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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Befüllung eines
Druckmessaufnehmers mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit.
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Druckmessaufnehmer
werden in nahezu allen Industriezweigen zum Messen von Drücken eingesetzt.
Die gemessen Druckwerte werden z.B. zum Steuern, Regeln und/oder Überwachen
eines industriellen Herstellungs- und/oder Verarbeitungsprozesses
eingesetzt.
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In
der Druckmesstechnik werden gerne so genannte Halbleiter-Sensoren,
z.B. Silizium-Chips mit eindotierten Widerstandselementen, als druckempfindliche
Elemente eingesetzt. Üblicherweise weist
ein solcher Drucksensor einen membran-förmigen Drucksensor-Chip auf,
der in einer Druckmesskammer auf einem Grundkörper aufgebracht ist. Drucksensoren
sind in der Regel sehr empfindlich und werden deshalb nicht direkt
einem Medium ausgesetzt, dessen Druck aufgenommen werden soll. Stattdessen
ist ein mit einer Flüssigkeit
gefüllter Druckmittler
vorgeschaltet. Der Druckmittler umfasst typischer Weise eine über eine
Druckmittlerleitung an die Druckmesskammer angeschlossene Druckempfangskammer,
die nach außen
von einer Trennmembran abgeschlossen ist. Im Betrieb wird der zu
messende Druck an die Trennmembran angelegt und über die Flüssigkeit in die Druckmesskammer übertragen.
Das gilt sowohl für
die Messung von absoluten Drücken,
als auch für
die Messung von Relativdrücken
und Differenzdrücken.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Form von Druckmessaufnehmern
beschränkt,
sondern kann generell in Verbindung mit Druckmessaufnehmern eingesetzt werden,
die mindestens einen Hohlraum aufweisen, der mit einer Druck übertragenden
Flüssigkeit
befüllt wird.
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1 zeigt
ein Beispiel eines Druckmessaufnehmers zur Messung eines Druckes
p, mit einem in einer Druckmesskammer 1 angeordneten Drucksensor 3 und
einem daran über
eine Druckmittlerleitung 5 angeschlossenen Druckmittler 7 mit
einer nach außen
von einer Trennmembran 9 abgeschlossenen Druckempfangskammer 11.
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2 zeigt
ein Beispiel für
einen Druckmessaufnehmer zur Messung von Differenzdrücken. Dieser
umfasst einen Sensorblock 13, der einen Innenraum aufweist,
der durch eine Messmembran 15 in eine erste und eine zweite
Druckmesskammer 17, 19 unterteilt ist. An die
Druckmesskammern 17, 19 ist jeweils über eine
Druckmittlerleitung 5 ein Druckmittler 7 mit einer
nach außen
von einer Trennmembran 9 abgeschlossenen Druckempfangskammer 11 angeschlossen.
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Die
Druckmesskammern 1, 17, 19, die Druckmittlerleitungen 5 und
die Druckempfangskammern 11 sind mit der Druck übertragenden
Flüssigkeit gefüllt.
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Die
Befüllung
derartiger Druckmessaufnehmer erfolgt üblicherweise indem die zu befüllenden Hohlräume im Inneren
des Druckmessaufnehmers evakuiert werden und die Flüssigkeit
unter Ausnutzung der Schwerkraft aus einem oberhalb der Hohlräume angeordneten
Behälter
in die evakuierten Hohlräume
einfließt.
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In
der Deutschen Patentschrift DE-C1 197 44 208 ist ein Verfahren zur
Befüllung
eines Druckmessaufnehmers mit einer Flüssigkeit beschrieben. Der Druckmessaufnehmer
weist einen Einfüllkanal
auf, in den ein über
einen Teil seiner Gesamtlänge
einen Längskanal
aufweisender Füllstift
soweit eingeführt wird,
dass eine noch offene Verbindung nach außen besteht. Der Druckmessaufnehmer
wird evakuiert und die unter Druck stehende Flüssigkeit unter Schwerkrafteinfluss über den
Längskanal
und den Einfüllkanal
eingebracht. Anschließend
wird zum Herstellen eines definierten Flüssigkeitsvolumens durch Einpressen
des Füllstifts über das
Ende des Längskanals
hinaus eine Ergänzungsmenge
an Flüssigkeit
eingefüllt.
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In
der Deutschen Patentschrift DD-A5 284 757 ist ein weiteres Verfahren
zur Befüllung
eines Druckmessaufnehmers mit einer Flüssigkeit beschrieben, bei dem
der Druckmessaufnehmer zunächst
evakuiert wird und mit der Flüssigkeit
befüllt wird.
Anschließend
wird ein mit der Flüssigkeit
gefüllter
Vorratsbehälter
auf die Befüllöffnung geschraubt und
die Trennmembran einem Unterdruck ausgesetzt, durch den sie gegen
ein formgleiches Gegenlager gesaugt wird. Das Gegenlager ist dabei
so ausgebildet, dass unter der Trennmembran ein vorgegebenes Volumen
eingeschlossen ist, wenn die Trennmembran am Gegenlager anliegt.
Bei dem Ansaugvorgang wird dieses vorgegebene Volumen aus dem Vorratsbehälter unter
die Trennmembran gezogen. Anschließend wird unter Aufrechterhaltung
des Unterdrucks der Vorratsbehälter
herausgeschraubt und die Befüllöffnung derart
verschlossen, dass das Innere des Druckmessaufnehmers nicht unter
Druck gesetzt wird.
