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Die
Erfindung betrifft einen Drucksensor zur statischen und/oder dynamischen
Druckmessung, mit einem Gehäuse
und mit einer Druckmeßzelle,
die einen Grundkörper
und eine mit dem Grundkörper verbundene
Membran aufweist, wobei eine Seite der Membran direkt oder indirekt
mit dem zu überwachenden
Medium in Berührung
steht und die Membran im Betrieb eine dem Druck des Mediums proportionale
Auslenkung erfährt,
die mittels eines auf der anderen Seite der Membran angeordneten
elektromechanischen Wandlers, insbesondere mittels mindestens eines
DMS-Widerstandes, erfaßbar
ist, wobei auf der dem Medium abgewandten Seite der Membran mindestens
ein Abstützelement
mit einem Abstand von der Membran angeordnet bzw. so ausgebildet
ist, daß die
Membran bei Überlast
an dem Abstützelement
oder an Teilen des Abstützelements zumindest
teilweise anliegt.
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Drucksensoren
werden zur Überwachung und
Messung des Systemdrucks in hydraulischen und pneumatischen Applikationen
eingesetzt. Ein Einsatzbereich solcher Drucksensoren ist beispielsweise
die Lebensmittelindustrie, in der der Druck verschiedener Medien,
insbesondere verschiedener Flüssigkeiten überwacht
oder gemessen wird. Dabei gibt es je nach Anwendungsgebiet eine
Vielzahl unterschiedlicher Ausführungsvarianten,
wobei sich der Aufbau und die Auslegung der Drucksensoren in Abhängigkeit
des erwarteten maximalen Nenndrucks des zu überwachenden Mediums unterscheiden.
Neben der "normalen" Beanspruchung des
Drucksensors, insbesondere der Druckmeßzelle, durch den Nenndruck
des zu überwachenden
Mediums treten in vielen Einsatzbereichen häufig auch kurzzeitige Überdrücke auf,
die wesentlich größer als
der maximale Nenndruck des Mediums sind. Ein solcher Überdruck
kann in der Lebensmittelindustrie beispielsweise dann auftreten,
wenn ein Behälter,
in dem normalerweise Milch gelagert wird, mit einer Flüssigkeit
mit hohem Druck gereinigt wird.
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Bekannte
Drucksensoren weisen üblicherweise
eine kapazitive, zylindrische Druckmeßzelle auf, die aus einem Grundkörper und
einer Membran besteht, die durch ein Verbindungsmaterial, z. B.
ein Hartlot, in einem definierten Abstand voneinander gehalten und
miteinander hermetisch dicht verbunden sind.
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Die
mit Elektroden beschichteten Innenflächen der Membran und des Grundkörpers bilden
einen Meßkondensator,
dessen Kapazität
von der Durchbiegung der Membran abhängt und somit ein Maß für den an
der Membran anliegenden Druck ist. In der Praxis werden meist Druckmeßzellen
aus Keramik eingesetzt, da keramische Druckmeßzellen eine hohe Meßgenauigkeit
aufweisen, die über
sehr lange Zeit stabil bleibt. Auf der dem Medium abgewandten Seite
weist die Druckmeßzelle
eine elektronische Schaltung auf, die die Kapazität des Meßkondensators
in ein druckabhängiges
elektrisches Signal umwandelt und über elektrische Anschlußleitungen einer
weiteren Verarbeitung oder einer Anzeige zugänglich macht.
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Neben
diesen Drucksensoren, die ein kapazitives Meßprinzip aufweisen, bei denen
als elektromechanischer Wandler also zwei Elektroden verwendet werden,
gibt es auch Drucksensoren, die Dehnmeßstreifen (DMS) oder druckempfindliche
Widerstände
bzw. DMS-Widerstände
aufweisen. Bei diesen Drucksensoren sind die DMS-Widerstände auf der
dem Medium abgewandten Seite der Membran aufgebracht, wobei der
Widerstandswert der DMS-Widerstände von
der Durchbiegung der Membran abhängt
und somit ebenfalls ein Maß für den an der
Membran anliegenden Druck ist. Bei derartigen Drucksensoren bzw.
