專利名稱：壓力傳感裝置,特別是用于汽車技術的壓力傳感裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有權利要求1的前序部分的特征的壓力傳感裝置，特別是用于汽車技術的壓力傳感裝置。
已經知道，壓力傳感裝置有很多種的構造形式并且在汽車技術中例如作為傳感元件用于監控發動機的油壓或制動壓力。
這類壓力傳感裝置通常包括外殼，外殼具有用于需要監控其壓力的壓力介質的輸入孔，由此，壓力介質通過輸入孔送入被容納在外殼中的壓力測量單元中。壓力傳感裝置的外殼可以例如在其前區有一外螺紋，它用于將壓力傳感裝置擰入被監控的系統的相應的具有內螺紋的凹座中。
由于特別是在汽車技術中，在抵抗腐蝕介質和粗暴的環境條件的同時，要求有一高的長期穩定性，因此在此處特別要用到一個所謂的與介質分開的壓力傳感裝置，此時，需要監控其壓力的壓力介質不與傳感元件本身接觸，而是將傳感元件放置在被容納在壓力傳感裝置的外殼中的壓力測量單元中。
為了與介質分開，采用了一個分隔膜，它密封地封閉壓力測量單元的進入孔并作用有被監控的壓力介質。作用在分隔膜上的壓力將通過一壓力傳遞介質傳至包含在壓力測量單元的壓力傳感器本身上。在已知的壓力測量單元或壓力傳感裝置中，采用硅油作為壓力傳遞介質。分隔膜通常做成厚度較小的彈簧鋼(Edelstahl)箔并與壓力測量單元的外殼例如用激光焊接焊在一起。在焊接以后，通過一充填小管將其中裝有壓力傳感器本身的壓力測量單元的內部空間灌以硅油。
不過，這類例如從“SENSORMAGAZIN(傳感器雜志)4/89,16～19頁”知道的壓力測量單元，由于有分隔膜的焊接過程和通過充填小管的充灌過程，因此有一復雜的結構，它導致相當高的制造費用。復雜的結構使之通常要求，這類壓力測量單元必須作為可工作的成品元件由一OEM(原裝設備)制造商安裝，而最終的使用者例如一汽車制造商則不能對這類測量單元的結構設計產生影響。
從“SENSORREPORT(傳感器報告)5/1994,22～24頁”知道有另一種與介質分開的壓力測量單元，其中，膜由彈膠體如EPDM(乙烯-丙烯三聚物橡膠)、Viton或FVMO做成。在此壓力測量單元中，膜做成壺形，此時，壺底用作分隔膜本身，而膜則以其壺壁的向外彎曲的邊緣被夾緊在壓力測量單元的兩個外殼部分之間。壓力測量單元的內部空間重新灌以硅油，以作為壓力傳遞介質。
不過，壓力測量單元的這類構形有這樣的缺點，即為了安裝與固定分隔膜，測量單元的外殼的結構比較復雜，而分隔膜同樣有比較復雜的結構。同樣，這種結構類型還要求，這種壓力測量單元由制造商可工作(作為成品)地供應。
從本技術的現狀出發，本發明的目的為，制造一種壓力傳感裝置，特別是一種用于汽車技術的壓力傳感裝置，它具有簡單的結構形式并且因此可用較少的制造費用實現。
本發明用權利要求1的特征實現該目的。
本發明從這樣的認識出發，即通過分隔膜在壓力測量單元外殼的外表面之間的簡單夾緊并由此使壓力傳感裝置的外殼本身的內表面配合作用，實現壓力傳感裝置的非常簡單而價廉的結構。此外，可以放棄迄今所走過的途徑，按照該途徑，首先要完全可工作地做出壓力測量單元本身，而且只在最后才在一構形合適的壓力傳感裝置的外殼中做以用于壓力介質的輸入孔和用于傳感器本身的連接觸點。