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Herkömmliche
Verfahren zur Befüllung
von Druckmessaufnehmern mit der Druck übertragenden Flüssigkeit,
bei denen die Hohlräume
evakuiert werden, und anschließend
unter Schwerkrafteinwirkung aus einem höher liegenden Vorratsbehälter mit
der Flüssigkeit
befüllt
werden, können
unter Umständen sehr
zeitaufwendig sein. Die Druckmittlerleitungen der Druckmittler weisen
vorzugsweise einen sehr geringen Durchmesser auf, um das zur Befüllung erforderliche
Flüssigkeitsvolumen
gering zu halten. Es werden beispielsweise Kapillarleitungen mit
einem Durchmesser von 1 mm eingesetzt. Dies führt dazu, dass die zur Befüllung erforderliche
Zeit mit der Länge
der Leitungen ansteigt. Abhängig
von der Geometrie der Höhlräume und
der Länge
der Druckmittlerleitungen kann es daher unter Umständen sehr
lange dauern, bis die Hohlräume
sich unter Schwerkrafteinwirkung mit der Flüssigkeit füllen. Bei großen Leitungslängen, beispielsweise
bei Leitungslängen
von 10 m, ist eine wirtschaftliche Befüllung mit diesen Verfahren
nicht mehr durchführbar.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Befüllung
eines Druckmessaufnehmers anzugeben, mit dem bzw. mit der eine schnelle
Befüllung
durchführbar
ist.
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Hierzu
besteht die Erfindung in einer Vorrichtung zur Befüllung mindestens
eines über
einen ersten und einen zweiten Anschluss an die Vorrichtung anschließbaren Hohlraums
im Inneren eines Druckmessaufnehmers mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit,
welche umfasst:
- – eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines Vakuums,
• die über eine
mit einem ersten Ventil verschließbare erste Anschlussleitung
an den ersten Anschluss und über
eine zweite Anschlussleitung an den zweiten Anschluss jedes Hohlraums
anschließbar
ist,
• die
dazu dient, jeden Hohlraum zu evakuieren,
- – eine
Vorratseinrichtung, in der die Flüssigkeit für die Befüllung bereit steht,
• die über eine
mit einem Zuleitungsventil verschließbare Zuleitung mit dem jeweiligen
ersten Anschluss der Hohlräume
verbunden ist, und
• die
dazu dient, jeden evakuierten Hohlraum mit Flüssigkeit zu befüllen, während das
erste Ventil geschlossen ist, und
- – eine
den jeweiligen ersten Anschlüssen
vorgeschaltete an die Zuleitung angeschlossene Vorrichtung,
• die dazu
dient Flüssigkeit über die
Zuleitung in jeden Hohlraum zu pressen, während das erste Ventil geschlossen
ist.
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Gemäß einer
Weiterbildung weist die an die Zuleitung angeschlossene Vorrichtung
einen komprimierbaren Innenraum auf, der im unkomprimierten Zustand
mit Flüssigkeit
befüllbar
ist, und eine darin enthaltende Flüssigkeitsmenge bei einer Kompression
des Innenraumes in die Zuleitung hinein presst.
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Gemäß einer
Weiterbildung umfasst die dem ersten Anschluss jedes Hohlraums vorgeschaltete Vorrichtung
einen Hydraulikzylinder, einen Faltenbalg oder eine von einer Membran
abgeschlossene Kammer.
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Gemäß einer
Ausgestaltung ist dem ersten Anschluss eines jeden Hohlraums ein
Schauglas vorgeschaltet.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist dem zweiten Anschluss eines jeden Hohlraums
ein Schauglas nachgeschaltet.
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Gemäß einer
Ausgestaltung weist der Druckmessaufnehmer mindestens einen Hohlraum
auf, der eine Druckmesskammer eine Druckempfangskammer und eine
die Druckmesskammer mit der Druckempfangskammer verbindende Druckmittlerleitung umfasst.
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Gemäß einer
Weiterbildung der letztgenannten Ausgestaltung weist die Vorrichtung
eine Aufnahmeeinrichtung für
jeden Druckmittler auf, in der eine die Druckempfangskammer nach
außen
abschließende
Trennmembran beim Befüllen
in einer druckdicht verschlossenen Ausnehmung angeordnet werden
kann, die über
eine Zusatzleitung an die Vorrichtung zur Erzeugung des Vakuums
angeschlossen ist, und mittels dieser Vorrichtung evakuierbar ist.
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Gemäß einer
Weiterbildung umfasst die die Vorratseinrichtung einen ersten und
einen zweiten Behälter,
wobei
- – der
erste Behälter
als Vorratsbehälter
für die
Befüllung
von mehreren Druckmessaufnehmern dient,
- – der
zweite Behälter über eine
mit einem Ventil verschließbare
Speiseleitung an den ersten Behälter
angeschlossen ist, und
- – der
zweite Behälter
als Vorratsbehälter
für die Befüllung eines
Druckmessaufnehmers dient.
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Weiter
besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Befüllung mindestens eines über einen ersten
und einen zweiten Anschluss an eine Befüllvorrichtung anschließbaren Hohlraums
im Inneren eines Druckmessaufnehmers mit einer Druck übertragenden
Flüssigkeit,
bei dem
- – jeder
Hohlraum evakuiert wird,
- – jeder
evakuierte Hohlraum mit Flüssigkeit
befüllt wird,
wobei
• die
Flüssigkeit
von einer Vorratseinrichtung bereitgestellt wird, und
• die Flüssigkeit über eine
mit einem Zuleitungsventil verschließbare Zuleitung von der Vorratseinrichtung über den
ersten Anschluss in den jeweiligen Hohlraum eingefüllt wird,
- – das
Zuleitungsventil geschlossen wird, und
- – bei
geschlossenem Zuleitungsventil mittels einer zwischen dem Zuleitungsventil
und dem ersten Anschluss an die Zuleitung angeschlossen Vorrichtung
Flüssigkeit
aus der Vorrichtung über die
Zuleitung in den Hohlraum gepresst wird.
