DE29502825U1 - Piezoresistiver Drucksensor oder Druckaufnehmer - Google Patents

Description

181 G 37

Piezoresistiver Drucksensor oder Druckaufnehmer
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Die Erfindung betrifft einen pxezoresistiven Drucksensor oder Druckaufnehmer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Piezoresistive Druckzellen werden millionenfach in unterschiedlichsten Anwendungsfällen eingesetzt.

Insbesondere bei der Druckmessung von aggressiven Medien können die Meßzellen dem aggressiven Medium nicht direkt ausgesetzt werden. Sie werden dazu bevorzugt in einem mit Öl befüllten in einem Gehäuse untergebrachten Druckraum eingebaut. Der zu messende Druck des aggressiven Mediums überträgt sich über die Membran in den die Meßzelle aufnehmenden Druckinnenraum im Gehäuse.

Figuren 4 bis 6 zeigen dabei einen herkömmlichen piezoresistiven Druckaufnehmer zur Druckmessung in aggressiven Medien. Es handelt sich dabei um einen Absolut-Druck-Aufnehmer, der nachfolgend erläutert wird.

Der in Figur 4 und 5 gezeigte piezoresistive Druckaufnehmer umfaßt ein Gehäuse 1 und ein nachfolgend auch als Gehäuse-Vorderteil bezeichnetes Anschlußgehäuse 3, an welchem ein Außengewinde 5 angebracht ist. Ferner umfaßt das Gehäuse 1 ein Übertragungsmembran-Gehäuse 7.

Das Übertragungsmembran-Gehäuse 7 weist eine Sechskant-Schlüsselfläche 9 vergleichbar einer Sechskant-Schraube oder -Mutter auf.
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Das erwähnte Übertragungsmembran-Gehäuse 7 schließt sich in Axialrichtung an das Anschlußgehäuse 3 an und ist mit diesem längs der Schweißnaht 10 verschweißt.

Aus Figur 4 ist ersichtlich, daß dem Übertragungsmembran-Gehäuse 7 eine piezoresistive Druckmeßzelle 13 in einem ölbefüllten Druckraum 15 untergebracht ist, der mittels einer flexiblen Ubertragungsmembran 17 von einem im Anschlußgehäuse 3 vorgesehenen Fluid-Druckraum 19 getrennt ist, in welchem also über eine im Anschlußgehäuse 3 eingebrachte Druckdurchlaßbohrung 20 das unter Umständen aggressive Medium ansteht, dessen Druck gemessen werden soll.

Der ölbefüllte Meßzellen-Druckraum 15 ist gegenüberliegend zur quer zur Axialrichtung des gesamten Gehäuses verlaufenden Übertragungsmembran 17 durch eine sogenannte, einen Stufenabsatz aufweisende Glasdurchführung 21 verschlossen, die nachfolgend auch als Rückplatte bezeichnet wird. Durch 0 die Glasdurchführung 21 sind elektrische Kontaktleiter bzw. Kontaktstifte 23 hindurchgeführt, an denen innenliegend direkt oder beispielsweise über einen eine flexible Leiterbahnen umfassenden Film oder Print 25 die im Meßzellen-Druckraum 15 im Übertragungsmembran-Gehäuse 7 innenliegende Druckmeßzelle 13 elektrisch kontaktiert ist. Die Verwendung eines derartigen Films 25 mit flexiblen Leiter-

bahnen ist in Figur 4 im eingebauten Zustand und in Figur 5 in vergrößerter Detaildarstellung wiedergegeben. In Figur 6 ist dargestellt, daß die elektrischen Verbindungen mittels Gold- oder Aluminiumdrähten 25' von der Mezßzelle zu den Kontaktleitern oder -stiften 23 hergestellt werden kann.

Die elektrischen Anschlüsse an den nach außen, d.h. an den durch die Glasdurchführung 21 nach unten überstehenden Kontaktstiften 23 sind bei dem nach dem Stand der Technik bekannten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4 bis 6 nicht dargestellt.

Zur Verringerung des gesamten Ölvolumens im Druckinnenraum kann bei Bedarf ferner noch ein vorzugsweise die Dichte des Ölmediums aufweisender Verdrängungskörper 27 vorzugsweise aus Keramik eingefügt werden. Dadurch werden temperaturabhängige Volumenänderungen des Ölmediums minimiert.

