DE102013106601B4

DE102013106601B4 - Pressure gauge, especially differential pressure gauge

Info

Publication number: DE102013106601B4
Application number: DE102013106601.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Hügel; Joachim Neuhaus; Thomas Uehlin
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2025-12-04
Anticipated expiration: 2033-06-26
Also published as: DE102013106601A1

Abstract

Druckmessgerät, umfassend:
ein zumindest abschnittsweise zylindrisches oder kegelförmiges, metallisches Gehäuse (20; 520); eine Druckmesszelle (590); und
mindestens einen ersten Seitenflansch (40; 540); wobei das Gehäuse (20; 520) eine Messzellenkammer, eine erste stirnseitige Flanschanschlussfläche (22; 522) und eine zweite stirnseitige Flanschanschlussfläche aufweist, wobei sich von der ersten Flanschanschlussfläche (22; 522) ein erster Druckkanal (592) in die Messzellenkammer erstreckt, wobei sich von der zweiten Flanschanschlussfläche ein zweiter Druckkanal (594) zur Messzellenkammer erstreckt,
wobei die Druckmesszelle (590) in der Messzellenkammer kommunizierend mit mindestens einem der beiden Druckkanäle (592, 594) angeordnet ist, wobei die Druckmesszelle (590) einen Wandler aufweist, um ein Signal bereitzustellen, welches von einer Differenz zwischen Drücken in dem ersten Druckkanal (592) und dem zweiten Druckkanal (594) abhängt,
wobei zumindest der erste Seitenflansch (40; 540) - bezogen auf eine Längsachse des Gehäuses (20; 520) - in radialer Richtung zumindest eine erste Prozessanschlussfläche (42; 542) aufweist, welche bezüglich eines an den Seitenflansch (40; 540) angrenzenden Mantelflächenabschnitts des Gehäuses (20; 520) in radialer Richtung hervorsteht, wobei die erste Prozessanschlussfläche (42; 542) eine erste Druckeinlassöffnung (44; 544) aufweist, von der sich ein erster Flanschdruckkanal durch den ersten Seitenflansch (40; 540) zu einer ersten Druckaustrittsöffnung (46;546) in einer ersten stirnseitigen Gehäuseanschlussfläche (48; 548) des ersten Seitenflansches (40; 540) erstreckt, wobei die erste Gehäuseanschlussfläche (48; 548) der ersten Flanschanschlussfläche (22; 522) zugewandt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20; 520) zumindest mit dem ersten Seitenflansch (40; 540) entlang einer ringförmig umlaufenden Schweißnaht (250; 750) unter Bildung einer ersten druckdichten Anschlusskammer (252; 752) zwischen der ersten Gehäuseanschlussfläche (48; 548) und der ersten Flanschanschlussfläche (22; 522) verschweißt ist, so dass ein an der ersten Druckeingangsöffnung anstehender Druck durch den ersten Flanschdruckkanal, die erste Anschlusskammer (252; 752) und den ersten Druckkanal (592) zur Druckmesszelle (590) übertragbar ist, wobei die erste Gehäuseanschlussfläche (48) des ersten Seitenflansches (40) eine erste ringförmige Verbindungsfläche (482) mit einer konkaven Grundstruktur aufweist,
wobei die erste Verbindungsfläche (482) die erste Gehäuseanschlussfläche (48) radial begrenzt,
wobei die erste Flanschanschlussfläche (22) des Gehäuses (20) eine zweite ringförmige, Verbindungsfläche (222) mit einer konvexen Grundstruktur aufweist, wobei die zweite Verbindungsfläche (222) die erste Flanschanschlussfläche (22) radial begrenzt, wobei die Schweißnaht (250) zwischen der ersten Verbindungsfläche (482) und der zweiten Verbindungsfläche (222) ausgebildet ist. Pressure gauge, comprehensive:
a metallic housing that is at least partially cylindrical or conical (20; 520); a pressure measuring cell (590); and
at least one first side flange (40; 540); wherein the housing (20; 520) has a measuring cell chamber, a first end-face flange connection surface (22; 522) and a second end-face flange connection surface, wherein a first pressure channel (592) extends from the first flange connection surface (22; 522) into the measuring cell chamber, wherein a second pressure channel (594) extends from the second flange connection surface to the measuring cell chamber,
wherein the pressure measuring cell (590) is arranged in the measuring cell chamber communicating with at least one of the two pressure channels (592, 594), wherein the pressure measuring cell (590) has a transducer to provide a signal which depends on a difference between pressures in the first pressure channel (592) and the second pressure channel (594),
wherein at least the first side flange (40; 540) – with respect to a longitudinal axis of the housing (20; 520) – has at least a first process connection surface (42; 542) in a radial direction, which projects radially with respect to a shell surface section of the housing (20; 520) adjacent to the side flange (40; 540), wherein the first process connection surface (42; 542) has a first pressure inlet opening (44; 544) from which a first flange pressure channel extends through the first side flange (40; 540) to a first pressure outlet opening (46; 546) in a first end-face housing connection surface (48; 548) of the first side flange (40; 540), wherein the first housing connection surface (48; 548) faces the first flange connection surface (22; 522),
characterized in that the housing (20; 520) is welded at least to the first side flange (40; 540) along an annular circumferential weld seam (250; 750) forming a first pressure-tight connection chamber (252; 752) between the first housing connection surface (48; 548) and the first flange connection surface (22; 522), so that a pressure present at the first pressure inlet opening is by the first flange pressure channel, the first connection chamber (252; 752) and the first pressure channel (592) to the pressure measuring cell (590) is transferable, wherein the first housing connection surface (48) of the first side flange (40) has a first annular connecting surface (482) with a concave basic structure,
wherein the first connecting surface (482) radially limits the first housing connection surface (48),
wherein the first flange connection surface (22) of the housing (20) has a second annular connecting surface (222) with a convex base structure, wherein the second connecting surface (222) radially limits the first flange connection surface (22), wherein the weld seam (250) is formed between the first connecting surface (482) and the second connecting surface (222).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckmessgerät, insbesondere ein Differenzdruckmessgerät.The present invention relates to a pressure measuring device, in particular a differential pressure measuring device.

