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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckmessgerät, insbesondere ein Differenzdruckmessgerät.
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In der Druckmesstechnik werden Absolut-, Relativ- und Differenzdruckmessgeräte verwendet. Bei Absolutdruckmessgeräten wird ein zu messender Mediendruck absolut, d. h. als Druckunterschied gegenüber einem Vakuum erfasst. Mit einem Relativdruckmessgerät wird ein zu messender Mediendruck in Form eines Druckunterschiedes gegenüber einem Referenzdruck, z. B. dem Luftdruck, der dort herrscht, wo sich das Druckmessgerät befindet, aufgenommen. Mit einem Differenzdruckmessgerät wird eine Differenz zwischen einem ersten Mediendruck und einem zweiten Mediendruck, die an dem Messgerät anliegen erfasst.
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Typische Differenzdruckmessgeräte weisen eine von einem zylindrischen Gehäuse umgebene Druckmesszelle auf, wobei das Gehäuse zwischen zwei Seitenflanschen axial eingespannt ist. Die Seitenflansche verschließen die beiden Stirnseiten des Gehäuses druckdicht, wobei zu diesem Zweck zwischen den Stirnseiten und den Seitenflanschen Dichtringe eingespannt sind. Die Flansche sind gegeneinander mit mehreren, insbesondere vier, Bolzen gespannt, die parallel zur Achse des Gehäuses verlaufen. Die Flansche weisen bezogen auf die Längsachse des Gehäuses in radialer Richtung Prozessanschlussflächen auf, wobei die Prozessanschlussflächen jeweils eine Druckeinlassöffnung aufweisen, von wo sich ein Druckkanal durch den Flansch zu einer Druckaustrittsöffnung in einer stirnseitigen Gehäuseanschlussfläche des Flansches erstreckt, wobei die Druckaustrittsöffnung in dem von einem der Dichtringe begrenzten Bereich der Gehäuseanschlussfläche angeordnet ist.
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Die genannten Dichtringe sind kritische Bauteile, da Differenzdruckmessgeräte oft großen statischen Drücken von beispielsweise einigen 100 Bar ausgesetzt sind. In vielen Fällen sind Elastomerdichtungen ausreichend, jedoch können diese nicht in allen Medien eingesetzt werden. In solchen Fällen finden thermoplastische Dichtungen Verwendung, die beispielsweise PTFE oder PFA aufweisen. Thermoplastische Dichtungen verfügen jedoch nicht über eine hinreichende Elastizität, um Medien unter hohem Druck, bzw. den für hohe Drücke erforderlichen Einspannkräften, insbesondere unter Temperaturwechseln dauerhaft standzuhalten. Um hier Abhilfe zu schaffen offenbart beispielsweise die noch unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
102012102834.6 einen Dichtring mit einem elastischen, metallischen Ringkörper, welcher auf seinen Dichtflächen eine thermoplastische Beschichtung aufweist.
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Das in dem Patent
EP 0 370 013 B1 beschriebene Dichtringkonzept beruht ebenfalls auf Polymerdichtungen die jeweils mit einer metallischen Ringstruktur elastisch unterstützt sind.
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Wenngleich elastisch unterstützte thermoplastische Dichtungen über einen weiten Druckbereich zuverlässig einsetzbar sind, ist ihr Einsatzgebiet nicht unbegrenzt, da beispielsweise Dichtflächen der Seitenflansche oberhalb eines Grenzwerts für den statischen Druck aufgrund einer Durchbiegung der Seitenflansche in einem solchen Maße elastisch verformt sind, dass dies von dem Dichtringen nicht mehr ausgeglichen werden kann.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen und ein Druckmessgerät, insbesondere Differenzdruckmessgerät bereitzustellen, das medienbeständig abgedichtet ist, und unter Temperaturwechseln eingesetzt werden kann.
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Die Aufgabe wir erfindungsgemäß gelöst durch das Druckmessgerät gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1.