Druckmeßzellen
ist somit ein separater, der Membran gegenüberliegender Grundkörper meßtechnisch
nicht erforderlich. Drucksensoren bzw. Druckmeßzellen mit DMS-Widerständen gibt
es daher auch in monolithischer Ausführungsform, bei der der Grundkörper und
die Membran einstückig
ausgeführt
sind. Dabei befindet sich dann die Membran in der Regel auf der
dem Medium abgewandten Seite des Grundkörpers, der im Bereich der Membran
eine sacklochartige Bohrung aufweist. Der Grundkörper hat somit eine topfförmige Gestalt,
wobei der Boden des Topfes von der Membran gebildet wird und die
offene Seite des Topfes dem Medium zugewandt ist.
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Unabhängig von
der Art des Meßprinzips
des Drucksensors besteht bei den bekannten Drucksensoren das Problem,
daß die
Membran bei den eingangs beschriebenen Überdrücken mechanisch beschädigt werden
kann. Dieses Problem wird in der Praxis bisher dadurch gelöst, daß die Dicke
der Membran entsprechend vergrößert wird.
Da der Berstdruck, d. h. der Druck, bei dem die Membran mechanisch
zerstört
wird, u.a. von der Dicke der Membran abhängt, kann durch eine Erhöhung der
Dicke der Membran der maximale Berstdruck auf einfache Art und Weise
ebenfalls erhöht
werden. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß mit der Erhöhung der
Dicke der Membran gleichzeitig die Auslenkung der Membran bei Nenndruck,
d.h. bei dem von dem Drucksensor zu messenden Druck des Mediums,
verringert wird. Somit wird im Stand der Technik die Erhöhung des
Berstdrucks der Membran bisher durch eine Verringerung der Meßgenauigkeit,
d.h. der maximalen Auflösung
des Drucksensors, erkauft.
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Aus
der
DE 42 05 264 A1 ist
ein Druckmeßgerät bekannt,
bei dem die Membran innerhalb des Sensorgehäuses axial beweglich angeordnet
ist. Das bekannte Druckmeßgerät soll neben
der Abgabe eines elektrisch verarbeitbaren Drucksignals auch in der
Lage sein, eine Schaltfunktion zu übernehmen, wobei die Druckmessung
erst nach Ausführung
der Schaltfunktion erfolgt. Die Membran besteht aus einem Einspannrand,
einer Membransicke aus Elastomer und der Druckmeßmembran aus Metall oder Keramik.
Bei dem bekannten Druckmeßgerät wird die Membran
zunächst
aufgrund der Elastizität
der Membransicke axial verschoben, wobei die axiale Auslenkung der
Membran durch ein Auflager begrenzt wird. Erst nach dieser vorgegebenen
axialen Auslenkung der Membran kommt es aufgrund des Druckes des Mediums
zu einer Durchbiegung der Membran. Die Auflager dienen dabei nicht
zur Begrenzung der Durchbiegung der Membran bei Überlast sondern zur Begrenzung
der gewollten axialen Verschieblichkeit der Membran.
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Die
DE 26 11 494 OS offenbart
einen eingangs beschriebenen Drucksensor, mit einem über ein
Gewindeelement einstellbaren Abstützelement. Zur Verbesserung
der Betriebssicherheit ist bei dem bekannten Druckwandler eine spezielle
Membranausbildung vorgesehen, wobei die Membran einen konzentrischen
napfförmigen,
steiferen Abschnitt aufweist. Um eine Beschädigung der auf der Membran
angeordneten Dehnmeßstreifen
zu verhindern, werden dabei die Dehnmeßstreifen auf der äußeren Ringfläche der
Membran angeordnet während
das eine ebene Fläche
aufweisende Abstützelement
lediglich mit dem versteiften, napfförmigen mittleren Abschnitt
der Membran zusammenwirkt. Bei diesem bekannten Drucksensor wird
somit in bekannter Weise der Bereich der größten Auslenkung der Membran durch
eine Vergrößerung der
Dicke der Membran verstärkt.
