专利名称：用于低粘度介质的压力传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于測量低粘度介质中的压カ的传感器，其特别地用于注射成型中，该传感器包括具有轴线A的壳体、暴露于压カ室的端面、以及设置在该端面上与壳体固定连接的膜，其中，在膜的后面设置有測量元件，该测量元件可以根据膜的偏移推断出压カ室中的压力。
背景技术：
以上所述的这种传感器尤其应用在注射成型中，并因此要承受高压力差和温度差。现有技术中的传感器的一个实例是由瑞士Kistler Instrumente AG生产的型号为6167的传感器，在专利文献US 6212963中对其有所描述。一般情况下，这种传感器具有相对较厚的膜，因为该膜在使用时将承受巨大的机械负荷，例如在分离注射成型件吋。用于其他应用领域的压カ传感器由于技术原因经常不能用作注射成型时空腔中的压カ传感器，因为它们具有例如非常慢的响应时间或过低的分辨率(AufiOsung)，其耐高温不够，或者尤其不能承受连续的高温变化。这种压力传感器始终以较小的间距安装在工具中。在低粘度材料的注射成型中，铸材最終会流入传感器与工具之间的间隙中，并由此在传感器前面的区域中产生侧向压力。这种径向作用于传感器壳体上的压カ最终会导致膜发生偏移，由此将产生错误信号。通过对比測量(在该对比測量中利用粘贴在前侧的薄膜进行參考测量)的研究得出，其偏差高达 20%。这种传感器的其它问题在于，当安装条件相应不利时会受限于传感器前部的应カ(Verspannung)0已经证实在注射成型区域中压カ传感器由于其高分辨率的特性而易于在 壳体的应カ最小的情况下就已经在測量元件上产生错误信号。
发明内容
本发明的目的在于提出ー种上述类型的传感器，其可以显著地減少由于侧面径向作用的压カ产生的错误测量。本发明的目的通过独立权利要求所述的特征得以实现。根据本发明的传感器尤其包括与壳体轴线A同轴地设置于壳体之外的压カ套筒，该压カ套筒在端面与传感器密封地连接。根据本发明，压カ套筒被设置成在连接部(Verbindung)的后面与壳体间隔ー间隙，其中该间隙在轴向上朝着背离压カ室的方向经过测量元件而比カ路径的区域延伸得更远。特别地，该压カ套筒应被设计得足够厚或坚固(stark)，从而该压カ套筒能够承受住所产生的侧向压力，而不会将该压力传递到内部。
下面根据附图对本发明做进ー步地说明。在所有的附图中均维持这些附图标记。其中
图I示出了根据现有技术的传感器在前部区域中的示意图；图2示出了根据本发明的传感器的示意图；图3示出了根据本发明的传感器的前部结构的一种可选的实施方式；图4示出了根据本发明的传感器的前侧俯视图；图5示出了根据本发明的传感器的一种可选的示意图。
具体实施例方式图I以简化的示意图示出了ー种根据现有技术的传感器1，该传感器I被装入工具 11中。该传感器I包括壳体2，该壳体2具有侧面9以及在中央穿过壳体2延伸的轴线A。该传感器I具有在组装状态下暴露于压カ室3的端面4。在壳体2的端侧设置有膜5，该膜5与壳体2固定连接。膜5通常在焊缝12处被焊接于壳体2上。传感器I可以基于膜5的偏移来推断出在压カ室3中的压力。为此，传感器I具有測量元件13，例如压电晶体，其被设置在膜5的后面,被支承在壳体2上,并且背侧位于壳体梯段(Gehauseabsatz) 18上。在传感器中由压カ室3中的压カ形成的闭合的カ路径(Kraftpfad)延伸经过膜5，通过测量元件13，经过壳体梯段18，到达壳体2，并最终经过焊缝12再次回到膜5。在ー种替代的设计方案中，具有光学传感器或应变计，例如充油传感器，来作为测量元件13，在该方案中，力路径在膜5的两侧沿轴向向后延伸，并最终在壳体梯段18处汇合到一起。