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Das erfindungsgemäße Druckmessgerät umfasst ein zumindest abschnittsweise zylindrisches oder kegelförmiges, metallisches Gehäuse; eine Druckmesszelle und mindestens einen ersten Seitenflansch; wobei das Gehäuse eine Messzellenkammer in seinem Innern, eine erste stirnseitige Flanschanschlussfläche und eine zweite stirnseitige Flanschanschlussfläche aufweist, wobei sich von der ersten Flanschanschlussfläche ein erster Druckkanal in die Messzellenkammer erstreckt, wobei sich von der zweiten Flanschanschlussfläche ein zweiter Druckkanal zur Messzellenkammer erstreckt, wobei die Druckmesszelle in der Messzellenkammer kommunizierend mit mindestens einem der beiden Druckkanäle angeordnet ist, wobei die Druckmesszelle einen Wandler aufweist, um ein Signal bereitzustellen, welches von einer Differenz zwischen Drücken in dem ersten Druckkanal und dem zweiten Druckkanal abhängt, wobei zumindest der erste Seitenflansch bezogen auf die Längsachse des Gehäuses in radialer Richtung zumindest eine erste Prozessanschlussfläche aufweist, welche bezüglich eines an den Seitenflansch angrenzenden Mantelflächenabschnitt des Gehäuses in radialer Richtung hervorsteht, wobei die erste Prozessanschlussflächen eine erste Druckeinlassöffnung aufweist, von der ein erster Flanschdruckkanal durch den ersten Seitenflansch zu einer ersten Druckaustrittsöffnung in einer ersten stirnseitigen Gehäuseanschlussfläche des ersten Seitenflansches erstreckt, wobei die erste Gehäuseanschlussfläche der ersten Flanschanschlussfläche zugewandt ist, wobei erfindungsgemäß das Gehäuse mit dem ersten Seitenflansch entlang einer ringförmig umlaufenden Schweißnaht unter Bildung einer ersten druckdichten Anschlusskammer zwischen der ersten Gehäuseanschlussfläche und der ersten Flanschanschlussfläche verschweißt ist, so dass ein an der ersten Druckeingangsöffnung anstehender Druck durch den ersten Flanschdruckkanal, die erste Anschlusskammer und den ersten Druckkanal zur Druckmesszelle übertragbar ist.
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Durch die Verschweißung zwischen Seitenflansch und Gehäuse ist das Druckmessgerät zum Einsatz in Hochdruckanwendungen geeignet, insbesondere bei Drücken oberhalb von 150 bar, bzw. sogar oberhalb von 300 bar bzw. oberhalb von 350 bar.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die erste Gehäuseanschlussfläche des ersten Seitenflansches eine erste ringförmige, Verbindungsfläche mit einer konkaven Grundstruktur auf, wobei die erste Verbindungsfläche die erste Gehäuseanschlussfläche radial begrenzt, und wobei die erste Flanschanschlussfläche des Gehäuses eine zweite ringförmige, Verbindungsfläche mit einer konvexen Grundstruktur aufweist, wobei die zweite Verbindungsfläche die erste Flanschanschlussfläche radial begrenzt, wobei die Schweißnaht zwischen der ersten Verbindungsfläche und der zweiten Verbindungsfläche ausgebildet ist.
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Die konkave Grundstruktur bedeutet, dass die erste Verbindungsfläche radial einwärts geneigt ist, dass also ein entlang einer radialen Richtung zwischen dem Innerenradius und dem Außenradius der ersten Verbindungsfläche gemittelter Oberflächennormalenvektor der ersten Verbindungsfläche radial einwärts gerichtet ist.
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Die konvexe Grundstruktur bedeutet, dass die zweite Verbindungsfläche radial auswärts geneigt ist, dass also ein entlang einer radialen Richtung zwischen dem Innerenradius und dem Außenradius der zweiten Verbindungsfläche gemittelter Oberflächennormalenvektor der zweiten Verbindungsfläche radial auswärts gerichtet ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die konkave Grundstruktur der ersten Verbindungsfläche und die konvexe Grundstruktur der zweiten Verbindungsfläche zueinander komplementäre Kegelmantelflächenabschnitte auf, deren Kegelachse mit der Gehäuseachse fluchtet, wobei insbesondere der Öffnungswinkel der Kegelmantelfläche zur Kegelachse nicht weniger als 45°, vorzugsweise nicht weniger als 55° und besonders bevorzugt nicht weniger als 58° aufweist, und wobei der Öffnungswinkel der Kegelmantelfläche zur Kegelachse nicht mehr als 75° vorzugsweise nicht mehr als 65°, und besonders bevorzugt nicht mehr als 62° aufweist.
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Mit der Definition der Form der Grundstrukturen der Verbindungsflächen ist nicht ausgeschlossen, dass die Verbindungsflächen zusätzliche Strukturelemente aufweisen.
