同等であり、圧力衝撃が生じると、皿バネのように弾性に歪み、その後、元に戻る。

直径が拡大したリング膨出部のこの弾性変形に起因して、測定バネについて皿バネのようなバネ特性が達成され、これによって、シリンダ室における通常の圧力ピークを上回る９０ｂａｒ付近にある圧力ピークによっても測定面及び測定面上に設けられている測定素子は破壊されないという上述の有利な作用がもたらされる。この理由として、皿バネ（又は「ブッシュバネ」）が湾曲する（der Aufbiegung）間に、衝撃エネルギが、屈曲区間における内部摩擦によって散逸され、したがって測定面には到達しないことが挙げられる。

本発明の第１の構成においては、測定バネの横断面が略帽子状に形成されている。つまり、直径が拡大した上部リング膨出部には、軸方向において、細長いスリーブ突部が続いており、このスリーブ突部が、直径が減少した下部スリーブ突部に移行する。

測定バネの軸方向の長さは、種々の好適な特性を有しており、それらの特性を、組み付け位置及び使用目的に応じて変更することができる。

好適には、ダイヤフラムディスクが端面側において、測定バネに溶接される。この際に特に重要であることは、ダイヤフラムと、測定バネの肩部との間のプリロード（Vorspannung）が、十分な高さで「生成され」、その結果、動作時に滑動が生じないか、又は不所望なギャップサスペンション（Spaltfederung）が生じないようにすることである。

説明した構造の特別な利点は、測定素子の最も低い固有周波数が約１６，０００Ｈｚの曲げ振動である、ということである。

測定挙動にとって最も重要な固有モードは、ダイヤフラム圧力プレート及び測定バネの質量が圧力測定方向において測定バネを押圧する固有モードである。測定信号に直接的に作用するこの固有周波数に関して、ユーザは可能な限り高い値を所望し、本発明による構成では３５ｋＨｚにおいてこの値が満たされる。

第１の構成においては、測定バネの軸方向の長さが比較的短く形成されており、この場合、その種の測定バネの動的な特性が、軸方向の長さが短いことに起因して好適なものになるという利点が得られる。

振動特性にも、軸方向の長さが短いことによって好適に影響が及ぼされる。

別の実施形態においては、軸方向の長さがより大きく選定することができ、このことは、別の固有振動特性に結び付けられており、またその他の点では、高温空間に突出した下部測定面から、測定素子で覆われた測定面までのより大きい温度伝達区間を達成することができるという利点に結び付けられている。

第３の実施形態においては、非常に長い軸方向の長さを、その種の測定バネに対して使用することができ、これはさらに、測定面の冷却の相応の可能性を備えたより長い温度伝達区間を提供し、これによって、測定面に設けられた測定素子はもはや高温にさらされない。

本発明の対象は、個々の請求項の対象からのみ明らかになるのではなく、個々の請求項の相互の組み合わせからも明らかになる。

要約書も含めた書類に開示されているすべての説明及び特徴、特に図面に図示した立体的な構造について、それらが単独でも又は組み合わせにおいても従来技術に対して新規である限り、本発明の本質を成すものとして権利が主張される。

以下では、説明を目的として図示した図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
この際、図面及びその説明から、本発明の本質を成す、本発明の更なる特徴及び利点が明らかになる。