根据本发明的传感器I的端面4被构造为是平整的(平坦的)，由此在注射成型时将不会留下任何痕迹。图中的箭头表示作用于传感器I前部区域上的压力。除了将要确定的沿轴向作用于膜5上的压カ之外，还有在传感器I的前部区域中径向作用于侧面9上的不想要的压力，这是因为在传感器I与工具11之间始终存在有间隙14。在使用低粘度材料时，这些材料会在注射成型时流入间隙14中并导致不希望的径向压力。该径向压カ将导致壳体2在其前部区域中发生变形，因为通常在那里壳体被设计为薄壁，以便在旁边为测量元件13留出位置。壳体2的变形还将直接引起与其相邻的膜5发生变形，这将导致错误的測量。可以考虑的是，将壳体2的该位置构造为较硬的(不易弯曲的)。但是这种设计的缺点在于使得膜在壳体上的安装恶化。为了密封传感器I与工具11之间的间隙14，可以在传感器I的侧面9安装O形环10。该O形环10使得在壳体2的侧面9上需要缺ロ 15作为定位所用的止挡部(Halt)。O形环10必须设置在測量元件13的后面，因为缺ロ 15会致使传感器壳体2在測量元件13的区域中(传感器壳体在该区域中已经被设置得非常薄)被进ー步变弱。这将再次对测量产生负面作用。在图2中示出了在工具11中的根据本发明的传感器I。该传感器的构造基本上与现有技术中的传感器I是相同的。为此，根据本发明的传感器包括具有侧面9以及轴线A的壳体2和安装在壳体2上的膜5，在组装状态下膜5的端面4暴露于压カ室3。膜5通常同样被焊接到壳体2，优选被焊接于焊缝12上。在其后面设置测量元件13，例如压电晶体，以确定在膜5上的压力。替代地，在这里也可以采用光学測量方法。カ路径根据图I所描述的那样延伸。根据本发明，图2中所示的传感器I具有带有外侧面9'的压カ套筒6，其被设置在壳体2的外面,与壳体轴线A同轴,且与壳体2间隔ー间隙17。其必须在端面4处与传感器I密封连接，优选通过另ー个焊缝12'密封连接。根据本发明的传感器I的端面4在此也被构造为是平整的，从而在注射成型时不会留下痕迹。
在这种设计中，在工具11与压カ套筒6之间设置有间隙14'。现在，通过位于压カ套筒6与壳体2之间的密封端面连接部12'，将不会再有介质渗入间隙17中并作用于壳体2的侧面9上，因此也不会再使測量被扭曲。但是，现在介质、特别是低粘度介质在注射成型时会渗入间隙14'中并在压カ套筒6的侧面9'上施加力，如图2的ー侧所示。但是与在该前部区域中的壳体壁厚相比，压カ套筒6的壁厚7在此被设计为是坚硬(不易弯曲)的，从而使得沿径向产生的力几乎不会引起变形。此外，压カ套筒6被设置为在该区域中通过间隙17而与壳体2间隔开，从而使压カ套筒6的可能存在的较小的挠曲不会对壳体壁产生影响，因此也不会引起膜5的偏移。压カ套筒6可以在端面通过焊缝12'支承在膜5上，这不会导致膜5发生偏移。根据本发明，间隙17必须沿轴向朝着背离压カ室3的方向比经过测量元件13的カ路径19的区域延伸得更远。因此，由压カ套筒6作用于壳体2上的可能的径向カ不会作用在カ路径19的范围内，并且也不会由此被传递到该范围内。该间隙17終止得越靠后，传感器I在其具有经过测量元件的カ路径19的前部区域中就越不会受到应力。其可取之处还在干，压カ套筒6的直至间隙17后端的整个前部区域都尽可能地不受到应力。已经证实这可以通过在前部区域不设置外螺纹20来实现。在组装状态下，夕卜螺纹20始終会在本体中产生径向朝向外螺纹20内部的扭转应力。如果在直至间隙17后端的前部区域中不设置外螺纹，则在前面的连接部12'与间隙17的端部之间就不会产生会相应地作用于传感器上的扭转。