Die
vorliegende Erfindung betrifft eine drucksensitive Membran für
einen elektronischen Sensor, insbesondere Drucksensor, mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Membran. Ferner betrifft
die vorliegende Erfindung einen elektronischen Sensor, insbesondere
einen Drucksensor, mit einer drucksensitiven Membran.The
The present invention relates to a pressure-sensitive membrane for
an electronic sensor, in particular pressure sensor, with the features
of the preamble of claim 1. The invention also relates
a method for producing such a membrane. Further concerns
the present invention an electronic sensor, in particular
a pressure sensor, with a pressure-sensitive membrane.
Aus
der DE 42 11 993 A1 ist
eine Membraneinheit aus einem Membranträger und einer Messmembran
bekannt, die in einen Drucksensor einsetzbar ist. Die bei der bekannten
Membraneinheit verwendete Membran ist aus einem Kunststoff hergestellt
und ist mit einem Wandlerelement versehen, bei dem es sich um einen
Dehnungsmessstreifen handeln kann.From the DE 42 11 993 A1 a membrane unit of a membrane carrier and a measuring membrane is known which can be used in a pressure sensor. The membrane used in the known membrane unit is made of a plastic and is provided with a transducer element, which may be a strain gauge.
Aus
der DE 38 77 170 T2 ist
ein Drucksensor bekannt, der einen Monolithkörper umfasst,
welcher einen Tragkörper und eine Membran ausbildet. Auf die
Membran ist eine Schaltung zur Druckermittlung aufgedruckt, wobei
Schaltungskomponenten aus einer aushärtenden Polymerpaste
hergestellt sind. Der Monolithkörper besteht dabei aus
einem Kunststoff. In den Monolithkörper eingebettet sind
elektrische Anschlüsse, die als Einsatz- oder Einlegeteile
ausgestaltet sind.From the DE 38 77 170 T2 For example, a pressure sensor is known which comprises a monolith body which forms a support body and a membrane. Printed on the diaphragm is a circuit for detecting pressure, wherein circuit components are made of a thermosetting polymer paste. The monolith body consists of a plastic. Embedded in the monolith body are electrical connections, which are designed as insert or insert parts.
Sensoren
mit derartigen Membranen, insbesondere Drucksensoren, sind weit
verbreitet und lassen sich vielseitig einsetzen. Beispielsweise
kommen derartige Drucksensoren in der Medizintechnik, z. B. bei
Dialysegeräten und bei Beatmungsgeräten, zum Einsatz.
Bei derartigen Anwendungen ergeben sich im Hinblick auf eine Infektionsgefahr
ein erhöhter Aufwand für Instandhaltung und Pflege.
Auch in der Fahrzeugindustrie kommen derartige Sensoren vielfältig
zum Einsatz, beispielsweise zur Innendruckkontrolle sowie als Sensoren
zur Erkennung einer Filterverschmutzung. Auch bei diesen Anwendungen können
die Sensoren unerwünschten Verunreinigungen ausgesetzt
sein.sensors
with such membranes, in particular pressure sensors, are far
widespread and can be used in many ways. For example
come such pressure sensors in medical technology, eg. B. at
Dialysis machines and ventilators, are used.
In such applications arise in terms of a risk of infection
an increased effort for maintenance and care.
Also in the automotive industry such sensors come in many ways
for use, for example, for internal pressure control and as sensors
to detect a filter contamination. Even with these applications can
the sensors are exposed to undesirable contaminants
be.
Sensoren,
insbesondere Drucksensoren, bei denen Gefahr einer Verschmutzung
eine erhöhte Bedeutung besitzt, müssen so gestaltet
sein, dass sie relativ leicht austauschbar sind. Desweiteren ist
eine möglichst preiswerte Ausführung derartiger
Sensoren erwünscht.sensors
especially pressure sensors, where there is a risk of contamination
has an increased importance, must be designed so
be that they are relatively easily replaceable. Furthermore is
a cheap as possible execution of such
Sensors desired.
Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für eine Membran bzw. für einen mit einer solchen
Membran ausgestatteten Drucksensor bzw. für ein Verfahren
zum Herstellen einer derartigen Membran eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, die sich insbesondere durch eine preiswerte Herstellbarkeit
sowie durch eine große Flexibilität hinsichtlich
ihrer Anpassbarkeit an Kundenwünsche auszeichnet.The
The present invention addresses the problem of
for a membrane or for one with such
Diaphragm-equipped pressure sensor or for a process
for making such a membrane an improved embodiment
specify, in particular, by an inexpensive manufacturability
as well as a lot of flexibility regarding
their adaptability to customer requirements.
Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände
der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.This
Problem is inventively by the objects
of the independent claims. advantageous
Embodiments are the subject of the dependent
Claims.
Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zur Herstellung eines
derartigen Sensors, insbesondere eines Drucksensors, eine Membran
zu verwenden, deren elastisch verformbarer Membrankörper
aus einer Kunststofffolie besteht, auf der die Verformungsmessschaltung
angeordnet ist, wobei Komponenten dieser Verformungsmessschaltung aus
einem auf die Kunststofffolie aufgebrachten Polymer bestehen. Eine
derartige Membran ist vergleichsweise preiswert herstellbar. Insbesondere kann
die Membran dadurch auch als Einwegteil konzipiert werden. Je nach
Ausgestaltung des mit einer derartigen Membran versehenen Sensors
kann auch der gesamte Sensor als Einwegteil konzipiert werden. Insbesondere
bei Anwendungen mit hohen Hygieneanforderungen kann das Reinigen
eines als Mehrwegteil konzipierten herkömmlichen Sensors teurer
sein als der Austausch gegen einen als Einwegteil konzipierten erfindungsgemäßen
Sensor. In besonderer Weise kann der jeweilige Sensor vorteilhaft
auch so ausgestaltet werden, dass die Membran austauschbar an einem
Gehäuse des Sensors angebracht ist. Hierdurch lässt
sich mit dem Sensor auch eine als Einwegteil konzipierte Membran
verwenden.The
The invention is based on the general idea, for the production of a
such sensor, in particular a pressure sensor, a membrane
to use, whose elastically deformable membrane body
consists of a plastic film on which the deformation measuring circuit
is arranged, wherein components of this deformation measuring circuit
consist of a polymer applied to the plastic film. A
Such membrane is comparatively inexpensive to produce. In particular, can
The membrane can be designed as a disposable part. Depending on
Embodiment of the sensor provided with such a membrane
The entire sensor can also be designed as a disposable part. Especially
in applications with high hygiene requirements, cleaning can
a conventional sensor designed as a reusable part more expensive
be as the exchange for a disposable part designed according to the invention
Sensor. In a special way, the respective sensor can be advantageous
be designed so that the membrane exchangeable on a
Housing of the sensor is attached. This leaves
with the sensor also designed as a disposable membrane
use.
Das
der Erfindung zugrundeliegende Problem wird bei der vorliegenden
Erfindung dadurch gelöst, dass der Membrankörper
durch eine Kunststofffolie gebildet ist und dass Komponenten der
Verformungsmessschaltung durch ein auf die Folie aufge brachtes Polymer
gebildet sind. Insbesondere wird das Polymer in Form einer aushärtenden
Paste verarbeitet. Das Polymer kann im Dickschichtverfahren aufgebracht,
insbesondere auf die Folie aufgedruckt werden. Hierdurch kann die
Membran extrem preiswert hergestellt werden, da sie im einfachsten
Fall nur aus der Kunststofffolie und dem aufgebrachten Polymer besteht.The
The problem underlying the invention is in the present
Invention solved by the membrane body
is formed by a plastic film and that components of the
Deformation measuring circuit by a polymer applied to the film
are formed. In particular, the polymer is in the form of a hardening
Paste processed. The polymer can be applied in the thick-film process,
in particular be printed on the film. This allows the
Membrane are manufactured extremely cheaply, as they are the simplest
Case consists only of the plastic film and the applied polymer.
Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Membrankörper
einen seitlich von der Verformungsmessschaltung wegführenden Anschlussabschnitt
aufweisen, der elektrische Anschlüsse für die
Verformungsmessschaltung aufweist. Durch diese Bauweise lassen sich
die elektrischen Anschlüsse, mit denen die Verformungsmessschaltung
in üblicher Weise an eine Auswerteeinrichtung anschließbar
ist, besonders einfach und besonders preiswert in die Membran integrieren. Über
den Anschlussabschnitt wird außerdem erreicht, dass sich
die Anschlüsse in einem gut zugänglichen Bereich
befinden, also insbesondere außerhalb eines Messbereichs
des damit ausgestatteten Sensors. Auch hierdurch wird die Handhabung
der Membran bzw. des damit ausgestatteten Sensors vereinfacht, was
die Montage und die Demontage der Membran bzw. des jeweiligen Sensors
preiswerter gestaltet. Desweiteren lässt sich ein derartiger
Anschlussabschnitt ohne weiteres so gestalten, dass auch die einzelnen
Anschlüsse relativ leicht zugänglich und handhabbar
sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
können die einzelnen Anschlüsse bezüglich
des Membrankörpers als separate Bauteile ausgestaltet sein,
die an den Anschlussabschnitt angeklemmt bzw. ange crimpt sind. Ebenso
können die Anschlüsse mittels eines elektrisch
leitfähigen Klebstoffs an den Anschlussabschnitt angeklebt
sein.According to a particularly advantageous embodiment, the membrane body can have a connection section which leads away laterally from the deformation measuring circuit and has electrical connections for the deformation measuring circuit. As a result of this design, the electrical connections with which the deformation measuring circuit can be connected in the usual way to an evaluation device can be integrated into the membrane in a particularly simple and particularly economical manner. The connection section also ensures that the connections in an easily accessible Be be rich, ie in particular outside of a measuring range of the sensor equipped with it. This also simplifies the handling of the membrane or the sensor equipped therewith, which makes the assembly and disassembly of the membrane or the respective sensor less expensive. Furthermore, such a connection section can easily be designed so that the individual connections are relatively easily accessible and manageable. According to a preferred embodiment, the individual terminals can be configured with respect to the membrane body as separate components, which are clamped to the terminal portion or crimped on. Likewise, the terminals may be adhesively bonded to the terminal portion by means of an electrically conductive adhesive.
Das
der Erfindung zugrunde liegende Problem wird auch durch ein Herstellungsverfahren
gelöst, bei dem eine Kunststofffolie für eine
vorbestimmte Zeit auf eine vorbestimmte Behandlungstemperatur gebracht
wird, bei dem auf die abgekühlte Kunststofffolie ein Polymer
zum Ausbilden wenigstens einer elektronischen Schaltung aufgebracht
wird und bei dem die Kunststofffolie mit dem aufgebrachten Polymer
für eine vorbestimmte Zeit auf eine vorbestimmte Einbrenntemperatur
gebracht wird. Durch die thermische Behandlung der Kunststofffolie
vor dem Aufbringen und Einbrennen des Polymers kann die Qualität
der so hergestellten Membran erheblich gesteigert werden.The
The problem underlying the invention is also due to a manufacturing process
solved, in which a plastic film for a
predetermined time brought to a predetermined treatment temperature
in which the cooled plastic film is a polymer
applied to form at least one electronic circuit
and in which the plastic film with the polymer applied
for a predetermined time to a predetermined baking temperature
is brought. By the thermal treatment of the plastic film
before applying and baking the polymer can the quality
the membrane produced in this way can be considerably increased.
Besonders
vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher
die Kunststofffolie beim Aufbringen des Polymers erheblich größer
ist als eine einzelne Membran. Hierdurch ist es möglich,
auf die Kunststofffolie gleichzeitig für eine Vielzahl
von Membranen die zugehörigen Schaltungen durch das Aufbringen
des Polymers auszubilden. Nach dem Einbrennen kann die Kunststofffolie
dann zu einer entsprechenden Anzahl an Membranen vereinzelt werden,
beispielsweise durch Stanzen oder Laserschneiden. Durch diese serienmäßige
Herstellung der Membranen lassen sich die Herstellungskosten für
die einzelnen Membranen reduzieren.Especially
an embodiment is advantageous in which
the plastic film when applying the polymer considerably larger
is as a single membrane. This makes it possible
on the plastic film at the same time for a variety
of membranes, the associated circuits by the application
of the polymer. After baking, the plastic film can
then be separated into a corresponding number of membranes,
for example by punching or laser cutting. By this standard
Production of the membranes can reduce the production costs for
reduce the individual membranes.
Das
der Erfindung zugrunde liegende Problem wird außerdem durch
einen Sensor gelöst, bei dem ein Gehäuse zumindest
zwei Gehäuseteile aufweist, zwischen denen die Membran
eingespannt ist. Durch diesen Vorschlag wird ein gebauter Sensor
bereitgestellt, bei dem die Membran und die Gehäuseteile
einzelne Bauteile bilden, die zum jeweiligen Sensor zusammengebaut
werden können. Hierdurch ist es insbesondere möglich,
eine Art Baukastensystem zum Herstellen von unterschiedlichen Sensoren bereitzustellen.
Als Basiskomponenten umfasst ein derartiges Baukastensystem beispielsweise
die Membran und die beiden Gehäuseteile zum Einspannen
der Membran. Zusätzliche Komponenten des Baukastensystems
können beispielsweise weitere Gehäuseteile sein,
beispielsweise um zwei Membranen gleichzeitig in einem Sensor anordnen
zu können. Ebenso können offene und geschlossene
Gehäuseteile vorgesehen sein, um Varianten des Sensors
auszubilden.The
The problem underlying the invention is also by
solved a sensor in which a housing at least
has two housing parts, between which the membrane
is clamped. This proposal becomes a built sensor
provided in which the membrane and the housing parts
form individual components which are assembled to the respective sensor
can be. This makes it possible in particular
to provide a kind of modular system for producing different sensors.
As basic components, such a modular system includes, for example
the membrane and the two housing parts for clamping
the membrane. Additional components of the modular system
may be, for example, other housing parts,
for example, arrange two membranes simultaneously in a sensor
to be able to. Likewise, can open and closed
Housing parts may be provided to variants of the sensor
train.
Eine
weitere Lösung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems
bietet ein Sensor, dessen Gehäuse durch einen an die Membran
angespritzten Kunststoffkörper gebildet ist. Bei dieser
Bauweise lässt sich der Sensor besonders preiswert herstellen, so
dass er insbesondere als Einwegteil konzipierbar ist.A
further solution of the problem underlying the invention
offers a sensor whose housing is connected to the membrane
molded plastic body is formed. At this
Construction, the sensor can be particularly inexpensive to produce, so
that it can be designed in particular as a disposable part.
Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further
important features and advantages of the invention will become apparent from the
Subclaims, from the drawings and from the associated
Description of the figures with reference to the drawings.
Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.It
it is understood that the above and the following
yet to be explained features not only in each case
specified combination, but also in other combinations or
can be used in isolation, without the scope of the present
To leave invention.
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.preferred
Embodiments of the invention are in the drawings
and will become more apparent in the following description
explained, wherein the same reference numerals to the same or similar
or functionally identical components relate.
Es
zeigen, jeweils schematisch,It
show, in each case schematically,
1 eine
Draufsicht auf eine Membran, 1 a top view of a membrane,
2 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht der Membran, 2 a partially sectioned side view of the membrane,
3 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht eines Sensors, 3 a partially sectioned side view of a sensor,
4 eine
Draufsicht auf den Sensor, 4 a top view of the sensor,
5 bis 7 teilweise
geschnittene Seitenansichten von Sensoren, bei unterschiedlichen Ausführungsformen, 5 to 7 partially sectioned side views of sensors, in different embodiments,
8 bis 10 Schnittansichten
auf Sensoren bei weiteren unterschiedlichen Ausführungsformen, 8th to 10 Sectional views of sensors in further different embodiments,
11 und 12 jeweils
eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Sensors einer weiteren
Bauweise, jedoch bei unterschiedlichen Zuständen, 11 and 12 each a partially sectioned side view of a sensor of a further construction, but in different states,
13 und 14 Ansichten
wie in den 11 und 12, jedoch
bei einer weiteren Ausführungsform, 13 and 14 Views like in the 11 and 12 but in another embodiment,
15 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht einer Membran, bei einer anderen
Ausführungsform, 15 a partially sectioned side view of a membrane, in another embodiment,
16 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht eines Sensors, jedoch bei einer
anderen Ausführungsform, 16 4 is a partially sectioned side view of a sensor, but in another embodiment,
17 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht einer Membran, jedoch bei einer
anderen Ausführungsform, 17 a partially sectioned side view of a membrane, but in another embodiment,
18 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht eines Drucksensors einer anderen
Bauform, 18 a partially sectioned side view of a pressure sensor of another design,
19 eine
teilweise geschnittene Draufsicht auf den Drucksensor aus 18, 19 a partially cut plan view of the pressure sensor 18 .
20 eine
Ansicht wie in 18, jedoch bei einer anderen
Ausführungsform, 20 a view like in 18 but in another embodiment,
21 eine
Draufsicht auf den Drucksensor aus 20, 21 a plan view of the pressure sensor 20 .
22 bis 25 stark
vereinfachte, prinzipielle Darstellungen eines Herstellungsvorgangs
bei unterschiedlichen Herstellungszuständen. 22 to 25 highly simplified, basic representations of a production process in different production conditions.