詳細図Ａ、Ｂ及びＣとともにセンサの断面を示す図である。 第１実施形態のセンサハウジングの側面を示す図である。 図２によるセンサハウジングの上面を示す図である。 取り付けられたセンサ素子を有するセンサハウジングの断面を示す図である。 測定バネの測定面の上面を示す図である。 測定バネの第１実施形態を側面図で示す図である。 測定バネの上面を示す図である。 測定バネの断面を示す図である。 測定バネの斜視図を示す図である。 測定バネの上面を示す図である。 ダイヤフラム圧力センサの第２実施形態を、図１乃至５と比較して示す図である。 ダイヤフラム圧力センサの第２実施形態を、図１乃至５と比較して示す図である。 ダイヤフラム圧力センサの第２実施形態を、図１乃至５と比較して示す図である。 ダイヤフラム圧力センサの第２実施形態を、図１乃至５と比較して示す図である。 測定バネの第２実施形態を示す図である。 測定バネの第２実施形態を示す図である。 測定バネの第２実施形態を示す図である。 測定バネの第２実施形態を示す図である。 ダイヤフラム圧力センサの第３実施形態を示す図である。 ダイヤフラム圧力センサの第３実施形態を示す図である。 ダイヤフラム圧力センサの第３実施形態を示す図である。 ダイヤフラム圧力センサの第３実施形態を示す図である。 測定バネの第３実施形態を示す図である。 測定バネの第３実施形態を示す図である。 測定バネの第３実施形態を示す図である。 測定バネの第３実施形態を示す図である。 圧力衝撃の作用下の測定バネの変形を模式的に示す図である。 図２７の部分拡大図を示す図である。

以下の図面では、各々センサハウジング１を有するダイヤフラム圧力センサの３つの異なる実施態様が図示されており、全ての３つの実施形態は同様に構成されており、従って、同一の部品は同一の参照符号を有する。

ダイヤフラム圧力センサ内への、特にセンサハウジング１内への、それぞれの測定バネ１０の種類と組込みのみが異なる。測定バネ１０の同一の部分についても、同一の参照符号が用いられる。

図１及び２では、センサハウジング１が全体的に示されており、センサハウジング１は、金属ハウジングからなり、雄ネジ２を備えるシリンダ状部分（einen zylindrischen Ansatz）を有し、シリンダ状部分によって、ダイヤフラム圧力センサは、ディーゼルエンジン又はガソリンエンジンの燃焼室内に達するように、詳細には図示されていない取り付け孔内に螺着され（eingeschraubt）ている。

センサハウジング１がアダプターハウジング内に螺着されている、詳細には図示されていない別の実施形態も可能であり、アダプターハウジングはさらにそれ自体がディーゼルエンジン又はガソリンエンジンのシリンダ空間内に突出する。

密封リング３は、ネジ本体（Gewindekoerper）４３に押し付けられている。この場合、ネジ本体４３の所に小さい膨出部が設けられている（詳細図Ｃ参照）。このことによって、摩耗の際に密封リング３を交換することが可能になるべきである。熱伝導素子１３は、ダイヤフラムディスク１２と装着スリーブ７の間に挿入され（eingelegt）、これらと溶接されている。測定バネ１０は、装着スリーブ７及びダイヤフラムディスク１２と溶接される。

溶接部には符号３４，４４が付されているか、又は、スペースの理由から参照符号を記載することができなかった場所では、黒い二等辺三角形によって記号化されている。

全測定素子（部品：１０、７、１３、１２）は、センサハウジング１に挿入されており、溶接継ぎ目４４によってセンサハウジング１と装着スリーブ７との間で固定されている。

測定素子（１０、７、１３、１２）の部品は、非常に精密な長さ公差（Laengentoleranzen）を有し、公差は、組み立ての際に測定素子（１０、７、１３、１２）の大きすぎるプリロードが生じないように、又はギャップサスペンションをもたらせないように、選択される。

測定バネ１０と装着スリーブ７との複合体（Der Verbund）は、センサハウジング１の内面に対する直接の接触部を有さず（詳細図B参照）、従ってセンサハウジングの内周部に半径方向の遊び４５を有する。

機能：
センサは、燃焼室内の燃焼ガスによって衝突される（beaufschlagt）ように、センサハウジング１のネジを介して、各エンジンの測定点に、シリンダヘッド内のネジ孔内に螺着されている。

燃焼プロセスの間、ダイヤフラムディスク１２は圧力で負荷され、このことにより、ダイヤフラムディスク１２と測定バネ１０との複合体の相対的変位が引き起こされる。測定バネ１０は溶接継ぎ目３４を介して装着スリーブ７に溶接されており、したがって固定されているので 、測定バネ１０の測定面１８の弾性的変形が引き起こされる。