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Aus
der
DE 197 16 521
A1 ist ein eingangs beschriebener Drucksensor bekannt,
wobei der Drucksensor entweder als kapazitiver Drucksensor oder
als piezoresistiver Drucksensor ausgebildet ist.
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Auch
aus der
DE 697 07
386 T2 ist ein Druckwandler mit einer DMS-Widerstände aufweisenden
Membran bekannt, bei dem die Unterseite des Trägers als mechanischer Anschlag
für die
Membran dient.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen eingangs beschriebenen
Drucksensor zur Verfügung
zu stellen, der einerseits eine große Überlast- bzw. Berstfestigkeit aufweist, andererseits
auch ein möglichst
großes
Meßsignal
zur Verfügung
stellt und damit eine möglichst
große
Auflösung
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Drucksensor dadurch gelöst, daß die Dicke
der Membran derart verringert ist, daß die Membran bei einem vorgegebenen Überdruck
mechanisch beschädigt
würde,
wenn kein Abstützelement vorhanden
wäre, und
daß das
Abstützelement
Aussparungen für
den elektromechanischen Wandler aufweist.
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Die
Erfindung geht somit im Vergleich zum Stand der Technik einen völlig anderen
Weg. Anstelle die Dicke der Membran zur Erhöhung der Berstfestigkeit zu
vergrößern, wird
bei dem erfindungsgemäßen Drucksensor
die Dicke der Membran bewußt
verringert. Anstelle einer Membrandicke von typischerweise 0,5 mm
bei einem Nenndruck von 25 bar wird nun erfindungsgemäß die Dicke
der Membran beispielsweise auf 0,3 mm reduziert. Die Reduzierung
der Dicke der Membran führt
zunächst – gewollt – zu einer größeren Durchbiegung
der Membran bei gleichem Druck des Mediums und damit zu einem größeren Meßsignal.
Gleichzeitig verringert sich jedoch die Berstfestigkeit der Membran,
d.h. der Druck, bei dem die Membran irreparabel beschädigt wird.
Dieser eigentliche Nachteil wird jedoch dadurch kompensiert, daß auf der
dem Medium abgewandten Seite der Membran ein Abstützelement
angeordnet ist. Dabei weist das Abstützelement einen solchen Abstand
von der Membran auf bzw. ist so ausgebildet, daß die Membran bei Überlast
an dem Abstützelement
oder an Teilen des Abstützelements
zumindest teilweise anliegt. Es wird also die aufgrund der geringeren
Dicke der Membran bei Überlast
normalerweise auftretende – zur
Zerstörung
der Membran führende – Durchbiegung
dadurch verhindert, daß sich
die Membran vorher an dem Abstützelement
abstützt,
wodurch die maximale Durchbiegung der Membran auf einen Wert begrenzt
wird, bei dem es noch nicht zu einer Zerstörung der Membran kommt. Gleichzeitig wird
jedoch dadurch, daß das
Abstützelement
so angeordnet bzw. ausgebildet ist, daß die Membran erst bei Überlast
an dem Abstützelement
anliegt verhindert, daß durch
das Abstützelement
der Meßwert
im Nenndruckbereich verfälscht
wird.
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Gemäß der Erfindung
weist das Abstützelement
dabei Aussparungen für
den elektromechanischen Wandler auf und bevorzugt darüber hinaus weitere
Aussparungen für
auf der dem Medium abgewandten Seite der Membran angeordnete Leiterbahnen
auf. Dadurch wird verhindert, daß es zu einer Beschädigung der
elektromechanischen Wandler, bei denen es sich insbesondere um DMS-Widerstände handelt,
sowie der Leiterbahnen kommt, wenn die Membran bei Überdruck
an dem Abstützelement
anliegt. Weist das Abstützelement
Aussparungen auf, so führt
dies dazu, daß nur
einzelne Bereiche der Membran – an
denen sich keine DMS-Widerstände oder
Leiterbahnen befinden – an
Teilen des Abstützelements
bei Überlast
anliegen.
