Zapf, Friedrich (Dürerstrasse 15, Karlstadt, 97753, DE)
Knoblach, Thomas (Röhnstrasse 12, Gemünden-Langenprozelten, 97737, DE)
Obermeier, Horst c/o Kavlico GmbH (Gewerbepark Meissen 14, Minden, 32423, DE)
Schlüter, Siegmund c/o Kavlico GmbH (Gwerbepark Meissen 14, Minden, 32423, DE)
Bleeck, Mathias (Willigistrasse 7, Aschaffenburg, 63739, DE)
Zapf, Friedrich (Dürerstrasse 15, Karlstadt, 97753, DE)
Knoblach, Thomas (Röhnstrasse 12, Gemünden-Langenprozelten, 97737, DE)
Obermeier, Horst c/o Kavlico GmbH (Gewerbepark Meissen 14, Minden, 32423, DE)
Schlüter, Siegmund c/o Kavlico GmbH (Gwerbepark Meissen 14, Minden, 32423, DE)
| 1. | Drucksensor für Abgasreduziersysteme, insbesondere von Dieselmotoren, mit einem Gehäuse, in dem mindestens eine Messzelle untergebracht ist, und mit wenigstens einer Zuleitung für ein Abgasreduziermedium, vor zugsweise eine HarnstoffWasserLösung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Messzelle (13) und der Zuleitung (5,6) ein komprimierbares Volumen (17) vorgesehen ist, das eine Volumenänderung des Abgasredu ziermediums beim Einführen aufnimmt. |
| 2. | Drucksensor für Abgasreduziersysteme, insbesondere von Dieselmotoren, mit einem Gehäuse, in dem mindestens eine Messzelle untergebracht ist, und mit wenigstens einer Zuleitung für ein Abgasreduziermedium, vor zugsweise eine HarnstoffWasserLösung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Messzelle (13,33, 43,53, 63,73, 83) und der Zuleitung (5, 6) ein Balg (38,48, 58,68, 78, 88) vorgesehen ist, welcher an ein kom primierbares Volumen grenzt, das eine Volumenänderung des Abgasredu ziermediums beim Einfrieren aufnimmt. |
| 3. | Drucksensor nach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Messzelle (13,33, 43,53, 63,73, 83) und Balg (38, 48, 58,68, 78, 88) ei ne Befestigung (47,57, 67,77) und/oder Aufnahme (49,59, 69,79) vorge sehen ist. |
| 4. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Befestigung (47,57, 67,77) und/oder die Aufnahme (49,59, 69,79) durchgehende Ausnehmungen (42,44, 52,54, 62,64, 72, 74) aufweisen. |
| 5. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Aufnahme (49,59, 69,79) eine umlaufende Nut (40,50, 60,70) zur Fluidführung aufweist. |
| 6. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass Mittel zur Hubbegrenzung (56,66), insbesondere zum Schutz des Balges (58,68), vorgesehen sind. |
| 7. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass wenigstens eine Öffnung des Balges (48,78) eine diese Öffnung fluiddicht verschließende Platte (100) aufweist. |
| 8. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass wenigstens eine Feder (65,75, 85) vorgesehen ist. |
| 9. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Feder (65,75) zwischen der Aufnahme (69,79) und dem Mittel zur Hubbegrenzung (66) oder zwischen der Aufnahme (69,79) und der Platte (100) innerhalb des Balges (68, 78) vorgesehen ist. |
| 10. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Feder (85) zwischen Messzelle (83) und Gehäuse (81) vorgesehen ist. |
| 11. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Balgmaterial aus der Gruppe : Metall, Kunststoff oder Gummi ausgewählt wird. |
| 12. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Balg (38, 88) mit seiner der Zuleitung zugewandten Öffnung kraftoder formschlüssig mit dem Gehäuse (31,81) fluiddicht verbunden ist. |
| 13. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das komprimierbare Volumen (17) durch wenigstens eine Membran (7) vom Abgasreduziermedium getrennt ist. |
| 14. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das komprimierbare Volumen (17) ein Gasvolumen, vor zugsweise Luft, ist. |
| 15. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das komprimierbare Volumen (17) von der Messzelle (13) und der Membran (7) begrenzt ist. |
| 16. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Membran (7) mit Abstand zur Mündung der Zuleitung (5, 6) liegt. |
