本發(fā)明涉及一種壓力傳感器以及一種用于制造該壓力傳感器的方法。

背景技術(shù)：

1、壓力傳感器應(yīng)用于各種技術(shù)應(yīng)用中。文獻(xiàn)wo2006/032152a1展示了一種用于測量注塑模具或內(nèi)燃機(jī)的壓力室中的當(dāng)前壓力的壓力傳感器。該壓力傳感器具有殼體、柱塞和測量元件。殼體具有殼體內(nèi)腔，柱塞和測量元件布置在該殼體內(nèi)腔中。柱塞相對(duì)于測量元件具有遠(yuǎn)端柱塞端部和近端柱塞端部。柱塞通過近端柱塞端部與測量元件處于有效連接中。壓力傳感器可以通過殼體緊固在壓力室壁的孔中。在壓力傳感器緊固于孔中的狀態(tài)下，遠(yuǎn)端柱塞端部從殼體出來伸入到壓力室中。待測壓力從遠(yuǎn)端柱塞端部傳遞到近端柱塞端部并作用在測量元件上。

2、在注塑模具中，壓力室中的介質(zhì)是由塑料、金屬等形成的液態(tài)熔體，或者在內(nèi)燃機(jī)中是燃料-空氣混合物。該介質(zhì)可以具有幾百攝氏度的溫度和幾百巴的壓力。為了使壓力傳感器在測量壓力時(shí)具有高靈敏度，柱塞被相對(duì)于殼體可運(yùn)動(dòng)地布置，這通過殼體與柱塞之間的間隙實(shí)現(xiàn)。并且為了防止介質(zhì)通過間隙進(jìn)入殼體內(nèi)腔并在那里損壞或破壞測量元件，文獻(xiàn)wo2006/032152a1教導(dǎo)了在間隙中布置金屬環(huán)形膜，該金屬環(huán)形膜通過焊接連接附接在柱塞和殼體上并密封間隙。

3、然而，環(huán)形膜的焊接連接也形成了力旁路(kraftnebenschluss)，一部分待測量的壓力會(huì)通過該力旁路從柱塞到達(dá)殼體，并因此使得壓力傳感器測量壓力時(shí)的靈敏度降低。特別是在超過1000bar的高壓下，為了確保較長的使用壽命，環(huán)形膜被設(shè)計(jì)得很厚并因此形成明顯的力旁路。與殼體和柱塞焊接連接的環(huán)形膜也形成一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，并在壓力測量過程中被激發(fā)而產(chǎn)生振動(dòng)，這種振動(dòng)可能會(huì)使壓力測量失真。最后，環(huán)形膜在殼體與柱塞之間的間隙中的焊接連接地點(diǎn)是焊接工具難以到達(dá)的，這使得完成焊接連接變得復(fù)雜而昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的第一目的是提供一種壓力傳感器，其以高靈敏度和高精度測量待測壓力。特別地，該壓力傳感器應(yīng)能夠以高靈敏度和高精度測量超過1000bar的高壓。本發(fā)明的另一目的是提供一種簡單且低成本地制造該壓力傳感器的方法。

2、本發(fā)明的至少一個(gè)上述目的通過根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。

3、本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，其具有殼體、柱塞單元和測量元件；殼體具有殼體內(nèi)腔，并且柱塞單元和測量元件布置在該殼體內(nèi)腔中；柱塞單元具有遠(yuǎn)端柱塞端部和近端柱塞端部，遠(yuǎn)端柱塞端部被布置為在壓力傳感器的縱軸線上比近端柱塞端部更遠(yuǎn)離測量元件，遠(yuǎn)端柱塞端部從殼體伸出，并且近端柱塞端部與測量元件有效連接并將殼體外部的介質(zhì)壓力傳遞到測量元件；其中壓力傳感器具有套筒，套筒緊固在殼體上；其中套筒和遠(yuǎn)端柱塞端部彼此隔開一間隙；并且其中，壓力傳感器具有至少一個(gè)密封元件，該密封元件通過密封擠壓(dichtpressung)的方式密封該間隙以防止介質(zhì)去往殼體內(nèi)腔。

