EP2812663A1

EP2812663A1 - Membran für brennraumdrucksensor

Info

Publication number: EP2812663A1
Application number: EP13700747.2A
Authority: EP
Inventors: Holger Scholzen; Romuald FLAVIGNIE; Wolfgang Koetzle; Janpeter Wolff; Axel PROBST
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2014-12-17
Also published as: WO2013117414A1; CN104246464B; DE102012202058A1; CN104246464A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckmesseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zur Ermittlung eines Brennraumdruckes. Die Druckmesseinrichtung umfasst ein Gehäuse (10) in dem eine Sensormembran (19, 20) aufgenommen ist. Diese trennt einen Druckraum (24) von einem Hohlraum (22). Die Sensormembran (19, 20) umfasst eine druckbeaufschlagte Fläche (27) und dichtet das Gehäuse (10) gegen den zu messenden Druck ab. Die druckbeaufschlagte Fläche (27) der Sensormembran (20) liegt zwischen einer ersten Umlenkstelle (32) und einer zweiten Umlenkstelle (38) der Sensormembran (20), die jeweils in reduzierten zweiten und dritten Wandstärken (34, 40) in Bezug auf eine erste Wandstärke (28) der Sensormembran ausgeführt sind.

Description

Beschreibung Titel

Membran für Brennraumdrucksensor Stand der Technik DE 10 2006 057 627 A1 bezieht sich auf eine Druckmesseinrichtung. Diese dient zur Anordnung im Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Die Druckmesseinrichtung weist ein Gehäuse, ein Kraftübertragungselement, das an einer kammerseitigen Öffnung des Gehäuses teilweise aus dem Gehäuse ragt und einen Drucksensor auf. Dieser ist in einem Innenraum des Gehäuses angeordnet. Dabei steht der Drucksensor mit dem

Kraftübertragungselement in Wirkverbindung. Ferner ist eine Membran vorgesehen, die den Innenraum des Gehäuses, in dem der Drucksensor angeordnet ist, gegenüber der kammerseitigen Öffnung abdichtet. Die Membran, die vorzugsweise als Metallmembran ausgebildet ist, weist einen Kraftübertragungsabschnitt auf, der in einer axialen Richtung des Kraftübertragungselementes orientiert ist. Außerdem steht der Drucksensor mittels des Kraftübertragungsabschnitts der Membran mit dem Kraftübertragungselement in

Wrkverbindung. Dadurch erfolgt zumindest eine teilweise Kompensation thermisch bedingter Längenänderungen der Membran, die beispielsweise durch heiße Brennstoffgase verursacht sind und zu periodischen Beeinträchtigungen der Druckmessung mittels des Drucksensors führen können.

DE 10 2007 049 971 A1 bezieht sich auf eine Glühstiftkerze. Eine Glühstiftkerze dient zur Anordnung in einer Kammer einer Brennkraftmaschine. Die Glühstiftkerze weist ein

Gehäuse, ein stabförmiges Heizelement, das teilweise aus dem Gehäuse ragt und einen Drucksensor auf, der in einem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist. Dabei steht der Drucksensor einerseits mit dem stabförmigen Heizelement in Wirkverbindung, um eine aufgrund eines in der Kammer herrschenden Druckes bedingte Beaufschlagung des

Heizelementes zum Bestimmen des in der Kammer herrschenden Druckes zu erfassen. Ferner stützt sich der Drucksensor andererseits an einem mit dem Gehäuse verbundenen Fixierelement ab. Eine Federmembran dichtet den Innenraum des Gehäuses gegenüber der Kammer der Brennkraftmaschine ab. Dabei ist die Federmembran als S-förmige Federmembran ausgestaltet. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere eine druckausgeglichene Auslegung erreicht werden, so dass die Genauigkeit einer

Druckmessung mittels des Drucksensors verbessert ist. Innerhalb eines Brennraumdrucksensors wird die Membran dazu benötigt, den Innenraum des Sensors gegen den Brennraum abzudichten. Eindringende Medien würden aufgrund ihrer Temperatur und ihrer aggressiven chemischen Eigenschaften, insbesondere die Bauteile des Sensormodules und der Elektronik binnen kürzester Zeit zerstören. Gleichzeitig sollte die Membran die Belastungen während des Sensorbetriebes aushalten. Zu den Belastungen sind im Wesentlichen die zyklischen Belastungen des Druckwechsels (mehrere hundert Millionen Lastwechsel pro Lebensdauer) sowie das hohe Niveau der

Durchschnittstemperatur zu zählen.

