DE4139147A1 - Drucksensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor und sie betrifft insbesondere einen zur Verwendung in einem Auto-Verbrennungsmotor bestimmten Drucksensor, in dem eine Druckübertragungsflüssigkeit zwischen einer Druckmeßvorrichtung und einer flexiblen Membran eingefüllt ist.

Fig. 2 stellt eine Ausführungsform eines üblichen in Drucksensors zur Verwendung beim Messen des Gasdruckes innerhalb des Verbrennungsraums eines Verbrennungsmotors dar. In Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein Gehäuse aus rostfreiem Stahl, das an einem nicht dargestellten Motor angebracht ist, 2 bezeichnet eine am inneren oder unteren Ende des Gehäuses 1 angebrachte Membran, 3 bezeichnet eine elektrisch isolierende Grundplatte, 4 bezeichnet ein Befestigungsbett, das aus keramischem Material besteht und an das Gehäuse 1 angeschweißt ist und 5 bezeichnet ein Drucksensorelement, das mit dem Befestigungsbett 4 verbunden ist. Das dargestellte Drucksensorelement 5 ist ein Dehnungsmeßelement, das als Silikon-Halbleiter ausgebildet ist. Zwischen dem Drucksensorelement 5 und der flexiblen Membran 2 ist eine druckübertragende Flüssigkeit eingefüllt, die aus einem Silikonöl 10 mit einem hohen Siedepunkt besteht.

Die Bezugsziffer 6 bezeichnet an der Grundplatte 3 angebrachte Anschlußklemmen, mit 7 sind Verbindungsdrähte bezeichnet, die die Anschlußklemmen 6 mit dem Drucksensorelement 5 verbinden, 8 bezeichnet einen Stopfen, der mit dem Gehäuse 1 verschraubt ist und 9 bezeichnet Auslaßleitungen, die sich durch den Stopfen 8 hindurcherstrecken und die mit einem Ende mit der Anschlußklemme 6 verbunden sind.

Der Druckanstieg innerhalb des Verbrennungsraums des Verbrennungsmotors bewirkt, daß die Membran 2 sich in Fig. 2 nach oben auswölbt und der Druck im Silikonöl 10 erhöht wird, was wiederum durch das Drucksensorelement 5 erfühlt wird. Das Drucksensorelement 5 erzeugt daraufhin ein elektrisches Signal, das eine Druckveränderung anzeigt und gibt es über die Verbindungsdrähte 7, die Anschlußklemmen 6 und die Auslaßleitungen 9 an einen nicht dargestellten, äußeren Kreislauf zum Steuern des Zündzeitpunktes der Zündkerzen in Abhängigkeit von den Verbrennungsbedingungen innerhalb des Verbrennungsraums ab.

Während des Zusammenbaues des oben beschriebenen, üblichen Drucksensors werden die Grundplatte 3, auf der die Anschlußklemmen 6 angeordnet sind und das Befestigungsbett 4, auf dem das Drucksensorelement 5 befestigt ist, fest an der Innenoberfläche des im wesentlichen tassenförmigen Gehäuses 1 angebracht. Danach werden das Drucksensorelement 5 und die Anschlußklemmen 6 innerhalb des tassenförmigen Gehäuses verdrahtet, wobei sie elektrisch durch Verbindungsdrähte 7 verbunden werden. Der Verdrahtungsvorgang muß mithin innerhalb des relativ engen und schwer zugänglichen Raumes bewerkstelligt werden, der durch das Gehäuse 1 gebildet wird, wobei der Wirkungsgrad des Zusammenbaus relativ schlecht ist.

Bei dem bekannten Drucksensor kann die Prüfung und Einstellung des Drucksensorelementes nur dann ausgeführt werden, wenn die oben beschriebene Montage einschließlich des Schweißvorganges und der Verdrahtungsvorgänge abgeschlossen ist. Dabei passiert es manchmal, daß das zusammengebaute Drucksensorelement erst nach der Montage als nicht funktionstüchtig erkannt wird, wodurch Zeit und Materialien verschwendet sind, die bei der Montage gebraucht worden sind.