Entsprechend 1 weist
eine drucksensitive Membran 1 einen elastisch verformbaren
Membrankörper 2 auf, der aus einer elektrisch
nicht leitfähigen Kunststofffolie besteht. Die Kunststofffolie
ist demnach elastisch verformbar. Auf der Kunststofffolie, also
auf dem Membrankörper 2 ist eine elektronische
Verformungsmessschaltung 3 angeordnet, von der hier nur
einzelnen Komponenten 4 und 5 dargestellt sind.
Beispielsweise handelt es sich bei der Verformungsmessschaltung 3 um
eine Messbrückenschaltung, insbesondere um eine sog. Wheatstonesche
Messbrücke. Dargestellt sind als Komponenten Widerstandskomponenten,
nämlich zwei exzentrisch angeordneten Widerstandskomponenten 4 sowie eine
Anordnung zentrisch angeordneter Widerstandskomponenten 5.
Zugehörige Leiterbahnen sind hier nicht dargestellt. Andere
Schaltungen können beispielsweise anwendungsspezifische
Schaltungen oder Kontaktschaltungen sein.Corresponding 1 has a pressure-sensitive membrane 1 an elastically deformable membrane body 2 on, which consists of an electrically non-conductive plastic film. The plastic film is therefore elastically deformable. On the plastic film, so on the membrane body 2 is an electronic strain-measuring circuit 3 arranged, from here only individual components 4 and 5 are shown. For example, it is in the deformation measuring circuit 3 to a measuring bridge circuit, in particular a so-called. Wheatstone bridge. Shown are as components of resistance components, namely two eccentrically arranged resistance components 4 and an arrangement of centrally arranged resistance components 5 , Associated tracks are not shown here. Other circuits may be, for example, application specific circuits or contact circuits.
Zumindest
die gezeigten Komponenten 4, 5 bestehen aus einem
auf die Kunststofffolie, also auf den Membrankörper 2 aufgebrachten,
insbesondere aufgedruckten, elektrisch leitfähigen Polymer.
Mit dem Polymer lassen sich Leiter und Halbleiter herstellen. Insbesondere
sind die Komponenten 4,5 durch eine aushärtende
bzw. ausgehärtete Polymerpaste gebildet. Das Polymer kann
dabei im Siebdruckverfahren oder im Tintenstrahldruckverfahren oder
Walzdruckverfahren oder Offset-Druckverfahren aufgetragen werden.
Bevorzugt wird hier ein Dickschichtverfahren, bei der die aufgebrachte Schaltungsschicht
eine Dicke von mindestens 2 µm aufweist. Grundsätzlich
ist jedoch auch ein Dünnschichtverfahren mit einer Schaltungsschicht
kleiner als 1 µm möglich, beispielsweise ein Aufdampfverfahren.At least the components shown 4 . 5 consist of a on the plastic film, so on the membrane body 2 applied, in particular printed, electrically conductive polymer. The polymer can be used to produce conductors and semiconductors. In particular, the components 4 . 5 formed by a curing or cured polymer paste. The polymer can be applied by the screen printing method or by the ink jet printing method or by the roller printing method or the offset printing method. Preferred here is a thick-film process in which the applied circuit layer has a thickness of at least 2 microns. In principle, however, a thin-film method with a circuit layer smaller than 1 μm is also possible, for example a vapor-deposition method.
Ebenso
können auch andere Bestandteile der Verformungsmessschaltung 3,
wie z. B. in den 2 und 3 dargestellte
Leiterbahnen 6 aus einem Polymer bestehen, der auf entsprechen de
Weise auf das Folienmaterial des Membrankörpers 2 aufgebracht
ist.Likewise, other components of the deformation measuring circuit 3 , such as Tie 2 and 3 illustrated interconnects 6 consist of a polymer which correspond to the film material of the membrane body 2 is applied.
Die
Folie besteht vorzugsweise aus einem thermisch stabilisierten Polyester
oder aus Polyethylen oder aus PVC oder aus Polyolefin. Ebenso kann es
sich beim Werkstoff der Folie um Duroplaste sowie um Glasfaserverbunde,
wie z. B. FR4, handeln.The
Foil is preferably made of a thermally stabilized polyester
or polyethylene or PVC or polyolefin. Likewise it can
the material of the film is thermosets as well as glass fiber composites,
such as B. FR4 act.
Der
Membrankörper 2 umfasst bevorzugt einen seitlich
von der Verformungsmessschaltung 3 wegführenden
Anschlussabschnitt 7. An diesem sind elektrische Anschlüsse 8 angebracht,
die über entsprechende Leiterbahnen 6 mit der
Verformungsmessschaltung 3 verbunden sind. Über
die Anschlüsse 8 kann die Verformungsmessschaltung 3 an
eine geeignete Auswerteeinrichtung elektrisch angeschlossen werden.
Die Anschlüsse 8 können vorzugsweise
an den Anschlussabschnitt 7 angeklemmt sein bzw. mit diesem
vercrimpt sein. Beim Vercrimpen treten scharfkantige Fortsätze
oder Dorne 9 in das Material des Membrankörpers 2 ein,
wodurch sich die Anschlüsse 8 am Anschlussabschnitt 7 verkrallen.
Gleichzeitig kann dadurch eine intensive elektrische Kontaktierung
mit den Leitungen 6 realisiert werden. Die scharfkantigen
Fortsätze 9 sind z. B. in den 2 und 3 erkennbar.
Grundsätzlich ist es ebenfalls möglich, die einzelnen
elektrischen Anschlüsse 8 mit dem Anschlussabschnitt 7 zu
verkleben, und zwar bevorzugt mit einem elektrisch leitfähigen
Klebstoff. Auch hierdurch kann eine ausreichende elektrische Kontaktierung
zwischen den Anschlüssen 8 und den Leitungen 6 realisiert
werden.The membrane body 2 preferably comprises a side of the deformation measuring circuit 3 wegführenden connection section 7 , At this are electrical connections 8th attached, which has corresponding tracks 6 with the deformation measuring circuit 3 are connected. About the connections 8th can the deformation measuring circuit 3 be electrically connected to a suitable evaluation. The connections 8th can preferably be connected to the connection section 7 be clamped or crimped with this. When crimping occur sharp-edged extensions or spines 9 in the material of the membrane body 2 one, which causes the connections 8th at the connection section 7 dig. At the same time, this can be an intensive electrical contact with the lines 6 will be realized. The sharp-edged extensions 9 are z. Tie 2 and 3 recognizable. In principle, it is also possible, the individual electrical connections 8th with the connection section 7 to glue, preferably with an electrically conductive adhesive. This also allows a sufficient electrical contact between the terminals 8th and the wires 6 will be realized.
Der
Anschlussabschnitt 7 ist einstückig am übrigen
Membrankörper 2 ausgebildet, d. h., der Membrankörper 2 ist
mit seinem Anschlussabschnitt 7 aus einem Stück
hergestellt, und zwar aus der Kunststofffolie.The connection section 7 is integral to the rest of the membrane body 2 formed, ie, the membrane body 2 is with its connection section 7 made from one piece, namely from the plastic film.
Gemäß der
hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform kann der Membrankörper 2 zumindest
teilweise mit eine elektrisch isolierenden Isolationsschicht 10 versehen
sein. Bei der Isolationsschicht 10 kann es sich um ein
elektrisch nicht leitfähiges Polymer handeln, das beim
Anbringen ebenfalls pastös sein kann. Ebenso eignen sich
Lacke, Epoxidharze, Elastomere sowie Silikon. Eine derartige Isolationsschicht 10 wird
bevorzugt nach dem Anbringen und Aushärten der Schaltung 3 aufgebracht. Auch
hier eignet sich prinzipiell ein Dickschichtverfahren.According to the preferred embodiment shown here, the membrane body 2 at least partially with an electrically insulating insulation layer 10 be provided. At the insulation layer 10 It may be an electrically non-conductive polymer, which may also be pasty when attached. Likewise, lacquers are suitable Epoxy resins, elastomers and silicone. Such an insulation layer 10 is preferred after attaching and curing the circuit 3 applied. Again, in principle, a thick-film process is suitable.
Der
Membrankörper 2 ist für eine Fixierung an
oder in einem Gehäuse eines Sensors ausgestaltet. Hierzu
zeigt der Membrankörper 2 einen zentralen Schaltungsbereich 11,
in dem die Verformungsmessschaltung 3 angeordnet ist, und
einen Einspannbereich 12, der ringförmig ausgestaltet
ist und der den Schaltungsbereich 11 seitlich einfasst.
Der Einspannbereich 12 dient zur Fixierung am bzw. im Sensorgehäuse.