測定バネ１０と装着スリーブ７との複合体は、センサハウジング１の内面に対する半径方向の遊び４５を有するので、測定素子全体は、分離キャップ（ein entkoppelter Topf）のように作用する。それゆえ、測定素子７、１０は、測定結果の劣化（Verfaelschung）を招く虞のある、センサハウジング１の温度変動による影響も、センサハウジングの螺合の際に生じる応力による影響及びそれによって結果としてもたらされる変形による影響も受けない。

同様にスリーブ形状の装着スリーブ７は、中空空間４２からなる中央の中心凹部を形成し、そこを介して測定バネ１０の軸方向部分は半径方向の距離を形成しながら延在する。したがって、装着スリーブ７は、その上部領域においてのみ溶接継ぎ目３４（図１及び詳細図Ｂ参照）を介して測定バネ１０の皿形状の下面と結合されている。

測定バネ１０の特別な設計によって、その測定面１８上に、同一の引張応力及び圧縮応力を有する領域が生じる。変形を受ける測定面１８上には、測定抵抗構造１９、２０が適用されているので、従って、ここでは変形するたびに所定の信号が出力される。接着（Bonden）によって、構造体１９、２０は電気配線１５に接続され、それを介して信号評価が行われる。

エンジンには高温の負荷があり、測定抵抗構造１９、２０の温度は高すぎてはいけないので、リングディスク形状の熱伝導要素１３が取り付けられている（verbaut）。このことにより、ダイヤフラムディスク１２での熱は、ダイヤフラム内部からダイヤフラム外面へ、その後装着スリーブ７及び溶接継ぎ目４４を介して、冷却されたエンジンブロックに螺着されたセンサ本体１へと直接導出される。したがって、抵抗構造１９、２０に損傷を与えることはなく、同時に温度ドリフトが防止される。

さらに、センサボディ１、１’、１”は高熱伝導性鋼で製造されており、それによって、温度は、冷却されたエンジンにさらにより速く伝達される。

図２乃至４は、シリンダ状部分から上方へ向かって、拡大された直径の密封リング３が連結され、有利には溶接され又は圧入されていることを示す。そこに、拡大された直径のリングカラー４が連結され、リングカラー４は、有利には放射状に突出しているが、１つのレンチサイズ（Schluesselweite）を備えることもできる。リングカラー４は縮小された直径のリングカラー９へと移行し、模式的にしか図示されていないが、リングカラー４上でスリーブ５が溶接されており、測定面１８上のブリッジ素子２０から導出される測定信号を外部の測定値受信装置へと伝送するために、ケーブル束１６を形成する複数の配線１５がスリーブ５の中空空間を通り抜けて案内されている。

雄ネジ２を有するシリンダ状の直線部分は、下側では、縮小された直径のリングカラー６へ移行し、リングカラー６側で下側シリンダ部分３５を形成する。

図４は、センサ素子の断面を示し、センサ素子は、実質的に、管状又はスリーブ形の測定バネ１０を備え、断面において（im Schnitt）略帽子形に形成されており、燃焼室３９の方を向いた（hineinsieht）下側測定面２７を有し、燃焼室の圧力波は矢印方向２６において測定バネ１０の測定面２７上に作用する。

図６及び９による側面図及び斜視図において、測定バネ１０の外観は、バネブッシュ（Federbuechse）の外観と同等であり、長手延在方向において弾性的にバネ圧縮可能であり、したがって皿バネと類似のバネ特性を有する。この特徴的な外観並びにそれから導き出される機械的及び熱的特性はまた、図１０乃至２８に図示される他の全ての実施形態にも当てはまる。

ダイヤフラムディスク１２も燃焼室３９を向いており、そこで支配的である圧力及び温度に直接さらされる。

測定バネ１０のスリーブ突部２５は、ダイヤフラムディスク１２の中央凹部を通り抜け、同様に、そこから燃焼室内で支配的である圧力及び温度に直接さらされる。図１に示すように、下側の測定面２７の領域におけるダイヤフラムディスク１２と測定バネ１０との間の接続部（Die Verbindung）は、環状の溶接継ぎ目４４を介して行われる。