0 Bei diesem bekannten Druckaufnehmer erfolgt der Einbau der Meßzelle 13 (gegebenenfalls auf der Glasdurchführung 21 sitzend) in das Übertragungsmembran-Gehäuse 7 derart, daß die Glasdurchführung 21 mit der Meßzelle unverschweißt auf das Übertragungsmembran-Gehäuse 7 in dessen stirnseitigen unteren Öffnungsbereich aufgelegt wird, um dann die gesamte Anordnung in einen sogenannten Öltopf zu legen. Der Öltopf wird zunächst evakuiert und dann mit Öl befüllt. Das Öl kann dann in den die Druckmeßzelle 13 aufnehmenden Druckraum 15 eindringen. Wenn der Innenraum mit Öl gefüllt 0 ist, wird die Glasdurchführung 21 im rückwärtigen Meßzellen-Gehäuseabschnitt 7 verschweißt und dadurch der Druck-Innenraum 15 dicht abgeschlossen.

In der Praxis hat sich nämlich gezeigt, daß die höchste Sicherheit bei derartigen Druckaufnehmern dann hergestellt wird, wenn der mit einer inkompressiblen Flüssigkeit (im

gezeigten Ausführungsbeispiel Öl) befüllte Druckinnenraum 15 durch Anwendung eines Schweißverfahrens dauerhaft dicht geschlossen wird.

Die erläuterten nach dem Stand der Technik bekannten Druckaufnehiner bzw. Drucksensoren haben sich in der Praxis durchaus bewährt. Nachteilig sind aber die durchaus vergleichsweise hohen Gestehungskosten für derartige Aufnehmerköpfe, die vor allem zur Druckmessung in aggressiven Medien eingesetzt werden sollen.

Die hohen Gestehungskosten entfallen vor allem auf die Herstellung der mechanischen Teile, d.h. des Gehäuse-Vorderteils und des Meßzellen-Gehäuseabschnittes. Da alle Teile miteinander verschweißt werden müssen, müssen alle Teile in rostfreiem oder schweißbarem Stahl gefertigt werden, wodurch die Material- und Bearbeitungskosten nochmals erhöht werden.

Es ist grundsätzlich zwar bereits aus der DE 26 30 640 B2 bekannt gewesen, beispielsweise zur Kostenerniedrigung die sogenannte Glasdurchführung aus einem Sockelmaterial aus korrosionsbeständigem Weicheisen herzustellen. Allerdings ist bei derartigen Druckmeßzellen-Baueinheiten die Ölbefüllung nicht unter Schweißen der Abdichtung des die Meßzelle aufnehmenden Druckraumes erfolgt, weshalb die anhand der Figuren 4ff beschriebene heutige Generation von Druckaufnehmern der damaligen bei weitem überlegen ist.

0 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher einen piezoresistiven Druckaufnehmer oder Drucksensor zu schaffen, der ebenfalls insbesondere zur Druckmessung in aggressiven Medien eingesetzt werden kann, und der dabei gegenüber den bisher bekannt gewordenen Lösungen deutlich einfacher und/oder kostengünstiger herstellbar ist.

• ·

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 bzw. den im Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Mittels der vorliegenden Erfindung wird in durchaus überraschender Weise die Möglichkeit eröffnet, durch die neuartige Konstruktion die Kosten der mechanischen Teile um bis zu 80% gegenüber herkömmlichen Lösungen zu reduzieren. Dies ergibt eine Kostenreduzierung bezogen auf den gesamten Druckaufnehmer oder Drucksensor von etwa 40%.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion wird dabei ein Druckaufnehmer und Drucksensor geschaffen, der auch zur Druckmessung in aggressiven Medien eingesetzt werden kann, ohne daß dabei gegenüber herkömmlichen Lösungen schlechtere Meßergebnisse erzielt werden oder der Gesamtaufbau weniger beanspruchbar als bei der nach dem Stand der Technik bekannten Lösung wäre.

Die erfindungsgemäße Kostenreduzierung ergibt sich dadurch, daß nunmehr das sogenannte Gehäuse-Vorderteil aus preiswerteren Materialien wie beispielsweise Messing, Berilliumbronze oder ähnlichem hergestellt werden kann, also aus leicht bearbeitbaren Materialien. Dabei kann das Gehäuse einschließlich des das Übertragungsmembran-Gehäuse aufnehmende Anschlußgehäuse aus einem derartigen kostengünstigen Material gebildet sein.

Lediglich im Inneren wird eine den mit Öl befüllten Druckraum begrenzende Hülse aus rostfreiem Material eingelegt, die kostengünstig fertigbar ist. Bevorzugt wird die Hülse durch Ablängen eines entsprechenden Rohres hergestellt. Dadurch entstehen keine Abfälle des teuren Stahlteiles.

