專利名稱：用于低粘度介質(zhì)的壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量低粘度介質(zhì)中的壓カ的傳感器，其特別地用于注射成型中，該傳感器包括具有軸線A的殼體、暴露于壓カ室的端面、以及設(shè)置在該端面上與殼體固定連接的膜，其中，在膜的后面設(shè)置有測量元件，該測量元件可以根據(jù)膜的偏移推斷出壓カ室中的壓力。
背景技術(shù)：
以上所述的這種傳感器尤其應(yīng)用在注射成型中，并因此要承受高壓力差和溫度差?，F(xiàn)有技術(shù)中的傳感器的一個實例是由瑞士Kistler Instrumente AG生產(chǎn)的型號為6167的傳感器，在專利文獻(xiàn)US 6212963中對其有所描述。一般情況下，這種傳感器具有相對較厚的膜，因為該膜在使用時將承受巨大的機(jī)械負(fù)荷，例如在分離注射成型件吋。用于其他應(yīng)用領(lǐng)域的壓カ傳感器由于技術(shù)原因經(jīng)常不能用作注射成型時空腔中的壓カ傳感器，因為它們具有例如非常慢的響應(yīng)時間或過低的分辨率(AufiOsung)，其耐高溫不夠，或者尤其不能承受連續(xù)的高溫變化。這種壓力傳感器始終以較小的間距安裝在工具中。在低粘度材料的注射成型中，鑄材最終會流入傳感器與工具之間的間隙中，并由此在傳感器前面的區(qū)域中產(chǎn)生側(cè)向壓力。這種徑向作用于傳感器殼體上的壓カ最終會導(dǎo)致膜發(fā)生偏移，由此將產(chǎn)生錯誤信號。通過對比測量(在該對比測量中利用粘貼在前側(cè)的薄膜進(jìn)行參考測量)的研究得出，其偏差高達(dá) 20%。這種傳感器的其它問題在于，當(dāng)安裝條件相應(yīng)不利時會受限于傳感器前部的應(yīng)カ(Verspannung)0已經(jīng)證實在注射成型區(qū)域中壓カ傳感器由于其高分辨率的特性而易于在 殼體的應(yīng)カ最小的情況下就已經(jīng)在測量元件上產(chǎn)生錯誤信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出ー種上述類型的傳感器，其可以顯著地減少由于側(cè)面徑向作用的壓カ產(chǎn)生的錯誤測量。本發(fā)明的目的通過獨立權(quán)利要求所述的特征得以實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的傳感器尤其包括與殼體軸線A同軸地設(shè)置于殼體之外的壓カ套筒，該壓カ套筒在端面與傳感器密封地連接。根據(jù)本發(fā)明，壓カ套筒被設(shè)置成在連接部(Verbindung)的后面與殼體間隔ー間隙，其中該間隙在軸向上朝著背離壓カ室的方向經(jīng)過測量元件而比カ路徑的區(qū)域延伸得更遠(yuǎn)。特別地，該壓カ套筒應(yīng)被設(shè)計得足夠厚或堅固(stark)，從而該壓カ套筒能夠承受住所產(chǎn)生的側(cè)向壓力，而不會將該壓力傳遞到內(nèi)部。


下面根據(jù)附圖對本發(fā)明做進(jìn)ー步地說明。在所有的附圖中均維持這些附圖標(biāo)記。其中
圖I示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳感器在前部區(qū)域中的示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器的示意圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器的前部結(jié)構(gòu)的一種可選的實施方式；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器的前側(cè)俯視圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器的一種可選的示意圖。