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So kann beispielsweise in einer Kegelmantelfläche eine Ringnut ausgeprägt sein, wobei deren radiale Erstreckung nicht mehr als 20% vorzugsweise nicht mehr als 15% und besonders bevorzugt nicht mehr als 10% der radialen Erstreckung der Verbindungsfläche aufweist.
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Die Gestaltung der zueinander komplementären Verbindungsflächen mit konkaver Grundstruktur am Seitenflansch und konvexer Grundstruktur am Gehäuse, insbesondere als Abschnitte von Kegelmantelflächen, ermöglicht die Präparation einer tiefen Schweißnaht zwischen dem Gehäuse und dem Seitenflansch, auch dann, wenn Teile des Seitenflansches gegenüber dem Gehäuse radial hervorstehen.
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Somit gewährleisten die beschriebenen konvexen und konkaven Grundstrukturen, dass Tangenten an die Verbindungsflächen, welche beispielsweise die Einstrahlrichtung eines Elektronstrahls beim Elektronenstrahlschweißen definieren, durch radial vorstehende Teile des Seitenflansches nicht blockiert werden.
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Eine hinreichend Tiefe der Schweißnaht ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Druckmessgerät hohen Drücken standhalten soll, denn aufgrund der Tiefe der Schweißnaht, kann diese ein hinreichend große, drucktragende Ringfläche aufweisen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist eine Projektion der Schweißnaht auf eine Ebene senkrecht zur Achse des Gehäuses eine Fläche auf, die nicht weniger als 50%, insbesondere nicht weniger als 60%, und bevorzugt nicht weniger als 70% der von einem Innenradius der Schweißnaht ringförmig umschlossenen Fläche beträgt.
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Durch die Fläche der Schweißnaht in dem definierten Größenbereich kann diese Drücken von einigen 100 bar standhalten
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Flanschanschlussfläche des Gehäuses in der Anschlusskammer, angrenzend an die Schweißnaht, einen axialen Vorsprung auf, wobei die Gehäuseanschlussfläche des Seitenflansches eine zu dem axialen Vorsprung komplementäre axiale Vertiefung aufweist, in welche der axiale Vorsprung hineinragt, so dass in der Anschlusskammer angrenzend an die Schweißnaht zwischen dem Gehäuse und dem Seitenflansch ein Ringspalt gebildet ist, der insbesondere angrenzend an die Schweißnaht eine Spaltbreite von nicht weniger als 0,3 mm, vorzugsweise nicht weniger als 0,5 mm, und besonders bevorzugt nicht weniger als 0,6 mm aufweist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist der axiale Vorsprung der Flanschanschlussfläche an seiner dem Seitenflansch zugewandten Stirnfläche einen ringförmig umlaufenden radialen Vorsprung auf, so dass im Bereich des radialen Vorsprungs die Spaltbreite des Ringspalts verringert ist, wobei die minimale Spaltbreite im Bereich des radialen Vorsprungs nicht mehr als 50% insbesondere nicht mehr als 25% der maximalen Spaltbreite oder der mittleren Spaltbreite des Ringspalts beträgt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist der der Ringspalt eine Tiefe auf, die nicht weniger als das Dreifache, insbesondere nicht weniger als das Vierfache und bevorzugt etwa das Viereinhalbfache bis Fünfeinhalbfache der maximalen Spaltbreite beträgt.
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Durch den axialen Vorsprung wird erreicht, dass ein zentraler Bereich der Stirnfläche, der Flanschanschlussfläche, den die Stirnfläche des axialen Vorsprungs umfasst, von der Schweißnaht abgesetzt und insoweit vor thermischen Effekten des Schweißvorgangs geschützt ist. Dies ist insoweit vorteilhaft, als sich von dem zentralen Bereich der Stirnfläche ein erster Druckkanal zur Messzellenkammer erstreckt, und die Öffnung des Druckkanals gewöhnlich mit einer dünnen, metallischen Trennmembran überdeckt ist. Diese metallische Trennmembran, die eine Prägung aufweist, könnte unter direkter Einwirkung einer Schweißfront zerstört oder zumindest in ihren mechanischen Eigenschaften verändert werden.