在本發明的優選實施形式中，測量單元外殼做有一通孔，該孔的一個口是用分隔膜密封的進入孔，另一個口則用于將載體與設置在其上的壓力傳感器安裝在一起。對此，載體可以例如作為一具有連接銷的TO(定時斷開)外殼來形成，在載體上裝有傳感器本身。該傳感器可以按傳統的方式例如作為硅膜形成，該硅膜具有一體的壓力電阻效應的半導體電阻。在本發明的優選的實施形式中，分隔膜用合成材料最好為聚酰胺做成。
分隔膜在傳感裝置的未安裝狀態最好為平的箔。由此可以得到這樣的優點，即制造分隔膜所需的費用特別低。
在本發明的優選的實施形式中，用于夾緊分隔膜的合作的測量單元外殼的外表面和壓力傳感裝置的內表面基本做成平直的。由此可以得到這樣的優點，即在同樣與用于壓力介質的輸入孔連接的壓力傳感裝置的外殼的相應的凹座中，只放入分隔膜并接著插入壓力測量單元，該分隔膜最好做成平直的箔的形狀。為了在平直的表面之間夾緊膜，要在壓力測量單元的外殼上作用以相應的壓緊力。
為了同時相對于輸入孔密封壓力測量單元的輸入孔和壓力傳感裝置的外殼的內部空間，可在測量單元外殼或壓力傳感裝置的外殼的各自的配合作用的表面上設置一個或多個用于容納密封元件，最好是O形圈的槽。這些密封元件在未安裝狀態略越過各自的表面伸出，并在安裝時通過相應的壓縮以簡單的方式起著可靠的密封作用。
在本發明的優選實施形式中，用一種凝膠狀或凍膠狀的壓力傳遞介質代替迄今常用的硅油，以作為壓力傳遞介質。由此可以得到這樣的優點，即可以比較簡單地密封壓力傳感裝置，這是因為，這類壓力介質不具備滲漏性能。凝膠狀壓力傳遞介質的粘度最好如此選擇，即凝膠基本上不會由于重力的作用而從測量單元外殼的凹座中流失或是至多有可以容忍的很慢的流失。
如果壓力傳遞介質的粘度如此進一步降低，以使之有一凍膠狀性能，則完全可以避免流失。不過對此應當注意，凍膠的硬度/彈性應當如此選擇，以使之仍然保持作為壓力傳遞介質的功能。
通過使用凍膠狀或凝膠狀的壓力傳遞介質，可以得到這樣的優點，即可以簡單地充灌壓力測量單元的凹座和在壓力傳感裝置的外殼中簡單地安裝壓力測量單元。
在本發明的優選實施形式中，采用一種雙組分硅凝膠或硅凍膠作為凝膠狀或凍膠狀的壓力傳遞介質。由此可以保證更簡單地充灌壓力測量單元的凹座，這是因為，這兩個組分在混合后不久仍然有比較高的粘度，因而可能作簡單的充灌。在例如通過溫度或紫外線輻射“凝固”以后，就可達到壓力傳遞介質的所要求的粘度或硬度/彈性，其結果為，可以在有少量的不密封性的情況下避免壓力傳遞介質本身的流失。
在本發明的優選實施形式中，壓力傳感裝置的外殼做成剖分的，此時，壓力測量單元裝在外殼的具有輸入孔的第一部分中，而在外殼的第二部分中設有與傳感器本身接觸的連接觸點。
在壓力傳感裝置中通常還設有一用于分析和/或處理壓力傳感器的信號的電子線路，它可與外殼的第二部分中的連接觸點直接連接。于是，壓力傳感器的接觸可以以更簡單的方式通過在電子線路上設置一插座而實現，在此插座中可以插入壓力傳感器的插銷。這種插入可以同時在安裝壓力傳感裝置的兩半個外殼時完成。
電子線路可例如用作傳感器信號的溫度補償和/或實現壓力傳感裝置的開關功能。對此，電子線路可將壓力測量單元的信號與至少一個預定的最好是貯存的閾值比較，并且在超過和/或低于閾值時，在至少一個連接觸點上產生一個或多個信號或是將兩個或多個連接觸點電連接或電分開。
本發明的其它實施形式由從屬權利要求得出。
下面將根據在圖中示出的實施例更詳細地說明本發明。
該唯一的圖示出了按照本發明的壓力傳感裝置1的實施形式，它由兩個剖分的外殼3形成，其中設置一壓力測量單元5。
壓力測量單元5安裝在一下部的第一外殼部分3a中，對此，該外殼部分有一凹座7，凹座7可例如做成一個孔的形式，它至少在其下部有一內徑，該內徑基本上對應于優先做成盤形的測量單元外殼9的外徑。