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Es
gibt nun grundsätzlich
verschiedene Möglichkeiten – die für sich im
Stand der Technik bereits bekannt sind – die Druckmeßzelle auszubilden.
Bei der ersten Alternative sind der Grundkörper und die Membran zwei an
sich separate Bauteile, die über
ein zwischen dem Grundkörper
und der Membran angeordnetes Verbindungsmittel miteinander verbunden sind.
Bei der zweiten Alternative ist die Druckmeßzelle monolithisch ausgebildet,
d.h. der Grundkörper und
die Membran sind einstückig
ausgeführt.
Dabei befindet sich dann die Membran auf der dem Medium abgewandten
Seite des Grundkörpers,
wobei der Grundkörper
im Bereich der Membran eine sacklochartige Bohrung aufweist, wodurch
die Membran direkt oder indirekt mit dem zu überwachenden Medium in Berührung steht.
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Bei
der ersten Alternative der Ausgestaltung der Druckmeßzelle,
bei der also der Grundkörper
und die Membran an sich zwei separate Bauteile sind, wird vorteilhafterweise
das Abstützelement
durch den Grundkörper
selber gebildet, nämlich
durch die der Membran zugewandten Seite des Grundkörpers. Um
nun zu ermöglichen,
daß sich
die Membran bei Überlast
an dem Grundkörper
bzw. an Teilen des Grundkörpers
abstützt,
ist die Dicke des Verbindungsmaterials, bei dem es sich insbesondere
um ein Glaslot handelt, verringert. Durch die Verringerung der Dicke
des Glaslot wird also dafür
gesorgt, daß die
zuvor beschriebene Bedingung erfüllt
wird, daß sich
nämlich
die Membran bei einem bestimmten Druck, der größer als der Nenndruck jedoch
kleiner als der Berstdruck ist, an der als Abstützelement dienenden Seite des
Grundkörpers
abstützt.
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Bei
der zweiten Alternative der Ausgestaltung der Druckmeßzelle,
bei der es sich also um eine monolithische Druckmeßzelle handelt,
ist das Abstützelement
als zusätzliches
Bauteil ausgebildet, daß auf
der dem Medium abgewandten Seite des Grundkörpers bzw. auf der dem Medium
abgewandten Seite der Membran angeordnet ist. Bei der Realisierung der
Erfindung mit einer monolithischen Druckmeßzelle wird also ein zusätzliches
Bauteil als Abstützelement
verwendet, wobei das Abstützelement
mit dem Medium nicht in Berührung
kommt, so daß das
Abstützelement
aus einem Material hergestellt werden kann, daß zwar eine ausreichende Härte zur
Gewährleistung
der Funktionen der Abstützung
aufweist, jedoch nicht beständig
gegenüber
aggressiven Medien sein muß,
mit denen die Membran in Berührung
kommen kann.
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Vorteilhafter
Weise weist das Abstützelement
ein insbesondere kreisringförmige
Kontaktfläche
auf, an der sich der Rand der Druckmeßzelle bzw. des Grundkörpers abstützt. Dadurch
wird auf einfache Art und Weise gewährleistet, daß die Druckmeßzelle zumindest
bei Nenndruck nicht vollflächig an
dem Abstützelement
anliegt, so daß es
zu der gewollten Durchbiegung der Membran bei Nenndruck kommen kann.
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Im
einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Drucksensor auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch
1 nachgeordneten Patentansprüche,
andererseits auf die Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele in
Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 eine
vereinfachte Darstellung einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Drucksensors,
im Schnitt,
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2 eine
perspektivische Darstellung einer Druckmeßzelle gemäß der ersten Ausführung, im noch
nicht montierten Zustand,
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3 eine
weitere perspektivische Darstellung einer Druckmeßzelle gemäß der ersten
Ausführung,
im noch nicht montierten Zustand,
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4 eine
Seitenansicht der Druckmeßzelle gemäß 2,
im noch nicht montierten Zustand,
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5 eine
vereinfachte Darstellung einer zweiten Ausführung des erfindungsgemäßen Drucksensors,
im Schnitt,
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6 eine
perspektivische Darstellung einer Druckmeßzelle gemäß der zweiten Ausführung, im noch
nicht montierten Zustand,
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7 eine
andere perspektivische Darstellung einer Druckmeßzelle gemäß der zweiten Ausführung, im
noch nicht montierten Zustand und
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8 eine
Seitenansicht der Druckmeßzelle gemäß den 6 und 7,
im noch nicht montierten Zustand.