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.In pressure measurement technology, absolute, relative, and differential pressure gauges are used. Absolute pressure gauges measure the pressure of a medium as an absolute value, i.e., as a pressure difference relative to a vacuum. Relative pressure gauges measure the pressure of a medium as a pressure difference relative to a reference pressure, such as atmospheric pressure at the location of the gauge. Differential pressure gauges measure the difference between a first and a second pressure applied to the gauge.

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.Typical differential pressure gauges feature a pressure measuring cell enclosed in a cylindrical housing, the housing being axially clamped between two side flanges. The side flanges seal the two end faces of the housing in a pressure-tight manner, with sealing rings clamped between the end faces and the side flanges for this purpose. The flanges are clamped against each other by several, in particular four, bolts running parallel to the axis of the housing. The flanges have process connection surfaces extending radially in the direction of the longitudinal axis of the housing. Each process connection surface has a pressure inlet opening from which a pressure channel extends through the flange to a pressure outlet opening in an end face of the housing connection surface. The pressure outlet opening is located in the area of the housing connection surface bounded by one of the sealing rings.

Entsprechende Differenzdruckmessgeräte sind beispielsweise in EP 0 370 013 B1 und DE 10 2008 054 991 A1 offenbart.Corresponding differential pressure measuring devices are, for example, in EP 0 370 013 B1 and DE 10 2008 054 991 A1 revealed.

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 deutsche Patentanmeldung DE 10 2012 102 834 A1 einen Dichtring mit einem elastischen, metallischen Ringkörper, welcher auf seinen Dichtflächen eine thermoplastische Beschichtung aufweist.The aforementioned sealing rings are critical components, as differential pressure gauges are often exposed to high static pressures, for example, several hundred bar. In many cases, elastomer seals are sufficient; however, these cannot be used with all media. In such cases, thermoplastic seals, such as those made of PTFE or PFA, are used. However, thermoplastic seals do not possess sufficient elasticity to withstand media under high pressure or the clamping forces required for high pressures, especially under temperature fluctuations. To remedy this, the German patent application, for example, discloses a solution. DE 10 2012 102 834 A1 a sealing ring with an elastic, metallic ring body which has a thermoplastic coating on its sealing surfaces.

Das in dem Patent EP 0 370 013 B1 beschriebene Dichtringkonzept beruht ebenfalls auf Polymerdichtungen die jeweils mit einer metallischen Ringstruktur elastisch unterstützt sind.The patent EP 0 370 013 B1 The described sealing ring concept is also based on polymer seals, each of which is elastically supported by a metallic ring structure.

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.Although elastically supported thermoplastic seals can be used reliably over a wide pressure range, their application area is not unlimited, since, for example, sealing surfaces of the side flanges are elastically deformed above a limit value for static pressure due to deflection of the side flanges to such an extent that this can no longer be compensated for by the sealing rings.

Differenzdruckmessgeräte sind u.a. aus der DE 196 08 321 A1 , der US 7 841 240 B2 , der US 5 375 473 A und der US 5 959 213 A bekannt geworden.Differential pressure gauges are used, among other things, in the DE 196 08 321 A1 , the US 7 841 240 B2 , the US 5 375 473 A and the US 5 959 213 A became known.