Auch die Bearbeitungskosten hierfür müssen als ausgesprochen gering bezeichnet werden.

Durch Verwendung dieses kostengünstigen schweißfähigen Stahlteiles ergibt sich die Möglichkeit, den die Druckmeßzelle aufnehmenden Druckinnenraum durch Verschweißen mit der Rückplatte, also der Glasdurchführung dauerhaft abzudichten.

Der weitere wesentliche erfindungsgemäße Vorteil ist, daß viele Baueinheiten gemeinsam in einem Ölofen miteinander verlötet und anschließend mit Öl befüllt werden können, und daß anschließend die hermetische Abdichtung des mit Öl befüllten Druckraumes unter Aufnahme der Druckmeßzelle durch Schweißen erfolgt. Dabei sind die für den Schweißvorgang benötigten schweißfähigen Materialien auf ein Minimum reduziert.

Die im Gehäuse-Innenraum untergebrachte Übertragungsmembran wird nunmehr mit der aus rostfreiem Material bestehenden Hülse vorzugsweise in einem Hartlot-Prozeß verbunden.

Während des Verlötens, also bei Erreichen der Lot-Temperaturen im Lötofen, kann dann erreicht werden, daß das Lot in allen Spalten, also beispielsweise zwischen Membran und Gehäuse-Vorderteil, zwischen Membran und Hülse, sowie zwischen Gehäuse-Vorderteil xind Hülse fließt.

Die erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt eine Vielzahl von Materialien für das die Meßzelle und den Meßzellen-Druckraum umgebende Aufnehmer-Gehäuse sowie für die darin 0 befindliche Übertragungsmembran. Schwer verlötbare Materialien wie rostfreier Stahl können durch eine Oberflächenbeschichtung beispielsweise mit Nickel leichter lötbar gemacht werden.

Kostengünstige Materialien wie Messing oder Berilliumbronze sind für das Aufnehmer-Gehäuse für viele Anwendungs-

fälle wie beispielsweise beim Einsatz von Klima- oder Kälteanlagen voll ausreichend. Bei besonders kritischen Anwendungen kann deshalb der entsprechende, die aus rostfreiem Stahl bestehende Hülse aufnehmende Ringraum über die Höhe der Übertragungsmembran in Axialrichtung verlängert ausgebildet sein. In dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dann in axialer Verlängerung zur Hülse und den Rand der Übertragungsmembran sandwichartig dazwischen aufnehmend ein Hülsen-Verlängerungsstück untergebracht, so daß zwischen der Übertragungsmembran und dem Material des Aufnehmer-Gehäuses kein unmittelbarer MateriaIkontakt besteht. Dadurch wird die Gefahr möglicher Korrosionen aufgrund unterschiedlicher in Kontakt stehender Materialien ebenfalls ausgeschlossen.

Auch hier können bevorzugt die Verlängerungshülse sowie die eigentliche den Druckraum umgebende Hülse und der zwischen den angrenzenden Stirnseiten eingelegte Rand der Übertragungsmembran miteinander verschweißt sein.

Darüber hinaus ist in einer Weiterbildung der Erfindung auch noch die Verwendung von einem oder mehreren O-Ringen zur Erzielung einer weiteren Abdichtungwirkung möglich.

In einer bevorzugt alternativen Ausführungsform kann unter Umständen ein Gehäuse verwendet werden, das aus nicht schweißfähigen Materialien bestehenden Gehäuseteilen durch Löten verbunden ist. Diese miteinander verlöteten Gehäuse bilden ebenfalls einen Druckinnenraum beispielsweise unter 0 Aufnahme einer Druckmeßzelle oder im Falle eines Referenzdruckmessers, wobei dann der Druckinnenraum über eine entsprechende Verbindungsleitung mit der Meßzelle in Verbindung steht. Eine dauerhafte Abdichtung des mit Öl befüllten Innenraums erfolgt dann mittels eines schweißfähigen Rohrstutzens, der in eine entsprechende Bohrung im Gehäuse eingelötet ist und der nach dem Befüllen mit dem

Öl mittels eines schweißfähigen Pfropfens verschlossen werden kann.