为了密封压カ套筒6与工具11之间的间隙14'，可以安装O形环10和10'。但这并非是必须的。密封件也可以设置在更靠后的位置。由于在根据本发明的装置中，压カ套筒6要比壳体2在測量元件13的区域中的壁坚固得多，因此可以将O形环10'设置在非常靠前的位置。在图2中的一侧示出了这种O形环在压力室3附近的靠近前部的设置。O形环10'尤其可以设置在膜5和/或測量元件13旁边的区域中。这在现有技术中是不推荐使用的，因为壳体2的壁厚会由于为此所必需的缺ロ 15而变得额外地脆弱。在本发明的这种实施方式中，通过将O形环10'靠前设置，可以附加地减小其中可能有不期望的径向压力作用于压カ套筒6的侧面9'上的区域。这减少了不期望的径向压力，从而可以局部地略微降低压カ套筒6的壁厚，却不会由此造成膜5由于侧向压カ而偏移的风险。使O形环10'靠前设置的另ー个优点在于，可以减少在注射成型时由于低粘度液体渗入间隙14'直至O形环10'而产生的毛刺(Grates)。这将对部件质量产生积极的作用。根据本发明的传感器I优选应用于在注射成型工具中的压カ测量，特别是在同时使用低粘度介质的情况下，而且还用于特别是内燃机的燃烧室中的压カ测量。在此情况下，可以在O形环10'的位置上将台肩密封件(Schulterdichtung)优选非常靠前地安装在梯段16上。在图3中示出了这种实施例。与传统的传感器相比，根据本发明的传感器I的普遍优势在于，位于前侧的侧向区域(Mantelbereich)Y在进行进ー步加工时是耐脏的。这特别涉及到用于O形环10'的凹槽或缺ロ 15的设置、用于台肩密封件的梯段/肩部16的设立或材料的整平(Abtragung)，从而可以例如在注射成型时向毗邻的工具11提供平稳的过渡。已经证实根据本发明的传感器I的设计方案还可以有利地用于燃烧室中。从膜5经过密封连接部或焊缝12'向厚壁的压カ套筒6中的有利散热将降低传感器I内部的温度。研究证明，压カ套筒6的壁厚7应该优选大致介于其内径8的一半至同等大小之间，也就是说，大致介于在压カ套筒6内部的传感器壳体2的直径的一半至同等大小之间，如图4所示。因此，根据本发明的传感器I在端面处的直径约为根据现有技术所描述的实施方式的两倍或三倍。在小型传感器中，压カ套筒6的壁厚7由压カ套筒6的内径8的数量级决定。、优选地，将压カ套筒6的端面焊接到膜5上。替代地，可以将根据本发明的传感器I构造为，形成一体的连续的端面。在此可以将膜5设计为连续地到达压カ套筒6的侧面9'。这种实施方式的缺点是，难以在測量元件13的前面实现膜5的偏置条件(Vorspannbedingungen,预应カ条件)以及测量元件13的安装。根据本发明的这种实施方式的优点在于，端侧的焊缝12'比膜5和压カ套筒6更软。由此在该焊缝12'处形成ー种活节(Gelenk)，其抑制了从压カ套筒6向膜5上的カ传递，并因此压制了由于不希望的径向力而引起的膜5的偏移。測量元件13的安装保持不变。在图5中示出了在可选实施方式中的整个根据本发明的传感器。其附图标记与图2中的相符。在该图中，測量元件13被设计为具有横向效应的压电晶体。这种晶体要比其他具有纵向效应的晶体灵敏得多，因此在低压カ差的情况下也能够获得非常精确的結果。优选使用三个设置在一个圆上的这样的晶体板。附加地，可以在如图2或图5所示的传感器中内置温度传感器，用以同时测量压力和温度。该温度传感器优选设置在传感器I的中央。在使用三个圆形设置的具有横向效应的測量元件的情况下，使这种温度传感器处于中心位置。在图5中特别示出了カ路径19，其延伸经过壳体梯段18。在壳体梯段18与间隙17的端部之间应该存在至少5mm、优选为至少IOmm的轴向移位21。由此将确保作用于间隙17的端部上的径向カ不再影响カ路径19。此外，在此还给出了外螺纹20，传感器I可以通过该外螺纹固定在工具11中的孔中。由于该外螺纹20始于间隙17的端部之后，因此当向孔中安装时，在传感器前端4与间隙17的后端之间将不会产生作用于压カ套筒6上的扭矩，并因此而不会将其传递到传感器I的前部区域。附图标记列表I传感器2壳体,传感器壳体3压カ室4传感器的端面5 膜6压カ套筒