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.It is therefore the object of the present invention to remedy this situation and to provide a pressure measuring device, in particular a differential pressure measuring device, which is sealed to be resistant to the medium and can be used under temperature changes.

Die Aufgabe wir erfindungsgemäß gelöst durch das Druckmessgerät gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1.The problem is solved according to the invention by the pressure measuring device according to independent claim 1.

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 eine 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.The pressure measuring device according to the invention comprises a metallic housing that is at least partially cylindrical or conical; a pressure measuring cell and at least one first side flange; wherein the housing has a measuring cell chamber inside it, a first end-face flange connection surface and a second end-face flange connection surface, wherein a first pressure channel extends from the first flange connection surface into the measuring cell chamber, wherein a second pressure channel extends from the second flange connection surface to the measuring cell chamber, wherein the pressure measuring cell is arranged in the measuring cell chamber communicating with at least one of the two pressure channels, wherein the pressure measuring cell has a transducer to provide a signal which depends on a difference between pressures in the first pressure channel and the second pressure channel, wherein at least the first side flange – with respect to a longitudinal axis of the housing – has at least one first process connection surface in the radial direction, which projects radially with respect to a section of the housing's outer surface adjacent to the side flange, wherein the first process connection surface chen has a first pressure inlet opening, from which a first flange pressure channel extends through the first side flange to a first pressure outlet opening in a first end-face housing connection surface of the first side flange, wherein the first housing connection surface faces the first flange connection surface,
wherein according to the invention the housing is welded to the first side flange along an annular circumferential weld seam forming a first pressure-tight connection chamber between the first housing connection surface and the first flange connection surface, so that a pressure present at the first pressure inlet opening can be transmitted through the first flange pressure channel, the first connection chamber and the first pressure channel to the pressure measuring cell.

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.The welding between the side flange and the housing makes the pressure gauge suitable for use in high-pressure applications, especially at pressures above 150 bar, or even above 300 bar or above 350 bar.

Erfindungsgemäß 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.According to the invention, the first housing connection surface of the first side flange has a first annular connecting surface with a concave base structure, wherein the first connecting surface radially limits the first housing connection surface, and wherein the first flange connection surface of the housing has a second annular connecting surface with a convex base structure, wherein the second connecting surface radially limits the first flange connection surface, wherein the weld seam is formed between the first connecting surface and the second connecting surface.

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.The concave basic structure means that the first connecting surface is inclined radially inwards, i.e., that a surface normal vector of the first connecting surface averaged along a radial direction between the inner radius and the outer radius of the first connecting surface is directed radially inwards.

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.The convex basic structure means that the second connecting surface is inclined radially outwards, i.e., that a surface normal vector of the second connecting surface averaged along a radial direction between the inner radius and the outer radius of the second connecting surface is directed radially outwards.

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 Längsachse des Gehäuses 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.In a further development of the invention, the concave basic structure of the first connecting surface and the convex basic structure of the second connecting surface have mutually complementary conical surface sections whose conical axis is aligned with the longitudinal axis of the housing, wherein in particular the opening angle of the conical surface to the conical axis is not less than 45°, preferably not less than 55° and particularly preferably not less than 58°, and wherein the opening angle of the conical surface to the conical axis is not more than 75°, preferably not more than 65°, and particularly preferably not more than 62°.

Mit der Definition der Form der Grundstrukturen der Verbindungsflächen ist nicht ausgeschlossen, dass die Verbindungsflächen zusätzliche Strukturelemente aufweisen. 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.The definition of the shape of the basic structures of the connecting surfaces does not preclude the connecting surfaces from having additional structural elements. For example, an annular groove may be formed in a conical surface, the radial extent of which is no more than 20%, preferably no more than 15%, and particularly preferably no more than 10% of the radial extent of the connecting surface.

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.The design of the mutually complementary connecting surfaces with a concave basic structure on the side flange and a convex basic structure on the housing, in particular as sections of conical shell surfaces, enables the preparation of a deep weld seam between the housing and the side flange, even if parts of the side flange protrude radially from the housing.

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.Thus, the described convex and concave basic structures ensure that tangents to the connecting surfaces, which define, for example, the direction of incidence of an electron beam in electron beam welding, are not blocked by radially protruding parts of the side flange.

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.A sufficient weld depth is particularly advantageous when the pressure gauge is to withstand high pressures, because due to the depth of the weld, it can have a sufficiently large, pressure-bearing ring area.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist eine Projektion der Schweißnaht auf eine Ebene senkrecht zur Längsachse 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.In a further development of the invention, a projection of the weld seam onto a plane perpendicular to the longitudinal axis of the housing has an area that is not less than 50%, in particular not less than 60%, and preferably not less than 70% of the area enclosed in a ring shape by an inner radius of the weld seam.