| 17. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Zuleitung (5, 6) mittig zur gegenüberliegenden Mem branfläche liegt. |
| 18. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Membran (7) mit einem verstärkten Rand (8) an einer Innenwand (9) des Gehäuses (1) anliegt. |
| 19. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Membran (7) durch wenigstens ein Halteteil (11) gesi chert ist. |
| 20. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Halteteil (11) ein Haltering ist. |
| 21. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Halteteil (11) die Membran (7) im Gehäuse (1) zentriert. |
| 22. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Halteteil (11) durch wenigstens ein Sicherungselement (14), vorzugsweise einen Sicherungsring, gesichert ist. |
| 23. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Abdichtung durch axiale Verpressung der Membran (7) erfolgt. |
| 24. | Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die Mem bran (7) auf einem Absatz eines Bodens (15) eines das komprimierbare Volumen (17) enthaltenden Aufnahmeraumes (10) aufliegt. |
| 25. | System zur Abgasnachbehandlung mit einem Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 24. |
Die Erfindung betrifft einen Drucksensor für Abgasreduziersysteme, insbesondere von Dieselmotoren, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Solche Drucksensoren werden bei Abgasreduziersystemen für Dieselmotoren in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Mit dem Drucksensor wird der Druck des Abgasredu- ziermediums gemessen, das vorzugsweise eine Harnstoff-Wasser-Lösung ist. Sie kann bei tiefen Temperaturen einfrieren (Gefriertemperatur-11°C). Dabei dehnt sich die Lösung aus, wodurch die im Gehäuse des Drucksensors untergebrachte Messzelle beschädigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Drucksensor so auszubilden, daß eine Beschädigung des Drucksensor durch ein Einfrieren des Abgasreduziermediums zuverlässig vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Drucksensor für Abgasreduziersysteme, insbe- sondere von Dieselmotoren, mit einem Gehäuse, in dem mindestens eine Mess- zelle untergebracht ist, und mit wenigstens einer Zuleitung für ein Abgasredu- ziermedium, vorzugsweise eine Harnstoff-Wasser-Lösung, gelöst, wobei zwi- schen der Messzelle und der Zuleitung ein komprimierbares Volumen vorgesehen ist, das eine Volumenänderung des Abgasreduziermediums beim Einführen auf- nimmt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Drucksensor für Abgasreduziersy- steme, insbesondere von Dieselmotoren, mit einem Gehäuse, in dem mindestens eine Messzelle untergebracht ist, und mit wenigstens einer Zuleitung für ein Ab-
gasreduziermedium, vorzugsweise eine Harnstoff-Wasser-Lösung, welcher da- durch gekennzeichnet ist, daß zwischen der Messzelle und der Zuleitung ein Balg vorgesehen ist, welcher an ein komprimierbares Volumen grenzt, das eine Volu- menänderung des Abgasreduziermediums beim Einfrieren aufnimmt.
Der Balg ist grundsätzlich aus jedem umformbaren Material herstellbar. Das Balgmaterial wird bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe : Metall, Kunststoff oder Gummi. Bevorzugt kommt jedoch Metall als Balgmaterial zur Anwendung, be- sonders bevorzugt Metall mit der Werkstoffnummer 1.4301 oder 1.4303, welche beide in der DIN 17440 genormt sind. Das Balgmaterial wie auch alle anderen Materialien des Drucksensors, welche mit dem Abgasreduziermedium in Kontakt kommen sollten zudem eine ausreichende Beständigkeit gegenüber dem Abgasre- duziermedium aufweisen. Im Fall einer Harnstoff-Wasser-Lösung als Abgasredu- ziermedium, sollten folgende Materialien nicht zur Anwendung kommen : Kupfer, kupferhaltige Legierungen sowie unlegierte und verzinkte Stähle.
Der Balg ist hinsichtlich seiner Abmessungen und der Wahl des Materials, insbe- sondere hinsichtlich der Materialeigenschaften wie E-Modul und Spannungszu- stand, vorzugsweise so ausgelegt, daß bis zum Erreichen des Betriebsdruckes (ca.