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Der Ringspalt zwischen dem axialen Vorsprung und der dazu komplementären Ausnehmung im Seitenflansch verhindert, dass es zu undefinierten Verbindungen bzw. Verspannungen zwischen dem Gehäuse und dem Seitenflansch kommt. Die Verengung des Ringspalts an seiner der der Schweißnaht abgewandten Öffnung bewirkt zudem einen verbesserten Schutz des zentralen Bereichs der Stirnfläche und einer ggf. darauf angeordneten Trennmembran vor Beeinträchtigungen während des Schweißvorgangs.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Gehäuseanschlussfläche des Seitenflansches in der Anschlusskammer eine umlaufende Ringnut auf, wobei insbesondere der Außenradius der Ringnut den Innenradius der Schweißnaht um nicht mehr als 5% des Innenradius der Schweißnaht vorzugsweise um nicht mehr als 2% und besonders bevorzugt gar nicht unterschreitet.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ringnut angrenzend an ihren Außenradius in einem axialen Längsschnitt eine konkave Krümmung mit einem Krümmungsradius auf, der nicht weniger als 5%, vorzugsweise nicht weniger als 10% und besonders bevorzugt nicht weniger als 12,5% des Innenradius der Schweißnaht beträgt, wobei der Krümmungsradius bis zu einem Wendepunkt insbesondere monoton ansteigt, von dem an die Krümmung bis zu einem Innenradius der Ringnut konvex verläuft, und wobei insbesondere an den Innenradius der Ringnut eine im wesentlichen planare Kreisfläche anschließt.
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Die Ringnut dient insbesondere dazu, Spannungen abzubauen die aufgrund der Schweißung entstehen. Da diese Spannungen insbesondere auch die Schweißnaht belasten, bewirkt ein Abbau der Spannungen durch die Ringnut, dass die Schweißnaht bei einer angestrebten Druckfestigkeit schwächer ausgelegt werden kann, wodurch wiederum der Schweißvorgang an sich schon zu weniger mechanischen Spannungen in und zwischen Fügepartnern führt. Insofern, als derartige mechanische Verspannungen durch Rückwirkungen bis zur Druckmesszelle auch die Messgenauigkeit beeinträchtigen können, trägt die Ringnut im Ergebnis auch zu einer verbesserten Messgenauigkeit bei.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist zumindest die erste Flanschanschlussfläche eine erste Trennmembran auf, welche den ersten Druckkanal überdeckt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuse einen Grundkörper und einen Verschlusskörper auf, wobei eine der Flanschanschlussflächen eine dem Grundkörper abgewandte Stirnfläche des Verschlusskörpers umfasst, wobei die Schweißnaht zwischen dem Seitenflansch und dem Gehäuse sowohl zwischen dem Grundkörper und dem Seitenflansch als auch zwischen dem Verschlusskörper und dem Seitenflansch ausgebildet ist. In einer Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Grundkörper und dem Verschlusskörper eine Überlastmembran angeordnet.
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Derartige Überlastmembranen dienen dazu, die Druckmesszelle im Falle von einseitigen Überlasten zu schützen. Differenzdruckmessgeräte mit derartigen Überlastmembranen werden beispielsweise von der Anmelderin unter der Bezeichnung Deltabar S PMD 75, FMD 77 und FMD 78 vertrieben, und das Prinzip eines Überlastschutzes durch eine Überlastmembran ist in den Offenlegungsschriften
DE 10 2006 057 828 A1 und
DE 10 2006 040 325 A1 sowie dem Patent
EP 1 299 701 B1 beschrieben.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Schweißnaht mittels Elektronenstrahlschweißen gebildet und weist insbesondere eine Tiefe von nicht weniger als 6 mm vorzugsweise nicht weniger als 8 mm auf.
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In einer Weiterbildung der Erfindung enthält die Anschlusskammer einen Füllkörper, um das freie Volumen, welches einem Fluid, insbesondere einer Übertragungsflüssigkeit in der Anschlusskammer zur Verfügung steht, zu verringern.
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Diese Weiterbildung der Erfindung betrifft insbesondere Druckmessgeräte welche einen Druckmittler aufweisen, also einen hydraulischen Pfad, der an die Druckeinlassöffnung des Seitenflansches angeschlossen ist um einen zu erfassenden Druck in die Anschlusskammer einzuleiten, wobei der hydraulische Pfad eine mit einer Überragungsflüssigkeit gefüllte Druckleitung und eine Druckmittlermembran aufweist, wobei die Druckmittlermembran eine dem Seitenflansch abgewandte Öffnung der Druckleitung verschließt, wobei die Druckmittlermembran mit einem Medium, dessen Druck zu erfassen ist, beaufschlagbar ist, um den Druck in die Druckleitung zu übertragen. Die Druckleitung umfasst gewöhnlich eine Kapillarleitung oder eine Bohrung, insbesondere eine Kapillarbohrung durch einen Festkörper.