Durch die Fläche der Schweißnaht in dem definierten Größenbereich kann diese Drücken von einigen 100 bar standhaltenDue to the surface area of the weld seam within the defined size range, it can withstand pressures of several hundred bar.

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 0,6mm aufweist.In a further development of the invention, the flange connection surface of the housing in the connection chamber, adjacent to the weld seam, has an axial projection, wherein the housing The end surface of the side flange has an axial recess complementary to the axial projection, into which the axial projection extends, so that an annular gap is formed in the connection chamber adjacent to the weld seam between the housing and the side flange, which has a gap width of not less than 0.3 mm, preferably not less than 0.5 mm, and particularly preferably not less than 0.6 mm, especially adjacent to the weld seam.

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.In a further development of the invention, the axial projection of the flange connection surface has an annular radial projection on its end face facing the side flange, so that the gap width of the annular gap is reduced in the area of the radial projection, wherein the minimum gap width in the area of the radial projection is no more than 50%, in particular no more than 25%, of the maximum gap width or the mean gap width of the annular gap.

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.In a further development of the invention, the annular gap has a depth that is not less than three times, in particular not less than four times and preferably about four and a half to five and a half times the maximum gap width.

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.The axial projection ensures that a central area of the end face, the flange connection surface, encompassed by the end face of the axial projection, is set back from the weld seam and thus protected from the thermal effects of the welding process. This is advantageous because a first pressure channel extends from the central area of the end face to the measuring cell chamber, and the opening of the pressure channel is usually covered by a thin, metallic separating membrane. This metallic separating membrane, which has an embossed pattern, could be destroyed or at least have its mechanical properties altered by direct exposure to a weld front.

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.The annular gap between the axial projection and the corresponding recess in the side flange prevents undefined connections or stresses from forming between the housing and the side flange. Furthermore, the narrowing of the annular gap at its opening facing away from the weld seam provides improved protection for the central area of the end face and any separating membrane that may be located thereon, from damage during the welding process.

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.In a further development of the invention, the housing connection surface of the side flange in the connection chamber has a circumferential annular groove, wherein in particular the outer radius of the annular groove is not less than 5% of the inner radius of the weld, preferably not more than 2%, and particularly preferably not less than 5% of the inner radius of the weld.

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.In a further development of the invention, the annular groove has a concave curvature adjacent to its outer radius in an axial longitudinal section, with a radius of curvature that is not less than 5%, preferably not less than 10% and particularly preferably not less than 12.5% of the inner radius of the weld, wherein the radius of curvature increases, in particular monotonically, up to an inflection point, from which the curvature becomes convex up to an inner radius of the annular groove, and wherein, in particular, a substantially planar circular surface adjoins the inner radius of the annular groove.

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.The annular groove serves primarily to relieve stresses that arise during welding. Since these stresses also affect the weld seam, the reduction of these stresses by the annular groove allows the weld seam to be designed with a weaker profile while maintaining the desired compressive strength. This, in turn, reduces the mechanical stresses in and between the joining partners during the welding process itself. Furthermore, because such mechanical stresses can impair measurement accuracy through feedback to the pressure sensor, the annular groove ultimately contributes to improved measurement accuracy.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist zumindest die erste Flanschanschlussfläche eine erste Trennmembran auf, welche den ersten Druckkanal überdeckt.In a further development of the invention, at least the first flange connection surface has a first separating membrane which covers the first pressure channel.

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.In a further development of the invention, the housing comprises a base body and a closure body, wherein one of the flange connection surfaces includes an end face of the closure body facing away from the base body, and wherein the weld seam between the side flange and the housing is formed both between the base body and the side flange and between the closure body and the side flange. In a further embodiment of this further development of the invention, an overload diaphragm is arranged between the base body and the closure body.

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.Such overload membranes serve to protect the pressure measuring cell in the event of one-sided overloads. Differential pressure gauges with such overload membranes are, for example, marketed by the applicant under the designations Deltabar S PMD 75, FMD 77 and FMD 78. and the principle of overload protection by means of an overload membrane is described in the published documents. DE 10 2006 057 828 A1 and DE 10 2006 040 325 A1 as well as the patent EP 1 299 701 B1 described.

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.In a further development of the invention, the weld seam is formed by means of electron beam welding and has in particular a depth of not less than 6 mm, preferably not less than 8 mm.

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.In a further development of the invention, the connection chamber contains a filling element to reduce the free volume available to a fluid, in particular a transmission fluid, in the connection chamber.