Darstellung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die aus metallischem Material gefertigte Membran, die bei einem Brennraumdrucksensor eingesetzt werden kann, so auszulegen, dass eine Minimierung der Wandstärken der aus metallischem Material gefertigten Membran erreichbar ist, wobei die Minimierung der Wandstärke insbesondere in einem Übergangsbereich zwischen druckbeaufschlagter Membranfläche und angrenzenden Bereichen realisiert ist. Des Weiteren kann durch eine Maximierung des Abstandes zwischen den

Übergangsbereichen zwischen druckbeaufschlagter Membranfläche und den

Übergangsbereichen erreicht werden, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene Membran ausreichend biegeschlaff ist, um den Pfad des zu messenden Drucksignals nicht überkritisch zu behindern. Die Membran behindert den Pfad des zu messenden Drucksignals, indem die

Membran einen Teil des zu messenden Drucksignals aufnimmt und nicht an eine

Messsensorik, beispielsweise eine piezo-elektrische Sensorik weiterleitet. Wird lediglich ein vermindertes Drucksignal an die Messsensorik weitergeleitet, sind Messergebnisse der Sensorik aufgrund einer Überlagerung mit einem Signalrauschen mit Ungenauigkeiten behaftet. Bei einer kritischen Behinderung des Pfads des zu messenden Drucksignals können Ungenauigkeiten infolge von Signalrauschen nicht mehr zuverlässig kompensiert werden. Die Biegeschlaffheit wird dadurch erreicht, dass ein radialer Abstand zwischen den beiden Umlenkstellen maximiert wird (Durchmesser ca. 7 mm zu Durchmesser ca. 4,5 mm). Andererseits sind die Wandstärken im Bereich der Umlenkungen soweit minimiert, wie es die Festigkeit des Bauteiles zulässt. Die Wandstärke beträgt beispielsweise im Bereich einer äußeren Umlenkung lediglich wenige Zehntel mm, insbesondere 0,2 mm, während die Wandstärke bei einer innenliegenden Umlenkung bzw. bei einem Radius 0,2 bis 0,35 mm betragen kann. Durch die beiden genannten Umlenkstellen wird eine Art„Scharnier" geschaffen, um welches sich die Membran windet.

Vorteile der Erfindung

In vorteilhafter Weise weist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Membran, insbesondere zum Einsatz geeignet in Brennraumdrucksensoren, einen minimalen Thermoschockeffekt auf, durch den die Messgenauigkeit des Brennraumdrucksensors herabgesetzt wird. Dies wird dadurch realisiert, dass ein eingeschnürter Bereich an der äußeren Umlenkung verlängert ausgebildet ist, so dass der Membran die Möglichkeit gegeben wird, auch diesem Bereich zu arbeiten und seitlich auszuweichen. Das seitliche Ausweichen der aus metallischem Material gefertigten Membran verringert den Thermoschockeffekt signifikant. So führt beispielsweise eine Verlängerung des eingeschnürten Bereiches um etwa 2 mm im Thermoschockeffekt bereits signifikant. Bei sonst gleicher Geometrie würde eine

Weiterverlängerung des eingeschnürten Bereiches zu einer weiteren Reduzierung des Thermoschockeffektes führen, dem allerdings Anforderungen bezüglich der Sensorlänge entgegenstehen.

Ferner wird das seitliche Ausweichen der Membran von weiteren Maßen der Membran, insbesondere Übergangsradien und der Lage von Dichtverschweißungen, beeinflusst. Bei einer Optimierung der Verlängerung des eingeschnürten Bereiches unter

Berücksichtigung der weiteren Parameter, die das seitliche Ausweichen der Membran beeinflussen, kann die Gestaltung der Membran bezüglich des Thermoschocks weiter optimiert werden.