5-6 bar absolut) keine Verformung des Balges auftritt. Dies wird unter anderem durch ein Gleichgewicht der Spannungszustände innerhalb des Balgmaterials er- reicht. Bei Überschreitung des Betriebsdruckes, beispielsweise beim Einfrieren des Abgasreduziermediums, beginnt sich das Balgmaterial elastisch zu verformen, wodurch das im Balg eingeschlossene (geschlossener Balg) oder das den Balg umgebende (offener Balg) Fluid, vorzugsweise Luft, komprimiert wird. Diese elastische Verformung des Balgmaterials in Verbindung mit einer Fluidkompri- mierung schützt die Messzelle vor Beschädigung bzw. Zerstörung.
Hinsichtlich weiterer erfindungsgemäß möglicher Ausführungsformen des Balges, wird an dieser Stelle auf"Das Handbuch der Metallbälge"der Witzenmann GmbH, Metallschlauch-Fabrik Pforzheim, erschienen im Labhard Verlag Kon-
stanz, verwiesen, insbesondere auf die Seiten 28, 29,36, 37 und 46 bis 49, welche vollumfänglich in den Kontext der vorliegenden Beschreibung mit einzubeziehen sind.
Bei der Messzelle kann es sich grundsätzlich um alle bekannten Absolut- und/oder Relativdruckmesssensoren handeln. Beispielhaft seien an dieser Stelle auch Dehnungsmessstreifen genannt, welche ebenso zum Einsatz kommen kön- nen.
Des weiteren ist eine mehrteilige Ausführungsform des Balges denkbar, welche die Montage und Demontage des Drucksensors erleichtert.
Der Balg ist vorzugsweise mit einer seiner offenen Seiten mit der Messzelle und mit der gegenüberliegenden zweiten offenen Seite mit dem Gehäuse vorzugsweise mittels einer Schweißstelle, beispielsweise einer fluiddichten, umlaufenden Schweißnaht, verbunden. Dabei ist das Äußere des Balges sowie der Messzelle vorzugsweise mit Luft umgeben.
Die Dimensionierung der Zuleitung des Drucksensors für das Abgasreduzierme- dium ist vorzugsweise derart minimiert, daß kein Durchfluß des Abgasreduzier- mediums, aber ein Volumenaustausch mit dem bzw. ein Druckaufbau im Druck- sensor möglich ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksensors ist zwischen Messzelle und Balg eine Befestigung und/oder Aufnahme vorgesehen.
Die Befestigung und/oder die Aufnahme weisen dabei bevorzugt durchgehende Ausnehmungen, beispielsweise in Form von Durchgangsbohrungen, auf. Diese Ausnehmungen ermöglichen es dem Abgasreduziermedium an der Befestigung und/oder Aufnahme vorbei an die Messzelle zu gelangen. Der Abstand zwischen Befestigung und/oder Aufnahme und Messzelle ist dabei bevorzugt so gering wie nur möglich, so daß gerade noch eine Druckübertragung zur Messzelle erfolgen
kann. Beim Einfrieren des Abgasreduziermediums dehnt sich ein solcher Fluid- film nicht so stark aus, daß eine Volumenzunahme auftritt, die nicht mehr durch elastische Verformung des Balges verbunden mit Komprimierung von vorzugs- weise gasförmigem Fluid aufgenommen werden kann. Die Gefahr einer Beschä- digung bzw. Zerstörung der Messzelle wird somit minimiert bzw. ausgeschlossen.
Weiterhin kann die Aufnahme des Drucksensors eine umlaufende Nut zur Fluid- führung aufweisen. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Gefahr besteht, daß sich die Längsachse der Bohrungen von Befestigung und Aufnahme, welche grundsätzlich zueinander fluchtend ausgerichtet sind, im Betrieb zueinander verdrehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Drucksensors sind Mittel zur Hubbegrenzung, insbesondere zum Schutz des Balges, vorgesehen. Diese Hubbe- grenzungen sind bevorzugt innerhalb des Balges vorgesehen, wobei ein Teil der Hubbegrenzung den Balg einseitig verschließt. Von diesem Teil ausgehend ragt ein weiterer Teil der Hubbegrenzung in den Balg hinein in Richtung der zweiten Öffnung des Balges, welche beispielsweise mit der Aufnahme verbunden ist. Die Aufnahme bildet somit den Anschlag für die Hubbegrenzung. In der Aufnahme kann zur besseren Führung der Hubbegrenzung und/oder zur Bestimmung der Hublänge eine Ausnehmung vorgesehen sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Drucksensors ist wenigstens eine Öffnung des Balges mit einer diese Öffnung fluiddicht verschließenden Platte versehen. Diese Platte ist vorzugsweise mit dem Balg verschweißt. Das Platten- material entspricht dabei bevorzugt dem des Balges. Diese Platte sollte zudem eine höhere Steifigkeit als der Balg aufweisen, beispielsweise hat die Platte eine größere Dicke als die Balgwand. Die Platte kann ferner Einrichtungen zur Fixie- rung einer Feder aufweisen, welche sich vorzugsweise innerhalb des Balges be- findet und sich mit ihrem einen Ende auf der Platte abstützt.