Im gezeigten Beispiel gemäß 1 und 2 ist
die Isolationsschicht 10 nur entlang des Einspannbereichs 12 aufgetragen,
während der Schaltungsbereich 11 im wesentlichen
frei gelassen ist. Je nach Anwendungsform der Membran 1 kann sich
die Isolationsschicht 10 auch über den Schaltungsbereich 11 erstrecken.The membrane body 2 is designed for a fixation on or in a housing of a sensor. The membrane body shows this 2 a central circuit area 11 in which the strain-measuring circuit 3 is arranged, and a clamping area 12 , which is designed ring-shaped and the circuit area 11 enclosed laterally. The clamping area 12 serves for fixing on or in the sensor housing. In the example shown according to 1 and 2 is the insulation layer 10 only along the clamping area 12 applied during the circuit area 11 is left essentially free. Depending on the application form of the membrane 1 can the insulation layer 10 also over the circuit area 11 extend.
Zusätzlich
oder alternativ kann sich die Isolationsschicht 10 auch über
den Anschlussbereich 7 erstrecken. Ebenso kann bei anderen
Anwendungsformen auf eine derartige Isolationsschicht 10 verzichtet werden.Additionally or alternatively, the insulation layer may 10 also over the connection area 7 extend. Likewise, in other applications to such an insulating layer 10 be waived.
Der
Membrankörper 2 kann mehrere Durchgangsöffnungen 13 aufweisen,
mit deren Hilfe der Membrankörper 2 in einem Sensor
formschlüssig festgelegt werden kann. Im gezeigten Beispiel
sind vier derartige Durchgangsöffnungen 13 vorgesehen. Ebenso
können weniger oder auch mehr Durchgangsöffnungen 13 vorhanden
sein. Im Beispiel sind die Durchgangsöffnungen 13 im
Einspannbereich 12 angeordnet, also außerhalb
des Schaltungsbereichs 11. Hierdurch können Beeinträchtigungen
des Verformungsverhaltens des Membrankörpers 2 im
Schaltungsbereich 11 durch die Durchgangsöffnungen 13 vermieden
werden. Außerdem dient der Einspannbereich 12 dazu,
den Membrankörper 2 am jeweiligen Sensor zu befestigen.The membrane body 2 can have several through holes 13 have, with the help of the membrane body 2 can be fixed positively in a sensor. In the example shown are four such through holes 13 intended. Likewise, fewer or more passage openings 13 to be available. In the example, the through holes 13 in the clamping area 12 arranged, ie outside the circuit area 11 , This can impair the deformation behavior of the membrane body 2 in the circuit area 11 through the passage openings 13 be avoided. In addition, the clamping area serves 12 to the membrane body 2 to attach to the respective sensor.
Entsprechend
den 3 und 4 weist ein elektronischer Sensor 14,
bei dem es sich bevorzugt um einem Drucksensor handelt, zumindest
eine solche drucksensitive Membran 1 auf. Vorzugsweise kann
die Membran 1 somit einen Membrankörper 2 aufweisen,
der mit einem Anschlussabschnitt 7 versehen sein kann.
Ferner weist der Sensor 14 ein Gehäuse 15 auf,
in dem die Membran 1 gehaltert ist. Bei dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 15 aus
zwei Gehäuseteilen 16 und 17 zusammengebaut,
wobei die beiden Gehäuseteile 16, 17 zwischen
sich die Membran 1 einspannen. Im Beispiel besitzen die
beiden Gehäuseteile 16, 17 jeweils eine
der Membran 1 zugewandte kreisringförmige Kontaktfläche 18,
die im Einspannbereich 12 am Membrankörper 2 zur
Anlage kommen. Hierdurch kann eine intensive Verspannung des Membrankörpers 2 in
seinem zentralen Schaltungsbereich 11 realisiert werden.
Erkennbar liegt hierbei das eine Gehäuseteil 17 über
die Isolationsschicht 10 an der Membran 1 an,
während das andere Gehäuseteil 16 an
der von der Schaltung 3 abgewandten Seite unmittelbar am
Membrankörper 2 anliegt. Die Isolationsschicht 10 ermöglicht
dabei die Verwendung elektrisch leitfähiger, insbesondere
metallischer, Gehäuseteile 16,18.According to the 3 and 4 has an electronic sensor 14 , which is preferably a pressure sensor, at least one such pressure-sensitive membrane 1 on. Preferably, the membrane 1 thus a membrane body 2 having, which with a connection section 7 can be provided. Furthermore, the sensor has 14 a housing 15 on, in which the membrane 1 is held. In the embodiment shown here, the housing 15 from two housing parts 16 and 17 assembled, with the two housing parts 16 . 17 between them the membrane 1 Clamp. In the example, the two housing parts 16 . 17 one each of the membrane 1 facing annular contact surface 18 in the clamping area 12 at the membrane body 2 come to the plant. As a result, an intense strain of the membrane body 2 in his central circuit area 11 will be realized. Recognizable here is the one housing part 17 over the insulation layer 10 on the membrane 1 while the other housing part 16 at the of the circuit 3 opposite side directly on the membrane body 2 is applied. The insulation layer 10 allows the use of electrically conductive, in particular metallic, housing parts 16 . 18 ,
Vorzugsweise
sind die Gehäuseteile 16, 17 durch die
Membran 1 hindurch aneinander befestigt. Beispielsweise
können hierzu mehrere Zuganker 19 vorgesehen sein,
welche die Membran 1 in den Durchgangsöffnungen 13 durchsetzen.
Bei den Zugankern 19 handelt es sich beispielsweise um Schrauben,
die in dem einen Gehäuseteil 17 versenkt angeordnet
sind und die im anderen Gehäuseteil 16 jeweils
in ein komplementäres Gewinde eingeschraubt sind. Durch
die Verschraubung ergibt sich eine axiale Verspannung bzw. Einspannung
der Membran 1 zwischen den Gehäuseteile 16, 17. Gleichzeitig
gewährleisten die die Membran 1 durchsetzenden
Zuganker 19 eine formschlüssige umfangsmäßige
Fixierung der Membran 1 am Gehäuse 15.Preferably, the housing parts 16 . 17 through the membrane 1 fastened together. For example, this can be several tie rods 19 be provided, which is the membrane 1 in the passageways 13 push through. At the tie rods 19 For example, it is screws that in the one housing part 17 sunk are arranged and in the other housing part 16 each screwed into a complementary thread. The screwing results in an axial clamping or clamping of the membrane 1 between the housing parts 16 . 17 , At the same time they ensure the membrane 1 penetrating tie rods 19 a positive circumferential fixation of the membrane 1 on the housing 15 ,
Der
Sensor 14 weist bei der Ausführungsform der 3 und 4 zwei
Kammern 20 und 21 auf, die durch die Membran 1 voneinander
getrennt sind. Ferner ist das Gehäuse 15 beiderseits
der Membran 1 offen und weist dementsprechend Öffnungen 22 bzw. 23 auf,
die jeweils mit einer der Kammern 20, 21 kommu nizieren.
Bei dem in den 3 und 4 gezeigten
Sensor 14 handelt es sich somit um einen Differenzdrucksensor.
Durch die beiden Kammern 20, 21 ist das Gehäuse 15 hier
so ausgestaltet, dass die Membran 1 im Schaltungsbereich 11 bidirektional
verformbar ist. Somit lassen mit Hilfe dieses Sensors 14 positive
und negative Differenzdrücke messen.The sensor 14 has in the embodiment of the 3 and 4 two chambers 20 and 21 on that through the membrane 1 are separated from each other. Furthermore, the housing 15 on both sides of the membrane 1 open and accordingly has openings 22 respectively. 23 on, each with one of the chambers 20 . 21 communicate. In the in the 3 and 4 shown sensor 14 it is thus a differential pressure sensor. Through the two chambers 20 . 21 is the case 15 here designed so that the membrane 1 in the circuit area 11 is bidirectionally deformable. Thus, let with the help of this sensor 14 measure positive and negative differential pressures.
Die
elektrischen Komponenten 4, 5 der Verformungsmessschaltung 3 können
als elektrische Widerstände bzw. Widerstandskomponenten
ausgestaltet sein, deren elektrischer Leitungswiderstand von ihrer
Biegeverformung bzw. von der Biegeverformung des Membrankörpers 2 im
Schaltungsbereich 11 abhängt. Dies gilt insbesondere
dann, wenn es sich bei der Verformungsmessschaltung 3 um
eine Wheatstone-Brücke handelt. Bei den hier gezeigten, bevorzugten
Ausführungsformen sind die exzentrisch angeordneten Widerstandskomponenten 4 so angeordnet,
dass sie teilweise im Schaltungsbereich 11 und teilweise
im Einspannbereich 12 liegen. Dementsprechend sind die
exzentrischen Widerstandskomponenten 4 hier außerdem
zumindest teilweise von der Isolationsschicht 10 bedeckt.