Des Weiteren stellt der erfindungsgemäße Brennraumdrucksensor eine Möglichkeit zur Verfügung, den Anteil des Drucksignals, der von der Membran nicht an die Messsensorik weitergeleitet wird, zu minimieren. Die Messsensorik arbeitet im Betrieb auf einem hohen

Niveau der aufgenommenen Druckkräfte, wodurch eine Unterscheidung von

Druckkraftänderungen von Signalrauschen erleichtert wird. Der erfindungsgemäße

Brennraumdrucksensor weist eine verbesserte Messgenauigkeit auf. Kurze Beschreibung der Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. Es zeigt:

Figuren 1 und 2 Darstellungen bisher eingesetzter Sensormembranen,

Figur 3 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen

Brennraumdrucksensor

Figur 4 einen schematischen Halbschnitt durch einen Brennraumdrucksensor mit einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensormembran gemäß einer ersten Ausführungsvariante,

Figur 5 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß vorgeschlagene

Sensormembran der ersten Ausführungsvariante,

Figur 6 eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen

Sensormembran im montierten Zustand und

Figur 7 einen Schnitt durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensormembran in ihrer zweiten Ausführungsmöglichkeit.

Ausführungsformen der Erfindung

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Sensormembran gemäß des Standes der Technik.

Den Figuren 1 und 2 ist zu entnehmen, dass eine Sensormembran 19 symmetrisch zu ihrer Symmetrieachse 18 ausgebildet ist und eine Membranmantelfläche 26 aufweist. Der Schnittdarstellung gemäß Figur 2 ist zu entnehmen, dass die Sensormembran 19 gemäß des Standes der Technik in einer ersten Wandstärke 28 ausgeführt ist.

Figur 3 zeigt einen Längsschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

Brennraumdrucksensors. Der Brennraumdrucksensor umfasst ein Gehäuse 10, in das ein Druckstift 58 aufgenommen ist, der einem Druckraum 24 zugewandt ist. Der Druckstift 58 nimmt Druckkräfte aus dem Druckraum 24 auf und setzt die Einwirkung der Druckkraft in eine Bewegung entlang einer Achse 18 um. Zwischen dem Druckstift 58 und dem Gehäuse 10 ist ein Hohlraum 22 ausgebildet. Ferner ist entlang der Achse 18 hinter dem Druckstift 58 eine Messsensorik 59 angeordnet, die die vom Druckstift 58 durchgeführte axiale Bewegung aufnimmt und in ein Messsignal umwandelt. Hierbei nimmt der Druckstift 58 Druckkräfte aus dem Druckraum 24 auf und leitet die Druckkräfte entlang eines inneren Kraftpfades 60 über einen Kompensationskörper 4 zur Messsensorik 59. Ferner ist der Druckstift 58 mit einer Viton-Dichtung 5 versehen und an eine Glühstromleitung 3 angeschlossen, die den Druckstift 58, der als Glührohr ausgebildet sein kann, mit elektrischen Energie versorgt. Des Weiteren umfasst der Brennraumdrucksensor nach Figur 3 eine Sensormembran 20, die im Hohlraum 22 zwischen dem Gehäuse 10 und dem Druckstift 58 aufgenommen ist. Die Sensormembran 20 ist im Wesentlichen Z-förmig ausgebildet und liegt mit einem brennraum-zugewandtem Ende am Druckstift 58 an. Mit einem brennraum-abgewandten Ende liegt die

Sensormembran 20 an einer Mantelfläche 12 der Innenseite des Gehäuses 10 an. Die

Sensormembran liegt an einem brennraum-abgewandten Ende an einem Sensorgehäuse 6 an. Ferner ist das Gehäuse 10 an einem brennraum-zugewandten Ende als Konus 16 ausgebildet. Die Sensormembran 20 ist mittels Dichtschweißungen 63 mit dem Gehäuse 10, dem Sensorgehäuse 6 und dem Druckstift 58 verbunden. An der Dichtschweißung 63, die die Sensormembran 20 mit dem Druckstift 58 verbindet, verzweigt sich die vom Druckstift 58 aufgenommene Druckkraft in den inneren und einen äußeren Kraftpfad 60, 61. Der Anteil der Druckkraft, der entlang des äußeren Kraftpfades 61 weitergeleitet wird, läuft zu einer Fixierung 2, die entlang der Achse 18 hinter der Messsensorik 59 angeordnet ist. Ferner verzweigt sich der äußere Kraftpfad 61 an der Dichtschweißung 63, die die Sensormembran 20 mit dem Gehäuse 10 verbindet. Dabei zweigt vom äußeren Kraftpfad 61 eine vom

