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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 197 44 208 C1 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 284 757 A5 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. 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.