Im eingebauten Zustand, der beispielsweise in 3 gezeigt
ist, sind die exzentrisch angeordneten Widerstandskomponenten 4 zu
einem Teil zwischen den Gehäuseteilen 16, 17 eingespannt.
Beispielsweise sind die exzentrischen Widerstandskomponenten 4 etwa
zur Hälfte zwischen den Gehäuseteilen 16, 17 eingespannt, während
sie im übrigen im freistehenden Schaltungsbereich 11 liegen.
Die teilweise Einspannung bzw. Verpressung der exzentrisch angeordneten
Widerstandskomponenten 4 führt bei einer Verformung
des Membran körpers 2 im Schaltungsbereich 11 zur
einer stärkeren Deformation der exzentrischen Widerstandskomponenten 4,
wodurch das damit erzeugte Signal entsprechend verstärkt
ist. Die Empfindlichkeit des Sensors 14 kann dadurch verbessert
werden. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn der Sensor 14 als
Niederdrucksensor ausgestaltet ist und z. B. für Drücke
bzw. Druckdifferenzen kleiner als 1 bar ausgelegt ist.The electrical components 4 . 5 the deformation measuring circuit 3 can be configured as electrical resistors or resistance components whose electrical line resistance from their bending deformation or from the bending deformation of the membrane body 2 in the circuit area 11 depends. This applies in particular when it comes to the deformation measuring circuit 3 is a Wheatstone bridge. In the preferred embodiments shown here, the eccentrically arranged resistive components 4 arranged so that they are partially in the circuit area 11 and partly in the clamping area 12 lie. Accordingly, the eccentric resistance components 4 here also at least partially of the insulation layer 10 covered. In the installed state, for example, in 3 is shown are the eccentrically arranged resistance components 4 to a part between the housing parts 16 . 17 clamped. For example, the eccentric resistance components 4 About halfway between the housing parts 16 . 17 while restrained in the freestanding circuit area 11 lie. The partial clamping or compression of the eccentrically arranged resistance components 4 leads to a deformation of the membrane body 2 in the circuit area 11 for a stronger deformation of the eccentric resistance components 4 , whereby the signal generated thereby is amplified accordingly. The sensitivity of the sensor 14 can be improved. This is of particular advantage when the sensor 14 is designed as a low pressure sensor and z. B. is designed for pressures or pressure differences less than 1 bar.
Entsprechend
den 5 bis 7 kann der Sensor 14 bei
anderen Ausführungsformen zwei derartige Membranen 1 aufweisen,
die jeweils einen aus Kunststofffolie hergestellten Membrankörper 2 mit
einer aufgedruckten Verformungsmessschaltung 3 aus Polymerpaste
aufweisen. Außerdem sind die Membranen 1 hier
jeweils mit einem am Membrankörper 2 ausgeformten
Anschlussabschnitt 7 versehen. Insbesondere sind die beiden
Membranen 1 baugleich.According to the 5 to 7 can the sensor 14 in other embodiments, two such membranes 1 each having a membrane body made of plastic film 2 with a printed deformation measuring circuit 3 made of polymer paste. In addition, the membranes 1 here each with one on the membrane body 2 molded connection section 7 Mistake. In particular, the two membranes 1 identical.
Bei
den Ausführungsform der 5 bis 7 ist
im Gehäuse 15 ein zentraler Hohlraum 24 ausgebildet.
Der Hohlraum 24 ist dabei zwischen den beiden Membranen 1 angeordnet,
die sich im Gehäuse 15 gegenüberliegen.
Dabei trennt jede Membran 1 besagten Hohlraum 24 von
einer der Gehäuseöffnungen 22, 23.
Zur Realisierung des Hohlraums 24 umfasst das Gehäuse 15 ein
weiteres Gehäuseteil 25, das ringförmig
ausgestaltet ist und im Folgenden auch als Ringkörper 25 bezeichnet
wird. Der Ringkörper 25 erstreckt sich zweckmäßig
entlang des Einspannbereichs 12. Der Ringkörper 25 besitzt
ebenfalls Durchgangsöffnungen 26, deren Lochbild
dem Lochbild der Durchgangsöffnungen 13 des Membrankörpers 2 entspricht.
Dement sprechend können sich die Zuganker 19 auch
durch den Ringkörper 25 hindurcherstrecken. Sofern
der Ringkörper 25 aus einem elektrisch leitfähigen
Material, wie z. B. aus einem Metall, besteht, sind die Membrankörper 2 zumindest
im Einspannbereich 12 wieder mit der Isolationsschicht 10 versehen, über
die dann der Ringkörper 25 am jeweiligen Membrankörper 2 anliegt.In the embodiment of the 5 to 7 is in the case 15 a central cavity 24 educated. The cavity 24 is between the two membranes 1 arranged in the housing 15 are opposite. It separates each membrane 1 said cavity 24 from one of the housing openings 22 . 23 , For the realization of the cavity 24 includes the housing 15 another housing part 25 , which is designed annular and hereinafter also as a ring body 25 referred to as. The ring body 25 extends suitably along the clamping area 12 , The ring body 25 also has passage openings 26 whose hole pattern the hole pattern of the through holes 13 of the membrane body 2 equivalent. Dement speaking, the tie rods can 19 also through the ring body 25 therethrough. If the ring body 25 made of an electrically conductive material, such. B. made of a metal, there are the membrane body 2 at least in the clamping area 12 again with the insulation layer 10 provided over the then the ring body 25 at the respective membrane body 2 is applied.
Bei
der in 5 gezeigten Ausführungsform besitzt das
Gehäuse 15 eine weitere Gehäuseöffnung 27,
die so angeordnet ist, dass sie mit dem Hohlraum 24 kommuniziert,
und zwar zwischen den beiden Membranen 1. Hierzu ist diese
Gehäuseöffnung 27 im Ringkörper 25 ausgebildet.
Zwischen dieser Gehäuseöffnung 27 und
den beiden anderen Gehäuseöffnungen 22, 23 kann
mit Hilfe dieses Sensors 14 der Differenzdruck gemessen
werden. Dabei kann der hier gezeigte Sensor 14 einerseits über
die unten dargestellte Membran 1 den Differenzdruck zwischen den
Gehäuseöffnungen 22 und 27 messen
und andererseits über die oben dargestellte Membran 1 den Differenzdruck
zwischen den Gehäuseöffnungen 23 und 27 ermitteln.
Insofern handelt es sich hier um einen doppelten Differentialdrucksensor.At the in 5 embodiment shown has the housing 15 another housing opening 27 which is arranged so that it communicates with the cavity 24 communicates, between the two membranes 1 , For this purpose, this housing opening 27 in the ring body 25 educated. Between this housing opening 27 and the other two housing openings 22 . 23 can with the help of this sensor 14 the differential pressure can be measured. In this case, the sensor shown here 14 on the one hand via the membrane shown below 1 the differential pressure between the housing openings 22 and 27 measure and on the other hand via the membrane shown above 1 the differential pressure between the housing openings 23 and 27 determine. In this respect, this is a double differential pressure sensor.
Im
Unterschied zu der in 5 gezeigten Ausführungsform
ist bei den Ausführungsformen der 6 und 7 der
Hohlraum 24 nach außen hermetisch verschlossen.
Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform
ist der Hohlraum 24 evakuiert oder mit einem Gas gefüllt.
Somit lassen sich mit diesem Sensor 14 beispielsweise die
Differenzdrücke über die eine Membran 1 zwischen
dem Hohlraum 24 und der einen Gehäuseöffnung 22 und
andererseits über die andere Membran 1 zwischen
dem Hohlraum 24 und der anderen Gehäuseöffnung 23 messen.
Bei bekanntem Druck im Hohlraum 24 handelt es sich hiermit
um einen doppelten Absolutdrucksensor. Der in 7 gezeigte
Sensor 14 unterscheidet sich von dem in 6 gezeigten
Sensor 14 unter anderem dadurch, dass der Hohlraum 24 mit
einer Flüssigkeit 28 befüllt ist. Die
verwendete Flüssigkeit, z. B. ein Öl oder Wasser,
ist im wesentlichen inkompressibel und koppelt dadurch die beiden
Membranen 1, die sich am Hohlraum 24 gegenüberliegen,
hinsichtlich ihrer Durchbiegung und Druckbeaufschlagung. Hierdurch entsteht
bei der in 7 gezeigten Ausführungsform ein
redundanter Differentialdrucksensor für die Druckdifferenz
zwischen den Gehäuseöffnungen 22 und 23.