Sind beide Öffnungen des Balges verschlossen, befindet sich im Balg vorzugs- weise ein komprimierbares Fluid, wie beispielsweise Luft. Die Menge des Fluids ist dabei so zu bemessen, daß eine ausreichende Komprimierbarkeit bei entspre- chender Betriebsdrucküberschreitung gegeben ist und keine Beeinträchtigung der Messzelle auftritt.
Erfindungsgemäß kann der Drucksensor zudem wenigstens eine Feder aufweisen.
Diese Feder ist vorzugsweise zwischen der Aufnahme und dem Mittel zur Hubbe- grenzung oder zwischen der Aufnahme und der Platte innerhalb des Balges vorge- sehen. Eine solche Feder kann alternativ oder zusätzlich auch zwischen Messzelle und Gehäuse vorgesehen sein. Die Feder wird bevorzugt mit Vorspannung mon- tiert, wobei die Vorspannung gerade so groß ist, daß keine Verformung des Bal- ges bzw. einer alternativ vorgesehenen Membran vor Erreichen des Betriebsdruk- kes auftritt. Bei der Feder kann es sich grundsätzlich um alle bekannten Federar- ten handeln. Vorzugsweise kommt eine Spiralfeder aus Metall zum Einsatz.
Denkbar wäre auch eine Gasfeder.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors ist der Balg mit seiner der Zuleitung zugewandten Öffnung kraft-oder formschlüssig mit dem Gehäuse fluiddicht, beispielsweise mittels einer Schweißnaht, verbunden.
An Stelle des Balges oder zusätzlich zum Balg kann in einer weiteren Ausfüh- rungsform eine Membran vorgesehen sein.
Bei weiteren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Drucksensors ist das kom- primierbare Volumen durch wenigstens eine Membran vom Abgasreduzier- medium getrennt, wobei das komprimierbare Volumen ein Gasvolumen, vor- zugsweise Luft, ist. Das komprimierbare Volumen ist dabei vorzugsweise von der Messzelle und der Membran begrenzt. Zudem kann die Membran mit Abstand zur Mündung der Zuleitung vorgesehen sein. Die Zuleitung ist dabei bevorzugt mittig zur gegenüberliegenden Membranfläche angeordnet. Die Membran liegt zudem
bevorzugt mit einem verstärkten Rand an einer Innenwand des Gehäuses an.
Weiterhin kann die Membran durch wenigstens ein Halteteil gesichert sein, wobei das Halteteil beispielsweise ein Haltering ist. Der Drucksensor ist darüber hinaus dadurch charakterisiert, daß das Halteteil die Membran im Gehäuse zentriert, wo- bei das Halteteil zudem durch wenigstens ein Sicherungselement, vorzugsweise einen Sicherungsring, gesichert ist. Eine Abdichtung wird vorzugsweise durch axiale Verpressung der Membran erreicht. Die Membran kann ferner auf einem Absatz eines Bodens eines das komprimierbare Volumen enthaltenden Aufnahme- raumes aufliegen.
Das Gehäuse des Drucksensors wird vorzugsweise als Tiefziehteil oder Drehteil hergestellt, welches wenigstens einen Gewindeabschnitt zum Integrieren des Drucksensors in ein Abgasreduziersystem aufweist. Dieser Gewindeabschnitt weist bevorzugt eine Nut auf, welche zur Aufnahme eines Dichtungsringes, bei- spielsweise in Form eines O-Ringes, geeignet ist.
Die Abmessungen des Drucksensors liegen bevorzugt im Bereich 30 bis 35 mm Durchmesser und 40 bis 50 mm Höhe.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein System zur Abgasnachbehandlung mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Drucksensor.