Gehäuse 10 absorbierte Kraft 62 ab. Während des Betriebs des Brennraumdrucksensors ist ein Fläche 27 der Sensormembran 20 der Temperatur- und Druckwirkung aus dem

Druckraum 24 unmittelbar ausgesetzt. Alternativ kann der Druckstift 58 auch als Glührohr ausgebildet sein.

In der Darstellung gemäß Figur 4 ist ein Halbschnitt durch einen Brennraumdrucksensor dargestellt, der eine Sensormembran in ihrer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält. Figur 4 zeigt, dass ein Gehäuse 10 eines Brennraumdrucksensors symmetrisch zu seiner Achse ausgebildet ist. Eine Mantelfläche des Gehäuses 10 des Brennraumdrucksensors ist mit Bezugszeichen 12 bezeichnet. Das Gehäuse 10 ist in einer Gehäusewandstärke 14 ausgeführt. Das Gehäuse 10 umfasst einen Konus 16 und eine Sensormembran 20. Die Sensormembran 20 trennt einen Hohlraum 22 von einem Druckraum 24, innerhalb dessen der zu messende Druck ansteht.

Bei der im Hohlraum 22 des Brennraumdrucksensors untergebrachten Sensorik handelt es sich beispielsweise um eine piezoelektrische Sensorik, welche das Drucksignal in ein elektrisches Signal umwandelt.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensormembran 20 umfasst eine druckbeaufschlagte Fläche, vergleiche auch Position 27 in Figur 5. Wie aus der Darstellung gemäß Figur 4 hervorgeht, ist die Sensormembran 20 im

Wesentlichen Z-förmig beschaffen und sensiert die im Brennraum einer

Verbrennungskraftmaschine herrschenden Drücke. Dazu ist sicherzustellen, dass die Sensormembran 20 möglichen Belastungen des Druckwechsels über mehrere hundert Millionen Lastwechsel pro Lebensdauer für das hohe Niveau der Durchschnittstemperatur erträgt, ohne zu versagen.

Mittels der Sensormembran 20 wird der Hohlraum 22 gegenüber dem Druckraum 24 herrschenden Druck abgedichtet, wobei sicherzustellen ist, dass die Sensormembran 20 ausreichend biegeschlaff ist, um den Pfad des zu messenden Drucksignals nicht überkritisch zu behindern.

Der Darstellung gemäß Figur 5 ist ein Schnitt durch die in Figur 4 im montierten Zustand dargestellte Sensormembran in ihrer ersten Ausführungsvariante zu entnehmen. Die Darstellung gemäß Figur 5 zeigt, dass die Sensormembran 20 Z-förmig beschaffen ist und symmetrisch zu ihrer Achse aufgebaut ist. Die Membranmantelfläche ist mit

Bezugszeichen 26 bezeichnet. Die Länge der Membranmantelfläche 26 beeinflusst das mechanische Verhalten der Sensormembran 20 und deren Biegeschlaffheit. Die Länge der Membranmantelfläche 26 liegt vorzugsweise zwischen 0 mm und 2 mm. Aus der Schnittdarstellung gemäß Figur 5 geht hervor, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensormembran 20 in ihrer ersten Ausführungsvariante in dem Bereich, in dem sie den Hohlraum 22 begrenzt, in einer ersten Wandstärke 28 ausgebildet ist.

