Die vorliegende Erfindung betrifft eine kapazitive Druckmesszelle. Eine gattungsgemäße Druckmesszelle umfasst einen im Wesentlichen zumindest abschnittsweise zylindrischen keramischen Grundkörper, eine keramische Messmembran und einen kapazitiven Wandler, wobei die Messmembran entlang einer umlaufenden Fügestelle druckdicht mit dem Grundkörper gefügt ist und zwischen der Messmembran und dem Grundkörper eine Messkammer gebildet ist, wobei die Messmembran in Abhängigkeit einer Differenz zwischen einem ersten Druck auf einer der Messkammer abgewandten Außenseite der Messmembran und einem zweiten Druck in der Messkammer aus einer Ruhelage der Messmembran in eine druckabhängige Lage auslenkbar ist, wobei der kapazitive Wandler eine dem Grundkörper zugewandte

Membranelektrode aufweist, und wobei der Grundkörper mindestens eine erste, der Messmembran zugewandte Grundkörperelektrode aufweist, wobei die Kapazität zwischen der mindestens einen Membranelektrode und der ersten Grundkörperelektrode von der druckabhängigen Lage der

Messmembran abhängt. Zur Fügung der beiden Körper, also des Grundkörpers und der

Messmembran, werden sogenannte Aktivlote eingesetzt, die typischerweise zwischen 600 und 1000°C schmelzen und in der Regel bei 800 bis 1050 °C verarbeitet werden. Durch die Verwendung von Aktivloten ist ein direktes Löten von Keramik ohne zusätzliche Metallisierung möglich. Bei diesen Loten handelt es sich um metallische Lote, die aufgrund ihrer

Legierungszusammensetzung in der Lage sind, nichtmetallische,

anorganische Werkstoffe zu benetzen. Sie enthalten typischerweise

Komponenten wie z. B. Titan, Zirkonium oder Hafnium, die mit Keramik reagieren. Derartige Aktivlote in Form von metallischen Folien können über ein Meltspinning-Verfahren hergestellt werden, wobei technisch bedingt lediglich eine minimale Dicke von in etwa 25 Mikrometern erzielbar ist. Ein

nachträgliche Bearbeitung zur Reduzierung der Dicke der metallischen Folie, bspw. über ein Walzverfahren, ist nicht möglich. Bei der Verwendung derartiger Aktivlote, also von metallischen Folien, zur Fügung des Grundkörpers und der Messmembran wird der Abstand zwischen dem Grundkörper und der Messmembran, die zusammen die Messkammer ausbilden, durch die Dicke des Aktivlotes bestimmt. Fertigungsbedingt lassen sich jedoch solche metallischen Folien, wie bereits erwähnt, nicht dünner als ca. 25 Mikrometer herstellen. Entsprechend weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Druckmesszellen einen Abstand zwischen Grundkörper und Messmembran von mindestens ca. 25 Mikrometern auf. Bezüglich der Messperformance der Druckmesszelle ist es aber vorteilhaft, einen deutlich kleineren Abstand zu haben, da durch den Abstand im

Wesentlichen zwei Parameter der Druckmesszelle beeinflusst werden. Zum einen der maximal zulässige Überdruck bzw. die maximale Überlast, der bzw. die an der Druckkammer abgewandten Außenseite der Messmembran anlegbar ist, ohne dass eine Zerstörung der Messmembran stattfindet und zum anderen die Auflösung des Messsignales, welche bei einem kleineren Abstand zunimmt, da die Druckmesszelle in einem Bereich größerer

Kapazitäten arbeitet. Ganz allgemein wird die Messmembran beim Anlegen eines Drucks an die der Druckkammer abgewandten Außenseite der Messmembran aus ihrer

Ruhelage ausgelenkt. Die Messmembran wird hierbei in Richtung

Grundkörper verformt bzw. ausgelenkt und wird bei einem entsprechenden Druck teilweise an den Grundkörper angepresst. Nach Wegnahme des

Druckes kehrt die Messmembran wieder in ihre Ruhelage zurück.