Beim erfindungsgemäßen Drucksensor nimmt das komprimierbare Volumen die Ausdehnungen des Abgasreduziermediums während des Einfrierens auf, so daß sich das Ausdehnen des Abgasreduziermediums beim Gefriervorgang nicht auf die Messzelle auswirkt. Der Drucksensor ist somit einfriersicher.
Damit eine Beschädigung des Drucksensors beim Einfrieren des Abgasreduzier- mediums vermieden wird, befindet sich vorzugsweise zwischen der Messzelle und der Zuleitung für das Medium ein komprimierbares Volumen, das eine Vo- lumenänderung des Abgasreduziermediums beim Einfrieren aufnimmt. Ferner
kann die Messzelle auf einem verformbaren Teil aufgebracht werden, so dass die Messzelle bei einer Volumenänderung des Abgasreduziermediums beim Einfrie- ren elastisch verschoben werden kann. Dadurch wirkt sich die Volumenausdeh- nung des Mediums beim Gefriervorgang nicht nachteilig auf die Messzelle aus.
Der Drucksensor wird für Abgasreduziersysteme in Dieselmotoren von Kraftfahr- zeugen eingesetzt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der beilie- genden Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand weiterer in den Zeichnungen dargestellten Aus- führungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 im Axialschnitt einen erfindungsgemäßen Drucksensor ; Fig. 2 in vergrößerter Darstellung die Einzelheit Z in Fig. 1 ; Fig. 3 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Drucksensors mit Balg ; Fig. 4 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Drucksensors mit Balg, Befestigung, Aufnahme und Platte ; Fig. 5 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Drucksensors wie in Fig. 4 dargestellt mit Hubbegrenzung anstelle der Platte ; Fig. 6 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Drucksensors wie in Fig. 5 dargestellt mit zusätzlicher Feder ; Fig. 7 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Drucksensors wie in Fig. 6 dargestellt mit einer Platte anstelle der Hubbegrenzung ;
Fig. 8 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Drucksensors wie in Fig. 3 dargestellt mit Feder zwischen Messzelle und Gehäuse.
Der Drucksensor wird vorteilhaft in einem Abgasreduziersystem eingesetzt, mit dem Abgase von Dieselmotoren gereinigt werden. Mit dem Sensor wird der Druck einer Harnstoff-Wasser-Lösung im Abgasreduziersystem gemessen. Der Drucksensor hat ein Gehäuse 1, das mit einem Außengewinde 2 versehen ist, mit dem der Drucksensor in eine Gewindebohrung des Abgasreduziersystems ge- schraubt werden kann. Von der ebenen freien Stirnseite 3 des Gehäuses 1 steht mittig ein Ansatz 4 vor. Der Ansatz 4 und das Gehäuse 1 werden von einer Zu- leitung in Form einer axialen Bohrung 5 und 6 durchsetzt, die einer scheibenför- migen Membran 7 gegenüberliegt. Sie hat einen umlaufenden Rand 8, der dich- tend an einer Innenwand 9 eines Aufnahmeraumes 10 des Gehäuses 1 anliegt. Die Membran 7 besteht aus elastischem Material, vorzugsweise aus einem geeigneten Kunststoff, der bei der Gefriertemperatur der Harnstoff-Wasser-Lösung noch ela- stisch ist.
Die Abdichtung kann aber auch durch axiale Vorspannung der Membran erfol- gen. Dazu liegt die Membran 7 vorteilhaft auf einem Absatz eines Bodens 15 des Aufnahmeraumes 10 auf.
Die Membran 7 wird durch einen Haltering 11 axial gesichert. Er liegt ebenfalls an der Innenwand 9 des Aufnahmeraumes 10 und hat einen axial vorstehenden Ring 12, der an der Innenwandung des umlaufenden Randes 8 der Membran 7 anliegt. Der Haltering 11 kann in den Aufnahmeraum 10 eingepreßt sein. Es ist aber auch möglich, den Haltering 11 in den Aufnahmeraum 10 zu schrauben.
Durch den Haltering 11 wird die Membran 7 zuverlässig und sicher im Aufnah- meraum gehalten.
Bei Abdichtung durch axiale Verpressung der Membran 7 kann der Haltering 11 entfallen.
Die Bohrung 6, die größeren Durchmesser als die Bohrung 5 hat, liegt zentrisch in bezug auf die Membran 7. Über die Bohrungen 5,6 gelangt die Harnstoff- Wasser-Lösung an die Membran 7.