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Der Füllkörper bewirkt, dass das ein Druckmessfehler aufgrund einer temperaturabhängigen Volumenausdehnung der Übertragungsflüssigkeit reduziert wird, da durch den Füllkörper die Gesamtmenge der Übertragungsflüssigkeit, die zwischen der Anschlussammer und der Druckmittlermembran eingeschlossen ist, verringert ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Druckmessgerät als Differenzdruckmessgerät ausgebildet, wobei ein zweiter Seitenflansch eine zweite Gehäuseanschlussfläche aufweist, die im wesentlichen wie die erste Gehäuseanschlussfläche des ersten Seitenflansches gestaltet ist, und wobei das Gehäuse eine zweite Flanschanschlussfläche aufweist, wobei das Gehäuse mit dem zweiten Seitenflansch entlang einer zweiten ringförmig umlaufenden Schweißnaht unter Bildung einer zweiten druckdichten Anschlusskammer zwischen der ersten Gehäuseanschlussfläche und der zweiten Flanschanschlussfläche verschweißt ist, so dass ein an einer zweiten Druckeingangsöffnung des zweiten Seitenflansches anstehender Druck durch einen zweiten Flanschdruckkanal, der sich durch den zweiten Seitenflansch erstreckt, die zweite Anschlusskammer und den zweiten Druckkanal zur Druckmesszelle übertragbar ist.
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Wie zuvor diskutiert, kann das Gehäuse gemäß einer Weiterbildung der Erfindung einen Grundkörper und einen Verschlusskörper aufweisen, wobei eine der Flanschanschlussflächen eine dem Grundkörper abgewandte Stirnfläche des Verschlusskörpers umfasst, wobei die Schweißnaht zwischen dem Seitenflansch und dem Gehäuse sowohl zwischen dem Grundkörper und dem Seitenflansch als auch zwischen dem Verschlusskörper und dem Seitenflansch ausgebildet ist. Abgesehen von diesem Sachverhalt, der nur eine der Flanschanschlussflächen betrifft, sind die erste Flanschanschlussfläche und die zweite Flanschanschlussfläche im wesentlichen gleich gestaltet.
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Das beschriebene Druckmessgerät ist insbesondere zum Einsatz als Differenzdruckmessgerät ausgelegt, es kann aber gleichermaßen als Relativdruckmessgerät oder als Absolutdruckmessgerät betrieben werden, wozu dann einer Seite der Druckmesszelle ein Mediendruck durch einen ersten Seitenflansch zuzuführen ist, und die andere Seite der Druckmesszelle dem Luftdruck in der Umgebung des Druckmessgeräts bzw. einem Vakuum auszusetzen ist. Hierbei kann ggf. auf den zweiten Seitenflansch verzichtet werden.
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Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:
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1a einen vereinfachten Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessgerätes;
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1b einen vereinfachten Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessgerätes aus 1a;
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1a ein Detail (A) aus dem vereinfachten Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessgerätes aus 1b;
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2a einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessgerätes; und
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2b einen Querschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessgerätes aus 2a.
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Das in 1a, 1b und 1c vereinfacht dargestellte Druckmessgerät ist ein Differenzdruckmessgerät, welches ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 20 mit zwei Stirnseiten aufweist, die jeweils eine Flanschanschlussfläche 22 aufweisen, wobei an den beiden Flanschanschlussflächen 22 jeweils Seitenflansch 40 angeschlossen ist. Hierzu weisen die Seitenflansche 40 jeweils eine dem Gehäuse 20 zugewandte Gehäuseanschlussfläche 48 auf, welche in ihrem Randbereich jeweils entlang einer umlaufenden, drucktragenden Schweißnaht 250 mit einem Randbereich der ihr zugewandten Flanschanschlussfläche 22 verschweißt ist, wodurch zwischen der Flanschanschlussfläche 22 und der Gehäuseanschlussfläche 48 eine Anschlusskammer 252 gebildet. Die Seitenflansche 40 weisen jeweils zumindest eine Prozessanschlussfläche 42 mit einer Druckeinlassöffnung 44 auf, von der sich ein Flanschdruckkanal durch den Seitenflansch 40 zu einer Druckaustrittsöffnung 46 erstreckt, die in die Anschlusskammer 252 mündet.