さらにまた、ダイヤフラムディスク１２と装着スリーブ７との間の周縁部接続（Umfangsverbindung）は、周縁部で取り囲む第１溶接継ぎ目４４によって形成される。この第１溶接継ぎ目にわたって、軸方向の間隔内で、第２溶接継ぎ目４４が設けられており、それによって、装着スリーブ７は、センサ本体１の下側の端部端面に固定される。

ダイヤフラムディスク１２は、軸方向において延在する、内側シリンダ状のリング膨出部１４を形成し（図１詳細図Ａ参照）、その中で、測定バネは、リングカラー２４及びそこに配置された当接面３６によって支持される。

本発明の有利な実施形態によれば、ダイヤフラムディスク１２の内側上面上にはリング溝４６が配置されており、その中に熱伝導素子１３が取り付けられている。かかるディスク状熱伝導素子１３の利点は、以下でさらに詳細に述べられる。

しかしながら、熱伝導素子１３は、その他に滑らかなダイヤフラムディスク１２の表面上に直接載置されてもよく、それによってリング溝を省略することもできる。

ダイヤフラムディスク１２は、直径が拡大された外周で、軸方向において、装着スリーブ７のリング膨出部７ａに当接し、装着スリーブ７は実質的に、互いに離間して軸方向のリングカラーを介して相互に接続された２つのリングスリーブから成る。図１に示される下側溶接継ぎ目４４を介して接続が行われる。

装着スリーブ７は、中央孔８を形成し、そこを介して、測定バネ１０の軸方向の突部（der axiale Ansatz）が半径方向及び軸方向の移動遊びを得る。ここで、装着スリーブ７の上面は、測定バネ１０のリング膨出部２１の下面における相対向する当接面３２に対する当接面を形成する。このようにして、測定バネ１０のリング膨出部２１は、装着スリーブ７の上側で支持される。

センサハウジング１は、内燃機関のシリンダキャップ内の対応する孔内で密封リング３と螺着される。雄ネジ２はシリンダキャップの対応する雌ネジと係合するからである。

図３によれば、センサハウジング１の内部空間から導出されたケーブル束１６は、ケーブルガイドチャネル１７内でまとめられるようにすることもできる。

図５によれば、測定バネ１０の、拡大された直径のリング膨出部２１上には、環状の測定面１８が配置されており、測定面１８は測定バネ１０の材料から形成されている。測定面１８上には、例えば接着又はスパッタリングによって被着された（aufgebracht）、接触面１９が設けられて（aufgebracht）いる。

測定面１８上には、ホイートストンブリッジの形態において、複数の導伝性ブリッジ素子２０が適用されており、同様にスパッタリング塗布され又は他の好適な方法で適用されている。電気抵抗の抵抗変化によって測定面１８の変形を特定し、ホイートストンブリッジ回路の形態において電気抵抗の変化として評価ユニットに伝送する導伝性素子である。

図６乃至１０を参照して、測定バネ１０の第１実施形態が詳細に述べられており、他の実施形態も同様に構成されており、したがって他の実施形態についても、同一の部分について同一の参照符号が使用される。複数の実施形態は、測定バネの長さ２８に関してのみ異なり、１つは平均長さ２８’、及び、それに対してさらに拡大された長さ２８”を形成する。この理由から、さらなる測定バネは符号１０’、１０”及び１０”’を有する。測定バネ１０の全ての前述した特徴は、残りの部品の全てのさらなる特徴と同様に作用するように構成されており、したがって同一の説明が成り立つからである。

図６乃至１０による実施形態において、測定バネ１０は、その短い設計において、実質的に、直径が拡大された帽子形状又はブッシュ形状のリング膨出部２１を有する中空輪郭からなり、リング膨出部の表面には、既述のように、測定面１８が配置されている。

測定面１８上には、上記のブリッジ素子２０が、ホイートストンブリッジの態様において、電気絶縁された方法で、高耐熱性に適用されている。

リング膨出部２１の外周は、機械加工されており、したがってセンサハウジング１、１’、１”の内周方向において遊びのある（spielbehaftete）フィッティング面２９を形成している。従って、測定バネ１０と装着スリーブ７の複合体は、この領域においてセンサハウジングの内周に対して半径方向の遊び４５を有する。