Die Erfindung bietet somit die Möglichkeit während des Herstellungsprozesses nicht nur kostengünstige nichtschweißfähige Materialien zu verwenden, sondern vor allem auch diese bevorzugt in einem Lötvorgang miteinander fest und sicher zu verbinden. Dadurch werden nicht nur materialbedingt, sondern auch herstellungsbedingt deutliche Kostenvorteile erzielt, da Lötverfahren in einem Lötofen zu mehreren hundert Stück gleichzeitig durchgeführt werden können, wobei anschließend dann die entsprechenden Drukkinnenräume mit Öl befüllt werden können. Sowohl bei der eingangs genannten wie bei der zuletzt genannten Lösung sind preisgünstige Möglichkeiten geschaffen, den mit Öl befüllten Druckraum dann endgültig durch Schweißen abzudichten. Die hierfür benötigten teuren schweißfähigen Materialien sind dabei aber sowohl bezüglich ihres quantitativen Anteils am Gesamtgehäuse wie im Hinblick auf ihren konstruktiven, d.h. insbesondere formgestalterischen Bearbeitungsaufwandes gegenüber herkömmlichen Lösungen stark minimiert und vereinfacht.

Das erfindungsgemäße Konstruktionsprinzip ist aber nicht auf den Anwendungsfall eines Druckaufnehmers oder Drucksensors für die Absolutdruckmessung eingeschränkt. Das erfindungsgemäße Konstruktionsprinzip kann vom Grundsatz her gleichermaßen auch für einen Drucksensor und Druckaufnehmer zur Messung eines Referenz- oder Differenzdrukkes eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren noch weiter erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:

5 Figur 1 : eine schematische axiale Längsschnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen

Druckaufnehmer bzw. Drucksensor zur Messung eines Absolutdruckes;

Figur 2 : eine axiale Schnittdarstellung vergleichbar zur Figur 1 für den Fall eines erfin

dungsgemäßen Druckaufnehmers bzw. Drucksensors zur Messung eines Differenzdrukkes;

Figur 3 : eine vergrößerte Detaildarstellung im Axialschnitt einer auf einer Glasdurchführung sitzenden Meßzelle;

Figur 4 : einen nach dem Stand der Technik bekannter Druckaufnehmer teilweise im Axialschnitt;

Figur 5 : eine vergrößerte Detaildarstellung zur

Verdeutlichung des Anschlusses der Druckmeßzelle an den Kontaktierungsstiften ge-

0 maß dem nach Figur 4 bekannten Stand der

Technik; und

Figur 6 : eine zu Figur 5 abweichende Anordnung der Meßzelle auf der Glasdurchführung nach dem Stand der Technik.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren 1 bis 3 im weiteren erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen, wie in den nach dem Stand der Technik bekannten Druckaufnehmern gemäß den Figuren 4 bis 5, gleiche Teile betreffen.

Im ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckaufnehmers oder Drucksensors gemäß Figur 1 umfaßt dieser im Gegensatz zu den bekannten Druckaufnehmern gemäß den Figuren 4 bis 6 ein Gehäuse 1 mit einem Anschlußgehäuse 3, welches das Übertragungsmembran-Gehäuse 7 über-

greift. Dabei besteht das Anschlußgehäuse aus kostengünstigem, nicht schweißbaren Material wie Messing, Berilliumbronze und dergleichen, also aus Materialien, die leicht bearbeitbar sind. Die Ubertragungsmembran kann aus beliebigen geeigneten Materialien, insbesondere aus schweißfähigem Stahlmaterial zur Erhöhung des Korrosionsschutzes bestehen.

Im Bereich des Übertragungsmembran-Gehäuses 7 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 eine innenseitig nach unten hin offene Ringausnehmung 31 in das Gehäuse 1 eingearbeitet, in welches eine Druckkammer-Hülse 3 3 aus rostfreiem Material eingelegt ist. Diese Hülse kann sehr kostengünstig gefertigt werden und mit dem Rohr mit den entsprechenden Dimensionen abgelängt werden.

Figur 1 umfaßt dabei zwei leicht abgewandelte Ausführungsbeispiele, wobei das eine Ausführungsbeispiel rechts von der Zentralachse dargestellt ist. Nachfolgend wird zu-0 nächst auf die Ausführungsvariante rechts von der Zentralachse eingegangen.

An den die Axiallänge der Ringausnehmung 33 und damit der darin eingelegten Druckkammerhülse 33 begrenzenden Stufenabsatz 35 des Gehäuses 1 ist die Übertragungsmembran 17 gelegt. Das Gehäuse 1 im Bereich des Stufenabsatzes 35, die Meßmembran 15 und die Druckkammerhülse 33 sind in einem Hartlot-Prozeß miteinander verbunden. Das dazu benötigte Lot wird während der Herstellung des Druckaufnehmers als dünne Rondelle 37 am umlaufenden Rand der Übertragungsmembran 17 und dem Stufenabsatz 35 des Gehäuses 1 gelegt. Die gesamte Anordnung wird dann in einen Lötofen gegeben. Sobald die Löttemperatur erreicht ist, fließt das Lot in alle Spalten, also zwischen die Übertragungsmembran 17 und dem angrenzenden Materialabschnitt des Gehäuses 1, also der Wand des Stufenabsatzes 35, zwischen die Über-

tragungsmembran 17 und die Druckkammerhülse 33, sowie zwischen die zylindrische Innenwandung des Gehäuses 1 im Bereich der eingearbeiteten Ringausnehmung 31 und der angrenzenden Außenwandung der darin eingesetzten Druckkammerhülse 33.