Wie aus der Darstellung gemäß Figur 5 weiter zu entnehmen ist, nimmt die Wandstärke der Sensormembran 20 unterhalb eines Absatzes 30 verschiedene Werte an. So liegt im Auslauf des Absatzes 30 in Richtung auf den Druckraum 24 gesehen, eine erste Umlenkstelle 32 auf einer Innenmantelfläche 46 der Sensormembran 20. Die Sensormembran 20 weist in einem Bereich, der an der Mantelfläche 12 des Brennraumdrucksensors 10 anliegt, eine erste Wandstärke 28 auf, die zwischen 0,2 mm und 1 ,0 mm liegt. An der ersten Umlenkstelle 32 - hier in der Darstellung gemäß Figur 4 ausgebildet als Radius an der Innenmantelfläche 46 - nimmt das Material der Sensormembran 20 eine zweite Wandstärke 34 an. Diese zweite Wandstärke 34 liegt in der Größenordnung zwischen 0,15 mm und 0,4 mm. An die erste Umlenkstelle 32 schließt sich eine druckbeaufschlagte Fläche 27 der Sensormembran 20 an, die im Wesentlichen senkrecht zur Symmetrieachse 18 der Sensormembran 20 orientiert ist. An einer zweiten Umlenkstelle 38 weist die Sensormembran 20 einen Durchmessersprung auf und geht in einen eingeschnürten Bereich 50 über. An der zweiten Umlenkstelle 38 weist das Material der Sensormembran 20 ebenfalls eine reduzierte, hier eine dritte reduzierte Wandstärke 40 auf. Die reduzierte zweite Wandstärke 34 und die reduzierte dritte

Wandstärke 40 können identisch sein, d.h. im Bereich zwischen 0, 15 mm und 0,4 mm liegend; es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die beiden genannten reduzierten

Wandstärken 34 bzw. 40 verschieden voneinander auszubilden. Ferner beträgt die Dicke der Sensormembran 20 an der druckbeaufschlagten Fläche 27 vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,4 mm. Aus der Darstellung gemäß Figur 5 ergibt sich des Weiteren, dass die beiden Umlenkstellen

32 und 38, an denen die erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensormembran gezielte Schwächungen aufweist, in einem radialen Abstand 42 bezogen aufeinander angeordnet sind. Dies bedeutet, dass die beiden Umlenkstellen 32, 38 als ein„Scharnier" wirken, bei dem der druckbeaufschlagte Bereich 27 der Sensormembran 20 nicht zwischen den beiden Umlenkstellen 32, 38 verwindet. Die durch die Maximierung dieses radialen Abstandes 42 zwischen der ersten Umlenkstelle 32 und der zweiten Umlenkstelle 38 kann in vorteilhafter Weise erreichen, dass die Membrangestaltung der Sensormembran 20 die erforderliche Biegeschlaffheit aufweist, um den Pfad des zu messenden Drucksignals nicht überkritisch zu behindern. Diese Biegeschlaffheit wird neben der Maximierung des radialen Abstandes 42 durch Minimierung der Wandstärken im Bereich der Umlenkstellen 32 und 38 bzw. der druckbeaufschlagten Fläche 27 der Sensormembran noch unterstützt. Ferner liegt zwischen den Umlenkstellen 32 und 38 bezüglich der Achse 18 ein radialer Abstand 42 mit einer Größe von 0,75 mm bis 1 ,25 mm. Die in Figur 5 im Schnitt dargestellte Sensormembran 20 zur Ermittlung des

Brennraumdruckes an einem Brennraumdrucksensor beispielsweise, wird bevorzugt aus einem hochfesten Werkstoff, insbesondere Stahl 1.4542 gefertigt. Im Allgemeinen erfolgt die Abdichtung des Sensorinnenraumes, d.h. des Hohlraumes 22 des Brennraumdrucksensors dadurch, durch die Sensormembran 20 selbst und durch eine Dichtverschweißung mit Dichtkonusgehäuse eines Brennraumdrucksensors bzw. einer Glühkerze.