リング膨出部２１の下面は、リング溝３０を有する。このリング溝３０もリング膨出部２１のわずかな変形性（einer leichten Verformbarkeit）に寄与し、リングカラー２１は弾性的な皿バネの形態において、そこに図示された測定面１８’の方向に、腹形状（凸状）に変形する、ここで図２７を参照されたい。

拡大された直径のリング膨出部２１には、軸方向のスリーブ突部２２が接続され、スリーブ突部２２は、その下側において円錐スリーブ２３へと移行し、円錐スリーブ２３はその下側において、前述したダイヤフラムディスクに当接するための当接面３６を形成する。

ブッシュ形状の皿バネの形態における測定バネ１０についての好適なバネ特性を実現するために、中心の中央凹部１１が設けられており、中央凹部は可能な限り軸方向において測定面１８を通り抜けて延在し、直径が縮小されたスリーブ突部２５の領域内まで達する。

中央凹部１１の長さは可変であり得る。中央凹部１１がスリーブ部分２５の領域内に延びることは、課題を解決するために絶対に必要というわけではないが、好ましい。

同様に中央凹部１１の直径は、スリーブ形状の測定バネ１０に十分な圧縮能力（Stauchvermoegen）及び弾性バネ復帰能力（Rueckfedervermoegen）を提供するために、比較的大きく寸法決めされている。

なお、第１の実施形態では、ダイヤフラムディスク１２は、対応する（zugeordneten）溶接点３３によって測定バネ１０のスリーブ突部２５の外周に固定されていてもよい。図１には代替的な固定部が示されており、測定バネ１０のスリーブ突部２５は、ダイヤフラムディスク１２と環状の溶接継ぎ目４４によって端面側（stirnseitig）で接続されている。

別の構成では、測定バネ１０のスリーブ突起２５に雄ネジ３１が配置されていてもよく、雄ネジは、ダイヤフラムディスク１２の領域の対応する雌ネジと協働する。

長さの異なる測定バネ１０’のためにだけ、場合によっては、センサハウジング１’の内部空間における遊びのあるフィッティング面２９の固定のための、別のハウジング寸法及び／又は別の取り付け位置が必要となる。

延長された測定バネ長さ２８’を有する測定バネ１０’を備えた実施形態のためにも、上記に図６乃至１０を参照して述べられたのと同じ説明が当てはまる。

同等の表現は、センサハウジング１”にも当てはまり、センサハウジング１”は、長さがさらに延長された測定ばね１０”を収容する。装着スリーブ７は、その上側のリング膨出部で、センサハウジング１から突出する。

図１９乃至２２による実施態様は、測定バネ１０”をセンサハウジング１から容易に取り出すことができる、という利点がある。なぜなら、測定バネ１０”のフィッティング面２９はセンサハウジング１の外部に配置されているからである。

図２３乃至２６による実施形態は、かかる、測定バネ長さ２８”において拡大された測定バネ１０”を示す。

図２７は、ダイヤフラムディスク１２への不許容（unzulaessigen）な、耐えきれない（nicht-tolerablen）衝撃の影響下での、測定バネ１０、１０’、１０”の変形過程の模式化された有限要素法解析を示し、そこから、ブッシュ形状の皿バネの形態の測定バネ１０、１０’、１０”がダイヤフラムディスク１２と共に弾性変形し、その際軸方向にスラスト運動（eine Schubbewegung）が行われ、したがって衝撃は測定バネ１０、１０’、１０”の皿バネ状の変形に基づいて、減衰されてとらえられ、そこで測定面１８は断面アーチ状に弾性変形する。リング膨出部２１の特別な帽子状の輪郭形成（Profilgebung）に基づいて、その下にある、リング膨出部２１の厚さを弱くするリング溝３０は、同一の引張応力及び圧縮応力（Bereiche gleicher Zug- und Druckspannung）の領域を発生させる、測定面１８のかかる変形を達成し、それによりブリッジ素子２０が均一に歪みなしに変形される。