Im Fall des Überschreitens der maximalen Überlast, also des Anlegens eines Druckes über den maximal zulässigen Überdruck hinaus, wird die

Messmembran soweit ausgelenkt, dass dabei derartig große Zugspannungen an der Messkammer abgewandten Außenseite entstehen, dass die

Messmembran zerstört wird bzw. werden kann. Dies kann verhindert werden, indem ein Abstand zwischen Messmembran und Grundkörper gewählt wird, bei dem die Messmembran, bevor derartig hohe Zugspannungen entstehen, größtenteils an dem Grundkörper anliegt, sodass eine weitere mechanische Verformung nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Messperformance einer Druckmesszelle zu optimieren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Druckmesszelle gelöst, die folgendes umfasst:

einen im Wesentlichen zumindest abschnittsweise zylindrischen Grundkörper; eine Messmembran, die entlang einer umlaufenden Fügestelle unter Bildung einer Messkammer zwischen dem Grundkörper und der Messmembran druckdicht gefügt ist;

ein Fügemittel, das entlang der umlaufenden Fügestelle zwischen dem

Grundkörper und der Messmembran zur Fügung dient;

dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper und/oder die Messmembran eine im Wesentlichen stufenförmige Vertiefung aufweist, in der das Fügemittel zumindest teilweise eingebracht ist, sodass ein Minimalabstand zwischen Grundkörper und Messmembran entsteht. Unter dem Minimalabstand zwischen Grundkörper und Messmembran wird ein möglichst kleiner Abstand verstanden, der eine möglichst große Auflösung des Messsignals ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird durch eine stufenförmige Vertiefung, in der das

Fügemittel eingebracht ist, der Abstand zwischen Messmembran und

Grundkörper reduziert. Das Fügemittel ist dabei zumindest teilweise seiner Höhe nach in der stufenförmigen Vertiefung eingebracht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Druckmesszelle sieht vor, dass der Grundkörper und/oder die Messmembran einen keramischen Werkstoff, insbesondere Aluminiumoxid, aufweist bzw. aufweisen. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Druckmesszelle sieht vor, dass das Fügemittel eine Aktivlotfolie aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Aktivlotfolie eine Zirkonium-Nickel- Titan-Legierung aufweist und/oder die Aktivlotfolie eine Dicke von wenigstens 25 Mikrometern aufweist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Druckmesszelle sieht vor, dass die im Wesentlichen stufenförmige Vertiefung eine Stufenhöhe von mindestens 12 Mikrometern, bevorzugt von mindestens 16 Mikrometern, besonders bevorzugt von mindestens 18 Mikrometern aufweist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Druckmesszelle sieht vor, dass die stufenförmige Vertiefung eine Stufenhöhe von höchstens 40 Mikrometern, bevorzugt von höchstens 30 Mikrometern, besonders bevorzugt von höchstens 20 Mikrometern, aufweist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Druckmesszelle sieht vor, dass der Minimalabstand mindestens 5 Mikrometer, bevorzugt mindestens 7 Mikrometer, besonders bevorzugt mindestens 9 Mikrometer, ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Druckmesszelle sieht vor, dass der Minimalabstand höchstens 15 Mikrometer, bevorzugt höchstens 13 Mikrometer, besonders bevorzugt höchstens 12 Mikrometer ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Druckmesszelle sieht vor, dass ein Wandler vorgesehen ist, der eine druckabhängige Lage der Messmembran in ein druckabhängiges Signal wandelt. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Wandler ein kapazitiver Wandler ist, der mittels einer Kapazität zwischen einer dem Grundkörper zugewandten Membranelektrode an der Messmembran und einer auf dem Grundkörper der Messmembran zugewandten Messelektrode das

druckabhängige Signal erzeugt.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Druckmesszelle.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Druckmesszelle 1 . Diese umfasst eine kreisscheibenförmige Messmembran 2, die mit einem erheblich steiferen kreisplattenförmigen Grundkörper 3 entlang einer

Fügestelle 4 unter Bildung einer Messkammer 5 zwischen dem Grundkörper 3 und der Messmembran 2 druckdicht gefügt ist. Typischerweise sind die Messmembran 2 und der Grundkörper 3 im Wesentlichen aus einem keramischen Werkstoff ausgebildet. So können bspw. der Grundkörper 3 und/oder die Messmembran 2 aus Aluminiumoxid sein.

Der Grundkörper 3 und die Messmembran 2 werden über ein Fügeverfahren dauerhaft miteinander verbunden. Hierzu wird die Messmembran 2 entlang einer umlaufenden Fügestelle 4 mit dem Grundkörper 3 druckdicht gefügt, sodass die Messkammer 5 zwischen dem Grundkörper 3 und der

Messmembran 2 entsteht. Zum Fügen dient dabei ein Fügemittel 12, wie beispielsweise eine metallische Aktivlotfolie. Bevorzugt weist die Aktivlotfolie eine Zirkonium-Nickel-Titan-Legierung auf.

Wie in Fig. 1 dargestellt, umfasst der Grundkörper 3 in dessen Randbereich eine stufenförmige Vertiefung 13 mit einer entsprechenden Stufenhöhe.