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Weiter
besteht die Erfindung in einer Vorrichtung zur Befüllung mindestens
eines über
einen ersten und einen zweiten Anschluss an die Vorrichtung anschließbaren Hohlraums
im Inneren eines Druckmessaufnehmers mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit,
welche umfasst:
- – eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines Vakuums,
• die über eine
mit einem ersten Ventil verschließbare erste Anschlussleitung
an den ersten Anschluss und über
eine zweite Anschlussleitung an den zweiten Anschluss jedes Hohlraums
anschließbar
ist,
• die
dazu dient, die Hohlräume
zu evakuieren,
- – eine
Vorratseinrichtung, in der die Flüssigkeit für die Befüllung bereit steht,
• die über eine
mit einem Zuleitungsventil verschließbare Zuleitung mit dem jeweiligen
ersten Anschluss der Hohlräume
verbunden ist,
• die
dazu dient, jeden evakuierten Hohlraum mit Flüssigkeit zu befüllen, während das
erste Ventil geschlossen ist, und
• die eine Vorrichtung umfasst,
die dazu dient, zumindest einen Teil der in der Vorratseinrichtung enthaltenen
Flüssigkeit über die
Zuleitung in jeden Hohlraum hinein zu pressen, während das erste Ventil geschlossen
ist.
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Weiter
besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Befüllung mindestens eines über einen ersten
und einen zweiten Anschluss an eine Befüllvorrichtung anschließbaren Hohlraums
im Inneren eines Druckmessaufnehmers mit einer Druck übertragenden
Flüssigkeit,
bei dem
- – jeder
Hohlraum evakuiert wird,
- – jeder
evakuierte Hohlraum mit Flüssigkeit
befüllt wird,
wobei
• die
Flüssigkeit
in einer Vorratseinrichtung bereitgestellt wird, und
• zumindest
ein Teil der in der Vorratseinrichtung enthaltenen Flüssigkeit über die
Zuleitung in jeden Hohlraum hinein gepresst wird, während das erste
Ventil geschlossen ist.
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Die
Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der
Zeichnung, in denen drei Ausführungsbeispiele
dargestellt sind, näher
erläutert;
gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt
einen Schnitt durch einen Druckmessaufnehmer;
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2 zeigt
einen Schnitt durch einen Differenzdruckmessaufnehmer;
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3 zeigt
eine Vorrichtung zur Befüllung
eines Hohlraumes eines Druckmessaufnehmers;
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4 zeigt
einen Faltenbalg;
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5 zeigt
eine mit einer Membran verschlossene Kammer;
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6 zeigt
eine Vorrichtung zur Befüllung von
zwei Hohlräumen
eines Druckmessaufnehmers; und
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7 zeigt
eine Vorrichtung zur Befüllung von
zwei Hohlräumen,
bei der eine Vorrichtung mit der Flüssigkeit in die Hohlräume gepresst
wird, in die Vorratseinrichtung integriert ist.
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3 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Befüllung
mindestens eines Hohlraums im inneren eines Druckmessaufnehmers
mit einer Druck übertragenden
Flüssigkeit.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
ein Druckmessaufnehmer mit einem einzigen zu befüllenden Hohlraum an die Vorrichtung
angeschlossen. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen Druckmessaufnehmer,
wie er in 1 dargestellt ist. Der Hohlraum
umfasst die Druckmesskammer 1, die Druckmittlerleitung 5 und
die mit der Druckmesskammer 1 über die Druckmittlerleitung 5 verbundene
Druckempfangskammer 11 des Druckmittlers. Die Druckempfangskammer 11 ist
nach außen
durch die Trennmembran 9 abgeschlossen. Der Hohlraum ist über einen
ersten und einen zweiten Anschluss 21, 23 an die
Vorrichtung anschließbar. Der
erste Anschluss 21 mündet
in die Druckmesskammer 1. Der zweite Anschluss 23 mündet in
die Druckempfangskammer 11. Vorzugsweise ist der Druckmessaufnehmer
derart in der Vorrichtung angeordnet, dass der erste Anschluss 21 bezogen
auf die Richtung der Schwerkraft oben und der zweite Anschluss 23 unten
liegen.
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Die
Vorrichtung zur Befüllung
des Hohlraums umfasst eine Vorrichtung 25 zur Erzeugung
eines Vakuums, beispielsweise eine Pumpe. Diese ist über eine
mit einem ersten Ventil V1 verschließbare erste Anschlussleitung 27 an
den ersten Anschluss 21 und über eine zweite Anschlussleitung 29 an
den zweiten Anschluss 23 des Hohlraums anschließbar. Die
Vorrichtung 25 dient dazu, den Hohlraum zu evakuieren.
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Zusätzlich umfasst
die Vorrichtung zur Befüllung
des Hohlraumes eine Vorratseinrichtung 31, in der die Flüssigkeit 33 für die Befüllung bereit
steht. Die Flüssigkeit 33 ist
vorzugsweise eine inkompressible Flüssigkeit mit einem geringen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten, z.B. ein Silikonöl.