Hierzu sind bei den Membranen 1 hier die Isolationsschichten 10 sowohl über
den Einspannbereich 12 als auch über den Schaltungsbereich 11 durchgehend
ausgeführt, um eine Kontaktierung der jeweiligen Verformungsmessschaltung 3 mit
der Flüssigkeit 28 zu vermeiden. Desweiteren sind
die beiden Membranen 1 in ihrem Schaltungsbereich 11 im
Gehäuse 15 so angeordnet, dass sie beide bidirektional
verformbar sind. Zu diesem Zweck besitzt das jeweilige Gehäuseteil 16, 17 in
einem dem Schaltungsbereich 11 zugeordneten Abschnitt eine
entsprechende Vertiefung oder Aussparung zur Ausbildung der Kammern 20 und 21.Unlike the in 5 In the embodiment shown in FIGS 6 and 7 the cavity 24 hermetically sealed to the outside. At the in 6 the embodiment shown is the cavity 24 evacuated or filled with a gas. Thus can be with this sensor 14 for example, the differential pressures across a membrane 1 between the cavity 24 and the one housing opening 22 and on the other hand, over the other membrane 1 between the cavity 24 and the other housing opening 23 measure up. With known pressure in the cavity 24 this is a double absolute pressure sensor. The in 7 shown sensor 14 is different from the one in 6 shown sensor 14 among other things, that the cavity 24 with a liquid 28 is filled. The liquid used, for. As an oil or water, is substantially incompressible and thereby couples the two membranes 1 that are at the cavity 24 with respect to their deflection and pressurization. This results in the in 7 shown embodiment, a redundant differential pressure sensor for the pressure difference between the housing openings 22 and 23 , These are the membranes 1 here the insulation layers 10 both over the clamping area 12 as well as over the circuit area 11 performed continuously to a contacting of the respective deformation measuring circuit 3 with the liquid 28 to avoid. Furthermore, the two membranes 1 in their circuit area 11 in the case 15 arranged so that they are both bi-directionally deformable. For this purpose, has the respective housing part 16 . 17 in a circuit area 11 associated portion a corresponding recess or recess for forming the chambers 20 and 21 ,
Im
Unterschied dazu sind bei den Sensoren 14 der 5 und 6 die
beiden Membranen 1 im jeweiligen Gehäuse 15 jeweils
so angeordnet, dass sie jeweils nur in einer Richtung verform bar
sind. Erreicht wird dies dadurch, dass das jeweilige Gehäuseteil 16, 17 eine
Anlagefläche für den Membrankörper 2 im
Schaltungsbereich 11 aufweist. Somit kann sich die jeweilige
Membran 1 bei einem relativen Unterdruck an der jeweils
zugeordneten Gehäuseöffnung 22 bzw. 23 nicht
durchbiegen bzw. verformen. Hierdurch entsteht eine Art Gegendrucksperre.
Die jeweilige Anlagefläche bildet dabei eine flächige
Unterstützung für die jeweilige unverformte Membran 1 im
Gehäuse 15.In contrast, with the sensors 14 of the 5 and 6 the two membranes 1 in the respective housing 15 each arranged so that they are only deformable in one direction bar. This is achieved by the fact that the respective housing part 16 . 17 a contact surface for the membrane body 2 in the circuit area 11 having. Thus, the respective membrane 1 at a relative negative pressure at the respectively associated housing opening 22 respectively. 23 do not bend or deform. This creates a kind of counter-pressure lock. The respective contact surface forms a planar support for the respective undeformed membrane 1 in the case 15 ,
Die 8 bis 10 zeigen
Möglichkeiten zur Realisierung einer gasdichten oder flüssigkeitsdichten
Einbindung der jeweiligen Membran 1 in das gebaute Gehäuse 15.
Eine dichte Einbindung ist für die Erzielung genauer Messwerte
vorteilhaft. Erkennbar sind in die Gehäuseteile 16, 17 und
gegebenenfalls in den Ringkörper 25 zur jeweiligen
Membran 1 hin offene Ringnuten 29 eingearbeitet,
in denen jeweils eine axial wirkende Ringdichtung 30 angeordnet
ist. Bevorzugt werden dabei O-Ringe. Die jeweilige Ringdichtung 30 kann
dabei wie gezeigt einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Ebenso sind keilförmige oder dreieckförmige oder
andere Querschnitte denkbar. Zusätzlich zur Dichtungswirkung verbessern
die Ringdichtungen 30 die Haltekraft des Gehäuses 15 für
die Einspannung der jeweiligen Membran 1. Bemerkenswert
ist für die Anordnung der Ringdichtungen 30 bzw.
der Ringnuten 29, dass für die Ringdichtungen 30,
die sich beiderseits der gleichen Membran 1 befinden, eine
konzentrische Anordnung mit unterschiedlichen Radien gewählt
ist. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Konfiguration zur
Erzie lung der gewünschten Dichtwirkung sowie zur Erzielung
der gewünschten Haltekräfte vorteilhaft ist.The 8th to 10 show possibilities for realizing a gas-tight or liquid-tight integration of the respective membrane 1 in the built housing 15 , A tight integration is advantageous for obtaining accurate readings. Visible in the housing parts 16 . 17 and optionally in the ring body 25 to the respective membrane 1 open annular grooves 29 incorporated, in each of which an axially acting ring seal 30 is arranged. O-rings are preferred. The respective ring seal 30 can have a circular cross-section as shown. Likewise, wedge-shaped or triangular or other cross-sections are conceivable. In addition to the sealing effect, the ring seals improve 30 the holding force of the housing 15 for the clamping of the respective membrane 1 , It is remarkable for the arrangement of the ring seals 30 or the annular grooves 29 that for the ring seals 30 that are on both sides of the same membrane 1 are located, a concentric arrangement with different radii is selected. It has been found that such a configuration is advantageous for achieving the desired sealing effect and for achieving the desired holding forces.
Bei
der in 11 und 12 gezeigten
Ausführungsform ist der Membrankörper 2 in
seinem Schaltungsbereich 11 nur in einer Verformungsrichtung
verformbar. In der anderen Richtung kommt er im unverformten Zustand
an einer entsprechenden Anlagefläche 31 zur Anlage.
Diese Ausführungsform zeigt außerdem einen Verformungsschutz
für die Membran 1 in der zulässigen Verformungsrichtung. Das
Gehäuse 15 ist hierzu mit einem Verformungsanschlag 32 versehen.
Dieser ist zweckmäßig entsprechend der erwarteten
optimalen Verformung der Membran 1 geformt. Beispielsweise
ist der Verformungsanschlag 32 zur Membran 1 hin
konkav gewölbt. Durch diese Bauweise kann bei einer extremen
Druckbelastung eine Zerstörung der Membran 1 vermieden
werden.At the in 11 and 12 embodiment shown is the membrane body 2 in his circuit area 11 deformable only in one deformation direction. In the other direction, it comes in the undeformed state at a corresponding contact surface 31 to the plant. This embodiment also shows a deformation protection for the membrane 1 in the permitted direction of deformation. The housing 15 is this with a deformation stop 32 Mistake. This is appropriate according to the expected optimum deformation of the membrane 1 shaped. For example, the deformation stop 32 to the membrane 1 arched concave. This construction can destroy the membrane under extreme pressure 1 be avoided.
11 zeigt
dabei einen Zustand, bei dem die Membran 1 unverformt ist
und somit an der Anlagefläche 31 flächig
anliegt. Im Unterschied dazu zeigt 12 einen
Zustand, bei dem die Membran 1 maximal verformt ist und
dementsprechend am Verformungsanschlag 32 flächig
anliegt. 11 shows a state in which the membrane 1 is undeformed and thus on the contact surface 31 lies flat. In contrast, shows 12 a condition in which the membrane 1 is maximally deformed and accordingly at the deformation stop 32 lies flat.
In
den 13 und 14 ist
eine weitere besondere Ausführungsform des Sensors 14 gezeigt.
Die mit der Verformungsmessschaltung 3 ausgestattete Membran 1 weist
hier im Bereich der Verformungsmessschaltung 3 einen Kontakt 33 auf.
Dieser Kontakt 33 ist gegenüber einem Gegenkontakt 34 angeordnet.