4、本發(fā)明還涉及一種用于制造壓力傳感器的方法，該壓力傳感器具有殼體、柱塞單元和測量元件；殼體具有殼體內(nèi)腔，并且柱塞單元和測量元件被布置在殼體內(nèi)腔中；柱塞單元具有遠(yuǎn)端柱塞端部和近端柱塞端部，遠(yuǎn)端柱塞端部被布置為在壓力傳感器的縱軸線上比近端柱塞端部更遠(yuǎn)離測量元件，并且遠(yuǎn)端柱塞端部從殼體伸出，并且近端柱塞端部與測量元件有效連接并將殼體外部的介質(zhì)壓力傳遞到測量元件；其中，在第一方法步驟中，提供殼體和具有柱塞單元和測量元件的傳感器單元，并將殼體沿著縱軸線推到柱塞單元上并且放置到傳感器單元上；在第二方法步驟中，提供至少一個(gè)密封元件，并將密封元件沿著縱軸線推到遠(yuǎn)端柱塞端部上并放置在殼體上；并且在第三方法步驟中，提供套筒并將該套筒沿著縱軸線推到遠(yuǎn)端柱塞端部上并放置在密封元件和殼體上，套筒和遠(yuǎn)端柱塞端部彼此間隔開一間隙，并且該密封元件通過密封擠壓的方式密封該間隙以防止介質(zhì)去往殼體內(nèi)腔。

5、與文獻(xiàn)wo2006/032152a1的教導(dǎo)不同的是，本發(fā)明在密封柱塞與殼體之間的間隙時(shí)避免了力旁路。對(duì)間隙的密封是通過密封擠壓來實(shí)現(xiàn)，由此使得待測量壓力從柱塞基本完全傳遞到測量元件，實(shí)現(xiàn)了壓力測量的高靈敏度和高精度。

6、本發(fā)明優(yōu)選地?cái)U(kuò)展方案將在下文中給出。

7、在一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，密封元件是圓環(huán)面形的并且由彈性密封材料構(gòu)成，例如彈性體、特別是氟彈性體或全氟彈性體，或者橡膠、特別是丙烯腈-丁二烯橡膠。

8、與文獻(xiàn)wo2006/032152a1的教導(dǎo)的另一區(qū)別在于，由彈性材料制成的密封元件不是振動(dòng)系統(tǒng)，振動(dòng)系統(tǒng)在壓力測量過程中可能會(huì)被激發(fā)而振動(dòng)，這種振動(dòng)可能會(huì)使壓力測量失真。避免了這種振動(dòng)能夠高靈敏度和高精度地實(shí)現(xiàn)壓力測量。

9、在另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，在第三方法步驟中，通過將套筒關(guān)于縱軸線圍繞密封元件安放在殼體上，在套筒的徑向內(nèi)側(cè)和殼體上形成凹槽。

10、這種用于容納密封元件的凹槽制造簡單且成本低廉。

11、在另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，凹槽具有多個(gè)凹槽壁；其中該多個(gè)凹槽壁對(duì)布置在凹槽中的密封元件進(jìn)行預(yù)擠壓(vorpressung)；并且其中，間隙中的壓力除了預(yù)擠壓之外，還作為壓力擠壓(druckpressung)作用于密封元件，該預(yù)擠壓和該壓力擠壓共同形成密封擠壓(dichtpressung)。

12、通過預(yù)擠壓和壓力擠壓的這種二級(jí)密封，確保了即使在低壓下也不會(huì)有介質(zhì)通過間隙進(jìn)入殼體內(nèi)腔并在那里損壞或破壞測量元件。這種使密封元件預(yù)緊的凹槽制造簡單且成本低廉。

13、在另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，凹槽的橫截面是矩形、三角形、梯形、圓形或半圓形。

14、通過橫截面的這些不同幾何形狀，可以調(diào)節(jié)凹槽壁施加在圓環(huán)面形密封元件上的預(yù)擠壓的程度。對(duì)于具有給定尺寸的密封元件，與相對(duì)于縱軸線直的凹槽壁相比，相對(duì)于縱軸線傾斜的凹槽壁或者相對(duì)于縱軸線朝向套筒或殼體中隆起的圓形凹槽壁能夠?qū)崿F(xiàn)更強(qiáng)的預(yù)擠壓。因此，壓力傳感器即使在超過1000巴的高壓下也可以工作，而介質(zhì)不會(huì)通過間隙進(jìn)入殼體內(nèi)腔。不同幾何形狀的凹槽制造簡單且成本低廉。