7 壁厚8 内径9,9'(外)侧面10，10' O 形环11 工具12，12'连接部，焊缝13测量元件，压电晶体 14，14'间隙15 缺ロ16 梯段17 间隙18壳体梯段19カ路径20外螺纹21 移位A 轴线
权利要求
1.一种用于在注射成型时测量低粘度介质中的压カ的传感器，包括具有轴线A的壳体(2)、暴露于压カ室(3)的平整的端面(4)、以及设置在所述端面(4)上与所述壳体(2)固定连接的膜(5)，其中在所述膜(5)的后面设置测量元件(13)，所述测量元件(13)能根据所述膜(5)的偏移推断出在所述压カ室(3)中的压力，其特征在于，在所述壳体(2)的外面与壳体轴线A同轴地设置压カ套筒(6)，该压カ套筒(6)在端侧与所述传感器相密封地连接，并被设置成在连接部(12')的后面与所述壳体(2)间隔开ー间隙(17)，其中所述间隙(17)在轴向上朝着背离所述压カ室(3)的方向比经过所述测量元件(13)的カ路径(19)的区域延伸得更远。
2.如权利要求I所述的传感器，其特征在于，所述压カ套筒(6)在所述间隙(17)的径向外面的整个区域中不具有用于安装于孔中的外螺纹(20)。
3.如权利要求I或2所述的传感器，其特征在于，在所述膜(5)的区域中，所述压カ套筒(6)的壁厚(7)的尺寸至少为所述压カ套筒(6)的内径(8)的一半。
4.如前面任一项权利要求所述的传感器，其特征在于，所述间隙(17)在轴向上朝着背离所述压カ室(3)的方向，以至少5mm、优选至少IOmm的移位(21)，而比经过所述測量元件(13)的カ路径(19)的区域延伸得更远。
5.如前面任一项权利要求所述的传感器，其特征在于，所述测量元件(13)包括ー个或多个具有横向效应的压电兀件。
6.如前面任一项权利要求所述的传感器，其特征在于，所述传感器附加地包括温度测量元件。
7.如权利要求6所述的传感器，其特征在干，所述温度測量元件被设置在所述传感器的中央。
8.如前面任一项权利要求所述的传感器，其特征在于，所述压カ套筒(6)在端侧被焊接到所述膜(5)上。
9.如前面任一项权利要求所述的传感器，其特征在于，所述压カ套筒(6)具有外侧面(9，9')，所述外侧面靠前的位置设置有O形环(10')或梯段(16)。
全文摘要
本发明涉及一种用于在注射成型时测量低粘度介质中的压力的传感器，其包括具有轴线A的壳体(2)、暴露于压力室(3)的平整的端面(4)、以及设置在该端面(4)上并与壳体(2)固定连接的膜(5)。在膜(5)的后面设置测量元件(13)，其可以根据所述膜(5)的偏移推断出在所述压力室(3)中的压力。根据本发明，在所述壳体(2)的外面与壳体轴线A同轴地设置压力套筒(6)，该压力套筒在端面处与所述传感器相密封地连接，并且设置成在连接部(12′)的后面与所述壳体(2)间隔开一间隙(17)。由此，所述间隙(17)在轴向上朝着背离所述压力室(3)的方向比经过所述测量元件(13)的力路径(19)的区域延伸得更远。
文档编号G01L9/08GK102667436SQ201080053129
公开日2012年9月12日 申请日期2010年11月18日 优先权日2009年11月25日
发明者恩斯特·普勒彻 申请人:基斯特勒控股公司