Alternativ kann die Bohrung 6 auch kleiner oder gleich groß im Vergleich zur Bohrung 5 sein.
Der Haltering 11 wird durch eine Messzelle 13 axial gesichert, die am Haltering 11 anliegt und ihrerseits durch einen Sicherungsring 14 befestigt ist, der in das Gehäuse 1 eingesetzt ist.
Zwischen der Messzelle 13 und der Membran 7 befindet sich das komprimierbare Volumen 17, das Gas, vorteilhaft Luft, ist. Im Aufnahmeraum 10 ist dieses Gas druckdicht eingeschlossen. Dieses Gas ist von der Harnstoff-Wasser-Lösung in den Bohrungen 5,6 durch die Membran 7 getrennt.
Bei tiefen Temperaturen kann die Harnstoff-Wasser-Lösung gefrieren. Dies führt zu einer Volumenvergrößerung, die bei diesem Medium bei etwa 10 % liegt. Das vor der Messzelle 13 befindliche Gasvolumen 17 im Aufnahmeraum 10 verhin- dert, daß durch das Ausdehnen der Harnstoff-Wasser-Lösung beim Gefrieren die Messzelle 13 beschädigt wird. Beim Einfrieren dieses Mediums wird die Bela- stung der Volumenausdehnung nicht direkt auf die Messzelle 13 übertragen, da das im Aufnahmeraum 10 eingeschlossene Gasvolumen wie eine Gasfeder kom- primierbar ist. Die dünnwandige Membran 7 wird beim Einfrieren der Harnstoff Wasser-Lösung elastisch in Richtung auf die Messzelle 13 verformt, wobei das eingeschlossene Gasvolumen 17 komprimiert wird. Der Aufnahmeraum 10 bzw. das darin eingeschlossene Gasvolumen 17 ist so groß, daß die durch die Volu- menausdehnung der Harnstoff-Wasser-Lösung beim Gefriervorgang erfolgende
Membranverformung durch eine entsprechende Komprimierung des Gasvolumens 17 aufgefangen werden kann. Die Messzelle 13 wird dadurch nicht gefährdet.
Bei normalem Betrieb des Drucksensors ist auf beiden Seiten der Membran 7 der Druck weitgehend identisch, bis auf einen geringen Fehler durch die Steifigkeit der Membran 7 bei der elastischen Auslenkung. Die Drift durch Veränderung des Gasvolumens im Aufnahmeraum 10 durch eine Temperaturänderung kann durch eine Kompensation über die gemessene Temperatur einfach ausgeglichen werden.
Die Membran 7 ist so gestaltet, daß eine große Fläche mit der Harnstoff-Wasser- Lösung beaufschlagt wird. So ist es vorteilhaft möglich, daß die Membran 7 längs ihres Umfanges auf einem Absatz des Bodens 15 des Aufnahmeraumes 10 anliegt.
Dann liegt die Mündung der Bohrung 6 im Boden 15 mit geringem Abstand von der Membran 7. Es ist aber auch möglich, daß die Membran 7 mit ihrem umlau- fenden vorstehenden Rand 8 so im Aufnahmeraum 10 montiert ist, daß sie gerin- gen Abstand vom Boden 15 hat. In beiden Fällen kann somit die aus der Bohrung 6 austretende Harnstoff-Wasser-Lösung die gesamte, dem Boden 15 zugewandte Fläche 16 der Membran 7 beaufschlagen.
Der Rand 8 der Membran 7 ist im Vergleich zur Membranfläche verstärkt ausge- bildet und so gestaltet, daß er fest an der Innenwand 9 des Gehäuses 1 anliegt und ein Verrutschen der Membran 7 verhindert. Zudem wird der Rand 8 der Membran 7 vom Haltering 11 in seiner Einbaulage gesichert, der seinerseits über die Mess- zelle 13 und den Sicherungsring 14 gehalten wird.
Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Drucksensor mit Gehäuse 31, in welchem zwischen Messzelle 33 und einer Zuleitung für ein Abgasreduziermedium ein Balg 38 angeordnet ist. Dabei wird der Balg 38 einseitig von der Messzelle 33 verschlossen. Die Messzelle 33 ist mittels einer Schweißnaht am Balg 38 befe- stigt. Die der Messzelle 33 gegenüberliegende Öffnung des Balges 38 ist mit der Zuleitung derart verbunden, daß das Abgasreduziermedium durch die Zuleitung in
das Innere des Balges fließen kann bzw. ein Druck-oder Volumenaustausch mit dem Inneren des Balges möglich ist. Der Balg 38 ist vorzugsweise mittels einer Schweißnaht am Gehäuse 31 befestigt.
Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Drucksensor mit einem Gehäuse 41 in wel- chem an der der Zuleitung gegenüberliegenden Innenfläche eine Messzelle 43 angeordnet ist. Des weiteren ist innen an dem zylinderförmigen Gehäuse 41 eine Befestigung 47 angebracht, welche eine Aufnahme 49 trägt. Die Aufnahme 49 verschließt einseitig einen ebenfalls innerhalb des Gehäuses 41 angeordneten Balg 48, dessen zweite Öffnung von einer Platte 100 verschlossen ist. Die Befe- stigung 47 sowie die Aufnahme 49 weisen Ausnehmungen 42 und 44 auf. Diese vorzugsweise als Bohrungen vorgesehenen Ausnehmungen 42 und 44 sind zuein- ander fluchtend angeordnet, so daß ein Durchtritt des Abgasreduziermediums durch die Aufnahme 49 und die Befestigung 47 möglich ist. Für den Fall, daß sich die Ausnehmungen 42 und 44 während des Betriebes gegeneinander verdrehen (nicht fluchtend zueinander angeordnet sind), ist eine Nut 40 vorgesehen, welche bevorzugt als Umfangsnut ausgestaltet ist, und den sicheren Durchtritt des Abgas- reduziermediums durch die Aufnahme 49 und die Befestigung 47 gewährleistet.
In dieser Ausführungsform ist der Balg beidseitig geschlossen, wobei sich im Balg ein komprimierbares Fluid, vorzugsweise ein Gas wie beispielsweise Luft befindet. Das Abgasreduziermedium gelangt über die Zuleitung in das Gehäu- se 41, kann am Balg 48 vorbei durch die Ausnehmungen 42 und 44 bis zur Mess- zelle 43 gelangen.
In Fig. 5 ist ein erfindungsgemäßer Drucksensor ähnlich dem in Fig. 4 dargestell- ten Drucksensor gezeigt, bei welchem anstelle der Platte eine Hubbegrenzung 56 vorgesehen ist, welche einen Balg 58 einseitig verschließt. In einem Gehäuse 51 ist ähnlich der Anordnung von Fig. 4 eine Messzelle 53 angeordnet sowie eine Befestigung 57 und eine Aufnahme 59. Die Befestigung 57 und die Aufnahme 59 weisen jeweils eine Ausnehmung 52 und 54 auf, welche fluchtend zueinander angeordnet sind. Ebenfalls vorgesehen ist eine Nut 50, welche die gleiche Aufga-
be erfüllt, wie die in Fig. 4 beschriebene Nut 40. Die Hubbegrenzung 56 hat hauptsächlich die Aufgabe im Falle einer Betriebsdrucküberschreitung und einer damit verbundenen elastischen Verformung des Balges 58 insbesondere die Ver- formung in axialer Richtung des Balges 58 zu begrenzen. Die Hubbegrenzung ist dabei vorzugsweise so ausgelegt, daß die Verformung des Balges nur im elasti- schen Bereich erfolgen kann.
Der in Fig. 6 dargestellte Drucksensor weist im Vergleich zu dem in Fig. 5 darge- stellten Drucksensor zusätzlich eine Feder 65 auf, welche innerhalb eines Bal- ges 68 zwischen einer Hubbegrenzung 66 und einer Aufnahme 69 vorgesehen ist.
Auch dieser Drucksensor weist ein Gehäuse 61 auf, in welchem eine Messzelle 63 angeordnet ist. Ferner ist auch in diesem Drucksensor eine Befestigung 67 mit einer Ausnehmung 62 und eine Aufnahme 69 mit einer Ausnehmung 64 vorgese- hen. Ebenfalls vorgesehen ist eine Nut 60. Die Funktionen der Ausnehmungen 62 und 64 sowie der Nut 60 in Bezug auf das Abgasreduziermedium wurden bereits in Fig. 4 ausführlich erläutert und gelten hier entsprechend. Die Feder 65, welche vorzugsweise in axialer Richtung innerhalb des Balges angeordnet ist, wird be- vorzugt vorgespannt montiert, wobei die Vorspannung der Feder 65 gerade so groß ist, daß keine Verformung des Balges 68 bis zum Erreichen des maximalen Betriebsdrucks auftritt. Die nach Überschreiten des Betriebsdrucks auftretende elastische Verformung des Balges 68 kann durch die Feder 65 zusätzlich mini- miert werden.