Ferner muß die druckübertragende Flüssigkeit in die Höhlung eingefüllt werden, die im Hauptkörper ausgeformt ist, wenn das Befestigungsbett 4 mit dem Drucksensorelement 5 darauf oder die flexible Membran 2 am Hauptkörper angebracht sind. Da das Befestigungsbett 4, das das Drucksensorelement 5 trägt, jedoch am Gehäuse 1 angeschweißt ist, bewirkt die Schweißhitze, die während des Montagevorganges angewendet wird, daß das Befestigungsbett 4 sich verzieht und deformiert, was zu einer unerwünschten Wirkung auf das Drucksensorelement führt und zu Meßfehlern führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor anzugeben, der die oben genannten Probleme nicht aufweist und einen wirkungsvolleren Zusammenbauvorgang ermöglicht. Ferner soll das Drucksensorelement in zusammengebauter Form leicht getestet werden können. Schließlich soll auch die druckübertragende Flüssigkeit leicht eingefüllt werden können.

Zum Lösen dieser Aufgabe wird ein Drucksensor angegeben, der einen hohlen Hauptkörper mit einem Meßende und einem Auslaßende und einer sich längs durch ihn hindurchstreckenden Bohrung hat, wobei eine flexible Membran zum Aufnehmen des zu messenden Druckes dichtend am Meßende des Hauptkörpers angebracht ist. Innerhalb der Bohrung des Hauptkörpers, gegenüberliegend der Membran, ist eine Drucksensor-Vorrichtung montiert, so daß zwischen dieser Vorrichtung und der Membran eine geschlossene Meßhöhlung gebildet wird, die mit einem druckübertragenden Medium, wie z. B. Silikonöl, gefüllt ist. Die Meßhöhlung ist durch eine Dichtung, wie zum Beispiel einen O-Ring, abgedichtet, der zwischen der Drucksensor-Vorrichtung und dem Hauptkörper angeordnet ist, um zwischen diesen Teilen eine Dichtwirkung hervorzurufen, während er gleichzeitig ein leichtes Anbringen und Abnehmen der Drucksensorvorrichtung relativ zum Hauptkörper ermöglicht.

Die Drucksensor-Vorrichtung kann ein Drucksensorelement zum Messen des Druckes umfassen, ferner eine Grundplatte zum abgedichteten Abstützen des Drucksensorelementes innerhalb des Hauptkörpers und eine im wesentlichen zylindrische, druckübertragende Röhre, die an der Grundplatte zum Übertragen des zu messenden Druckes angebracht ist; der genannte O-Ring des Dichtungsmittels ist in Berührung mit der druckübertragenden Röhre.

Der Drucksensor kann ferner eine Einfüllöffnung umfassen, die aus einem Durchlaß mit Innengewinde besteht, der mit der Meßhöhlung in Verbindung steht und am Hauptkörper zum Befüllen der Meßhöhlung mit einem druckübertragenden Medium angebracht ist; ferner kann ein Stopfen vorhanden sein, der als Schraube in das Innengewinde der Einfüllöffnung eingeschraubt sein kann, um die Einfüllöffnung abzudichten. Der schraubenförmige Stopfen, der in die Einfüllöffnung eingeschraubt ist, kann mit Hilfe eines Abdicht-Harzes abgedichtet werden.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben, wobei weitere Vorteile und Merkmale hervortreten werden. Es zeigen:

Fig. 1 ist ein Längsschnitt des Drucksensors nach der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 2 ist ein Längsschnitt eines Drucksensors nach dem Stande der Technik.

Fig. 1 stellt eine Ausführungsform des Drucksensors nach der vorliegenden Erfindung dar, die einen hohlen Hauptkörper 20 umfaßt, der seinerseits ein Gewinde 20a zur Anbringung an einen nicht dargestellten Verbrennungsmotor hat sowie eine Mittelbohrung 20b, die sich durch ihn hindurcherstreckt. Der Hauptkörper 20 hat ein Druckmeßende 20c und ein Auslaßende 20d. Die Mittelbohrung 20b hat an ihrem Auslaßende 20d einen Buchsenabschnitt 20e und einen zweiten Druckmeßabschnitt 20f mit großem Durchmesser. Zum Beispiel am Meßende 20c des Hauptkörpers 20 ist zum Aufnehmen des zu messenden Druckes innerhalb des nicht dargestellten Motors eine biegsame Membran 21 zum Beispiel durch einen Schweißvorgang dichtend angebracht. Der Buchsenabschnitt 20e der Bohrung 20b enthält mehrere O-Ringe 35 und Widerlager-Platten 36, die ihrerseits mit Hilfe eines rohrförmigen Halters 34 an Ort und Stelle festgehalten werden, der sich längs durch eine Lagerplatte 30 hindurch erstreckt, die am Hauptkörper 20 angebracht ist.