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.This further development of the invention relates in particular to pressure measuring devices which have a pressure transmitter, i.e., a hydraulic path connected to the pressure inlet opening of the side flange in order to introduce a pressure to be measured into the connection chamber, wherein the hydraulic path comprises a pressure line filled with a transfer fluid and a pressure transmitter diaphragm, wherein the pressure transmitter diaphragm closes an opening of the pressure line facing away from the side flange, and wherein the pressure transmitter diaphragm can be pressurized with a medium whose pressure is to be measured in order to transmit the pressure into the pressure line. The pressure line usually comprises a capillary tube or a bore, in particular a capillary bore through a solid.

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.The packing material reduces pressure measurement errors caused by temperature-dependent volume expansion of the transmission fluid, as the packing material reduces the total amount of transmission fluid trapped between the connecting chamber and the pressure transmitter diaphragm.

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 zweiten 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.In a further development of the invention, the pressure measuring device is designed as a differential pressure measuring device, wherein a second side flange has a second housing connection surface which is essentially designed like the first housing connection surface of the first side flange, and wherein the housing has a second flange connection surface, wherein the housing is welded to the second side flange along a second annular circumferential weld seam forming a second pressure-tight connection chamber between the second housing connection surface and the second flange connection surface, so that a pressure present at a second pressure inlet opening of the second side flange can be transmitted to the pressure measuring cell through a second flange pressure channel extending through the second side flange, the second connection chamber and the second pressure channel.

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.As previously discussed, according to a further development of the invention, the housing can have a base body and a closure body, wherein one of the flange connection surfaces comprises an end face of the closure body facing away from the base body, and wherein the weld seam between the side flange and the housing is formed both between the base body and the side flange and between the closure body and the side flange. Apart from this feature, which only concerns one of the flange connection surfaces, the first flange connection surface and the second flange connection surface are essentially identical in design.

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.The described pressure gauge is primarily designed for use as a differential pressure gauge, but it can also be operated as a relative pressure gauge or an absolute pressure gauge. For the latter, a medium pressure is applied to one side of the pressure cell via a first side flange, while the other side of the pressure cell is exposed to the ambient air pressure or a vacuum. In this case, the second side flange may be omitted.

Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:

1a einen vereinfachten Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessgerätes;
1b einen vereinfachten Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessgerätes aus 1a;
1c ein Detail (A) aus dem vereinfachten Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessgerätes aus 1b;
2a einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessgerätes; und
2b einen Querschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmessgerätes aus 2a.

The invention will now be explained with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings. These show:

1a a simplified cross-section through a first embodiment of a pressure measuring device according to the invention;
1b a simplified longitudinal section through the first embodiment of a pressure measuring device according to the invention 1a ;
1c a detail (A) from the simplified longitudinal section through the first embodiment of a pressure measuring device according to the invention 1b ;
2a a longitudinal section through a second embodiment of a pressure measuring device according to the invention; and
2b a cross-section through the second embodiment of a pressure measuring device according to the invention 2a .

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.The in 1a , 1b and 1c The simplified pressure gauge is a differential pressure gauge which has a substantially cylindrical housing 20 with two end faces, each having a flange connection surface 22, wherein on the two flange connection surfaces 22 each The side flange 40 is connected. For this purpose, each side flange 40 has a housing connection surface 48 facing the housing 20, which is welded along a circumferential, pressure-bearing weld seam 250 to an edge region of the flange connection surface 22 facing it, thereby forming a connection chamber 252 between the flange connection surface 22 and the housing connection surface 48. Each side flange 40 has at least one process connection surface 42 with a pressure inlet opening 44, from which a flange pressure channel extends through the side flange 40 to a pressure outlet opening 46, which opens into the connection chamber 252.

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.The side flange 40 also has openings 49 which lead into the connection chamber 48, and which are closed during operation of the sensor by blind plugs, drainage plugs or vent plugs.

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.The cylindrical housing comprises a base body 202 and a closure body 204, which is pressure-tightly connected to the base body, in particular by welding. The closure body 204 closes, in particular, a measuring cell chamber (not shown) arranged in the base body 202. Furthermore, an overload chamber may be formed between the base body 202 and the closure body 204, which is divided by an overload diaphragm 206. Since these components are of secondary importance in connection with the present invention and are familiar to a person skilled in the art of differential pressure measurement, their illustration in the drawings and a detailed explanation thereof are unnecessary.

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.The flange connection surfaces 22 of the housing 20 and the housing connection surfaces 48 of the side flanges 40 have contours which are now defined in particular by reference to 1c will be explained in more detail.