Eine solche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drucksensors mit Kombi- nation von Hubbegrenzung und Feder innerhalb des Balges ist insbesondere ge- eignet für hohe Betriebsdrucküberschreitungen.
Der in Fig. 7 dargestellte Drucksensor weist im Gegensatz zum in Fig. 6 darge- stellten Drucksensor keine Hubbegrenzung auf, sondern eine Platte 100, welche anstelle der Hubbegrenzung einen Balg 78 einseitig verschließt. Auch in der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform weist der Drucksensor ein Gehäuse 71 mit
einer daran angebrachten Messzelle 73 auf. Ebenfalls vorgesehen sind innerhalb des Gehäuses 71 eine Befestigung 77 sowie eine Aufnahme 79 mit entsprechen- den Ausnehmungen 72 und 74 sowie einer Nut 70. Innerhalb des Balges ist zudem eine Feder 75 vorgesehen, welche die gleiche Funktion wie die Feder 65 in Fig. 6 erfüllt.
In Fig. 8 ist ein erfindungsgemäßer Drucksensor mit einem Gehäuse 81 und einer Messzelle 83, ähnlich dem Drucksensor wie in Fig. 3 dargestellt, gezeigt. Die Messzelle 83 verschließt einseitig einen Balg 88, welcher mit seiner der Messzelle gegenüberliegenden Öffnung mit dem Gehäuse 81 verbunden, vorzugsweise ver- schweißt, ist. Wie auch schon in Fig. 3 beschrieben, kann auch bei dieser Ausfüh- rungsform das Abgasreduziermedium durch eine Zuleitung in des Innere des Bal- ges 88 fließen bzw. ein Volumenaustausch und/oder Druckaustausch mit dem Inneren des Balges 88 möglich sein. Zwischen Messzelle 83 und einer Innenwand des Gehäuses 81 ist eine Feder 85 vorgesehen, welche auch hier die Funktion hat, die bei Überschreiten des Betriebsdruckes auftretende elastische Verformung des Balges 88 gering zu halten bzw. einer plastischen Verformung des Balges 88 ent- gegenzuwirken. Die Feder 85 ist auch in dieser Ausführungsform bevorzugt vor- gespannt montiert.
Allen in Fig. 3 bis 8 dargestellten Drucksensoren ist gemeinsam, daß das Druck- sensorgehäuse einen Abschnitt mit Außengewinde aufweist, mit welchem der Drucksensor in eine Gewindebohrung des Abgasreduziersystems geschraubt wer- den kann und in welchem eine Öffnung für eine Zuleitung vorgesehen ist. Weiter- hin weisen alle genannten Drucksensoren eine weitere Öffnung auf, durch welche die Messzelle mit entsprechenden Anschlußleitungen mit einer Auswerteinheit verbunden werden kann.
Der Drucksensor zeichnet sich dadurch aus, daß er den Druck der Harnstoff- Wasser-Lösung im Abgasreduziersystem des Dieselmotors zuverlässig mißt und beim Einfrieren der Harnstoff-Wasser-Lösung nicht beschädigt wird.
Bezugszeichenliste : 1, 31,41, 51,61, 71, 81-Gehäuse 2-Außengewinde 3-Stirnseite 4-Ansatz 5,6-Bohrung 7-Membran 8-umlaufender Rand 9-Innenwand 10-Aufnahmeraum 11-Haltering 12-Ring 13,33, 43,53, 63,73, 83-Messzelle 14-Sicherungsring 15-Boden 16-Fläche der Membran 7 17-Gasvolumen 38, 48, 58, 68,78, 88-Balg 40,50, 60,70-Nut 42,52, 62,72, 44,54, 64, 74-Ausnehmung 47,57, 67,77-Befestigung 49,59, 69,79-Aufnahme 56,66-Hubbegrenzung 65,75, 85-Feder 100-Platte
Next Patent: MICRO SCALE FLOW THROUGH SORBENT PLATE COLLECTION DEVICE