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Die
Vorratseinrichtung 31 ist über eine mit einem Zuleitungsventil
V2 verschließbare
Zuleitung 35 mit dem ersten Anschluss 21 des Hohlraums
verbunden. Es ist sowohl die Zuleitung 35 als auch die
erste Anschlussleitung 27 mit dem ersten Anschluss 21 des
Hohlraums verbunden. Hierzu ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ein T-förmiges
Verbindungselement 37 vorgesehen, an dessen Querbalken
auf der einen Seite die erste Anschlussleitung 27 und auf
der anderen Seite die Zuleitung 35 angeschlossen sind.
Der Stamm des T-förmigen
Verbindungselements 37 ist mit dem ersten Anschluss 21 des
Hohlraums verbunden. Die Vorratseinrichtung 31 dient dazu,
den zuvor evakuierten Hohlraum mit Flüssigkeit 33 zu befüllen. Dabei
ist das Zuleitungsventil V2 geöffnet
und das erste Ventil V1 ist geschlossen. Die Vorratseinrichtung 31 ist
bezogen auf die Richtung der Schwerkraft oberhalb des Hohlraums
angeordnet. Dies bewirkt, dass die Flüssigkeit 33 bei geöffnetem
Zuleitungsventil V2 und geschlossenem ersten Ventil V1 selbsttätig aufgrund
der Schwerkraft in den Hohlraum hineinfließt. Unterstützt wird dieser Vorgang durch
eine Fortsetzung der Evakuierung des Hohlraums. Die Evakuierung
des Hohlraums erfolgt während
des Befüllens
ausschließlich über den zweiten
Anschluss 23 und die zweite Anschlussleitung 29.
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Erfindungsgemäß ist dem
ersten Anschluss 21 eine Vorrichtung 39 vorgeschaltet,
die an die Zuleitung 35 angeschlossen ist, und dazu dient
Flüssigkeit 33 über die
Zuleitung 35 in den Hohlraum zu pressen, während das
erste Ventil V1 und das Zuleitungsventil V2 geschlossen sind. In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Vorrichtung zwischen dem Zuleitungsventil V2 und dem ersten
Anschluss 21 an die Zuleitung 35 angeschlossen.
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Erfindungsgemäß wird dabei
so verfahren, dass der Hohlraum zunächst ausschließlich unter Ausnutzung
der Schwerkraft befüllt
wird. Bei dieser Form der Befüllung
füllen
sich alle leicht zugänglichen
Teilräume
des Hohlraums sehr schnell mit Flüssigkeit 33. Die leicht
zugänglichen
Teilräume
weisen große
Innenvolumina auf und nehmen daher den größten Anteil des zur Befüllung erforderlichen
Gesamtvolumens auf. Der größte Anteil
des Gesamtvolumens dringt auf diese Weise sehr schnell in den Hohlraum
ein. Es würde
allerdings sehr lange dauern, um ausschließlich unter Ausnutzung der Schwerkraft
die übrigen
schwer zugänglichen
Teilräume
des Hohlraums, insb. lange Kapillarleitungen mit geringem Durchmesser,
zu befüllen.
Die hierfür erforderliche
Zeit lässt
sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 39 drastisch
verkürzen.
Hierzu wird zunächst
der größte Anteil
des erforderlichen Gesamtvolumens unter Ausnutzung der Schwerkraft in
den Hohlraum eingefüllt.
Anschließend
wird das Zuleitungsventil V2 geschlossen und mittels der Vorrichtung 39 Druck
auf die zwischen dem Zuleitungsventil V2 und dem ersten Anschluss 21 in
der Zuleitung 35 befindliche Flüssigkeit 33 ausgeübt. Durch diesen
Druck wird die Flüssigkeit 33 in
den ein Hohlraum gepresst. Unter Druck dringt die Flüssigkeit 33 nun
sehr viel schneller in die verbleibenden schwer zugänglichen
Teilräume
des Hohlraums ein.
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Die
Vorrichtung 39 weist vorzugsweise einen komprimierbaren
Innenraum 41 auf, der im unkomprimierten Zustand über die
Zuleitung 35 mit Flüssigkeit 33 befüllbar ist,
und eine darin enthaltende Flüssigkeitsmenge
bei einer Kompression des Innenraumes 41 in die Zuleitung 35 hinein
presst. Dieser Innenraum 41 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über die
Zuleitung 35, das T-förmige
Verbindungselement 37 und das erste Ventil V1 mit der ersten
Anschlussleitung 27 der Vorrichtung 25 zur Evakuierung
verbindbar. Dies bietet den Vorteil, dass der Innenraum 41 vorab
zusammen mit dem Hohlraum evakuiert werden kann. Dabei ist das Zuleitungsventil V2
geschlossen und das erste Ventil V1 geöffnet. Anschließenden wird
das erste Ventil V1 geschlossen und das Zuleitungsventil V2 geöffnet und
der Innenraum 41 der Vorrichtung 39 unter Ausnutzung
der Schwerkraft mit der Flüssigkeit 33 gefüllt. Parallel dazu
wird zeitgleich der Hohlraum unter Ausnutzung der Schwerkraft mit
der Flüssigkeit 33 gefüllt. Dieser Vorgang
wird solange fortgesetzt, bis der größte Anteil der erforderlichen
Gesamtmenge in den Hohlraum eingedrungen ist. Anschließend wird
das Zuleitungsventil V2 geschlossen und der Innenraum 41 komprimiert.