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Die 1 und 5 zeigen
zwei verschiedene Ausführungsformen
eines Drucksensors 1 mit einem Gehäuse 2 und einer Druckmeßzelle 3,
wobei in den 2 bis 4 bzw. 6 bis 8 verschiedene
Ausführungsformen
der Druckmeßzelle 3 dargestellt
sind. Bei der ersten Ausführung
der Druckmeßzelle 3,
die in den 1 bis 4 dargestellt
ist, weist die Druckmeßzelle 3 einen
Grundkörper 4 und
eine separate Membran 5 auf, die jedoch im montierten Zustand
der Druckmeßzelle 3 durch ein
Verbindungsmaterial mit dem Grundkörper 4 verbunden ist.
Die 5 bis 8 zeigen eine monolithische
Druckmeßzelle 3,
bei der der Grundkörper 4 und
die Membran 5 einstückig
ausgeführt
sind.
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Allen
Ausführungsformen
ist jedoch gemeinsam, daß die
Membran 5 so in dem Drucksensor 1 angeordnet ist,
daß sie
mit einer Seite 6 direkt oder indirekt mit dem zu überwachenden – hier nicht
dargestellten – Medium
in Berüh rung
kommt. Dadurch erfährt
die Membran 5 eine dem Druck des Mediums proportionale
Auslenkung, die mittels auf der anderen – dem Medium abgewandten – Seite 7 der
Membran 5 angeordneter DMS-Widerstände 8 erfaßt wird und
mit Hilfe einer – hier
nicht dargestellten – elektronischen
Schaltung in ein proportionales Ausgangsignal umgewandelt wird.
Anstelle der hier nur dargestellten DMS-Widerstände 8 können auch
andere elektromechanische Wandler eingesetzt werden, insbesondere
Dehnmeßstreifen,
wobei grundsätzlich auch
eine Auswertung der Auslenkung der Membran 5 mit Hilfe
eines kapazitiven Meßprinzips
erfolgen kann, wobei als elektromechanischer Wandler dann mindestens
zwei Elektroden verwendet werden.
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Erfindungsgemäß ist nun
die Dicke 9 der Membran 5 verringert und auf der
dem Medium abgewandten Seite 7 der Membran 5 mindestens
ein Abstützelement 10 bzw. 10' angeordnet.
Bei der in den 1 bis 4 dargestellten
Ausführungsform
der Druckmeßzelle 3 wird
das Abstützelement 10 durch den
Grundkörper 4 gebildet,
während
bei der in den 5 bis 8 dargestellten
Ausführungsform
der monolithischen Druckmeßzelle 3 das
Abstützelement 10' ein zusätzliches
Bauteil ist.
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Wie
in 2 zu erkennen ist, weist das Abstützelement 10 und
damit der Grundkörper 4 mehrere
Aussparungen 11 auf, die so ausgebildet sind, daß beim Anliegen
der Membran 5 an dem Abstützelement 10 bzw.
an dem Grundkörper 4 die
DMS-Widerstände 8 in
die Aussparungen 11 eintauchen, so daß es nicht zu einer Beschädigung der
DMS-Widerstände 8 bei Überdruck
kommt. Neben diesen Aussparungen 11 können auch weitere – hier nicht
dargestellte – Aussparungen
für Leiterbahnen 12 vorgesehen
sein, die auf der dem Medium abgewandten Seite 7 der Membran 5 aufgebracht
sind. Solche weiteren Aussparungen sind insbesondere dann vorteilhaft,
wenn die Leiterbahnen 12 als Dickschicht-Leiterbahnen ausgebildet
sind, die in der Regel eine Dicke von ca. 10 bis 30 μm aufweisen.