Dieser Gegenkontakt 34 kann dabei unmittelbar am Ge häuse 15 ausgebildet
sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel findet sich der
Gegenkontakt 34 jedoch an einem Trägerelement 35,
das zweckmäßig ebenfalls aus einer Kunststofffolie
hergestellt ist. Der Gegenkontakt 34 kann beispielsweise
durch ein Polymer, insbesondere durch eine Polymerpaste, auf das
Trägerelement 35 aufgetragen sein. Entsprechende
Leiterbahnen 36, die ebenfalls im Dickschichtverfahren
aufgebracht sein können, sind mit entsprechenden Anschlüssen 37 verbunden. Im
Grunde kann das Trägerelement 35 der Membran 1 entsprechen,
ist jedoch mit einer anderen Schaltung versehen, nämlich
mit dem an die Anschlüsse 37 angeschlossenen Gegenkontakt 34. 13 zeigt einen
unverformten Zustand für die Membran 1. Der Kontakt 33 ist
dann vom Gegenkontakt 34 beabstandet. 14 zeigt
einen Zustand, bei dem sich die Membran 1 soweit verformt
hat, dass der Kontakt 33 den Gegenkontakt 34 berührt,
wodurch eine elektrische Verbindung geschlossen wird, hierdurch
kann ein an den Anschlüssen 37 abgreifbares Signal
generiert werden. Insoweit ist der hier gezeigte Drucksensor 14 gleichzeitig
als Druckschalter ausgestaltet. Damit sich das Trägerelement 35 nicht
mit der Membran 1 verformt, kann es mit hier nicht gezeigten Öffnungen
versehen sein, durch die sich die Kammer 21 bis zur Membran 1 hindurch
erstreckt. Beim Trägerelement 35 kann es sich
auch um ein starres Element handeln.In the 13 and 14 is another particular embodiment of the sensor 14 shown. The with the deformation measuring circuit 3 equipped membrane 1 points here in the range of the deformation measuring circuit 3 a contact 33 on. This contact 33 is opposite a mating contact 34 arranged. This counter contact 34 can be housed directly on the housing 15 be educated. In the embodiment shown, there is the mating contact 34 however, on a support element 35 , which is expediently also made of a plastic film. The counter contact 34 For example, by a polymer, in particular by a polymer paste, on the support element 35 be applied. Corresponding conductor tracks 36 , which can also be applied in the thick-film process, are with appropriate connections 37 connected. In essence, the support element 35 the membrane 1 However, but is provided with a different circuit, namely with the s.den connections 37 connected counter contact 34 , 13 shows an undeformed state for the membrane 1 , The contact 33 is then from the mating contact 34 spaced. 14 shows a state in which the membrane 1 as far as has deformed that contact 33 the counter contact 34 touched, whereby an electrical connection is closed, thereby one at the terminals 37 be tapped signal generated. In that regard, the pressure sensor shown here is 14 at the same time designed as a pressure switch. So that the support element 35 not with the membrane 1 deformed, it may be provided with openings, not shown here, through which the chamber 21 to the membrane 1 extends through. At the carrier element 35 it can also be a rigid element.
Entsprechend 15 kann
es gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
vorgesehen sein, am Membrankörper 2 unabhängig
von der Verformungsmessschaltung 3 hergestellte elektrische
Bauteile 38 anzubringen, und zwar so, dass diese in die
je weilige Verformungsmessschaltung 3 integriert sind. Beispielsweise
eignet sich hierfür der Anschlussbereich 7, der
außerhalb der eigentlichen Druckmesszone liegt. Bei den
elektrischen Bauteilen 38 kann es sich um integrierte Schaltkreise
oder um beliebige andere elektrische Bauteile handeln. Bevorzugt
werden die elektrischen Bauteile 38 mittels eines elektrisch
leitfähigen Klebstoffs 39 am Membrankörper 2 befestigt und
mit der Verformungsmessschaltung 3 elektrisch verbunden.Corresponding 15 it may be provided according to an advantageous embodiment, the membrane body 2 independent of the strain measurement circuit 3 manufactured electrical components 38 to install, in such a way that these in the respective deformation measuring circuit 3 are integrated. For example, the connection area is suitable for this purpose 7 , which lies outside the actual pressure measuring zone. For the electrical components 38 These may be integrated circuits or any other electrical components. Preference is given to the electrical components 38 by means of an electrically conductive adhesive 39 at the membrane body 2 attached and with the deformation measuring circuit 3 electrically connected.
16 zeigt
eine andere Ausführungsform eines Sensors 14.
Gemäß 16 besitzt
dieser Sensor 14 eine Rückstellfeder 40,
beispielsweise aus einem gummielastischen Kunststoff oder aus einem geeigneten
Metall. Die Rückstellfeder 40 ist einerseits am
Gehäuse 15 und andererseits an der Membran 1,
und zwar vorzugsweise im Schaltungsbereich 11 abgestützt.
Die Rückstellfeder 40 ist so gestaltet, dass sie
die Membran 1 in deren unverformte, in 16 wiedergegebene
Ausgangslage vorspannt. Die Verformung der Membran 1 aufgrund
von Differenzdrücken zwischen den Gehäuseöffnungen 22 und 23 erfolgt
somit gegen die Rückstellkraft der Rückstellfeder 40.
Die Rückstellfeder 40 ist hier membranartig ausgestaltet,
und beim Zusammenbauen der Gehäuseteile 16,17 zusammen
mit der Membran 1 im Gehäuse 15 verspannt.
Beispielsweise kann auch die Rückstellfeder 40 entsprechende Durchgangsöffnungen
zum Durchführen der Zuganker 19 aufweisen. 16 shows another embodiment of a sensor 14 , According to 16 owns this sensor 14 a return spring 40 For example, from a rubber-elastic plastic or a suitable metal. The return spring 40 is on the one hand on the housing 15 and on the other hand, on the membrane 1 , and preferably in the circuit area 11 supported. The return spring 40 is designed to be the membrane 1 in their undeformed, in 16 biased starting position. The deformation of the membrane 1 due to differential pressures between the housing openings 22 and 23 thus takes place against the restoring force of the return spring 40 , The return spring 40 is designed like a membrane here, and when together build the housing parts 16 . 17 together with the membrane 1 in the case 15 braced. For example, the return spring 40 corresponding through holes for performing the tie rods 19 exhibit.
Bei
der in 17 gezeigten Ausführungsform
ist die Membran 1 mit einem Masseelement 41 versehen,
das z. B. mittels eines geeigneten Klebstoffs 42 am Membrankörper 2 befestigt
ist. Beispielsweise ist das Masseelement 41 an einer von der
Verformungsmessschaltung 3 abgewandten Seite zentral im
Schaltungsbereich 11 angeordnet. Zweckmäßig
ist das Masseelement 41 so ausgestaltet, dass sein Masseschwerpunkt
einen möglichst großen Abstand von der Membran 1 aufweist.
Die Anordnung des Masseelements 41 am Membrankörper 2 erfolgt
zweckmäßig so, dass es bei Beschleunigungen der
Membran 1 bzw. des mit der Membran 1 ausgestatteten
Sensors 14 eine Verformung des Membrankörpers 2 im
Bereich der Verformungsmessschaltung 3 bewirkt. Hierdurch
kann der mit dieser Membran 1 ausgestattete Sensor 14 als
Beschleunigungssensor verwendet werden.At the in 17 the embodiment shown is the membrane 1 with a mass element 41 provided, the z. B. by means of a suitable adhesive 42 at the membrane body 2 is attached. For example, the mass element 41 at one of the strain measuring circuit 3 facing away centrally in the circuit area 11 arranged. The mass element is expedient 41 designed so that its center of gravity as large a distance from the membrane 1 having. The arrangement of the mass element 41 at the membrane body 2 is suitably carried out so that it is at accelerations of the membrane 1 or with the membrane 1 equipped sensor 14 a deformation of the membrane body 2 in the area of the deformation measuring circuit 3 causes. This allows the with this membrane 1 equipped sensor 14 be used as an acceleration sensor.
Die
zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Sensors 14 bestehen
jeweils aus mehreren einzelnen Gehäuseteilen 16,17 und
gegebenenfalls aus dem Ringkörper 25. Somit handelt
es sich bei diesen Ausführungsformen und gebaute Sensoren 14.
Die einzelnen Komponenten können dabei aus Metallen oder
auch aus Kunststoff hergestellt sein. Besonders vorteilhaft bei
diesen Ausführungsformen ist, dass sie einfach montierbar
und demontierbar ausgestaltet werden können. Hierdurch
ist es insbesondere möglich, die Membran 1 einfach
auszutauschen. Beispielsweise kann eine als Einweg-Membran ausgestaltete
Membran 1 nach ihrer jeweiligen Verwendung einfach gegen
eine neue Membran 1 ausgetauscht werden. Desweiteren ermöglicht
die gebaute Version des Sensors 1 die Bereitstellung eines
Baukastensystems, mit dessen Hilfe eine Vielzahl unterschiedlich
konzipierter Sensoren 14 zusammengestellt werden kann.