Die Schließung
des Zuleitungsventils V2 bewirkt, dass das dabei verschobene Flüssigkeitsvolumen
ausschließlich
in den Hohlraum gepresst wird. Es verhindert, dass dabei Flüssigkeit 33 in
die Vorrateinrichtung 31 zurück gepresst wird.
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In
dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 39 einen
Hydraulikzylinder 43 auf, dessen Innenraum 41 durch
einen im Zylinder geführten
Kolben 45 komprimierbar ist. Der Kolben 45 wird
mittels eines Pneumatikzylinders 47 bewegt, der über ein
Magnetventil V4 angesteuert wird.
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Alternativ
hierzu kann die Vorrichtung 39 z.B. einen Faltenbalg oder
eine von einer Membran abgeschlossene Kammer aufweisen.
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4 zeigt
einen Faltenbalg 49 mit einem Innenraum 51, der
durch eine Kompression der Faltenbalges 49 in der in 4 durch
einen Pfeil P angedeuteten Richtung komprimiert werden kann. Der
Innenraum 51 ist über
einen Anschluss 53 an die Zuleitung 35 anzuschließen.
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Die
Kompression des Faltenbalges 49 kann manuell vorgenommen
werden. Alternativ kann hier aber auch ein Schrittmotor oder eine ähnliche
Vorrichtung eingesetzt werden, über
die das Innenvolumen des Innenraums 51 eingestellt wird.
Durch eine entsprechende Steuerung des Schrittmotors kann dieser
Vorgang automatisiert werden.
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5 zeigt
eine von einer Membran 55 abgeschlossene Kammer 57.
Die Kammer 57 weist einen Innenraum 59 auf, dessen
Innenvolumen abhängig
von der Auslenkung der Membran 55 ist. An der Membran 55 ist
außen
ein Stößel 61 angeformt.
Das Volumen des Innenraums 59 ist maximal, wenn der Stößel 61 in
Richtung des Pfeils P1 nach außen
gezogen wird, und minimal, wenn der Stößel 61 in Richtung
des Pfeils P2 nach innen gedrückt
wird. Der Innenraum 59 ist über einen Anschluss 63 an
die Zuleitung 35 anzuschließen.
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Auch
hier kann die Auslenkung der Membran 55 manuell oder automatisch,
z.B. durch einen Schrittmotor, vorgenommen werden.
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Vorzugsweise
ist dem ersten Anschluss 21 des Hohlraums ein Schauglas 65 vorgeschaltet und/oder
dem zweiten Anschluss 23 des Hohlraums ist ein Schauglas 65 nachgeschaltet.
Die Schaugläser 65 sind
Leitungssegmente, die ein Sichtfenster 67 aufweisen, durch
die ein Einblick in das Leitungssegment gewährt wird. Die Schaugläser 65 dienen dazu,
während
und/oder nach der Befüllung
den Befüllvorgang
und/oder die Blasenfreiheit der Befüllung zu kontrollieren. Die über die
Schaugläser 65 erhältliche
Information kann beispielsweise zur Steuerung des Befüllvorganges
herangezogen werden. Ein Beispiel hierfür ist, dass der Befüllvorgang
beendet werden kann, wenn sich das dem zweiten Anschluss 23 nachgeschaltete
Schauglas 65 mit Flüssigkeit 33 füllt.
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Anstelle
der oder zusätzlich
zu den Schaugläsern 65 können in
die entsprechenden Leitungssegmente auch Füllstandsmessgeräte 68,
z.B. kontinuierlich den Füllstand
im Leitungssegment messende Füllstandsensoren
oder Füllstandsgrenzschalter,
eingesetzt werden, deren Ausgangssignal Aufschluss über den
aktuellen Füllstand
in dem jeweiligen Leitungssegment gibt. Das Ausgangssignal kann
beispielsweise einer Steuereinrichtung zugeführt werden, und zur Automatisierung
des Befüllvorganges genutzt
werden. Mittels dieser Steuereinrichtung kann der gesamte Befüllvorgang
automatisiert werden, indem die Steuereinrichtung sowohl alle vorhandenen
Ventile als auch die Vorrichtung 39 unter Einbeziehung
der Füllstandsinformationen
ansteuert.
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Zur
Befüllung
von Druckmessaufnehmern, die Druckmittler 7 mit einer von
einer Trennmembran 9 abgeschlossenen Druckempfangskammer 11 aufweisen,
weist die Vorrichtung vorzugsweise eine Aufnahmeeinrichtung 69 für jeden
Druckmittler 7 auf, in der die Trennmembran 9 beim
Befüllen
in einer druckdicht verschlossenen Ausnehmung 71 angeordnet
wird. Die Ausnehmung 71 ist über eine Zusatzleitung 73 an
die Vorrichtung 25 zur Erzeugung des Vakuums angeschlossen,
und mittels dieser Vorrichtung 25 evakuierbar. Dies bietet
den Vorteil, dass auf beide Seiten der Trennmembran 9 der
gleiche Druck einwirkt und sich die Trennmembran 9 beim Befüllen in
deren Ruhelage befindet.
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Während des
Befüllens
wird Flüssigkeit
aus dem Vorratsbehälter 31 entnommen.