In der Darstellung gemäß Figur 6 ist eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensormembran im eingebauten Zustand dargestellt. Der Darstellung gemäß Figur 6 lässt sich entnehmen, dass bei dieser Ausführungsvariante eines Brennraumdrucksensors der Hohlraum 22, in dem die empfindliche piezoelektrische Messsensorik untergebracht ist, durch die Sensormembran 20 in Z-Form vom durch den Brennraumdruck beaufschlagten Druckraum 24 getrennt ist. Aus der Darstellung gemäß Figur 5 geht hervor, dass die hier in Z-Form ausgebildete Sensormembran 20 ebenfalls die beiden Umlenkstellen 32 und 38 aufweist. Zwischen den beiden Umlenkstellen 32 und 38, von denen die erste Umlenkstelle 32 radial außen und die zweite Umlenkstelle 38 radial innenliegend positioniert ist, verläuft die den Druckraum 24 im Wesentlichen begrenzende druckbeaufschlagte Fläche 27. Aus der Darstellung gemäß Figur 5 geht hervor, dass die Wanddicke, welche die in Figur 5 dargestellte zweite Ausführungsvariante der

erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensormembran 20 aufweist, unterhalb des Absatzes 30 in eine reduzierte, im Wesentlichen einheitlich gehaltene Wandstärke 56 übergeht. Wie Figur 5 des Weiteren zeigt, liegt eine Verlängerung 52, die sich an einen eingestellten Bereich 50 (vgl. Darstellung gemäß Figur 7) anschließt an einem Druckstift 58 an.

Figur 7 zeigt einen Schnitt durch die in Figur 5 in montiertem Zustand dargestellte zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensormembran.

Wie Figur 7 zeigt und auch Figur 5 schon zu entnehmen ist, nimmt die Wandstärke der Sensormembran 20 unterhalb des Absatzes 30 eine wesentlich einheitliche, reduzierte Wandstärke 56 an. Im Bereich des Durchmesserübergangs 58 der Sensormembran 20, innerhalb dessen sich der Durchmesser der Sensormembran 20 ausgehend von der ersten Umlenkstelle 32 auf die zweite radial außenliegende zweite Umlenkstelle 38 übergehend, verjüngt sich die Sensormembran 20 in einen eingeschnürten Bereich 50. Der eingeschnürte Bereich 50 stellt eine Verlängerung 52 dar. Diese Verlängerung 52 beträgt einige Millimeter, so zum Beispiel vorzugsweise 2 mm. Durch diese Verlängerung 52 kann der

Thermoschockeffekt, dem die Sensormembran 20 im Betrieb ausgesetzt ist, minimiert werden. Dabei stellt die Verlängerung 52 einen Bereich zur Verfügung, in dem

Wärmedehnungen infolge eines Thermoschocks aufgenommen werden können. Dabei sind die infolge eines Thermoschocks auftretenden Wärmedehnungen der Sensormembran 20 auf einer brennraum-zugewandten Seite und einer brennraum-abgewandten Seite der Sensormembran 20 kurzfristig unterschiedlich.

Durch die im eingeschnürten Bereich 50 vorgesehene Verlängerung 52 kann die

erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensormembran in diesem Bereich arbeiten, d.h. seitlich ausweichen, was zu einer signifikanten Reduzierung des Thermoschockeffekts führt. Die Verlängerung 52, die im eingeschnürten Bereich 50 liegt, erlaubt eine Verringerung des Thermoschockeffektes auf 0,54 bar. Die Länge der Verlängerung 52 beeinflusst ferner in Wechselwirkung mit weiteren Maßen der Sensormembran 20 die Wrkung eines

Thermoschocks auf die Messgenauigkeit des Brennraumdrucksensor. Derartige Maße können die Übergangsradien 54 und/oder die Lage von Dichtschweißverbindungen sein. Durch aufeinander abgestimmte Variation der Länge der Verlängerung 52 im eingeschnürten Bereich 50 sowie der Übergangsradien 54, kann eine weitere Optimierung des

Thermoschockeffektes von nur noch 0,3 bar bei gleichzeitig gekürzter Einschnürlänge, d.h. bei Kürzen der Verlängerung 52 erreicht werden. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensormembran in den beiden anhand der Figuren 3 bis 7 beschriebenen Ausführungsvarianten zeichnet sich dadurch aus, dass sie sowohl den Hohlraum 22, in dem die piezoelektrisch arbeitende Messsensorik aufgenommen ist, gegen die hohen auftretenden Drücke abschirmt und abdichtet sowie aufgrund ihrer Gestaltung mit den gezielten Schwächungszonen an den Umlenkstellen 32 und 38 mehrere hundert Millionen Drucklastwechsel bei den auftretenden hohen Temperaturen bewältigt.