Die zuvor beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen
lassen sich beispielsweise mittels eines derartigen Baukastensystems
erzeugen. Weitere unterschiedliche Ausführungsformen sind
denkbar, insbesondere durch Kombination der vorstehend genannten
Ausführungsformen.The previously described embodiments of the sensor 14 each consist of several individual housing parts 16 . 17 and optionally from the ring body 25 , Thus, these embodiments and built sensors 14 , The individual components can be made of metals or plastic. Particularly advantageous in these embodiments is that they can be easily assembled and disassembled. This makes it possible in particular, the membrane 1 easy to exchange. For example, a designed as a disposable membrane membrane 1 after their respective use simply against a new membrane 1 be replaced. Furthermore, the built-in version of the sensor allows 1 the provision of a modular system, with the help of a variety of differently designed sensors 14 can be put together. The different embodiments described above can be produced for example by means of such a modular system. Further different embodiments are conceivable, in particular by combining the abovementioned embodiments.
Im
Unterschied dazu zeigen die 18 bis 21 zwei
exemplarische Ausführungsformen für Sensoren 14,
bei denen die jeweilige Membran 1 in den jeweiligen Sensor 14 so
integriert ist, dass sie nicht ohne Zerstörung der Membran 1 und/oder
des Sensors 14 herausnehmbar ist. Bei diesen Ausführungsformen
ist das Gehäuse 15 des jeweiligen Sensors 14 durch
einen Kunststoffkörper 43 gebildet, der unmittelbar
an die Membran 1 angespritzt ist. Die 18 und 19 zeigen
dabei einen beidseitig offenen Differentialdrucksensor 14.
Im Unterschied dazu zeigen die 20 und 21 einen
einseitig offenen Absolutdrucksensor, der in seinem Gehäuse 15 eine
gasdicht verschlossene Kammer 44 enthält. Hierzu
kann beispielsweise der Kunststoffkörper 43 zweiteilig
ausgestaltet sein. Ein ringförmiger Grundkörper 46 wird
an die Membran 1 angespritzt und ein scheibenförmiger
Endkörper 47 kann anschließend mit dem
Grundkörper 46 fest verbunden werden, beispielsweise
durch Verkleben oder Verschweißen. Eine mit unterbrochener
Linie gezeichnete Trennlinie 45 zeigt in 20 eine
mögliche Grenze zwischen dem Grundkörper 46 und
dem Scheibenkörper 47. Die in den 18 bis 21 gezeigten
Ausführungsformen lassen sich besonders preiswert herstellen,
so dass der gesamte Sensor 14 als Einwegteil konzipiert
werden kann.In contrast, the show 18 to 21 two exemplary embodiments for sensors 14 in which the respective membrane 1 in the respective sensor 14 is so integrated that it does not without destruction of the membrane 1 and / or the sensor 14 is removable. In these embodiments, the housing 15 of the respective sensor 14 through a plastic body 43 formed, directly to the membrane 1 is injected. The 18 and 19 show a differential pressure sensor open on both sides 14 , In contrast, the show 20 and 21 a one-sided open absolute pressure sensor in its housing 15 a gastight chamber 44 contains. For this purpose, for example, the plastic body 43 be designed in two parts. An annular body 46 gets to the membrane 1 molded and a disc-shaped end body 47 can subsequently with the main body 46 firmly connected, for example by gluing or welding. A dividing line drawn with a broken line 45 shows in 20 a possible boundary between the main body 46 and the disk body 47 , The in the 18 to 21 shown embodiments can be produced particularly inexpensive, so that the entire sensor 14 can be designed as a disposable part.
Es
ist klar, dass die in den 18 bis 21 gezeigten
Ausführungsformen mit den in den mit Bezug auf die 1 bis 17 beschriebenen
gebauten Ausführungsformen beliebig kombinierbar sind.It is clear that in the 18 to 21 shown embodiments with respect to in the with reference to the 1 to 17 described built embodiments are arbitrarily combinable.
Mit
Bezug auf die 22 bis 25 wird
im Folgenden ein bevorzugtes Herstellungsverfahren näher
erläutert. 22 zeigt eine Kunststofffolie 48, aus
der ein Membrankörper 2 bzw. ein Vielzahl von Membrankörpern 2 hergestellt
werden soll. Im hier gezeigten Beispiel ist die Kunststofffolie 48 so
groß dimensioniert, dass gleichzeitig eine Vielzahl von Membrankörpern 2 bzw.
Membranen 1 hergestellt werden kann. Ebenso ist eine singuläre
Herstellung Membranen 1 bzw. von Membrankörpern 2 denkbar.With reference to the 22 to 25 In the following, a preferred manufacturing method is explained in more detail. 22 shows a plastic film 48 , from which a membrane body 2 or a plurality of membrane bodies 2 to be produced. In the example shown here is the plastic film 48 dimensioned so large that at the same time a variety of membrane bodies 2 or membranes 1 can be produced. Likewise, a singular preparation is membranes 1 or of membrane bodies 2 conceivable.
Die
Kunststofffolie 48 wird zunächst für
eine vorbestimmte Zeit auf eine vorbestimmte Behandlungstemperatur
gebracht. Abhängig vom jeweiligen Kunststoff kann diese
Behandlungstemperatur beispielsweise zwischen 80°C und
150°C liegen. Durch diese thermische Behandlung der Kunststofffolie 48 können
in der Kunststofffolie 48 vorhandene Verspannungen entfernt
werden.The plastic film 48 is first brought to a predetermined treatment temperature for a predetermined time. Depending on the particular plastic, this treatment temperature may be between 80 ° C and 150 ° C, for example. Through this thermal treatment of the plastic film 48 can in the plastic film 48 existing tensions are removed.
Nach
ihrer thermischen Behandlung kann die Kunststofffolie 48,
sofern sie hinreichend abgekühlt ist, gemäß 23 durch
Auftragen eines Polymers mit elektronischen Schaltungen, insbesondere den
Verformungsmessschaltungen 3, versehen werden, die hier
durch Kreuze angedeutet sind. Das Auftragen des Polymers bzw. der
Polymerpaste kann im Dickschichtverfahren, insbesondere im Offsetdruckverfahren
erfolgen. Ebenso sind andere Aufbringverfahren denkbar. Nach dem
Aufbringen der elektronische Schaltungen 3 wird die mit
dem aushärtbaren Polymer versehene Kunststofffolie 48 einer
Einbrennprozedur unterzogen, bei der die Kunststofffolie 48 mit
dem Polymer für eine vorbestimmte Zeit auf eine vorbestimmte
Einbrenntemperatur gebracht wird. Besagte Einbrenntemperatur liegt
unterhalb der weiter oben genannten Behandlungstemperatur. Je nach
Polymer kann die Einbrenntemperatur beispielsweise zwischen 50°C
und 100°C liegen. Beim Einbrennen wir die Polymerpaste
ausgehärtet, wodurch die Schaltungen 3 stabil
werden.After its thermal treatment, the plastic film can 48 if it has cooled sufficiently, in accordance with 23 by applying a polymer with electronic circuits, in particular the deformation measuring circuits 3 , which are indicated here by crosses. The application of the polymer or the polymer paste can be carried out in the thick-film process, in particular in the offset printing process. Likewise, other application methods are conceivable. After applying the electronic circuits 3 becomes the plastic film provided with the curable polymer 48 subjected to a burn-in procedure, in which the plastic film 48 is brought to a predetermined baking temperature with the polymer for a predetermined time. Said baking temperature is below the above treatment temperature. Depending on the polymer, the baking temperature can be, for example, between 50.degree. C. and 100.degree. When baking we cured the polymer paste, causing the circuits 3 become stable.
Entsprechend 24 können
nach dem Einbrennen die einzelnen Membrankörper 2 aus
der Folie 48 generiert werden. Beispielsweise können
die einzelnen Membrankörper 2 durch Stanzvorgänge aus
der Kunststofffolie 48 ausgebracht werden. Ebenso können
die einzelnen Membranen 1 aus der Folie 48 ausgeschnitten
werden, beispielsweise mittels eines Laserschneidverfahrens. Die 24 und 25 symbolisieren
hierbei die Vereinzelung der Kunststofffolie 48 in die
Membranen 1. Die vereinzelten Membranen 1 werden
anschließend an ihren Anschlussbereichen 7 mit
dem Anschlüssen 8 versehen.Corresponding 24 can after burning the individual membrane body 2 from the slide 48 to be generated. For example, the individual membrane body 2 by punching operations from the plastic film 48 be applied. Likewise, the individual membranes 1 from the slide 48 be cut out, for example by means of a laser cutting process. The 24 and 25 symbolize the separation of the plastic film 48 into the membranes 1 , The isolated membranes 1 are subsequently connected to their connection areas 7 with the connections 8th Mistake.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 4211993
A1 [0002] - DE 4211993 A1 [0002]
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- DE 3877170 T2 [0003] - DE 3877170 T2 [0003]