Damit die Glasdurchführung 21 nach dem Einbau nicht durch mögliche thermische Spannungen beschädigt wird, wird die Druckkammerhülse 33 bevorzugt mit einer ausreichenden Wandungsdicke hergestellt und verwendet, wobei gegebenenfalls zudem ein in ausreichender axialer Tiefe vorgesehener Ringspalt 39 am unteren stirnseitigen Ende des Gehäuses 1 im Meßzellen-Gehäuseabschnitt 5 innenseitig eingebracht ist, so daß ein Spaltabstand zu einem umlaufenden Zylindermantelabschnitt der Druckkammerhülse 33 in ausreichender Axiallänge vorhanden ist.

Ebenso wie das Gehäuse 1 kann auch die Übertragungsmembran 17 aus einer Vielzahl unterschiedlicher Materialien herge-0 stellt sein. Schwer verlötbare Materialien wie rostfreier Stahl können durch eine Oberflachenbeschichtung wie Nickel leichter lötbar gemacht werden.

In Figur 1 ist auf der Axialschnittdarstellung eine weitere Abwandlung gezeigt, die einen nochmals verbesserten Korrosionsschutz umfaßt.

Bei der Abwandlung in Figur 1 auf der linken Seite der Zentralachse ist die Ringausnehmung 31 über die Höhe der 0 Übertragungsmembran 17 hinaus verlängert ausgebildet. Dort ist unter sandwichartiger Aufnahme des umlaufenden Randes der Übertragungsmembran 17 in Verlängerung der Druckkammerhülse 33 noch eine Verlängerungshülse 43 vorgesehen, die ebenfalls aus rostfreiem Material gefertigt ist, vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Druckkammerhülse 33 und/oder die Übertragungsmembran 17. Die Über-

tragungsmembran 17, die Druckkammer hülse 33 und die Verlängerungshülse 43 werden vor der Montage im Gehäuse 1 miteinander verscheißt. Die so vorbearbeitete und verschweißte Einheit kann dann in die verlängerte Ringausnehmung 31 von der unteren Stirnseite her in das Gehäuse 1 eingeschoben und dann, wie vorstehend erläutert, mit dem Gehäuse 1 verlötet werden. In diesem Fall ist eine entsprechende aus Lot bestehende Rondelle 37 an dem stirnseitigen Hülsenring der Verlängerungshülse 43 benachbart zu dem nunmehr höher liegenden Stufenabsatz 35 an der Innenwandung des Gehäuses 1 vor dem Verlöten gelegt.

Auch wenn unterschiedliche Materialien für das Gehäuse 1 und die Verlängerungshülse 43 verwendet werden, so können aufgrund der unterschiedlichen Materialien hier eventuell bestehende Korrosionen die eigentliche Druckmeßzelle und vor allem die Druckmeßmembran nicht oder praktisch nicht beeindrucken.

0 Wie in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 linksliegend zur Axialachse eingezeichnet ist, kann ferner auch noch zumindest ein O-Ring 47 als Dichtungsschutz vorgesehen sein. Dieser kann beispielsweise in einer in der Ringausnehmung 31 von innen her in das Material des Gehäuses 1 eingearbeiteten Ringnut 45 eingelegt sein, der dann eine zusätzliche Dichtwirkung in entsprechender Höhe am Umfangsmantel zur Druckkammerhülse 33 bewirkt. Die aus der Druckkammerhülse 33, der Verlängerungshülse 43 und der Membran 17 bestehende und durch Verschweißen miteinander 0 gebildete Einheit kann in diesem Falle unter Umständen nur

unter Verwendung des O-Ringes 47 in die Zylinderausnehmung eingesetzt werden, wobei die Einheit dann beispielsweise durch einen Seegerring 49 oder durch eine andere geeignete mechanische Maßnahme in Position gehalten wird.
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Alternativ und abweichend können aber die Druckkammerhülse

33 und die Verlängerungshülse 43 auch an ihren aufeinander zu weisenden stirnseitigen Kontaktbereich unter zumindest teilweiser sandwichartiger Aufnahme des Randes der Übertragungsmembran 17 nicht verschweißt, sondern ebenfalls miteinander verlötet werden. Die Verlötung erfolgt dabei bevorzugt in eingebautem Zustand, um gleichzeitig die Verlötung auch zur Innenwandung des Außen- oder Anschlußgehäuses 3 zu bewerkstelligen.