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.To connect the side flanges 40 to the housing 20 with sufficient pressure resistance for high-pressure applications at static pressures of several hundred bar by welding, the weld seam 250 must have a depth t of, for example, 7 mm to 10 mm. This can be achieved in particular by electron beam welding, for which the electron beam must be able to pass unhindered from the outer surface of the housing 20 between the surfaces to be welded. This is made more difficult by the fact that the side flanges 40 protrude radially from the housing 20, at least in the direction of the process connection surfaces 44. In order to nevertheless allow the electron beam to pass between the surfaces to be welded, the flange connection surface 22 of the housing 20 has an annularly circumferential connection surface 222 with a convex basic structure, which here is designed as a conical surface segment. The connecting surface 222 of the base body has three sub-regions: an outer conical surface section 222a, an inner conical surface section 222c (where the inner conical surface 222c is a section of the same reference conical shell as the outer conical surface section 222a), and an annular decoupling groove 222b, which separates the two conical surface sections and extends between the inner and outer conical surface sections. The boundary between the base body 202 and the closure body 204 runs in the region of this decoupling groove 222b, such that the inner conical surface section 222c is exclusively a surface section of the closure body 204, and the outer conical surface section 222a is exclusively a surface section of the housing body 202.

Vorliegend hat der Referenzkegelmantel einen Winkel zur Kegelachse von etwa 60°.In this case, the reference cone shell has an angle of approximately 60° to the cone axis.

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.The decoupling groove 222b is specifically designed to prevent a direct connection of three or four joining partners when connecting the side flange to the housing. Without the decoupling groove 222b, the base body 202 and the closure body 204, and possibly the intermediate overload membrane 206, would abut the connecting surface 482 of the side flange at the transition. This would cause them to melt and re-weld both to the flange and to each other in the edge region. This could potentially create undefined stress states, which are prevented by the decoupling groove 222b.

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.If, when joining the side flange and housing, only two monolithic joining partners in the area of the weld are to be connected, for example when joining a second side flange 40 to the housing 20, the decoupling groove 222 can be omitted.

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.The housing connection surface 48 has a concave connecting surface 482 in its edge region, which is designed as a concave conical shell section of the reference conical shell. The concave connecting surface 482 of the side flange 40 essentially completely covers the connecting surface 222 of the housing 20 and is welded to it by electron beam welding with a weld depth t of approximately 9 mm.

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 übertragen. 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.The housing 20 has a separating membrane 208 at its end face, the outer surface of which faces the connection chamber 252 in order to transmit pressure prevailing in the connection chamber to the pressure measuring cell by means of a transmission fluid. The separating membrane is pressure-tightly connected along its edge to the end face 225 of an axial projection of the flange connection surface 22 by a circumferential joint – in particular a weld seam. The separating membrane 208 typically comprises a metal foil with a thickness between, for example, 30 µm and 300 µm, the foil being embossed with a ring pattern to allow for a sufficiently large volume stroke.

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.Deformations of the end face 225 of an axial projection of the flange connection surface 22 in the area of the joining point of the separating membrane alter the stiffness or the rest position of the separating membrane 208 and should therefore be avoided or minimized. Furthermore, it is advantageous if the separating membrane 208 is not directly exposed to the heat or welding fumes generated during the welding process when the side flange 40 is welded to the housing 20.

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.The axial projection contributes to the protection of the separating membrane 208, because the axial projection axially distances the separating membrane 208 from the inner edge of the weld 250 between the housing and the side flange and protects it from direct thermal radiation and welding fumes by an edge area of the axial projection.

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.For thermal and mechanical decoupling of the axial projection from the side flange, the axial projection has a substantially cylindrical outer surface 223 downstream of the weld 250. This outer surface is radially spaced from an opposing, concave, cylindrical outer surface section 484 of the housing connection surface, so that an annular gap 254 with a width _b1 of approximately 600 µm is formed between the axial projection and the side flange. The annular gap 254 has a height h of approximately 3 to 4 mm in the axial direction between the inner edge of the weld and the end face 225 of the axial projection. Furthermore, the end face 225 of the axial projection has a radial projection of approximately 450 µm, so that the annular gap 254 narrows in an upper end section to a gap width _b2 of approximately 150 µm. This narrowing provides additional heat protection for the separating membrane 208 during the preparation of the weld seam 250. As a result, the annular gap 254 makes a significant contribution to the thermal and mechanical decoupling of the separating membrane from the side flange 40, especially when it is attached by welding.