具體實施例方式圖I以簡化的示意圖示出了ー種根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳感器1，該傳感器I被裝入工具 11中。該傳感器I包括殼體2，該殼體2具有側(cè)面9以及在中央穿過殼體2延伸的軸線A。該傳感器I具有在組裝狀態(tài)下暴露于壓カ室3的端面4。在殼體2的端側(cè)設(shè)置有膜5，該膜5與殼體2固定連接。膜5通常在焊縫12處被焊接于殼體2上。傳感器I可以基于膜5的偏移來推斷出在壓カ室3中的壓力。為此，傳感器I具有測量元件13，例如壓電晶體，其被設(shè)置在膜5的后面,被支承在殼體2上,并且背側(cè)位于殼體梯段(Gehauseabsatz) 18上。在傳感器中由壓カ室3中的壓カ形成的閉合的カ路徑(Kraftpfad)延伸經(jīng)過膜5，通過測量元件13，經(jīng)過殼體梯段18，到達(dá)殼體2，并最終經(jīng)過焊縫12再次回到膜5。在ー種替代的設(shè)計方案中，具有光學(xué)傳感器或應(yīng)變計，例如充油傳感器，來作為測量元件13，在該方案中，力路徑在膜5的兩側(cè)沿軸向向后延伸，并最終在殼體梯段18處匯合到一起。根據(jù)本發(fā)明的傳感器I的端面4被構(gòu)造為是平整的(平坦的)，由此在注射成型時將不會留下任何痕跡。圖中的箭頭表示作用于傳感器I前部區(qū)域上的壓力。除了將要確定的沿軸向作用于膜5上的壓カ之外，還有在傳感器I的前部區(qū)域中徑向作用于側(cè)面9上的不想要的壓力，這是因為在傳感器I與工具11之間始終存在有間隙14。在使用低粘度材料時，這些材料會在注射成型時流入間隙14中并導(dǎo)致不希望的徑向壓力。該徑向壓カ將導(dǎo)致殼體2在其前部區(qū)域中發(fā)生變形，因為通常在那里殼體被設(shè)計為薄壁，以便在旁邊為測量元件13留出位置。殼體2的變形還將直接引起與其相鄰的膜5發(fā)生變形，這將導(dǎo)致錯誤的測量?？梢钥紤]的是，將殼體2的該位置構(gòu)造為較硬的(不易彎曲的)。但是這種設(shè)計的缺點在于使得膜在殼體上的安裝惡化。為了密封傳感器I與工具11之間的間隙14，可以在傳感器I的側(cè)面9安裝O形環(huán)10。該O形環(huán)10使得在殼體2的側(cè)面9上需要缺ロ 15作為定位所用的止擋部(Halt)。O形環(huán)10必須設(shè)置在測量元件13的后面，因為缺ロ 15會致使傳感器殼體2在測量元件13的區(qū)域中(傳感器殼體在該區(qū)域中已經(jīng)被設(shè)置得非常薄)被進(jìn)ー步變?nèi)酢＿@將再次對測量產(chǎn)生負(fù)面作用。在圖2中示出了在工具11中的根據(jù)本發(fā)明的傳感器I。該傳感器的構(gòu)造基本上與現(xiàn)有技術(shù)中的傳感器I是相同的。為此，根據(jù)本發(fā)明的傳感器包括具有側(cè)面9以及軸線A的殼體2和安裝在殼體2上的膜5，在組裝狀態(tài)下膜5的端面4暴露于壓カ室3。膜5通常同樣被焊接到殼體2，優(yōu)選被焊接于焊縫12上。在其后面設(shè)置測量元件13，例如壓電晶體，以確定在膜5上的壓力。替代地，在這里也可以采用光學(xué)測量方法。カ路徑根據(jù)圖I所描述的那樣延伸。根據(jù)本發(fā)明，圖2中所示的傳感器I具有帶有外側(cè)面9'的壓カ套筒6，其被設(shè)置在殼體2的外面,與殼體軸線A同軸,且與殼體2間隔ー間隙17。其必須在端面4處與傳感器I密封連接，優(yōu)選通過另ー個焊縫12'密封連接。根據(jù)本發(fā)明的傳感器I的端面4在此也被構(gòu)造為是平整的，從而在注射成型時不會留下痕跡。