Entsprechend ändert
sich der Füllgrad
des Vorratsbehälters 31 und es
besteht im Vorratsbehälter 31 oberhalb
der Flüssigkeit 33 ein
Hohlraum 75, dessen Innenvolumen vom Füllgrad des Vorratsbehälters 31 abhängig ist. Vorzugsweise
wird dieser Hohlraum 75 evakuiert. Hierdurch wird vermieden,
dass Luft oder Gas aus der Umgebung des Vorratsbehälters 31 in
die Flüssigkeit 33 eindringen
kann und mit der Flüssigkeit 33 in
den Hohlraum des Druckmessaufnehmers gelangen kann. Bei dem in 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel
erfolgt die Evakuierung des Hohlraums 75 im Vorratsbehälter 31 über die
Vorrichtung 25. Diese ist über eine dritte Anschlussleitung 77 und
einen Anschluss 79 an den Hohlraum 75 angeschlossen.
Der Anschluss 79 befindet sich am Vorratsbehälter 31 oberhalb
des maximalen Füllgrads.
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Die
Erfindung umfasst ein Verfahren zur Befüllung mindestens eines über einen
ersten und einen zweiten Anschluss 21, 23 an eine
Befüllvorrichtung anschließbaren Hohlraums
im Inneren eines Druckmessaufnehmers mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit 33.
Das Verfahren ist nachfolgend anhand der in 3 dargestellten
Befüllvorrichtung
erläutert.
Der Druckmessaufnehmer wird, wie in 3 dargestellte
in die Befüllvorrichtung
eingesetzt und angeschlossen. In einem ersten Verfahrensschritt wird
der Hohlraum evakuiert. Dabei ist das erste Ventil V1 geöffnet und
das Zuleitungsventil V2 geschlossen.
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Der
Innenraum 41 der Vorrichtung 43 ist unkomprimiert
und wird ebenfalls evakuiert.
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In
einem nächsten
Schritt wird der evakuierte Hohlraum mit Flüssigkeit 33 befüllt. Parallel
dazu und zeitgleich wird der Innenraum 41 der Vorrichtung 39 mit
Flüssigkeit 33 befüllt. Diese
Befüllung
erfolgt unter Ausnutzung der Schwerkraft, indem die Flüssigkeit 33 in
einem oberhalb des Hohlraums des Druckmessaufnehmers und des Innenraums 41 der
Vorrichtung 39 angeordneten Vorratseinrichtung 31 bereitgestellt
wird, und über
die mit dem Zuleitungsventil V2 verschließbare Zuleitung 35 von
der Vorratseinrichtung 31 in den Innenraum 41 und über den
jeweiligen ersten Anschluss 21 in den jeweiligen Hohlraum und
einfließt.
Dabei ist das erste Ventil V1 geschlossen und das Zuleitungsventil
V2 geöffnet.
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Alternativ
kann dieser Teil des Befüllvorgangs
in zwei Teile unterteilt werden, nämlich einem ersten Teil, indem
zunächst
nur die Vorrichtung 39 befüllt wird, und einem zweiten
indem dann der Hohlraum befüllt
wird. Hierzu ist ein zusätzliches
Ventil V in der Speiseleitung 35 erforderlich, dass der
Vorrichtung 39 nachgeschaltet ist. Das Ventil V ist während der
Evakuierung geöffnet
und während
der Befüllung des
Innenraums 41 der Vorrichtung 39 geschlossen. Nachfolgend
wird das Ventil V zur Befüllung
des Hohlraumes geöffnet.
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Im
nächsten
Schritt wird das Zuleitungsventil V2 geschlossen, und bei geschlossenem
Zuleitungsventil V2 mittels der zwischen dem Zuleitungsventil V2
und dem ersten Anschluss 21 an die Zuleitung 35 angeschlossen
Vorrichtung 39 Flüssigkeit 33 aus
der Vorrichtung 39 über
die Zuleitung 35 in den Hohlraum gepresst. Während dieses
Vorgangs bleibt das erste Ventil V1 geschlossen. Aufgrund des hierdurch
ausgeübten
Drucks dringt die Flüssigkeit 33 sehr
schnell auch in kleinste Teilräume
des Hohlraums und in Kapillaren ein und die Befüllung kann zügig beendet werden.
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Im
Anschluss an die Befüllung
wird der Druckmessaufnehmer abgehängt und dessen Anschlüsse 21, 23 werden
verschlossen. Dabei wird zunächst
die Vorrichtung 25 zur Erzeugung des Vakuums von den Anschlussleitungen 27, 29 und 73 abgetrennt.
Dies geschieht bei dem in 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel
durch ein Ventil V5, über
das die drei Anschlussleitungen 27, 29, 73 an
die Vorrichtung 25 angeschlossen sind. Anschließend wird
ein mit den Anschlussleitungen 27, 29, 73 verbundener Teil
der Befüllvorrichtung
belüftet.
Dies geschieht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel über eine
an die erste, die zweite und die dritte Anschlussleitung 27, 29, 73 angeschlossene
mit einem Ventil V6 verschließbare
Verbindung 81 mit der Umgebung. Das Ventil V6 ist während der
Evakuierung und während des
gesamten Befüllvorganges
geschlossen und wird nur zur abschließenden Belüftung geöffnet. Während der Belüftung ist
das erste Ventil V1 geöffnet
und das Zuleitungsventil V2 bleibt verschlossen.
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In
einem letzten Arbeitgang werden die Anschlüsse 21, 23 des
Hohlraums des Druckmessaufnehmers verschlossen. Dies kann beispielsweise durch
Kugeln erfolgen, die in entsprechende Ausnehmungen der Anschlüsse 21, 23 eingepresst
werden.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Aufgrund der großen Übereinstimmung
zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel
werden nachfolgend lediglich die bestehenden Unterschiede näher erläutert. Ein Unterschied
besteht darin, dass die Vorrichtung hier dafür ausgelegt ist, zwei Hohlräume eines
Druckaufnehmers zu befüllen.