15、在另一種優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，柱塞單元具有預(yù)緊套筒和預(yù)緊體；其中近端柱塞端部融入(übergeht)預(yù)緊套筒中；其中預(yù)緊套筒包圍一預(yù)緊套筒空間，在該預(yù)緊套筒空間中布置有測量元件；其中預(yù)緊套筒的背對(duì)近端柱塞端部的一端通過材料配合的預(yù)緊套筒-預(yù)緊體-連接緊固在預(yù)緊體上；并且其中，測量元件在機(jī)械預(yù)緊下沿縱軸線布置在近端柱塞端部與預(yù)緊體之間。

16、通過該擴(kuò)展方案防止了源自壓力傳感器被緊固在壓力室的壁中的機(jī)械應(yīng)力從殼體傳遞到測量元件，并且可能導(dǎo)致壓力測量失真。防止這種機(jī)械應(yīng)力的傳遞可以增加壓力測量的靈敏度和精度。

技術(shù)特征：

1.一種壓力傳感器(1)，具有殼體(20)、柱塞單元(11)和測量元件(12)；所述殼體(20)具有殼體內(nèi)腔(20.3)，并且所述柱塞單元(11)和所述測量元件(12)被布置在所述殼體內(nèi)腔(20.3)中；所述柱塞單元(11)具有遠(yuǎn)端柱塞端部(11.1)和近端柱塞端部(11.2)，所述遠(yuǎn)端柱塞端部(11.1)被布置為在所述壓力傳感器(1)的縱軸線(a)上比所述近端柱塞端部(11.2)離所述測量元件(12)更遠(yuǎn)，并且所述遠(yuǎn)端柱塞端部(11.1)從所述殼體(20)伸出，并且所述近端柱塞端部(11.2)與所述測量元件(12)處于有效連接中并將所述殼體(20)外部的介質(zhì)(m)的壓力(p)傳遞到所述測量元件(12)上；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器(1)，其特征在于，所述密封元件(40)是圓環(huán)面形的并且由彈性密封的材料構(gòu)成，例如彈性體、特別是氟彈性體或全氟彈性體，或者橡膠、特別是丙烯腈-丁二烯橡膠。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓力傳感器(1)，其特征在于，所述密封元件(40)具有圓環(huán)面形密封體(40.1)和圓環(huán)面形開口(40.2)，所述圓環(huán)面密封體(40.1)包圍所述圓環(huán)面形開口(40.2)；以及所述遠(yuǎn)端柱塞端部(11.1)穿過所述圓環(huán)面形開口(40.2)伸出。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的壓力傳感器(1)，其特征在于，所述套筒(30)和所述殼體(20)關(guān)于所述縱軸線(a)在徑向內(nèi)側(cè)形成凹槽(50)；并且所述密封元件(40)被布置在所述凹槽(50)中。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力傳感器(1)，其特征在于，所述凹槽(50)具有多個(gè)凹槽壁(50.1，50.2，50.3)；所述凹槽壁(50.1，50.2，50.3)對(duì)布置在所述凹槽(50)中的密封元件(40)進(jìn)行預(yù)擠壓；并且，所述間隙(30.4)中的壓力(p)除了所述預(yù)擠壓之外，還作為壓力擠壓作用于所述密封元件(40)，所述預(yù)擠壓和所述壓力擠壓形成密封擠壓。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓力傳感器(1)，其特征在于，所述殼體(20)具有遠(yuǎn)端殼體端部(20.1)和近端殼體端部(20.2)，所述遠(yuǎn)端殼體端部(20.1)被布置為沿著所述縱軸線(a)比所述近端殼體端部(20.2)離所述測量元件(12)更遠(yuǎn)；所述套筒(30)具有遠(yuǎn)端套筒端部(30.1)和近端套筒端部(30.2)，所述遠(yuǎn)端套筒端部(30.1)被布置為沿著所述縱軸線(a)比所述近端套筒端部(30.2)離所述測量元件(12)更遠(yuǎn)；并且，所述凹槽(50)被布置在所述遠(yuǎn)端殼體端部(20.1)和所述近端套筒端部(30.2)的區(qū)域中。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓力傳感器(1)，其特征在于，所述凹槽(50)具有多個(gè)凹槽壁(50.1，50.2，50.3)，其中至少一個(gè)凹槽壁(50.1，50.2)是所述近端套筒端部(30.2)的一部分，并且其中至少一個(gè)凹槽壁(50.2，50.3)是所述遠(yuǎn)端殼體端部(20.1)的一部分。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的壓力傳感器(1)，其特征在于，所述凹槽(50)的橫截面是矩形、或三角形、或梯形、或圓形、或半圓形。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的壓力傳感器(1)，其特征在于，所述柱塞單元(11)具有預(yù)緊套筒(11.3)和預(yù)緊體(11.5)；所述近端柱塞端部(11.2)融入所述預(yù)緊套筒(11.3)中；所述預(yù)緊套筒(11.3)包圍預(yù)緊套筒空間(11.4)，所述測量元件(12)布置在所述預(yù)緊套筒空間(11.4)中；所述預(yù)緊套筒(11.3)的背對(duì)所述近端柱塞端部(11.2)的端部緊固在所述預(yù)緊體(11.5)上；并且其中，所述測量元件(12)在機(jī)械預(yù)緊下沿所述縱軸線(a)被布置在所述近端柱塞端部(11.2)與所述預(yù)緊體(11.5)之間。