此第一外殼部分3a在其下部區有一基本為圓柱形的凸肩11，該凸肩用設置在其上的外螺紋13在安裝地點例如在一制動系統的缸體上或在發動機組上擰入相應的螺紋孔中。
為了輸入必須測得其壓力的壓力介質，則從第一外殼部分3a的凸眉11的端面開始，設置一輸入孔15，壓力介質通過該孔被傳輸至壓力測量單元上。
壓力測量單元在其測量單元外殼9上有一通孔17，該孔如圖所示，在測量單元外殼9的下部區形成一直徑較小的孔，而在測量單元外殼9的上部區形成一直徑較大的孔。在直徑較大的孔的上部區設有一相對于該直徑還要擴大的區，它用于接納載體19，在載體上設置壓力傳感器21本身。此傳感器可例如作為具有整體的壓力電阻效應的半導體電阻的硅膜形成。載體有連接銷23，它們用連接線25與壓力傳感器21連接。載體可以以有利的方式作為TO外殼形成，它通常用于接納晶體管或其它半導體元件。由此可得到制造費用低廉的優點。
于是TO外殼或其載體19可在其插入金屬的測量單元外殼9的通孔的擴大的上部區中以后與外殼緊密地焊接在一起。作為焊接方法，此處可采用電阻焊，它同樣可以帶來制造費用低廉的優點。
在載體19與測量單元外殼9焊接在一起以后，就可以將通孔17的其余的內部空間充灌以壓力傳遞介質27。
按照本發明的優先選用的壓力傳遞介質27具有凝膠狀或凍膠狀的稠度。按照本發明，在凝膠狀稠度時，其粘度要如此選擇，即在進入孔29的走向不十分與重力的方向平行而且進入孔朝上時，可以防止壓力傳遞介質27從測量單元外殼9本身的進入孔29流失或至少產生可以容忍的很慢的流失。
在采用具有凍膠狀稠度的壓力傳遞介質時，則由于沿進入孔29的出口方向的逐步變小的截面積，怎么也不可能有流失。不過，在壓力傳遞介質27具有凍膠狀稠度時，應當注意，其硬度/彈性要如此選擇，即保證壓力能有效地從進入孔29的出口傳遞至壓力傳感器21本身上。
按照本發明，特別采用了一種具有各自的凍膠狀或凝膠狀稠度的雙組分硅凝膠或雙組分硅橡膠凝膠。這類壓力傳遞介質有這樣的優點，即在該兩個組分混合后不久，該壓力傳遞介質仍然有較高的粘度，以致可以保證簡單地充灌測量單元外殼9的通孔17的內部空間，特別是保證用壓力傳遞介質完全灌滿通孔。
由于化學反應，該兩個組分“凝固”或是以后得到所要求的凍膠狀或凝膠狀稠度，該化學反應可例如通過加熱或紫外線輻射而得到加強。所要求的稠度可通過確定兩個組分的相應的混合比來調節。
在用壓力傳遞介質充灌通孔17的內部空間以后，將分隔膜31的底面側嵌入壓力傳感裝置1的下部的第一外殼部分3a的凹座7中。分隔膜至少要選得這樣大，以使它能蓋住用于壓力介質的輸入孔15的底面側的入口。為了保證盡可能可靠的密封，則如圖所示，分隔膜31可以做成圓形，此時，分隔膜的直徑同樣基本上對應于凹座7的下部區的內徑。
為了使外殼7的內部同時還有測量單元外殼9的通孔17的內部空間可靠地對通過輸入孔15輸入的壓力介質密封，可以在測量單元外殼9的下端面側和下外殼部分3a的凹座7中都設置用于接納密封元件33的槽，該密封元件最好做成O形圈。此時，槽的深度要如此選擇，以使具有足夠的彈性或可壓縮性的密封元件在測量單元外殼的未安裝狀態下略越過各自的表面突出。