Bei dem Druckmessaufnehmer handelt es sich beispielsweise um einen
Differenzdruckmessaufnehmer, wie er in 2 dargestellt
ist.
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Die
beiden Hohlräume
umfassen jeweils eine Druckmesskammer 17 bzw. 19 und
die damit über
die jeweilige Druckmittlerleitung 5 verbundene Druckempfangskammer 11 des
Druckmittlers 7. Die Druckempfangskammern 11 sind
jeweils mittels einer Trennmembran 9 abgeschlossen.
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Jeder
Hohlraum weist einen ersten Anschluss 21a, 21b und
einen zweiten Anschluss 23a, 23b auf, über die
die Hohlräume
an die Vorrichtung anschließbar
sind. Die beiden ersten Anschlusse 21a, 21b sind über die
T-förmige Verbindung 37 an die
erste Anschlussleitung 27 und an die Zuleitung 35 angeschlossen.
Hierzu ist eine Gabelung 83 vorgesehen, über die
der Stamm des T-förmigen
Verbindungsstücks 37 mit
den beiden ersten Anschlüssen 21a, 21b verbunden
ist. Analog sind die beiden zweiten Anschlüsse 23a, 23b über eine
weitere Gabelung 85 mit der zweiten Anschlussleitung 29 verbunden.
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Auf
die gleiche Weise können
natürlich
parallel weitere Hohlräume
an die Vorrichtung angeschlossen werden, in dem anstelle der Gabelung
Verteiler mit einer entsprechend höheren Anzahl von Verzweigungen
eingesetzt werden.
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Ein
weiterer Unterschied besteht darin, dass bei dem in 6 dargestellten
Ausführungsbeispiel eine
Vorratseinrichtung 87 eingesetzt ist, die einen ersten
Behälter 89 und
einen zweiten Behälter 91 umfasst.
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Der
erste Behälter 89 dient
als Vorratsbehälter
für die
Befüllung
von mehreren Druckmessaufnehmern. Der erste Behälter 89 weist oberhalb
der Flüssigkeit 33 einen
Hohlraum 93 auf, dessen Innenvolumen vom Füllgrad des
Behälters 89 abhängig ist. Dieser
Hohlraum 93 wird genau wie der Hohlraum 75 des
Vorratsbehälters 31 über die
Vorrichtung 25 evakuiert. Die Vorrichtung 25 zur
Evakuierung ist über die
dritte Anschlussleitung 77 oberhalb des maximalen Füllgrads
des Behälters 89 an
den Hohlraum 93 angeschlossen.
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Der
zweite Behälter 91 ist über eine
mit einem Ventil V7 verschließbare
Speiseleitung 95 an den ersten Behälter 93 angeschlossen
ist. Der zweite Behälter 91 dient
als Vorratsbehälter
für die
Befüllung eines
Druckmessaufnehmers. Der zweite Behälter 91 wird über die
Speiseleitung 95 gefüllt
und speist seinerseits die mit dem Ventil V2 verschließbare Zuleitung 35 über die
dann der Druckmessaufnehmer und die Vorrichtung 39 befüllt werden.
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Die
Speiseleitung 95 ist über
eine mittels eines Ventils V8 verschließbare vierte Anschlussleitung 97 an
die Vorrichtung 25 zur Erzeugung des Vakuums angeschlossen.
Die vierte Anschlussleitung 97 mündet zwischen dem Ventil V7
und dem zweiten Behälter 91 in
die Speiseleitung 95.
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Die
erfindungsgemäße Befüllung erfolgt
hier im wesentlichen analog zu dem zuvor anhand der Vorrichtung
von 3 beschriebenen Verfahren. Dabei ist zu Beginn
nur der erste Behälter 89 mit
Flüssigkeit 33 gefüllt und
das Ventil V7 geschlossen. Der Druckmessaufnehmer wird an die Vorrichtung
angeschlossen, indem die beiden Hohlräume über deren erste Anschlüsse 21a, 21b und
deren zweite Anschlüsse 23a, 23b angeschlossen
werden. In einem ersten Verfahrensschritt wird evakuiert. Dabei
sind die Ventile V1, V2, V5, V8 und V geöffnet, und die Ventile V6 und
V7 geschlossen. Hierdurch werden die Hohlräume im Druckmessaufnehmer,
der zweite Behälter 91,
die Speiseleitungen 95, die Zuleitung 35, sowie
die erste, die zweite, die dritte und die vierte Anschlussleitung 27, 29, 73 und 97 evakuiert.
Der Innenraum 41 der Vorrichtung 39 ist unkomprimiert
und wird ebenfalls evakuiert.
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Anschließend wird
der zweite Behälter 91 und
die Vorrichtung 39 mit Flüssigkeit 33 befüllt. Hierzu
werden die Ventile V8 und V geschlossen und anschließend das
Ventil V7 geöffnet.
Während
dieser Phase sind also die Ventile V2, V5 und V7 geöffnet und
die Ventile V, V6 und V8 geschlossen.
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In
einem nächsten
Schritt werden die evakuierten Hohlräume des Druckmessaufnehmers
mit Flüssigkeit 33 befüllt. Hierzu
werden zunächst
die Ventile V1 und V7 geschlossen und anschließend das Ventil V geöffnet. In
dieser Phase sind folglich die Ventile V, V2 und V5 geöffnet und
die Ventile V1, V6, V7 und V8 geschlossen. Diese Befüllung erfolgt
unter Ausnutzung der Schwerkraft.