Der Drucksensor umfaßt auch eine Drucksensor-Vorrichtung zum Aufnehmen eines zu messenden Druckes und zum Erzeugen eines elektrischen Signales, das den Druck anzeigt. Die Drucksensorvorrichtung 24 ist am Auslaßende 20d des Hauptkörpers 20 angeordnet und auf dem Halter 34 gelagert, so daß eine geschlossene Meßhöhlung 12 mit einem druckübertragenden Medium, wie z. B. einem Silikonöl 29, in der Mittelbohrung 20b zwischen der Membran 21 und der Drucksensorvorrichtung 24 gebildet wird.

Im einzelnen umfaßt die Drucksensorvorrichtung 24 eine scheibenförmige Grundplatte 25, die auf dem Halter 34 angeordnet ist und ein Halbleiter-Drucksensorelement 27, das über ein keramisches Befestigungsbett 28 dichtend auf der Grundplatte 25 angebracht ist. Um die Auslaßsignale abgeben zu können, sind elektrische Signalleitungen 32 zwischen dem Halbleiter-Drucksensorelement 27 und den Auslaß-Anschlußklemmen 31 auf der Lagerplatte 30 befestigt und sie erstrecken sich durch die Grundplatte 25 hindurch. Die Auslaß-Anschlußklemme 31 ist mit den äußeren Kabeln 33 verbunden, die sich aus dem Sensor zu einer äußeren Verbindung heraus erstrecken. Das Halbleiter-Drucksensorelement 27 ist durch eine Abdeckung 13 eingeschlossen, die an der Grundplatte 25 angebracht ist. An der Grundplatte 25 ist dichtend eine zylindrische Druckübertragungsröhre 26 zum Übertragen des zu messenden Druckes durch sie hindurch angebracht. Die Druckübertragungsröhre 26 ragt durch den rohrförmigen Halter 34, die Widerlagerplatten 36 und die O-Ringe 35 hindurch und ist mit ihnen so in Verbindung, daß zwischen den O-Ringen und der druckübertragenden Röhre 26 eine flüssigkeitsdichte Abdichtung entsteht. Es ist festzustellen, daß diese Abdichtungsvorrichtung eine leichte Anbringung und Abnahme der Drucksensorvorrichtung 24 relativ zum Hauptkörper 20 ermöglicht, und zwar durch einfaches Einschieben und Abziehen der Druckübertragungsröhre 26 relativ zur Abdichtungsvorrichtung, die aus den O-Ringen 35 besteht.

Die Drucksensorvorrichtung 24 wird in ihrer dargestellten Lage durch ein Hülsenglied 14 gehalten, das die Abdeckung 13 umgibt und mit der Umfangskante der Abdeckung 13 und der Grundplatte 25 in Eingriff ist. Das obere Ende des Hülsengliedes 14 steht im Eingriff und wird gehalten durch ein Deckelglied 22, das mit Hilfe von Schrauben 23 am Hauptkörper 20 angebracht ist.

Der Drucksensor nach der vorliegenden Erfindung umfaßt ferner eine Einfüllöffnung 15, die in der zylindrischen Wand des Hauptkörpers 20 mit Innengewinde ausgebildet ist und eine Verbindung zur Meßhöhlung 20b zum Einfüllen des druckübertragenden Mediums in die Meßhülle 20b herstellt. Um die Öffnung 15 zu verschließen, wird ein Verschlußstopfen, der als Schraube 16 mit einer Dichtungsunterlage 17 ausgebildet ist, in das Innengewinde der Öffnung 15 eingeschraubt. Vorzugsweise wird ein Abdichtungsharz 18 zusätzlich in die Einfüllöffnung 15 eingefüllt, um die Schraube 16 vollständig abzudecken und abzudichten.