在將分隔膜31放在凹座7中以后，就將測量單元5插入凹座中，直至它同樣以其下側靠在分隔膜31上。在此位置固定測量單元5，此時必須確保沿朝著凹座7的底部的方向作用有足夠的壓力，以保證有足夠的緊密性。如圖所示，測量單元5的固定可如此完成，即借助一刮削工序將凹座7的側內壁的一個或幾個區或一周向區放置成在后面抓住測量單元外殼的位置上。在安裝過程中并借助安裝過程可用這種方式在測量單元外殼9上產生一相應的壓力，該壓力即使在刮削工序結束時仍基本能保持。
用這種方式可以借助單個制造步驟同時密封其中具有壓力傳遞介質的通孔17的內部空間和下部外殼部分3a的凹座7的內部空間。
在上部的第二外殼部分3b中，在插接件連接區中設有連接觸點37，壓力傳感裝置1可通過該觸點與未示出的插接件接觸。連接觸點37可例如借助連接導線39與同樣被夾持在上部的第二外殼部分3b中的電子線路41連接。
對此，電子線路41可借助夾持元件43固定在外殼部分3b中(參看附圖
)或是直接由從例如注射入外部分3b的連接觸點的伸入外殼內部的端部支承。
電子線路41可以在最簡單的情況下只由一印刷電路板組成，在該電路板上裝有所要求的結構元件。印刷電路板可同時有用于接納載體19的連接銷23的插座45。于是，電子線路與壓力傳感器21的接觸可以以較簡單的方式與上部的外殼部分3b的插在下部的外殼部分3a上同時實現。
對此，可以如圖所示，下部的外殼部分3a有一具有臺肩的接納區47，該臺肩用作上部的外殼部分3b的端面側的止擋，該外殼部分3a還有一上部的外殼壁49，它在上部的外殼部分3b插在下部的外殼部分3a上以后越過上部的外殼部分3b的下側的臺肩51伸出。這樣就可在將兩個外殼部分3a、3b組合在一起以后用于卷邊地緊固連接外殼部分。
為了保證密封地封閉外殼內空間，可在兩個外殼部分3a、3b的連接位置設置其它密封元件53，例如其形狀為O形圈的密封元件。
電子線路可以以已知的方式產生傳感器信號的溫度補償和/或信號的放大。如果對此并無需要，則不言自明，也可將傳感器直接與連接觸點37相連。
不過，電子線路也可以另外對傳感器信號進行其它處理例如電子線路可以將壓力測量單元的信號與一個或幾個預定的、預定的最好是貯存的閾值比較，并且在超過和/或低于閾值時產生相應的動作或釋放信號。對此，可進行傳感器信號的數字化，以使可用一微處理機或一相應地設計的專用的開關電路(ASIC)從傳感器信號得到實際上為任意的動作。這也可以例如實現一具有多個開關點的開關。為了改變開關點，于是必須只向電子線路輸入其它的閾值。不過，不言自明，也可以結合以其它更復雜的功能。
權利要求
1．壓力傳感裝置，特別是用于汽車技術的壓力傳感裝置，a)它具有外殼(3)，其中設有一壓力測量單元(5)，該測量單元通過外殼(3a,3b)的輸入孔(15)輸入壓力介質，外殼有一從外殼內部引至外面的連接觸點(37)，b)其中，壓力測量單元(5)包括一具有凹座(17)的測量單元外殼(9)，在凹座中放置一壓力傳感器(21)并且一直到進入孔(29)為止都灌以作用在壓力傳感器(21)上的壓力傳遞介質(27)，c)以及其中設置一用于將壓力介質與壓力傳遞介質(27)分開的分隔膜(31)，它將進入孔(29)封閉，其特征為，d)用于密封進入孔(29)的分隔膜(31)放置在測量單元外殼(9)的一個或幾個外表面之間，因而是壓力傳感裝置(1)的外殼(3a、3b)的配合作用的內表面之間。e)其中可通過在各自的配合作用的外表面和內表面之間施加足夠的壓緊力而形成壓力測量單元(5)的進入孔(29)的緊密的封閉。
2．如權利要求1的壓力傳感裝置，其特征為，測量單元外殼(9)的凹座(17)作為通孔形成，壓力傳感器(21)放置在一載體(19)上，載體(19)如此與測量單元外殼(9)連接，以致壓力傳感器(21)伸入凹座(17)中并通過載體(19)緊密地封閉安裝孔。