Werden dagegen Gold-Resinat-Leiterbahnen
verwendet, die nur eine Dicke von ca. 1 μm aufweisen, so sind die zuvor genannten
zusätzlichen
Aussparungen nicht erforderlich.
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Wie
den 1 bis 4 zu entnehmen ist, dient als
Abstützelement 10 insbesondere
die der Membran 5 zugewandte Seite 13 des Grundkörpers 4.
Der richtige Abstand zwischen der Membran 5 und dem Abstützelement 10,
d.h. der Seite 13 des Grundkörpers 4, wird durch
ein Lot 14 realisiert, das darüber hinaus die feste Verbindung
von Grundkörper 4 und
Membran 5 gewährleistet.
Als Lot 14 wird dabei insbesondere ein Glaslot verwendet,
wobei das Lot 14 kreisringförmig ausgebildet ist, so daß über das Lot 14 der
Rand des Grundkörpers 4 bzw.
die äußere Fläche der
Seite 13 des Grundkörpers 4 mit
dem Rand bzw. der äußeren Fläche der
Seite 7 der Membran 5 verbunden wird, während die
mittlere Fläche der
Membran 5, die als Meßfläche 15 dient,
einen definierten Abstand zum Grundkörper 4 aufweist. Dadurch
ist eine dem Druck des zu messenden Mediums proportionale Auslenkung
der Membran 5 bzw. der Meßfläche 15 der Membran 5 gewährleistet.
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Der
Abstand zwischen der Membran 5 und dem Grundkörper 4 bzw.
der Seite 13 des Grundkörpers 4 und
damit dem Abstützelement 10 ist
nun so gewählt,
daß einerseits
bei maximalem Nenndruck eine entsprechende Auslenkung der Membran 5 möglich ist,
ohne daß die
Membran 5 an dem Abstützelement 10 anlegt,
andererseits es bei einem Überdruck,
der geringer als der Berstdruck ist, zu einer gewollten Anlage der
Membran 5 an dem Abstützelement 10 kommt.
Vorteilhafterweise ist der Abstand so gewählt, daß es etwa bei dem 1,2 bis 1,5-fachen
des maximalen Nenndrucks zu einem Anliegen der Membran 5 an
dem Abstützelement 10 kommt.
Dadurch ist gewährleistet,
daß es
zum einen nicht zu einer Beeinflussung der Auslenkung der Membran 5 und
damit des Meßwertes
des Drucksensors 1 innerhalb des Nenndruckbereichs kommt,
andererseits eine so große
Durchbiegung der Membran 5, die zu einer Zerstörung der
Membran 5 führen
würde,
verhindert wird.
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Der
zuvor ausführlich
beschriebene Abstand zwischen der Membran 5 und dem Abstützelement 10 wird
bei der Ausführungsform
gemäß dem 1 bis 4 durch
eine Verringerung der Dicke 16 des Lots 14 realisiert.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Drucksensoren 1 weist
das Lot 14 eine so große
Dicke 16 auf, daß ein
Anliegen der Membran 5 an dem Grundkörper 4 bewußt verhindert
wird. Während
im Stand der Technik das Lot 14 meist eine Dicke von ca.
30 bis 50 μm
aufweist wird bei dem erfindungsgemäßen Drucksensor 1 die
Dicke 16 des Lots 14 auf ca. 10 bis 20 μm verringert.
Dadurch und durch die Verringerung der Dicke 9 der Membran 5 ist gewährleistet,
daß es
bei Überdruck überhaupt
zu einem Anliegen der Membran 5 an dem Abstützelement 10 kommen
kann.
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Bei
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drucksensors 1 beträgt die Dicke 17 des
Grundkörpers 4 beispielsweise 6
mm, die Dicke 9 der Membran 5 beispielsweise 0,25
mm, die Dicke des Lots 14 ca. 0,01 mm, die Höhe 18 der
DMS-Widerstände 8 ca.
0,02 mm und die Tiefe 19 der Aussparungen 11 ca.
0,4 mm.