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Der Seitenflansch 40 weist weiterhin Öffnungen 49 auf, die in der Anschlusskammer münden 48, und welche im Betrieb des Sensors durch Blindstopfen, Drainagestopfen oder Entlüftungsstopfen verschlossen sind.
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Das zylindrische Gehäuse umfasst einen Grundkörper 202 und einen Verschlusskörper 204, welcher mit dem Grundkörper druckdicht verbunden ist, insbesondere verschweißt. Der Verschlusskörper 204 verschließt insbesondere eine in dem Grundkörper 202 angeordnete (hier nicht dargestellte) Messzellenkammer, wobei weiterhin zwischen dem Grundkörper 202 und dem Verschlusskörper 204 eine Überlastkammer gebildet sein kann, die von einer Überlastmembran 206 geteilt wird. Insofern als diese Komponenten im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von nachgeordnetem Interesse und einem Fachmann auf dem Gebiet Differenzdruckmesstechnik geläufig sind, kann auf deren Darstellung in den Zeichnungen und eine eingehende Erläuterung dazu verzichtet werden.
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Die Flanschanschlussflächen 22 des Gehäuses 20 und die Gehäuseanschlussflächen 48 der Seitenflansche 40, weisen Konturen auf die nun insbesondere anhand von 1c näher erläutert werden.
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Um die Seitenflansche 40 für Hochruckanwendungen bei statischen Drücken von einigen hundert Bar jeweils hinreichend druckfest mit dem Gehäuse 20 durch Schweißen zu verbinden, muss die Schweißnaht 250 eine Tiefe t von beispielsweise 7 mm bis 10 mm aufweisen. Dies lässt sich insbesondere durch Elektronenstrahlschweißen realisieren, wozu der Elektronenstrahl von der Mantelfläche des Gehäuses 20 aus ungehindert zwischen die zu verschweißenden Verbindungsflächen gelangen können muss. Dies wird dadurch erschwert, dass die Seitenflansche 40 zumindest in Richtung der Prozessanschlussflächen 44 gegenüber dem Gehäuse 20 in radialer Richtung hervorstehen. Um dennoch den Elektronenstrahl zwischen die zu verschweißenden Verbindungsflächen gelangen zu lassen, weist die Flanschanschlussfläche 22 des Gehäuses 20 eine ringförmig umlaufende Verbindungsfläche 222 mit konvexer Grundstruktur auf, die hier als Kegelmantelflächenabschnitt gestaltet ist. Die Verbindungsfläche 222 des Grundkörpers weist drei Teilbereiche auf, nämlich einen äußeren Kegelmantelflächenabschnitt 222a, einen inneren Kegelmantelflächenabschnitt 222c, wobei der innere Kegelmantelflächen 222c ein Abschnitt des gleichen Referenzkegelmantels ist, wie der äußere Kegelmantelflächenabschnitt 222a, und eine ringförmige Entkopplungsnut 222b, welche die beiden Kegelmantelflächenabschnitte voneinander trennt, und welche. zwischen dem inneren und dem äußeren Kegelmantelflächenabschnitten verläuft. Im Bereich dieser Entkopplungsnut 222b verläuft die Grenze zwischen dem Grundkörper 202 und dem Verschlusskörper 204, so dass der innere Kegelmantelflächenabschnitt 222c ausschließlich ein Oberflächenabschnitt des Verschlusskörpers 204 ist, und dass der äußere Kegelmantelflächenabschnitt 222a ausschließlich ein Oberflächenabschnitt des Gehäusekörpers 202 ist.
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Vorliegend hat der Referenzkegelmantel einen Winkel zur Kegelachse von etwa 60°.
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Die Entkopplungsnut 222b ist insbesondere dazu vorgesehen, um eine direkte Verbindung von drei oder vier Fügepartnern beim Verbinden des Seitenflansches mit dem Gehäuse zu vermeiden; denn wäre die Entkopplungsnut 222b nicht vorhanden, so würden am Übergang zwischen dem Grundkörper 202 und dem Verschlusskörper 204 diese beiden Körper und ggf. die zwischenliegende Überlastmembran 206 gegen die Verbindungsfläche 482 des Seitenflansches stoßen, und sowohl mit diesem als auch untereinander im Randbereich aufgeschmolzen und neu verschweißt werden. Hierdurch können ggf. undefinierte Spannungszustände entstehen, die durch die Entkopplungsnut 222b vermieden werden.