10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的壓力傳感器(1)，其特征在于，所述壓力傳感器(1)能夠通過所述殼體(20)緊固在壓力室(c)的壁部(w)的孔(h)中；所述壓力室(c)布置在注塑模具或內(nèi)燃機(jī)中；并且所述壓力(p)在50bar至5000bar的范圍內(nèi)。

11.一種用于制造壓力傳感器(1)的方法，所述壓力傳感器具有殼體(20)、柱塞單元(11)和測量元件(12)；所述殼體(20)具有殼體內(nèi)腔(20.3),并且所述柱塞單元(11)和所述測量元件(12)被布置在所述殼體內(nèi)腔(20.3)中；所述柱塞單元(11)具有遠(yuǎn)端柱塞端部(11.1)和近端柱塞端部(11.2)，所述遠(yuǎn)端柱塞端部(11.1)被布置為在所述壓力傳感器(1)的縱軸線(a)上比所述近端柱塞端部(11.2)離所述測量元件(12)更遠(yuǎn)，并且所述遠(yuǎn)端柱塞端部(11.1)從所述殼體(20)伸出，并且所述近端柱塞端部(11.2)與所述測量元件(12)處于有效連接中，并將存在于所述殼體(20)外部的介質(zhì)(m)的壓力(p)傳遞到所述測量元件(12)上；

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在所述方法的第一步驟中，安放在所述預(yù)緊體(11.5)上的所述殼體(20)通過殼體-預(yù)緊體-連接部(20.5)緊固在所述預(yù)緊體(11.5)上；所述殼體-預(yù)緊體-連接部(20.5)關(guān)于所述縱軸線(a)在徑向外側(cè)被布置在所述殼體(20)和所述預(yù)緊體(11.5)上。

13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，在所述方法的第三步驟中，通過將所述套筒(30)關(guān)于所述縱軸線(a)圍繞所述密封元件(40)地安放在所述殼體(20)上，在所述套筒(30)的徑向內(nèi)側(cè)和所述殼體(20)上形成凹槽(50)。

14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述方法的第三步驟中，所述密封元件(40)被所安放的套筒(30)和所述殼體(20)預(yù)擠壓。

15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述方法的第三步驟中，安放在所述殼體(20)上的所述套筒(30)通過套筒-殼體-連接部(30.3)緊固在所述殼體(20)上，所述套筒-殼體-連接部(30.3)關(guān)于所述縱軸線(a)在徑向外側(cè)被布置在所述套筒(30)和所述殼體(20)上。

技術(shù)總結(jié)
一種壓力傳感器(1)，具有殼體(20)、柱塞單元(11)和測量元件(12)；殼體具有殼體內(nèi)腔(20.3)，柱塞單元和測量元件被布置在殼體內(nèi)腔中；柱塞單元具有遠(yuǎn)端柱塞端部(11.1)和近端柱塞端部(11.2)，遠(yuǎn)端柱塞端部被布置為沿壓力傳感器的縱軸線(A)比近端柱塞端部離測量元件更遠(yuǎn)，并且遠(yuǎn)端柱塞端部從殼體伸出，并且近端柱塞端部與測量元件處于有效連接中并將存在于殼體外部的介質(zhì)(M)的壓力(P)傳遞到測量元件；壓力傳感器具有套筒(30)，套筒緊固在殼體上；套筒和遠(yuǎn)端柱塞端部通過間隙(30.4)彼此間隔開；壓力傳感器具有至少一個(gè)密封元件(40)，密封元件通過密封擠壓密封間隙以防止介質(zhì)去往殼體內(nèi)腔。

技術(shù)研發(fā)人員：F·馮布呂歇爾,M·黑勒,J·赫夫勒,S·布蘭登伯格
受保護(hù)的技術(shù)使用者：基斯特勒控股公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15