在這種設(shè)計中，在工具11與壓カ套筒6之間設(shè)置有間隙14'?，F(xiàn)在，通過位于壓カ套筒6與殼體2之間的密封端面連接部12'，將不會再有介質(zhì)滲入間隙17中并作用于殼體2的側(cè)面9上，因此也不會再使測量被扭曲。但是，現(xiàn)在介質(zhì)、特別是低粘度介質(zhì)在注射成型時會滲入間隙14'中并在壓カ套筒6的側(cè)面9'上施加力，如圖2的ー側(cè)所示。但是與在該前部區(qū)域中的殼體壁厚相比，壓カ套筒6的壁厚7在此被設(shè)計為是堅硬(不易彎曲)的，從而使得沿徑向產(chǎn)生的力幾乎不會引起變形。此外，壓カ套筒6被設(shè)置為在該區(qū)域中通過間隙17而與殼體2間隔開，從而使壓カ套筒6的可能存在的較小的撓曲不會對殼體壁產(chǎn)生影響，因此也不會引起膜5的偏移。壓カ套筒6可以在端面通過焊縫12'支承在膜5上，這不會導(dǎo)致膜5發(fā)生偏移。根據(jù)本發(fā)明，間隙17必須沿軸向朝著背離壓カ室3的方向比經(jīng)過測量元件13的カ路徑19的區(qū)域延伸得更遠(yuǎn)。因此，由壓カ套筒6作用于殼體2上的可能的徑向カ不會作用在カ路徑19的范圍內(nèi)，并且也不會由此被傳遞到該范圍內(nèi)。該間隙17終止得越靠后，傳感器I在其具有經(jīng)過測量元件的カ路徑19的前部區(qū)域中就越不會受到應(yīng)力。其可取之處還在干，壓カ套筒6的直至間隙17后端的整個前部區(qū)域都盡可能地不受到應(yīng)力。已經(jīng)證實這可以通過在前部區(qū)域不設(shè)置外螺紋20來實現(xiàn)。在組裝狀態(tài)下，夕卜螺紋20始終會在本體中產(chǎn)生徑向朝向外螺紋20內(nèi)部的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。如果在直至間隙17后端的前部區(qū)域中不設(shè)置外螺紋，則在前面的連接部12'與間隙17的端部之間就不會產(chǎn)生會相應(yīng)地作用于傳感器上的扭轉(zhuǎn)。為了密封壓カ套筒6與工具11之間的間隙14'，可以安裝O形環(huán)10和10'。但這并非是必須的。密封件也可以設(shè)置在更靠后的位置。由于在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，壓カ套筒6要比殼體2在測量元件13的區(qū)域中的壁堅固得多，因此可以將O形環(huán)10'設(shè)置在非?？壳暗奈恢谩Ｔ趫D2中的一側(cè)示出了這種O形環(huán)在壓力室3附近的靠近前部的設(shè)置。O形環(huán)10'尤其可以設(shè)置在膜5和/或測量元件13旁邊的區(qū)域中。這在現(xiàn)有技術(shù)中是不推薦使用的，因為殼體2的壁厚會由于為此所必需的缺ロ 15而變得額外地脆弱。在本發(fā)明的這種實施方式中，通過將O形環(huán)10'靠前設(shè)置，可以附加地減小其中可能有不期望的徑向壓力作用于壓カ套筒6的側(cè)面9'上的區(qū)域。這減少了不期望的徑向壓力，從而可以局部地略微降低壓カ套筒6的壁厚，卻不會由此造成膜5由于側(cè)向壓カ而偏移的風(fēng)險。使O形環(huán)10'靠前設(shè)置的另ー個優(yōu)點在于，可以減少在注射成型時由于低粘度液體滲入間隙14'直至O形環(huán)10'而產(chǎn)生的毛刺(Grates)。這將對部件質(zhì)量產(chǎn)生積極的作用。根據(jù)本發(fā)明的傳感器I優(yōu)選應(yīng)用于在注射成型工具中的壓カ測量，特別是在同時使用低粘度介質(zhì)的情況下，而且還用于特別是內(nèi)燃機(jī)的燃燒室中的壓カ測量。