Anhand von Figur 2 und 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eines Druckaufnehmers bzw. Drucksensors gezeigt, mittels dessen auch Differenz- oder Referenzdrücke gemessen werden können.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist in einer entsprechenden Ringausnehmung 31 im Gehäuse 1 eine Druckkammerhülse 33 entsprechend eingebaut und mit dem Rand der Übertragungsmembran zum Stufenabsatz 35 des Gehäuses 1 verlötet. Auch hier kann abweichend von der zeichnerischen 0 Darstellung noch eine Verlängerungshülse 43 zur Verbesserung des Korrosionschutzes vorgesehen sein, wenn im Gehäuseinnenraum 7 eine über die Höhe der Übertragungsmembran hinausgehende Ringausnehmung 31 im Gehäuse 1 eingearbeitet ist.

Gemäß der zeichnerischen Darstellung nach Figur 2 und 3 weist hier die vorzugsweise in Form einer Glasdurchführung 21 ausgebildete Rückplatte 21 eine Lochdurchführung 51, auf, in welche ein Röhrchen 53 dicht eingefügt, vorzugsweise eingeklebt ist.

Abweichend zu dem in Figur 1 dargestellten Gehäuse 1 ist am Gehauseaußenumfang, beispielsweise in Höhe des die Meßzelle aufnehmenden und mit Öl befüllbaren Druckraumes 15 ein weiteres Außengewinde 55 vorgesehen, auf welchem ein Fixierring 57 mit einem an seiner unteren Stirnseite

vorgesehenen und nach innen radial vorstehenden Ringflansch 59 festdrehbar ist.

Der Ringflansch 59 hintergreift in axialer Verlängerung zum Röhrchen 53 ein entsprechendes mit einem radial nach außen vorstehenden Ringflansch 61 versehenes Differenzdruck-Gehäuseteil 63, welches durch Festdrehen des Fixierringes fest in axialer Verlängerung mit dem Anschlußgehäuse 3 verbunden werden kann.

Wenn es sich bei der Messung des Differenzdruckes nicht um ein aggressives Medium handelt, ist der Aufbau derart, daß in axialer Verlängerung sich an das Differenzdruck-Gehäuseteil 63 ein Gehäuse-Unterteil 65 anschließt, welches sich über einen stirnseitigen Stufenansatz 67 stirnseitig an das Differenzdruck-Gehäuseteil 63 anschließt.

In Höhe des Stufenabsatzes ist in diesem Ausführungsbeispiel eine weitere Membran 69 so eingebaut, daß der Rand der Membran 69 wiederum sandwichartig zwischen den betreffenden Stirnseitenabschnitten des Differenzdruck-Gehäuseteils 63 und des Gehäuse-Unterteils 65 zu liegen kommt.

Sowohl das Differenzdruck-Gehäuseteil 63 wie das Gehäuse-Unterteil 65 und die Meßmembran 69 können dabei wieder aus leicht bearbeitbaren und gegebenenfalls kostengünstigen Materialien hergestellt und in einem Lötprozeß miteinander verlötet werden, wobei bei Durchführung des Lötprozesses im Lötofen das Lot wiederum zwischen die Meßmembrane 69 und das Differenzdruck-Gehäuseteil 63 sowie den stirnseitigen Gehäuse-Unterteils 65 fließt und dort eine gesamte Abdichtung bewirkt.

Der Zusammenbau des in Figur 2 und 3 gezeigten Differenzdruck- oder Referenzdruck-Aufnehmers erfolgt derart, daß im Gegensatz zum Ausführungsbexspiel nach Figur 1 die