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Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Drucksensors 1 gemäß den 5 bis 8,
bei dem die Druckmeßzelle 3 als monolithische
Druckmeßzelle 3 ausgebildet
ist, der Grundkörper 4 und
die Membran 5 also einstückig ausgeführt sind, weist der Grundkörper 4 im
Bereich der Membran 5 eine sacklochartige Bohrung 20 auf, durch
die die Membran 5, die auf der dem Medium abgewandten Seite 21 des
Grundkörpers 4 angeordnet
ist, mit dem Medium in Berührung
steht. Bei dieser Ausgestaltung der Druckmeßzelle 3 ist nun auf der
dem Medium abgewandten Seite 21 des Grundkörpers 4 das
Abstützelement 10' angeordnet,
das als zusätzliches
Bauteil ausgebildet ist. Damit ist gleichzeitig auch das Abstützelement 10' auf der dem Medium
abgewandten Seite 7 der Membran 5 angeordnet,
so daß sich
die Membran 5 bei Überlast
an dem Abstützelement 10' abstützen kann.
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Der
erforderliche Abstand zwischen der Membran 5 bzw. der Meßfläche 15 der
Membran 5 und dem Abstützelement 10' ist hierbei
zum einen dadurch realisiert, daß das Abstützelement 10' eine kreisringförmige Kontaktfläche 22 aufweist,
an der sich der Rand der Druckmeßzelle 3 bzw. des
Grundkörpers 4 abstützt und
innerhalb dieser kreisringförmigen
Kontaktfläche 22 eine
großflächige Aussparung 11 vorgesehen
ist, die die gewollte Durchbiegung der Membran 5 ermöglicht.
Die Abstützung
der Membran 5 bzw. der Meßfläche 15 der Membran 5 bei Überlast
erfolgt nun durch Abstützsegmente 23, die
innerhalb der Kontaktfläche 22 so
angeordnet sind, daß die
Abstützsegmente 23 auch
bei Überlast nicht
mit den DMS-Widerständen 8 oder
mit Leiterbahnen 12 in Berührung kommen, so daß es nicht
zu einer Zerstörung
der DMS-Widerstände 8 bzw.
der Leiterbahnen 12 kommen kann.
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Wie
in den 6 und 7 zu erkennen ist, sind innerhalb
der Kontaktfläche 22 des
Abstützelements 10' durchgehende
Bohrungen 24 vorgesehen, so daß auch in montiertem Zustand
der Druckmeßzelle 3 im
Gehäuse 2 des
Drucksensors 1 die Seite 7 bzw. einzelne Bereiche
der Seite 7 der Membran 5 von der dem Meßmedium
abgewandten Seite 25 des Drucksensors 1 zugänglich sind,
so daß im
eingebauten Zustand der Druckmeßzelle 3 beispielsweise ein
Laserabgleich an einem auf der Seite 7 der Membran 5 angebrachten
Widerstand möglich
ist.
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Bei
der in 8 dargestellten Ausführungsform der Druckmeßzelle 3 bzw.
des Abstützelements 10' beträgt die Dicke 17 des
Grundkörpers 4 ebenfalls
ca. 6 mm, die Dicke 9 der Membran 5 beispielsweise
0,25 mm, die Höhe 18 der
DMS-Widerstände 8 ca.
0,02 mm, die Tiefe 19 der Aussparung 11 ca. 0,2
mm und die Höhe 26 der
Abstützsegmente 23 beispielsweise
0,012 mm.
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Der
Grundkörper 4 und
die Membran 5 bestehen vorzugsweise aus einer Keramik,
insbesondere aus Aluminiumoxid, können jedoch auch aus einem
Glas, einem Quarz oder einem Saphir hergestellt werden. Für das Abstützelement 10' wird vorzugsweise
ein Kunststoff, insbesondere PES oder PEEK oder eine Keramik verwendet
wobei das Abstützelement 10' auch als Isolierung
zwischen den elektrischen Anschlüssen
der Druckmeßzelle 3,
beispielsweise den Leiterbahnen 12, und dem Gehäuse 2 dient.