在此情況下，可以在O形環(huán)10'的位置上將臺肩密封件(Schulterdichtung)優(yōu)選非?？壳暗匕惭b在梯段16上。在圖3中示出了這種實施例。與傳統(tǒng)的傳感器相比，根據(jù)本發(fā)明的傳感器I的普遍優(yōu)勢在于，位于前側(cè)的側(cè)向區(qū)域(Mantelbereich)Y在進(jìn)行進(jìn)ー步加工時是耐臟的。這特別涉及到用于O形環(huán)10'的凹槽或缺ロ 15的設(shè)置、用于臺肩密封件的梯段/肩部16的設(shè)立或材料的整平(Abtragung)，從而可以例如在注射成型時向毗鄰的工具11提供平穩(wěn)的過渡。已經(jīng)證實根據(jù)本發(fā)明的傳感器I的設(shè)計方案還可以有利地用于燃燒室中。從膜5經(jīng)過密封連接部或焊縫12'向厚壁的壓カ套筒6中的有利散熱將降低傳感器I內(nèi)部的溫度。研究證明，壓カ套筒6的壁厚7應(yīng)該優(yōu)選大致介于其內(nèi)徑8的一半至同等大小之間，也就是說，大致介于在壓カ套筒6內(nèi)部的傳感器殼體2的直徑的一半至同等大小之間，如圖4所示。因此，根據(jù)本發(fā)明的傳感器I在端面處的直徑約為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所描述的實施方式的兩倍或三倍。在小型傳感器中，壓カ套筒6的壁厚7由壓カ套筒6的內(nèi)徑8的數(shù)量級決定。、優(yōu)選地，將壓カ套筒6的端面焊接到膜5上。替代地，可以將根據(jù)本發(fā)明的傳感器I構(gòu)造為，形成一體的連續(xù)的端面。在此可以將膜5設(shè)計為連續(xù)地到達(dá)壓カ套筒6的側(cè)面9'。這種實施方式的缺點是，難以在測量元件13的前面實現(xiàn)膜5的偏置條件(Vorspannbedingungen,預(yù)應(yīng)カ條件)以及測量元件13的安裝。根據(jù)本發(fā)明的這種實施方式的優(yōu)點在于，端側(cè)的焊縫12'比膜5和壓カ套筒6更軟。由此在該焊縫12'處形成ー種活節(jié)(Gelenk)，其抑制了從壓カ套筒6向膜5上的カ傳遞，并因此壓制了由于不希望的徑向力而引起的膜5的偏移。測量元件13的安裝保持不變。在圖5中示出了在可選實施方式中的整個根據(jù)本發(fā)明的傳感器。其附圖標(biāo)記與圖2中的相符。在該圖中，測量元件13被設(shè)計為具有橫向效應(yīng)的壓電晶體。這種晶體要比其他具有縱向效應(yīng)的晶體靈敏得多，因此在低壓カ差的情況下也能夠獲得非常精確的結(jié)果。優(yōu)選使用三個設(shè)置在一個圓上的這樣的晶體板。附加地，可以在如圖2或圖5所示的傳感器中內(nèi)置溫度傳感器，用以同時測量壓力和溫度。該溫度傳感器優(yōu)選設(shè)置在傳感器I的中央。在使用三個圓形設(shè)置的具有橫向效應(yīng)的測量元件的情況下，使這種溫度傳感器處于中心位置。在圖5中特別示出了カ路徑19，其延伸經(jīng)過殼體梯段18。在殼體梯段18與間隙17的端部之間應(yīng)該存在至少5mm、優(yōu)選為至少IOmm的軸向移位21。由此將確保作用于間隙17的端部上的徑向カ不再影響カ路徑19。此外，在此還給出了外螺紋20，傳感器I可以通過該外螺紋固定在工具11中的孔中。由于該外螺紋20始于間隙17的端部之后，因此當(dāng)向孔中安裝時，在傳感器前端4與間隙17的后端之間將不會產(chǎn)生作用于壓カ套筒6上的扭矩，并因此而不會將其傳遞到傳感器I的前部區(qū)域。附圖標(biāo)記列表I傳感器2殼體,傳感器殼體3壓カ室4傳感器的端面5 膜6壓カ套筒