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Sofern beim Fügen Seitenflansch und Gehäuse nur zwei im Bereich der Schweißung monolithische Fügepartner zu verbinden sind, beispielsweise beim Verbinden eines zweiten Seitenflansches 40 mit dem Gehäuse 20, so kann auf die Entkopplungsnut 222 verzichtet werden.
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Die Gehäuseanschlussfläche 48 weist in ihrem Randbereich eine konkave Verbindungsfläche 482 auf, welche als konkaver Kegelmantelflächenabschnitt des Referenzkegelmantels ausgebildet ist. Die konkave Verbindungsfläche 482 des Seitenflansches 40 bedeckt die Verbindungsfläche 222 des Gehäuses 20 im wesentlichen vollständig und ist mit dieser mittels Elektronenstrahlschweißens mit einer Schweißtiefe t von etwa 9 mm verschweißt.
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Das Gehäuse 20 weist stirnseitig eine Trennmembran 208 mit einer äußeren Oberfläche auf, die der Anschlusskammer 252 zugewandt ist, um einen in der Anschlusskammer herrschenden Druck mittels eines Übertragungsflüssigkeit zur Druckmesszelle zu überfragen. Die Trennmembran ist entlang ihres Randes mit einer umlaufenden Fügestelle insbesondere einer Schweißnaht, druckdicht mit der Stirnfläche 225 eines axialen Vorsprungs der Flanschanschlussfläche 22 verbunden. Die Trennmembran 208 umfasst gewöhnlich eine Metallfolie mit einer Stärke zwischen beispielsweise 30 μm und 300 μm, wobei der Folie ein Ringmuster aufgeprägt ist, um einen hinreichend großen Volumenhub zu ermöglichen.
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Verformungen der Stirnfläche 225 eines axialen Vorsprungs der Flanschanschlussfläche 22 im Bereich der Fügestelle der Trennmembran verändern die Steifigkeit oder die Ruhelage der Trennmembran 208 und sind insofern zu vermeiden bzw. zu minimieren. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Trennmembran 208 beim Verschweißen des Seitenflansches 40 mit dem Gehäuse 20 nicht unmittelbar der Hitze oder dem Schweißdampf, die beim Schweißvorgang auftreten, ausgesetzt ist.
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Der axiale Vorsprung trägt zum Schutz der Trennmembran 208 bei, denn durch den axialen Vorsprung ist die Trennmembran 208 von dem Innenrand Schweißung 250 zwischen Gehäuse und Seitenflansch axial beabstandet und durch einem Randbereich des axialen Vorsprungs vor direkter thermischer Strahlung und Schweißdampf geschützt.
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Zur thermischen und mechanischen Entkopplung des axialen Vorsprungs von dem Seitenflansch weist der axiale Vorsprung anschließend an die Schweißnaht 250 eine im wesentlichen zylindrische Mantelfläche 223 auf, die von einem gegenüberliegenden, konkaven, zylindrischen Mantelflächenabschnitt 484 der Gehäuseanschlussfläche radial beabstandet ist, so dass zwischen dem axialen Vorsprung und dem Seitenflansch ein Ringspalt 254 mit einer Breite b1 gebildet wird, die etwa 600 μm beträgt, wobei der Ringspalt 254 in axialer Richtung zwischen dem Innenrand der Schweißnaht und der Stirnseite 225 des axialen Vorsprungs eine Höhe h aufweist, die etwa 3 bis 4 mm beträgt. Zudem weist die Stirnseite 225 des axialen Vorsprungs einen radialen Vorsprung von etwa 450 μm auf, so dass sich der Ringspalt 254 in einem oberen Endabschnitt auf eine Spaltbreite b2 verengt, die etwa 150 μm beträgt. Diese Verengung bewirkt einen weiteren Hitzeschutz für die Trennmembran 208 beim Präparieren der Schweißnaht 250. Im Ergebnis leistet der Ringspalt 254 einen beachtlichen Beitrag zur thermischen und mechanischen Entkopplung der Trennmembran von dem Seitenflansch 40, insbesondere bei dessen Befestigung durch Schweißen.