Glasdurchführungsdrähte 23 kürzer gestaltet sind oder gekürzt werden, wobei an deren durch die Glasdurchführung nach unten überstehenden freien Enden flexible Leiterbahnen 73 an Lötpunkten 75 angelötet werden. Das Differenzdruck-Gehäuseteil 63 verfügt über eine Aussparung 77, durch die die Leiterbahnen 73 nach außen geführt sind. Das aus dem Differenzdruck-Gehäuseteil 63 und dem Gehäuse-Unterteil 65 bestehende Referenzdruck-Gehäuse 62 wird in axialer stirnseitiger Verlängerung an der Unterseite des zur Messung des Primärdruckes vorgesehenen Gehäuses 1 angebaut. Dabei wird zuvor an der dem Anschlußgehäuse 3 gegenüberliegenden Stirnseite des Differenzdruck-Gehäuseteils 63 in einer dort ausgebildeten flachen Vertiefung ein O-Ring 79 eingelegt. Der O-Ring 79 umgibt das in den Meßzellen-Innenraum führende und zur Messung des Referenzdruckes benötigte Röhrchen 53, welches zudem von einem Koaxialrohr 81 umgeben ist, welches das Röhrchen 53 im gezeigten Ausführungsbeispiel in Axialrichtung axial überragt. Das Koaxialrohr 81 sitzt dabei in einer entsprechenden Axialbohrung im Differenzdruck-Gehäuseteil 63, worüber eine Verbindung zu dem mit Öl befüllbaren und durch die zweite Übertragungsmembran begrenzten Druckraum 83 besteht.

Der erwähnte O-Dichtring 79 dichtet die mit Öl befüllbare Druckkammer 83 ab.

Mit dem erwähnten Fixierring 57 wird dann das Referenzdruckgehäuse 62 gegenüber dem primären Gehäuse 1 fixiert, 0 wobei der Fixierring 3 0 auf das Außengewinde 55 zunehmend weiter und fester aufgedreht wird.

Damit die als elektrische Verbindung zur Meßzelle benötigten und erwähnten flexiblen Leiterbahnen 73 beim mechanisehen Fixieren und Festdrehen des Fixierringes 57 nicht beschädigt werden, ist am Außenumfang des Differenzdruck-

Gehäuseteils 63 eine Fläche oder Ausnehmung 85 weggefräst, in die beim Festdrehen des Fixierringes 57 mittels Werkzeugen die nach außen radial überstehenden flexiblen Leiterbahnen 73 zu deren Schutz weggebogen werden können.
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Die so vorbereitete Halbfertigkonstruktion wird dann in den bereits erwähnt Öltopf gelegt, evakuiert und Öl in die Referenzdruckkammer 83 eingelassen, wozu der ra-diale Befüllungskanal 87 mit dem darin eingesetzten Stahlrohr-Anschluß 89 vorgesehen ist, der mit dem Material des Differenzdruck-Gehäuseteils 63 ebenfalls verlötet ist.

Die Verlötung des aus schweißfähigem Material gebildeten Stahlrohr-Anschlusses 89 erfolgt ebenfalls gleichzeitig mit dem Verlöten der Membran 69 bzw. dem Verlöten des Differenzdruck-Gehäuseteils 63 mit dem Gehäuse-Unterteil 65.

Wenn der Referenzdruckkammer-Raum 83 mit öl befüllt ist 0 (wobei das Öl bis in das Innere der Meßzelle 13 fließt), wird die Ölabfüllöffnung 87 mit einem Zapfen 91, d.h. einem Verschlußzapfen 91 geschlossen und abgedichtet. Da der Zapfen 91 wie der Stahlrohreinsatz 89 aus schweißfähigem Material besteht, können beide optimal miteinander verschweißt werden.

Außenliegende Leiterbahnen 93 können dann an den außen freiliegenden Enden der nach innen in das Gehäuse führenden flexiblen Leiterbahnen 73 angelötet werden.
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Claims (12)

181 G 37 Ansprüche; 15

1. Piezoresistiver Drucksensor oder Druckaufnehmer mit den folgenden Merkmalen

- mit einer Druckmeßzelle (13),

- mit einem die Druckmeßzelle (13) aufnehmenden und mit einem vorzugsweise aus Öl bestehendem Druckübertragungsmedium befüllten Übertragungsmembran-Gehäuse (7), welches aus einem Mantelgehäuseabschnitt, einer Übertragungsmembran (17) und einer vorzugsweise als Glasdurchführung ausgebildeten und von von der Druckmeßzelle (13) ausgehenden Kontaktleitern (23) durchsetzten Rückplatte (21) besteht,

- und mit einem meßmembranseitig vorgesehenen Anschlußgehäuse (3) mit einem meßmembranseitig liegenden Fluid-Druckraum (19)

0 gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale:

- der Mantelgehäuseabschnitt des Übertragungsmembran-Gehäuses (7) umfaßt eine Druckkammerhülse (33),

- die Druckkammerhülse (33) und die Rückplatte (21) bestehen aus schweißfähigem Stahl,

- das Übertragungsmembran-Gehäuse (7) und damit die Druckkammerhülse (33) sind dichtend in einer Ringausnehmung (31) im Anschlußgehäuse (3) eingesetzt oder einsetzbar,

- das Anschlußgehäuse (3) besteht aus nicht oder nicht gut schweißfähigem Material, und

- die Druckkammerhülse (33) und die Rückplatte (21) sind unter gedichteten Abschluß des in dem dadurch gebildeten Meßzellen-Druckinnenraum (15) vorgesehenen Druckübertragungs-Medium dauerhaft dicht verschweißt.