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.To mechanically relieve the weld joint 250 between the side flange 40 and the housing 20, the housing connection surface 48 of the side flange 40 has an annular relief groove 486 within the connection chamber 252, which adjoins the concave cylindrical outer surface section 484 of the housing connection surface, wherein the relief groove has a concave curvature 486a with a minimum radius of curvature of, for example, about 3 mm to 4 mm in an axial section plane following the concave cylindrical outer surface section 484, wherein the radius of curvature increases up to an inflection point after the relief groove has a convex curvature 486b with a radius of curvature of about 7 mm, wherein the convex curvature extends to an inner radius of the relief groove 486. A substantially planar surface adjoins the relief groove 486 radially inwards, which has a distance of, for example, 500 µm to the separating membrane 208 in order not to impede sufficient deflection of the separating membrane.

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 Gehäuse20 an dessen anderer Stirnseite.The statements regarding the connection between the first side flange 40 and the housing 20 also apply accordingly to the connection between the second side flange 40 and the housing 20 at its other end face.

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. 2a and 2b Figure 1 shows sectional views of a second embodiment, which has essentially the same structure as the first embodiment. A substantially cylindrical housing 520 is arranged between two side flanges 540 and welded to each of them along an annular, circumferential, pressure-bearing weld 750. The housing 520 has end-face flange connection surfaces 522 facing the side flanges 540, which are designed according to the flange connection surfaces of the first embodiment. The side flanges 540 have housing connection surfaces 548 that are complementary to the flange connection surfaces 522 and are designed according to the housing connection surfaces of the first embodiment.

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.The side flanges 540 have - with reference to the axis of the cylindrical housing - at least one connection surface 542 with a pressure inlet opening 544 in the radial direction, from which a flange pressure channel extends through the side flange, which opens into a connection chamber 752 between the side flange 540 and the housing 520, in order to transmit the pressure through a pressure channel 592, 594 to a pressure measuring cell 590 in a measuring cell chamber inside the housing 520.

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 übertragen. 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.The pressure inlet openings 544 are designed here as connections for capillary lines, as used in hydraulic pressure transmitters, which transmit the pressure to the pressure gauge via a transmission fluid. In the two connection chambers 752 between the side flanges 540 and the housing 520, annular packing elements 570 are arranged, which in particular fill the volume of the relief grooves 586 in the housing connection surfaces of the side flanges in order to minimize the volume of the transmission fluid. For the sake of clarity, the packing elements are shown only in 2a depicted, although existing filler bodies are actually also shown in the depiction of 2b They would have to be recognizable.

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.In 2a and 2b Finally, the figure shows how the pressure measuring cell 590 is connected via a glass feedthrough 596 and lines 598 to an electronic circuit 600 for operating an electrical transducer of the pressure measuring cell 590. The pressure measuring cell can, in particular, have a capacitive or (piezo-)resistive transducer, as is common in pressure measurement technology.

Claims

Pressure measuring device comprising: a metallic housing (20; 520) that is at least partially cylindrical or conical; a pressure measuring cell (590); and at least one first side flange (40; 540); wherein the housing (20; 520) has a measuring cell chamber, a first end-face flange connection surface (22; 522) and a second end-face flange connection surface, wherein a first pressure channel (592) extends from the first flange connection surface (22; 522) into the measuring cell chamber, wherein a second pressure channel (594) extends from the second flange connection surface to the measuring cell chamber, wherein the pressure measuring cell (590) is arranged in the measuring cell chamber communicating with at least one of the two pressure channels (592, 594), wherein the pressure measuring cell (590) has a transducer to provide a signal which depends on a difference between pressures in the first pressure channel (592) and the second pressure channel (594), wherein at least the first side flange (40; 540) - with respect to a longitudinal axis of the housing (20; 520) - has at least a first process connection surface (42; 542) in a radial direction, which with respect to a shell surface section of the housing (20; 520) adjacent to the side flange (40; 540) projects radially, wherein the first process connection surface (42; 542) has a first pressure inlet opening (44; 544) from which a first flange pressure channel extends through the first side flange (40; 540) to a first pressure outlet opening (46; 546) in a first end-face housing connection surface (48; 548) of the first side flange (40; 540), wherein the first housing connection surface (48; 548) faces the first flange connection surface (22; 522), characterized in that the housing (20; 520) is connected at least with the first side flange (40; 540) along an annular circumferential weld seam (250; 750) forming a first pressure-tight connection chamber. (252; 752) is welded between the first housing connection surface (48; 548) and the first flange connection surface (22; 522) so that a pressure present at the first pressure inlet opening can be transmitted through the first flange pressure channel, the first connection chamber (252; 752) and the first pressure channel (592) to the pressure measuring cell (590), wherein the first housing connection surface (48) of the first side flange (40) has a first annular connecting surface (482) with a concave base structure, wherein the first connecting surface (482) radially limits the first housing connection surface (48), wherein the first flange connection surface (22) of the housing (20) has a second annular connecting surface (222) with a convex base structure, wherein the second connecting surface (222) radially limits the first flange connection surface (22), wherein the weld seam (250) between the first connecting surface (482) and the second connecting surface (222).