燃焼室内で通常支配的である３００ｂａｒ以上の追加の圧力ピークで図２７及び２８に示される構成に負荷をかけることは、ダイヤフラムディスクの変形が実質的には両縁の間の歪み（Verbiegungen）から影響を受けず、むしろこれらの縁部の相対的な相互のスライド（die Verschiebung）によって影響を受けることを示す。

かかる相対的スライドはダイヤフラムディスクに不必要な高い圧力を発生させるので、したがって、
・ より堅い測定バネ１０
・ 及び／又は、より短い装着ハウジング７及び／又はより短い測定バネ１０、１０’
によって可能な限り低減されるべきであることを示している。

このようにして、さもなければセンサの破損を招く、不所望な圧力衝撃を特別な方法でとらえることもできる。本発明による測定バネ１０、１０’、１０”は、皿バネの形態の、その上部軸方向端部で、軸方向に弾性的にスライド可能にセンサハウジング１、１’内に配置されているからである。

熱伝導素子１３を有するセンサでは、ダイヤフラムディスク１２の臨界的内部ダイヤフラム縁部（der kritische innere Membranrand）が、熱伝導素子１３が無いセンサにおいてよりも、より冷たく保たれることが示される。したがって、リングディスク形状の熱伝導素子１３の使用は有利であるが、本発明はこれに限定されるものではない。

これは、熱伝導要素１３（好ましくは高い熱伝導率を有する銅合金）が、ダイヤフラム内側からより冷たい外側縁部へのダイヤフラムディスク１２の間の熱伝達の主要部分を引き受け、その結果、装着スリーブ７及び測定バネ１０、１０’、１０”を介したより大きな熱伝導路は、大きな影響を有しないということにより、説明されうる。

したがって、３００ｂａｒの所望の圧力負荷に対する第１設計／最適化は、（図２乃至９に示すように）短い測定素子を有するより有望なバージョンを用いて行われた。２０Ｗ／ｃｍ＾２の暫定的に与えられた温度負荷（vorlaeufig vorgegebenen Temperaturlast）において、このバージョンは十分に所定の温度範囲内にも留まる。

図１２乃至２５による測定バネ支持管１０’、１０”の長いバージョンに対して、電気的接続は原則的に容易に解除されることができ、つまり看過できるコストで（mit ueberschaubarem Aufwand ）実現することができると言える。

対照的に、図１乃至９による短い測定バネ１０は、
・ 圧力及び熱流に対する著しく優れた耐性
・ より低い温度ドリフトによるより良い測定挙動、及び、減少した加速誤差など
を約束する。

したがって、図２７は、圧力ピークの作用下での測定バネ１０、１０’、１０”が上方へ湾曲する（der Aufbiegung ）モデルを示しており、ここから、下部ダイヤフラムディスク１２に、矢印方向２６に作用する圧力ピークが、相互に離間した屈曲区間３７、３８の弾性歪曲（elastischer Verbiegung）の下で、センサハウジング１、１’、１”内の、矢印方向４１における測定バネの軸方向の変位（einer axialen Verschiebung）をもたらすことが見て取れる。

図２８は、図２７に示す屈曲モデルを右側から見た拡大半断面図であり、第１屈曲区間３７を示している。第１（下部）屈曲部３７は、センサハウジング１，１’、１”にダイヤフラムディスク１２を縁部側でクランプすることによって、装着スリーブ７のリングカラー７ａを介して形成され、第２（上部）屈曲部３８は、ハウジング側の装着スリーブ７での支持に基づく測定バネ１０の皿形状のリング膨出部２１の縁部側の変形によって形成される。

要約すると、部品の損傷又は不正確な測定結果を招く虞がある高温負荷及び温度ドリフトは、リングディスク形状の熱伝導素子１３を取り付けることによって防止されることが分かった。

測定バネ１０の特別な設計により、ブリッジ素子２０の抵抗構造を適用するために有利であるように、同じ引っ張り応力及び圧縮応力を有する領域が測定バネ１０の測定面１８上に設けられる。このようにして、歪みの無い（verzerrungsfreie）抵抗測定が可能になる。