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Zur mechanischen Entlastung der Schweißverbindung 250 zwischen dem Seitenflansch 40 und dem Gehäuse 20 weist die Gehäuseanschlussfläche 48 des Seitenflansches 40 innerhalb der Anschlusskammer 252 eine ringförmige Entlastungsnut 486 auf, die an den konkaven zylindrischen Mantelflächenabschnitt 484 der Gehäuseanschlussfläche anschließt, wobei die Entlastungsnut in einer axialen Schnittebene anschließend an den konkaven zylindrischen Mantelflächenabschnitt 484 eine konkave Krümmung 486a mit einem minimalen Krümmungsradius von beispielsweise etwa 3 mm bis 4 mm aufweist, wobei der Krümmungsradius bis zu einem Wendepunkt zunimmt nachdem die Entlastungsnut eine konvexe Krümmung 486b mit einem Krümmungsradius von etwa 7 mm aufweist, wobei sich die konvexe Krümmung bis zu einem Innenradius der Entlastungsnut 486 erstreckt. An die Entlastungsnut 486 schließt radial einwärts eine im wesentlichen planare Fläche an, die einen Abstand von beispielsweise 500 μm zur Trennmembran 208 aufweist, um einer hinreichenden Auslenkung der Trennmembran nicht entgegen zu stehen.
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Die Ausführungen zu der Verbindung zwischen dem ersten Seitenflansch 40 und dem Gehäuse 20 gelten entsprechend auch für die Verbindung zwischen dem zweiten Seitenflansch 40 und dem Gehäuse 20 an dessen anderer Stirnseite.
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2a und 2b zeigen Schnittansichten eines zweiten Ausführungsbeispiels, was im Prinzip die gleiche Struktur wie das erste Ausführungsbeispiel aufweist. Es ist also ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 520 zwischen zwei Seitenflanschen 540 angeordnet und mit diesen jeweils entlang einer ringförmig umlaufenden drucktragenden Schweißnaht 750 verschweißt. Das Gehäuse 520 weist den Seitenflanschen 540 zugewandte stirnseitige Flanschanschlussflächen 522 auf, welche entsprechend den Flanschanschlussflächen des ersten Ausführungsbeispiels gestaltet sind. Die Seitenflansche 540 weisen zu den Flanschanschlussflächen 522 komplementäre Gehäuseanschlussflächen 548 auf, welche entsprechend den Gehäuseanschlussflächen des ersten Ausführungsbeispiels gestaltet sind.
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Die Seitenflansche 540 weisen bezogen auf die Achse des zylindrischen Gehäuses in radialer Richtung zumindest eine Anschlussfläche 542 mit einer Druckeinlassöffnung 544 auf, von der sich jeweils ein Flanschdruckkanal durch den Seitenflansch erstreckt, der in einer Anschlusskammer 752 zwischen dem Seitenflansch 540 und dem Gehäuse 520 mündet, um den Druck durch einen Druckkanal 592, 594 zu einer Druckmesszelle 590 in einer Messzellenkammer im Innern des Gehäuses 520 zu übertragen.
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Die Druckeingangsöffnungen 544 sind hier als Anschlüsse für Kapillarleitungen gestaltet, wie sie bei hydraulischen Druckmittlern Verwendung finden, welche den Druck mit einer Übertragungsflüssigkeit zum Druckmessgerät überfragen. In den beiden Anschlusskammern 752 zwischen den Seitenflanschen 540 und dem Gehäuse 520 sind ringförmige Füllkörper 570 angeordnet, die insbesondere das Volumen von Entlastungsnuten 586 in den Gehäuseanschlussflächen der Seitenflansche ausfüllen, um das Volumen der Übertragungsflüssigkeit zu minimieren. Im Sinne der Übersichtlichkeit wurden die Füllkörper nur in 2a dargestellt, obwohl vorhandene Füllkörper eigentlich auch in der Darstellung von 2b erkennbar sein müssten. In 2a und 2b ist schließlich noch dargestellt, wie die Druckmesszelle 590 über eine Glasdurchführung 596 und Leitungen 598 an eine elektronische Schaltung 600 zum Betreiben eines elektrischen Wandlers der Druckmesszelle 590 angeschlossen ist. Die Druckmesszelle kann insbesondere einen kapazitiven oder (piezo-)resistiven Wandler aufweisen, wie er in der Druckmesstechnik üblich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0370013 B1 [0004, 0006]
- DE 102008054991 A1 [0004]
- DE 102012102834 [0005]
- DE 102006057828 A1 [0033]
- DE 102006040325 A1 [0033]
- EP 1299701 B1 [0033]