7 壁厚8 內(nèi)徑9,9'(外)側(cè)面10，10' O 形環(huán)11 工具12，12'連接部，焊縫13測量元件，壓電晶體 14，14'間隙15 缺ロ16 梯段17 間隙18殼體梯段19カ路徑20外螺紋21 移位A 軸線
權(quán)利要求
1.一種用于在注射成型時測量低粘度介質(zhì)中的壓カ的傳感器，包括具有軸線A的殼體(2)、暴露于壓カ室(3)的平整的端面(4)、以及設(shè)置在所述端面(4)上與所述殼體(2)固定連接的膜(5)，其中在所述膜(5)的后面設(shè)置測量元件(13)，所述測量元件(13)能根據(jù)所述膜(5)的偏移推斷出在所述壓カ室(3)中的壓力，其特征在于，在所述殼體(2)的外面與殼體軸線A同軸地設(shè)置壓カ套筒(6)，該壓カ套筒(6)在端側(cè)與所述傳感器相密封地連接，并被設(shè)置成在連接部(12')的后面與所述殼體(2)間隔開ー間隙(17)，其中所述間隙(17)在軸向上朝著背離所述壓カ室(3)的方向比經(jīng)過所述測量元件(13)的カ路徑(19)的區(qū)域延伸得更遠(yuǎn)。
2.如權(quán)利要求I所述的傳感器，其特征在于，所述壓カ套筒(6)在所述間隙(17)的徑向外面的整個區(qū)域中不具有用于安裝于孔中的外螺紋(20)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的傳感器，其特征在于，在所述膜(5)的區(qū)域中，所述壓カ套筒(6)的壁厚(7)的尺寸至少為所述壓カ套筒(6)的內(nèi)徑(8)的一半。
4.如前面任一項權(quán)利要求所述的傳感器，其特征在于，所述間隙(17)在軸向上朝著背離所述壓カ室(3)的方向，以至少5mm、優(yōu)選至少IOmm的移位(21)，而比經(jīng)過所述測量元件(13)的カ路徑(19)的區(qū)域延伸得更遠(yuǎn)。
5.如前面任一項權(quán)利要求所述的傳感器，其特征在于，所述測量元件(13)包括ー個或多個具有橫向效應(yīng)的壓電兀件。
6.如前面任一項權(quán)利要求所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器附加地包括溫度測量元件。
7.如權(quán)利要求6所述的傳感器，其特征在干，所述溫度測量元件被設(shè)置在所述傳感器的中央。
8.如前面任一項權(quán)利要求所述的傳感器，其特征在于，所述壓カ套筒(6)在端側(cè)被焊接到所述膜(5)上。
9.如前面任一項權(quán)利要求所述的傳感器，其特征在于，所述壓カ套筒(6)具有外側(cè)面(9，9')，所述外側(cè)面靠前的位置設(shè)置有O形環(huán)(10')或梯段(16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在注射成型時測量低粘度介質(zhì)中的壓力的傳感器，其包括具有軸線A的殼體(2)、暴露于壓力室(3)的平整的端面(4)、以及設(shè)置在該端面(4)上并與殼體(2)固定連接的膜(5)。在膜(5)的后面設(shè)置測量元件(13)，其可以根據(jù)所述膜(5)的偏移推斷出在所述壓力室(3)中的壓力。根據(jù)本發(fā)明，在所述殼體(2)的外面與殼體軸線A同軸地設(shè)置壓力套筒(6)，該壓力套筒在端面處與所述傳感器相密封地連接，并且設(shè)置成在連接部(12′)的后面與所述殼體(2)間隔開一間隙(17)。由此，所述間隙(17)在軸向上朝著背離所述壓力室(3)的方向比經(jīng)過所述測量元件(13)的力路徑(19)的區(qū)域延伸得更遠(yuǎn)。
文檔編號G01L9/08GK102667436SQ201080053129
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者恩斯特·普勒徹 申請人:基斯特勒控股公司