測定バネ１０と装着スリーブ７との複合体は、半径方向の遊び４５に基づいてセンサハウジング１、１’、１”の内面と接触しないため、測定結果は、温度変動及びセンサハウジング１、１’、１”の組み付け応力（Einbauspannungen）によって劣化（verfaelscht）しない。

発生する圧力は測定面１８に直接作用するのではなく、（厚さを変えることができる）ダイヤフラムディスク１２と、プランジャとして機能する測定バネ１０とを介して測定面１８に伝達されるで、測定素子は起こり得る圧力サージに対してより感受性が低く又は鈍感（unempfindlicher）になる。

１ センサハウジング１’、１”（Sensorgehaeuse 1', 1''）
２ 雄ネジ（Aussengewinde）
３ 密封リング（Dichtungsring）
４ リングカラー（Ringbund）
５ スリーブ（Huelse）
６ リングカラー（Ringbund）
７ 装着スリーブ （Montagehuelse）
７ａ リングカラー（Ringbund）
８ 中央孔（Mittenbohrung）
９ リングカラー（Ringbund）
１０ 測定バネ（Messfeder）
１１ 中央凹部（Mittenausnehmung）
１２ ダイヤフラムディスク（Membranscheibe）
１３ 熱伝導素子（Waermeleitelement）
１４ （１２の）リング膨出部（Ringansatz (von 12)）
１５ 配線（Leitung）
１６ ケーブル束（Kabelbuendel）
１７ ケーブルガイドチャネル（Kabelfuehrungskanal）
１８ 測定面１８’（Messflaeche 18'）
１９ 接触面（Kontaktflaeche）
２０ ブリッジ素子（Brueckenelemente）
２１ リング膨出部（Ringansatz）
２２ スリーブ突部（Huelsenansatz）
２３ 円錐スリーブ（Konushuelse）
２４ リングカラー（Ringbund）
２５ スリーブ突部（Huelsenansatz）
２６ 矢印方向（Pfeilrichtung）
２７ 測定面（Messflaeche）
２８ 測定バネ長さ２８’、２８”（Messfeder-Laenge 28', 28''）
２９ フィッティング表面（Passflaeche）
３０ リング溝（Ringnut）
３１ （２５の）雄ネジ（Aussengewinde (von 25)）
３２ 当接面（Anschlagflaeche）
３３ 溶接点（Schweissstelle）
３４ 溶接継ぎ目（Schweissnaht）
３５ 膨出部（Ansatz）
３６ 当接面（Anschlagflaeche）
３７ 屈曲区間（下部）（Biegeabschnitt (unten)）
３８ 屈曲区間（上部）（Biegeabschnitt (oben)）
３９ 燃焼室（Brennraum）
４０ ダイヤフラム（Membran）
４１ 矢印方向（Pfeilrichtung）
４２ 中空空間（Hohlraum）
４３ ネジ（Gewinde）
４４ 溶接継ぎ目（Schweissnaht）
４５ 遊び （Spiel）
４６ リング溝（Ringnut）

Claims (15)