2. Piezoresistiver Drucksensor oder Druckaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmembran (17) und die Druckkammerhülse (33) miteinander verlötet sind.

3. Piezoresistiver Drucksensor oder Druckaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsmembran (17) und die Druckkammerhülse (33) insbesondere an ihrem an der Übertragungsmembran (17) zugewandt liegenden und mit dieser in Verbindung stehenden Stirnringfläche mit einem ringförmigen Stufenabsatz (35) im Innenraum des Anschlußgehäuses (3) und/oder mit ihrer Außenumfangsflache zumindest teilweise mit der angrenzenden zylindrischen Innenwand des Anschlußgehäuses (3) verlötet sind.

4. Piezoresistiver Drucksensor oder Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in axialer Verlängerung der Druckkammerhülse (33) unter sandwichartiger Aufnahme des Randes der Übertragungsmembran (17) eine Verlängerungshülse (43) vorgesehen ist, und daß die aus Verlängerungshülse (43), der Übertragungsmembran (17) und der Druckkammerhülse (33) gebildete Einheit in eine entsprechende Ringausnehmung (31) im Anschlußgehäuse (3) dichtend eingebaut ist.

5. Piezoresistiver Drucksensor oder Druckaufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit aus Druckkammerhülse (33), Übertragungsmembran (17) und Ver-

längerungshülse (43) in der entsprechenden Ringausnehmung (31) im Anschlußgehäuse (3) mit diesem verlötet sind.

6. Piezoresistiver Drucksensor oder Druckaufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit aus

Druckkammerhülse (33), Übertragungsmembran (17) und Verlängerungshülse (43) miteinander verschweißt und als verschweißte Einheit in der Ringausnehmung (31) im Anschlußgehäuse (3) dichtend eingesetzt ist.
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7. Piezoresistiver Drucksensor oder Druckaufnehmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verschweißte Einheit aus Druckkammerhülse (33), Übertragungsmembran (17) und Verlängerungshülse (43) in der entsprechenden durch Stufenabsatz (35) stirnseitig begrenzten Ringausnehmung (3.1) mit dem Anschlußgehäuse (3) verlötet ist.

8. Piezoresistiver Drucksensor oder Druckaufnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verschweißte Einheit aus Druckkammerhülse (33), Übertragungsmembran (17) und Verlängerungshülse (43) mittels eines zumindest in Höhe der Druckkammerhülse (33) umlaufend in einer im Material des Anschlußgehäuses (3) eingebrachten Ringnut vorgesehenen O-Ringes (37) abgedichtet ist.

9. Piezoresistiver Drucksensor oder Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungshülse (43) aus einem abgelängten Rohrmaterial besteht.

10. Piezoresistiver Drucksensor oder Druckaufnehmer insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das eine mit Druckübertragungsmedium befüllte und gegebenenfalls eine Druckmeßzelle (13) aufnehmende oder mit der Druckmeßzelle (13) in Verbindung stehende Gehäuse (62) aus nicht schweißfähigem Material

besteht, daß das Gehäuse (62) einschließlich einer gegebenenfalls* vorgesehenen Membran (69) mittels Löten verschlossen ist, und daß in dem Gehäuse ein zur Gehäuseinnenseite führender Befüllungskanal (87) vorgesehen ist, in welchem ein Anschlußstutzen (89) eingelötet ist, der aus schweißfähigem Material besteht und mittels eines aus schweißfähigem Material bestehenden Verschluß-Zapfens (91) verschließbar ist.

11. Piezoresistiver Drucksensor oder Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einem Befüllungskanal (87) versehene Gehäuse (62) als Referenz- oder Differenzdruck-Gehäuse (62) ausgebildet ist, welches in axialer Verlängerung zu dem Anschlußgehäuse (3) sitzt und mittels einer Fixiereinrichtung (59) mit diesem fest verbunden ist.

12. Piezoresistiver Drucksensor oder Druckaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite der Druckmeßzelle (13) mit einem die Rückplatte (21) durchsetzenden Röhrchen mit dem im Referenzdruckgehäuse (62) ausgebildeten Druckraum (83) in Verbindung steht.