Pressure gauge according to Claim 1 , wherein the convex basic structure of the first connecting surface (482) and the concave basic structure of the second connecting surface (222) have mutually complementary conical surface sections whose conical axis is aligned with the longitudinal axis of the housing, wherein in particular the opening angle of the conical surface to the conical axis is not less than 45°, preferably not less than 55° and particularly preferably not less than 58°, and wherein the opening angle of the conical surface to the conical axis is not more than 75°, preferably not more than 65°, and particularly preferably not more than 62°.

Pressure measuring device according to one of the preceding claims wherein a projection of the weld seam (250) onto a plane perpendicular to the longitudinal axis of the housing (20) has an area which is not less than 50%, in particular not less than 60%, and preferably not less than 70% of the area enclosed in an annular manner by an inner edge of the weld seam (250).

Pressure gauge according to one of the preceding claims, wherein the flange connection surface (22) of the housing (20) has an axial projection in the connection chamber (252) adjacent to the weld seam (250), wherein the housing connection surface (48) of the side flange (40) has an axial recess complementary to the axial projection, into which the axial projection extends, so that an annular gap (254) is formed in the connection chamber (252) adjacent to the weld seam (250) between the housing (20) and the side flange (40), which in particular has a gap width (b1) of not less than 0.3 mm, preferably not less than 0.5 mm, and particularly preferably not less than 0.6 mm, adjacent to the weld seam (250).

Pressure gauge according to Claim 4 , wherein the axial projection of the flange connection surface (22) has an annular radial projection on its end face (225) facing the side flange (40), such that the gap width of the annular gap (254) is reduced in the area of the radial projection, wherein the minimum gap width (b2) in the area of the radial projection is not more than 50%, in particular not more than 25%, of the maximum gap width or the mean gap width (b2) of the annular gap (254).

Pressure gauge according to Claim 4 or 5 , wherein the axial projection of the annular gap (254) has a depth (h) that is not less than three times, in particular not less than four times and most preferably about four and a half to five and a half times the maximum gap width (b1).

Pressure measuring device according to one of the preceding claims, wherein the housing connection surface (48; 548) of the side flange (40, 540) in the connection chamber (252; 752) has a circumferential annular groove (486; 586), wherein in particular an outer radius of the annular groove (486; 586) is not less than the inner radius of the weld (250; 750) by more than 5% of the inner radius of the weld (250; 750), preferably by no more than 2%, and particularly preferably not less than the inner radius of the weld (250; 750).

Pressure gauge according to Claim 7 , wherein the annular groove (486; 586) has a concave curvature adjacent to its outer radius in an axial longitudinal section with a radius of curvature that is not less than 5%, preferably not less than 10% and particularly preferably not less than 12.5% of the inner radius of the weld (250; 750), wherein the radius of curvature increases, in particular monotonically, up to an inflection point from which the curvature is convex to the inner radius of the groove, and wherein a substantially planar circular surface adjoins the inner radius of the annular groove (486; 586).

Pressure measuring device according to one of the preceding claims, wherein at least the first flange connection surface (22) has a first separating membrane (208) which covers the first pressure channel (592).

Pressure gauge according to one of the preceding claims, wherein the housing (20) has a base body (202) and a closure body (204), wherein one of the flange connection surfaces (22) comprises an end face of the closure body (204) facing away from the base body (202), wherein the weld seam (250) between the side flange (40) and the housing (20) is formed both between the base body (202) and the side flange (40) and between the closure body (204) and the side flange (40).

Pressure gauge according to Claim 10 , wherein an overload membrane (206) is arranged between the base body (202) and the closure body (204).

Pressure measuring device according to one of the preceding claims wherein the weld seam (250; 750) is formed by electron beam welding and in particular has a depth of not less than 6 mm, preferably not less than 8 mm.

Pressure measuring device according to one of the preceding claims wherein the connection chamber (752) contains a filling element (570) to reduce the free volume available to a fluid, in particular a transmission fluid, in the connection chamber (752).

Pressure gauge according to one of the preceding claims, wherein the pressure gauge is designed as a differential pressure gauge, wherein a second side flange has a second housing connection surface which is designed like the first housing connection surface (48; 548) of the first side flange (40; 540), wherein the housing (20; 520) is welded to the second side flange along a second annular circumferential weld seam forming a second pressure-tight connection chamber between the second housing connection surface and the second flange connection surface, such that a pressure acting at a second pressure inlet opening of the second side flange is transferred through a second flange pressure channel extending through the second side flange to the second connection chamber and the second pressure channel (594) to the pressure measuring cell (590).