1. 内燃機関、特にディーゼルエンジン及びガソリンエンジン、の燃焼室圧力を捕捉するためのダイヤフラム圧力センサであって、
   センサハウジングの前面に、前記センサハウジングと気密に接続され、燃焼室雰囲気にさらされるダイヤフラムディスクが設けられており、
   前記ダイヤフラムディスクの撓みは１つ以上の伝達要素を介してセンサに伝達可能である、
   ダイヤフラム圧力センサにおいて、
   前記ダイヤフラムディスクの前記撓みをセンサの測定面へと伝達するために、
   側面形状において帽子形状又はスリーブ形状の測定バネは、その下側の軸方向端部において前記ダイヤフラムディスクと接続されており、
   その対向する軸方向端部で、半径方向の中空空間を形成しながら装着スリーブと接続されており、
   前記測定バネと装着スリーブとの複合体が、前記センサハウジングの内周に対して半径方向の遊びを有する、
   ダイヤフラム圧力センサ。
2. 前記ダイヤフラムディスクは、リングディスク形状に形成されており、
   前記センサハウジングの下端において、周縁側で装着スリーブと接続されており、
   中央凹部を有し、
   前記中央凹部内において、スリーブ形状又はコップ形状の前記測定バネの軸方向端部が固定されている、
   請求項１記載のダイヤフラム圧力センサ。
3. 前記ダイヤフラムディスク側の固定部に対向する測定バネの軸端は、略皿形状のリング膨出部を形成し、
   その下側に前記装着スリーブが固定されており、
   前記略皿形状のリング膨出部の上面上に前記センサの可撓性の前記測定面が配置されている、
   請求項１又は２記載のダイヤフラム圧力センサ。
4. 前記ダイヤフラムディスクは、外側の環状に取り囲む溶接継ぎ目を介して前記装着スリーブの半径方向の膨出部と接続されている、
   請求項１乃至３いずれか１項記載のダイヤフラム圧力センサ。
5. 前記装着スリーブの半径方向の膨出部は、さらなる環状に取り囲む溶接継ぎ目を介して前記センサハウジングの下部端面に接続されている、
   請求項４記載のダイヤフラム圧力センサ。
6. 前記測定バネは、缶形状の弾性中空体として形成されており、
   その下部クランピング位置は周縁側に固定された屈曲区間との関係で下部屈曲区間を形成し、
   その上部クランピング位置は周縁側に固定された装着スリーブとの関係で上部屈曲区間を形成する、
   請求項１乃至５いずれか１項記載のダイヤフラム圧力センサ。
7. 前記測定バネは、直径が減少する下部の軸方向のスリーブ膨出部を有し、
   前記軸方向のスリーブ膨出部はその測定面で軸方向において、前記ダイヤフラムディスク内の、スリーブ状に延長された中央凹部内に取り付けられている
   請求項１乃至６いずれか１項記載のダイヤフラム圧力センサ。
8. 前記ダイヤフラムディスクの内側の上面上に熱伝導要素が配置されている、
   請求項１乃至７いずれか１項記載のダイヤフラム圧力センサ。
9. 前記熱伝導要素はリングディスクとして形成されており、
   ダイヤフラムディスクの上方に向いて開口したリング溝内に取り付けられている、
   請求項８記載のダイヤフラム圧力センサ。
10. 前記熱伝導要素は、その外周縁において溶接継ぎ目を介して前記ダイヤフラムディスクと接続されており、
    その内周縁においてさらなる溶接継ぎ目を介して前記ダイヤフラムディスクの半径方向のリング膨出部と接続されている、
    請求項９記載のダイヤフラム圧力センサ。
11. 前記測定バネのシリンダ状のリング膨出部の上面上において、凹状に屈曲可能な前記測定面が配置されており、
    前記測定面上には、接触面及び伝導性のブリッジ要素が配置されている、
    請求項１乃至１０いずれか１項記載のダイヤフラム圧力センサ。
12. 前記ブリッジ要素は、ホイートストンブリッジ回路の方法において相互に接続されており、
    前記測定面上にコーティングとして設けられている、
    請求項１１記載のダイヤフラム圧力センサ。
13. 前記測定バネのリング膨出部の下面において、リング溝が配置されており、前記リング溝は前記リング膨出部の凸状の弾性変形可能性に寄与する
    請求項１乃至１２いずれか１項記載のダイヤフラム圧力センサ。
14. 軸方向において、測定バネのリング膨出部に、軸方向のスリーブ膨出部が接続されており、前記スリーブ膨出部はその下面において円錐スリーブへと移行し、前記円錐スリーブはその下面においてダイヤフラムディスクとの固定のための当接面を形成する、
    請求項１乃至１３いずれか１項記載のダイヤフラム圧力センサ。
15. 前記測定バネの軸方向部分におけるブッシュ形状の皿バネとしての構成において、前記測定バネの有利なバネ能力を達成するために、中央凹部が配置されており、前記中央凹部は、前記測定面を有する中央のリング膨出部を貫通し、前記測定面を通り抜けて軸方向において下側の軸方向のスリーブ突部まで延在し、前記スリーブ突部は中央凹部の領域内で前記中央凹部と接続する、
    請求項１乃至１４いずれか１項記載のダイヤフラム圧力センサ。

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