Während der Herstellung des Drucksensors kann die Drucksensorvorrichtung 24, die das verdrahtete und in der Abdeckung 13 und der Grundplatte 25 eingekapselte Drucksensorelement 27 umfaßt, und mit der druckübertragenden Röhre 26 versehen ist, außerhalb des Hauptkörpers 20 als eine Einheit montiert werden. Diese so hergestellte Drucksensorvorrichtung 24 kann leicht an eine nicht dargestellte Prüfvorrichtung dadurch angebaut werden, daß die druckübertragende Röhre 26 in ein nicht dargestelltes, druckübertragendes Verbindungsstück der Prüfvorrichtung eingeschoben wird. Das druckübertragende Verbindungsstück kann jeden geeigneten Aufbau haben, der eine leichte, abdichtende Anbringung und Loslösung der druckübertragenden Röhre der Drucksensorvorrichtung 24 ermöglicht. Ein Beispiel eines solchen druckübertragenden Verbindungsstückes kann im wesentlichen denselben Aufbau haben wie die Abdichtungsvorrichtung, die im Hauptkörper 20 des Drucksensors vorhanden ist, der in Fig. 1 dargestellt ist. Bei einer Drucksensorvorrichtung 24, die mit Hilfe der druckübertragenden Röhre 26 mit dem nicht dargestellten, Druck zur Verfügung stellenden Verbindungsstück verbunden wird, kann unter Druck stehendes Silikonöl in die druckübertragende Röhre 26 zugefüllt werden und das elektrische Ausgangssignal vom Sensorelement 27 wird gemessen, um die Eigenschaften der Drucksensorvorrichtung 24 zu bestimmen. Da ferner die Drucksensoreinheit 24 als im wesentlichen unabhängige Einheit hergestellt wird, kann ein Ausgangsfehler, der bei der Drucksensorvorrichtung 24 aufgrund von Montagefehlern oft auftritt, entsprechend den Prüfergebnissen korrigiert werden.

Wenn die Prüfergebnisse einschließlich der Ergebnisse nach einer Korrektur zufriedenstellend sind, dann kann die Drucksensorvorrichtung 24 innerhalb des Sensor-Hauptkörpers 20, durch Einschieben der druckübertragenden Röhre 26 in die Lagerungs- und Abdichtungsanordnung montiert werden, die ihrerseits aus dem Halter 34, den Widerlagerplatten 36 und den O-Ringen 35 besteht, die innerhalb des Hauptkörpers 20 montiert sind. Danach werden die Signalleitungen 32 mit den Auslaßklemmen 31 verbunden, die mit den Leitungen 33 in Verbindung stehen und die Drucksensorvorrichtung 24 wird gegenüber dem Halter 34 mit Hilfe des Hülsengliedes 14 gehalten, das durch das schraubenbefestigte Kappenglied 22 an Ort und Stelle gehalten wird.

Wenn die Prüfergebnisse nicht korrigierbar oder selbst nach einer Korrektur unzufriedenstellend sind, dann wird die betreffende Drucksensorvorichtung als ungeeignet zur Verwendung in einem Drucksensor ausgesondert.

Die Prüfung und Einstellung der Drucksensorvorrichtung kann daher durchgeführt werden, bevor die Vorrichtung montiert wird, so daß die Drucksensorvorrichtung dann, wenn sie den Anforderungen nicht genügt, vor der Montage ausgesondert werden kann, wobei erheblich Zeit und Material bei der Montage gespart wird.

Da die druckübertragende Flüssigkeit ferner durch die Einfüllöffnung 15 mit Innengewinde in die im Hauptkörper ausgebildete Meßöffnung eingefüllt wird, wobei die Meßöffnung nach dem Füllen durch eine Stopfen-Schraube 16, die Dichtpackung 17 und das Dichtungsharz 18 abgedichtet werden kann, ist der Einfüllvorgang des Silikonöls leichter im Vergleich zu dem bei der üblichen Konstruktion.