Insbesondere ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensormembran 20 gemäß der beschriebenen beiden Ausführungsvarianten so ausreichend biegeschlaff ausgebildet, dass der Pfad des zu messenden Drucksignales nicht behindert ist, was zum einen auch durch die Minimierung der Wandstärke auf die reduzierten zweiten und dritten Wandstärken 34 bzw. 40 gemäß der ersten Ausführungsvariante bzw. auf die reduzierte einheitliche Wandstärke 56 gemäß der zweiten Ausführungsvariante zurückzuführen ist. Des Weiteren wird die Biegeschlaffheit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensormembran in den oben stehend beschriebenen beiden Ausführungsvarianten dadurch unterstützt, dass die beiden gezählte Wandstärkenschwächungen darstellenden Umlenkstellen 32, 38 radial zueinander versetzt angeordnet sind, d.h. in einem radialen Abstand 42 in Bezug aufeinander positioniert sind.

Die Wandstärken, d.h. die reduzierte zweite Wandstärke 32, die reduzierte dritte Wandstärke 40 sowie die reduzierte einheitliche Wandstärke 56 sind im Bereich der Umlenkstellen 32, 38 soweit minimiert, wie es die Festigkeit der Bauteilesensormembran zulässt.

Claims

Ansprüche 1. Druckmesseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zur

Ermittlung eines Brennraumdruckes mit einem Gehäuse (10), in dem eine

Sensormembran (19, 20) aufgenommen ist, die einen Druckraum (24) von einem Hohlraum (22) trennt und die eine druckbeaufschlagte Fläche (27) umfasst, wobei die Sensormembran (19, 20) das Gehäuse (10) gegen den zu messenden Druck abdichtet, dadurch gekennzeichnet, dass die druckbeaufschlagte Fläche (27) der Sensormembran

(20) zwischen einer ersten Umlenkstelle (32) und einer zweiten Umlenkstelle (38) liegt, die jeweils in reduzierter Wandstärke (34, 40) in Bezug auf eine erste Wandstärke (28) der Sensormembran (20) ausgeführt sind.

2. Druckmesseinrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

reduzierten zweiten und dritten Wandstärken (34, 40) identisch sind.

3. Druckmesseinrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

reduzierten zweiten und dritten Wandstärken (34, 40) verschieden voneinander sind.

4. Druckmesseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Umlenkstellen (32, 38) in der Sensormembran (20) in einem radialen Abstand (42) zueinander angeordnet sind.

5. Druckmesseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die erste Wandstärke (28) der Sensormembran (20) bei bis zu 1 ,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 1 ,0 mm liegt.

6. Druckmesseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die reduzierten zweiten und dritten Wandstärken (34, 40) zwischen 0, 15 mm und 0,4 mm liegen.

7. Druckmesseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Sensormembran (20) einen eingeschnürten Bereich (50) umfasst.

8. Druckmesseinrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der eingeschnürte Bereich (50) eine Verlängerung (52) aufweist, die sich ausgehend von der druckbeaufschlagten Fläche (27) in Richtung des

Druckraumes (24) erstreckt.

9. Druckmesseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Verlängerung (52) sich ausgehend von der zweiten

Umlenkstelle (38) der Sensormembran (20) erstreckt.

10. Druckmesseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Verlängerung (52) mehrere Millimeter, insbesondere 2 mm beträgt.

1 1. Druckmesseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Verlängerung (52) zur Aufnahme unterschiedlicher

Wärmedehnungen auf einer brennraum-zuwandten Seite und einer

brennraumabgewandten Seite der Sensormembran (20) zu einer Reduzierung des Thermoschockeffekts ausgebildet ist.

12. Druckmesseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Verlängerung (52) unter Berücksichtigung weiterer Maße der Sensormembran (20) eine Länge zur Reduzierung des Thermoschockeffekts aufweist.