Denkbar ist natürlich auch, dass die stufenförmige Vertiefung 13 in der Messmembran 2 oder sowohl in der Messmembran 2 als auch dem

Grundkörper 3 ist. Die stufenförmige Vertiefung 13 weist typischerweise eine Stufenhöhe im Bereich von ca. 10 - 25 Mikrometern auf. In diese

stufenförmige Vertiefung 13 wird vor dem Fügen die Aktivlotfolie eingebracht, so dass der Grundkörper 3 und die Messmembran 2 unter Ausbildung der Messkammer 5 gefügt werden, wobei die Aktivlotfolie dabei zumindest teilweise in der stufenförmigen Vertiefung sitzt.

Ganz allgemein kann durch die Wahl der Stufenhöhe in Kombination mit der Dicke der Aktivlotfolie ein Minimalabstand zwischen dem Grundkörper 3 und der Messmembran 2 eingestellt werden, der die Messperformance der Druckmesszelle 1 für eine spezifische Anwendung optimiert. Hierbei gilt es zu beachten, dass durch die Wahl des Minimalabstandes nicht nur die maximale Überlast, die an die Außenseite der Messmembran 2 anlegbar ist, sondern auch die Auflösung des Messsignales bestimmt wird. Wird bspw. der

Minimalabstand kleiner als die aus dem Stand der Technik bekannten 25 Mikrometern gewählt, wird beim Anlegen einer Überlast bzw. eines

Überdruckes an die Außenseite der Messmembran 2 die Messmembran 2 soweit ausgelenkt, dass sie an den Grundkörper 3 anstößt. Das Anstoßen verhindert, dass zu große Zugspannungen an der Außenseite der

Messmembran 2 entstehen und eine Zerstörung dieser eintritt.

Als geeignet hat sich daher ein Minimalabstand im Bereich von ca. 5 bis 15 Mikrometern herausgestellt. Als besonders vorteilhaft unter Berücksichtigung sowohl einer möglichst großen Überlast, die anlegbar ist, als auch einer geeigneten Auflösung des Messsignals hat sich ein Bereich von ca. 5 bis 10 Mikrometern für den Minimalabstand herausgestellt.

Die Messmembran 2 weist auf ihrer der Messkammer 5 zugewandten Seite eine im Wesentlichen vollflächige Membranelektrode 6 auf, die beispielsweise eine Metallschicht umfasst, die mittels Sputtern oder Siebdruck erzeugt wird.

Die Membranelektrode 6 erstreckt sich zumindest in Teilen bis zum inneren

Rand der Fügestelle 4, um diese über das Fügemittel 12 zum Grundkörper 3 hin elektrisch zu kontaktieren. Der Grundkörper 3 wiederum weist eine elektrisch leitende Durchführung auf, über die dann die elektrische

Weiterkontaktierung der Membranelektrode zu der Rückseite des

Grundkörpers erfolgt (in Fig. 1 nicht dargestellt). Der Grundkörper 3 weist an seiner der Messkammer 5 zugewandten Seite zumindest eine Elektrode, vorzugsweise jedoch zumindest zwei Elektroden, auf. Bei der in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform weist der Grundkörper 3 zwei Elektroden 7, 8 auf. Eine Messelektrode 7, die im Wesentlichen zentral auf dem Grundkörper 3 angeordnet ist und typischerweise kreisflächenförmig ausgebildet ist und einer Referenzelektrode 8, die typischerweise ringförmig ausgebildet ist und die Messelektrode 7 kreisförmig umgibt. Die

Referenzelektrode 8 und die Messelektrode 7 sind über weitere elektrisch leitfähige Durchführungen 9, 10 durch den Grundkörper 3 zur Rückseite des Grundkörpers 3 hin elektrisch kontaktiert.

Die Messelektrode 7 und die Membranelektrode 6 bilden dabei eine kapazitive Einheit, über die ein kapazitiver Wandler (in Fig. 1 nicht dargestellt) einen an der Messmembran 2 anliegenden Druck bestimmt. Durch den an der

Messmembran 2 anliegenden Druck wird die Messmembran 2 und somit entsprechend auch die Membranelektrode 6 verformt bzw. ausgelenkt, was wiederum zu einer Kapazitätsänderung der kapazitiven Einheit führt. Die Kapazitätsänderung wird anschließend durch den kapazitiven Wandler in ein elektrisches druckabhängiges Signal gewandelt, das den Druckwert repräsentiert. Mittels der Referenzelektrode 8, die ebenfalls Teil der kapazitiven Einheit sein kann, werden Einflüsse auf das druckabhängige Signal, bspw. Temperaturdrift etc., kompensiert, die sich ansonsten in dem druckabhängigen Signal niederschlagen würden.

Bezugszeichenliste Druckmesszelle

Messmembran

Grundkörper

Fügestelle

Messkammer

Membranelektrode

Messelektrode

Referenzelektrode

Elektrisch leitende Durchführungen Fügemittel

Stufenförmige Vertiefung