Claims (7)

1. Drucksensorvorrichtung mit einem hohlen Hauptkörper (20), durch den sich eine Bohrung (20b) hindurcherstreckt und der ein Meßende (20c) und ein Auslaßende (20d) hat;

• -eine flexible Membran (21), die dichtend am Meßende (20c) des Hauptkörpers (20) zur Aufnahme des zu messenden Druckes angebracht ist;
• -eine Drucksensorvorrichtung (24), die innerhalb der Bohrung (20b) des Hauptkörpers (20) angebracht ist, um eine geschlossene Meßhöhlung (12) zwischen der Membran (21) und der Drucksensorvorrichtung (24) zu bilden;
• -ein in die Meßhöhlung (12) eingefülltes Druckübertragungsmedium (29) und
• -zwischen der Drucksensorvorrichtung (24) und dem Hauptkörper (20) zur Abdichtung zwischen den Teilen angeordnete Dichtmittel (35), die es jedoch ermöglichen, die Drucksensorvorrichtung (24) relativ zum Hauptkörper (20) leicht anzubringen und abzunehmen.

2. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtmittel einen O-Ring (35) umfassen, der zwischen der Drucksensorvorrichtung (24) und dem Hauptkörper (20) angeordnet ist.

3. Drucksensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksensorvorrichtung (24) ein Drucksensorelement (27) zum Messen des Druckes enthält und eine Grundplatte (25) zum abdichtenden Abstützen des Druckmeßelementes (27) innerhalb des Hauptkörpers (20) und eine im wesentlichen zylindrische druckübertragende Röhre (26), die an der Grundplatte (25) angebracht ist zum Übertragen des zu messenden Druckes, wobei der O-Ring (35) der Dichtmittel in Berührung mit der druckübertragenden Röhre (26) steht.

4. Drucksensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einfüllmittel vorhanden sind einschließlich einer am Hauptkörper (20) ausgebildeten Einfüllöffnung (15) zum Füllen der Meßhöhlung (12) mit dem druckübertragenden Medium (29) und von Stopfenmitteln (16), die in der Füllöffnung (15) zum Abdichten dieser Füllöffnung (15) angebracht sind.

5. Drucksensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmittel eine im Hauptkörper (20) ausgebildete Füllöffnung (15) mit Innengewinde aufweist, die in Verbindung mit der Meßhöhlung (12) steht und daß das Stopfenmittel (16) eine Schraube umfaßt, die in die Einfüllöffnung (15) eingeschraubt wird und daß ein Abdichtharz (18) in die Einfüllöffnung zum Abdichten eingefüllt wird.

6. Drucksensor mit

• - einem hohlen Hauptkörper (20), der eine Bohrung (20b) bildet, die sich durch ihn hindurcherstreckt und der ein Meßende (20c) und ein Auslaßende (20d) hat;
• - einer flexiblen Membran (21), die am Meßende (20c) des Hauptkörpers (20) dichtend angebracht ist zum Aufnehmen eines zu messenden Druckes;
• - einer Drucksensorvorrichtung (24), die innerhalb der Bohrung (20b) des Hauptkörpers (20) angeordnet ist, um zwischen der Membran (21) und der Drucksensorvorrichtung (24) eine geschlossene Meßhöhlung (12) zu bilden;
• - einem druckübertragendes Medium (29), das in die Meßhöhle (12) eingefüllt ist und
• - Einfüllmitteln einschließlich einer Einfüllöffnung (15), die am Hauptkörper (20) zum Befüllen der Meßhöhlung (12) mit dem meßübertragenden Medium (29) ausgebildet ist und Stopfenmitteln (16), die in der Einfüllöffnung (15) zum Abdichten dieser Einfüllöffnung vorgesehen sind.

7. Drucksensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfüllmittel eine im Hauptkörper (20) ausgebildete Einfüllöffnung (15) mit Innengewinde aufweist, die mit der Meßhöhlung (12) in Verbindung steht und daß die Stopfenmittel aus einer Schraube (16) bestehen, die in die mit Innengewinde versehene Einfüllöffnung (15) eingeschraubt wird und daß ferner ein Abdichtharz (18) in die Einfüllöffnung zum Abdichten dieser Öffnung eingefüllt wird.