3．如權利要求1或2的壓力傳感裝置，其特征為，分隔膜(31)用合成材料最好為聚酰胺做成。
4．如前述權利要求的任一項的壓力傳感裝置，其特征為，分隔膜(31)在未安裝狀態為平的箔。
5．如前述權利要求的任一項的壓力傳感裝置，其特征為，用于夾緊分隔膜(31)的配合作用的測量單元外殼(9)的外表面和壓力傳感裝置(1)的外殼(3,3a)的內表面基本為平直的。
6．如前述權利要求的任一項的壓力傳感裝置，其特征為，起著分隔膜(31)的夾緊作用的測量單元外殼(9)的外表面和/或與之配合作用的壓力傳感裝置(1)的外殼(3,3a)的內表面有一個或幾個用于接納密封元件(33)最好是O形圈的槽，該密封元件在安裝狀態作用在分隔膜(31)上，以用作密封。
7．如前述權利要求的任一項的壓力傳感裝置，其特征為，壓力傳遞介質(27)有凝膠狀或凍膠狀性能。
8．如權利要求7的壓力傳感裝置，其特征為，凝膠的粘度要如此選擇，以使不產生由重力引起的凝膠的從凹座(17)中的流失或只有可容忍的緩慢的流失。
9．如權利要求7或8的任一項的壓力傳感裝置，其特征為，凝膠或凍膠是雙組分硅凝膠或硅凍膠，或雙組分硅橡膠凝膠或凍膠，它在各組分混合之后不久有一較小粘度，而在各組分混合之后經過預定的時間達到所要求的粘度或硬度/彈性。
10．如前述權利要求的任一項的壓力傳感裝置，其特征為，外殼(3；3a,3b)做成剖分的，壓力測量單元(5)裝在外殼(3)的具有輸入孔(15)的第一部分(3a)中，并在外殼(3)的第二部分(3b)中設置連接觸點(37)。
11．如前述權利要求的任一項的壓力傳感裝置，其特征為，壓力測量單元(5)和連接觸點(37)與設置在外殼(3)中的電子線路(41)連接，該線路用于分析和/或處理壓力傳感器(21)的信號。
12．如權利要求12的壓力傳感裝置，其特征為，電子線路(41)將壓力傳感器(21)的信號與至少一個預定的、最好是貯存的閾值比較，并在超過和/或低于閾值時在至少一個連接觸點(37)上產生一個或幾個信號或是使兩個或更多的連接觸點(37)電連接或電分離。
全文摘要
壓力傳感裝置,特別是用于汽車技術的壓力傳感裝置,它具有外殼(3),其中設有一壓力測量單元(5),該測量單元通過外殼(3a,3b)的輸入孔(15)輸入壓力介質,外殼有一從外殼內部引至外面的連接觸點(37),此時,壓力測量單元(5)包括一具有凹座(17)的測量單元外殼(9),在凹座中放置一壓力傳感器(21)并且一直到進入孔(29)為止都灌以作用在壓力傳感器(21)上的壓力傳遞介質(27),以及此時設置一用于將壓力介質與壓力傳遞介質(27)分開的分隔膜(31),它將進入孔(29)封閉,此時,用于密封進入孔(29)的分隔膜(31)放置在測量單元外殼(9)的一個或幾個外表面之間,因而是壓力傳感裝置(1)的外殼(3a,3b)的合作的內表面之間,此時可通過在各自的合作的外表面和內表面之間施加足夠的壓緊力而形成壓力測量單元(5)的進入孔(29)的緊密的封閉。
文檔編號G01L9/00GK1231030SQ97197920
公開日1999年10月6日 申請日期1997年6月25日 優先權日1996年9月16日
發明者烏韋·普羅布斯特, 羅伯特·斯科夫詹克 申請人:Trw車輛電氣與零件有限兩合公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