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Anschließend wird
die Befüllung
mittels der Vorrichtung 39 fortgesetzt. Hierzu wird das
Zuleitungsventil V2 geschlossen, und bei geschlossenem Zuleitungsventil
V2 mittels der zwischen dem Zuleitungsventil V2 und dem ersten Anschluss 21 an
die Zuleitung 35 angeschlossen Vorrichtung 39 Flüssigkeit 33 aus
der Vorrichtung 39 über
die Zuleitung 35 in den Hohlraum gepresst. Während dieses
Vorgangs bleibt das erste Ventil V1 geschlossen. Aufgrund des hierdurch
ausgeübten
Drucks dringt die Flüssigkeit 33 sehr
schnell auch in kleinste Teilräume des
Hohlraums und in Kapillaren ein und die Befüllung kann zügig beendet
werden. Der Vorgang wird abgeschlossen, wenn die durch die Schaugläser 65 sichtbare
Flüssigkeit 33 blasenfrei
ist.
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Im
Anschluss an die Befüllung
wird der Druckmessaufnehmer abgehängt und dessen Anschlüsse 21, 23 werden
verschlossen. Dabei wird zunächst
die Vorrichtung 25 zur Erzeugung des Vakuums von den Anschlussleitungen 27, 29 und 73 durch die
Schließung
des Ventils V5 abgetrennt. Anschließend wird ein mit den Anschlussleitungen 27, 29, 73 verbundener
Teil der Befüllvorrichtung
durch Öffnen des
Ventils V6 belüftet.
Das Ventil V6 ist während
der Evakuierung und während
des gesamten Befüllvorganges
geschlossen und wird nur zur abschließenden Belüftung geöffnet. Während der Belüftung ist das
erste Ventil V1 geöffnet
und die Zuleitungsventile V2 und V7 bleiben verschlossen.
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In
einem letzten Arbeitgang werden die Anschlüsse 21, 23 des
Hohlraums des Druckmessaufnehmers verschlossen. Dies kann beispielsweise durch
Kugeln erfolgen, die in entsprechende Ausnehmungen der Anschlüsse 21a, 21b, 23a, 23b eingepresst
werden.
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Bei
den beschriebenen Ausführungsbeispielen
ist die Vorratseinrichtung 31 bzw. 87 immer völlig getrennt
von der Vorrichtung 39, über die Flüssigkeit 33 in die
Hohlräume
gepresst wird. Es ist jedoch auch möglich, die Vorrichtung 39 in
die Vorratseinrichtung zu integrieren. In dem Fall besteht die Möglichkeit, den
gesamten Befüllvorgang
unter Einwirkung von Druck auf die Flüssigkeit 33 auszuführen. 7 zeigt ein
mögliches
Ausführungsbeispiel
hierzu. Da die dort dargestellte Vorrichtung zur Befüllung weitgehend
identisch zu der in 6 dargestellten Vorrichtung
ist, werden nachfolgend lediglich die bestehenden Unterschiede näher erläutert. Der
einzige Unterschied besteht darin, dass die hier dargestellte Vorratseinrichtung 99 eine
Vorrichtung 101 umfasst, die dazu dient, zumindest einen
Teil der in der Vorratseinrichtung 99 enthaltenen Flüssigkeit 33 über die Zuleitung 35 in
jeden Hohlraum hinein zu pressen, während das erste Ventil V1 geschlossen
ist. Hierzu wurde anstelle des in 6 dargestellten
zweiten Behälters 91 ein
Behälter 103 mit
einem kompressiblen Innenraum 105 eingesetzt. Der Behälter 103 wird genau
wie der Behälter 91 über die
Speiseleitung 95 befüllt.
Anschließend
wird ein unmittelbar am Behälter 103 vorgesehenes
zusätzliches
Ventil V9 geschlossen. Dadurch wird verhindert, dass Flüssigkeit 33 zurück in die
Speiseleitung 95 gepresst wird. Anschließend kann
der gesamte Befüllvorgang
durch Ausübung
von Druck auf die Flüssigkeit 33 unter Druck
erfolgen. Die Befüllung
erfolgt dabei analog zu den zuvor beschriebenen Befüllvorgängen, wobei
zumindest ein Teil der in der Vorratseinrichtung 99 enthaltenen
Flüssigkeit 33 über die
Zuleitung 35 in jeden Hohlraum hinein gepresst wird, während das
erste Ventil V1 geschlossen ist. Bei der dargestellten Vorrichtung
ist dieser Teil, diejenige im Behälter 103 enthaltene
Flüssigkeitsmenge,
die durch einen Kompression des Innenraumes 105 verschoben
wird. Dadurch wird die Flüssigkeit 33 unter
Druck gesetzt und in die jeweiligen Hohlräume hinein gepresst. Die Vorrichtung 101 umfasst
hierzu beispielsweise einen im Behälter 103 geführten Kolben 107,
der genau wie der Kolben 45 des Hydraulikzylinders, dazu
dient den Innenraum 105 des Behälters 103 zu komprimieren. Der
Kolben 107 wird beispielsweise über einen in 7 nicht
dargestellten Pneumatikzylinder oder einen Schrittmotor bewegt.
Die in 7 dargestellten Vorrichtung kann zusätzlich die
bereits beschriebene Vorrichtung 39 enthalten. Es kann
aber auch, bei entsprechender Dimensionierung der Vorrichtung 101 auf
die Vorrichtung 39 verzichtet werden.