DE20320540U1

DE20320540U1 - Druckmittler

Info

Publication number: DE20320540U1
Application number: DE20320540U
Authority: DE
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2003-09-08
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2013-09-09

Abstract

Druckmittler, umfassend:
eine Trennmembran (30); und
einen Druckmittlerkörper, mit
einem Membranträgerkörper (10), der eine Membranträgertläche (14) aufweist mit der die Trennmembran (30) entlang mindestens einer ersten umlaufenden Naht verbunden ist, wobei zwischen der Trennmembran und der Membranträgertläche eine Druckkammer ausgebildet ist, die mit einem hydraulischen Pfad (11), kommuniziert; der sich von der Druckkammer durch den Membranträgerkörper zu einer zweiten Oberfläche erstreckt;
und einem Prozeßanschlußkörper (20), der eine Medienöffnung (21) aufweist, durch welche die Trennmembran (30) mit einem Medium beaufschlagbar ist, wobei der Prozeßanschlußkörper (10) die Trennmembran (30) überdeckt und mit dem Membranträgerkörper (10) entlang einer zweiten umlaufenden Naht (24) druckdicht verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite umlaufende Naht (24) außerhalb der Ebene der ersten umlaufenden Naht verläuft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckmittler zur hydraulischen Übertragung eines Mediendrucks. Druckmittler umfassen gewöhnlich eine mit einem Mediendruck beaufschlagbare Trennmembran und einen Druckmittlerkörper mit einem Membranträgerkörper, der eine Membranträgerfläche aufweist, mit der die Trennmembran entlang mindestens einer ersten umlaufenden Naht verbunden ist, wobei zwischen der Trennmembran und der Membranträgerfläche eine Druckkammer ausgebildet ist, die mit einem hydraulischen Pfad kommuniziert, der sich von der Druckkammer durch den Membranträgerkörper zu einer zweiten Oberfläche erstreckt. Weiterhin umfaßt der Druckmittlerkörper einen Prozeßanschlußkörper, der eine Medienöffnung aufweist, durch welche die Trennmembran mit einem Medium beaufschlagbar ist, wobei der Prozeßanschlußkörper die Trennmembran überdeckt und mit dem Membranträgerkörper druckdicht verbunden ist. Die druckdichte Verbindung zwischen dem Membranträgerkörper und dem Prozeßanschlußkörper wird idealerweise durch eine Schweißnaht realisiert, jedoch ist diese Lösung bisher nicht für alle Varianten von Druckmittlern verfügbar. Insbesondere bei Druckmittlern für hohe Temperaturen und hohe Drücke lassen die bisherigen Alternativen zu wünschen übrig. So weist beispielsweise der Membrandruckmittler der Standardbauart PN 250 Typ 990.10 der Firma WIKA eine Verschraubung mit acht Bolzen zwischen dem Membranträgerkörper und dem Prozeßanschlußkörper auf. Dies ist insofern nachteilhaft, als der Montageaufwand sehr groß ist. Zudem nehmen die Bolzen bzw. der Randbereich des Druckmittlers, durch den die Bolzen geführt sind, den größten Teil der Querschnittsfläche des Druckmittlers ein. Dies bedeutet, daß bei einer vorgegebenen Baugröße des Druckmittlers nur eine vergleichsweise kleine Trennmembran eingesetzt werden kann. Kleine Trennmembranen bewirken jedoch ein verhältnismäßig großen temperaturabhängigen Druckmeßfehler, da zur Aufnahme eines bestimmten temperaturabhängigen Volumens der Übertragungsflüssigkeit in der Druckkammer unter der Trennmembran, die Trennmembran stärker verformt werden muß.
Andererseits war es bisher nicht möglich, verschweißte Druckmittler für hohe Drücke herzustellen, bei denen die Trennmembranen einen größeren Teil der Querschnittsfläche des Druckmittlers einnehmen, weil das Verschweißen mit einer hinreichend starken Schweißnaht die Trennmembran zerstört hat.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Druckmittler bereitzustellen, der die Nachteile des Stands der Technik überwindet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Druckmittler gemäß Patentanspruch 1. Der erfindungsgemäße Druckmittler umfaßt eine Trennmembran und einen Druckkörper mit einem Membranträgerkörper, der eine Membranträgerfläche aufweist, mit der die Trennmembran entlang mindestens einer ersten umlaufenden Naht verbunden ist, wobei zwischen der Trennmembran und der Membranträgerfläche eine Druckkammer ausgebildet ist, die mit einem hydraulischen Pfad kommuniziert, der sich von der Druckkammer durch den Membranträgerkörper zu einer zweiten Oberfläche erstreckt; und einen Prozeßanschlußkörper, der eine Medienöffnung aufweist, durch welche die Trennmembran mit einem Medium beaufschlagbar ist, wobei der Prozeßanschlußkörper die Trennmembran überdeckt und mit dem Membrankörper entlang einer zweiten umlaufenden Naht druckdicht verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite umlaufende Naht außerhalb der Ebene der ersten umlaufenden Naht verläuft.
In einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Membranträgerkörper einen zentralen Vorsprung, der von einem umlaufenden Randbereich umgeben ist, und der gegenüber dem Randbereich hervorsteht, wobei der Vorsprung die Membranträgerfläche mit der ersten Naht umfaßt, und die zweite Naht in dem Randbereich verläuft.
Weiterhin erweist es sich als zweckmäßig, wenn der Randbereich zwischen der ersten und der zweiten Naht einen ersten konkaven Abschnitt aufweist. Unter einem konkaven Abschnitt ist ein Abschnitt zu verstehen, der in radialer Richtung ein konkaves Profil aufweist. So kann der erste konkave Abschnitt beispielsweise einen umlaufenden Graben umfassen, wobei die Sohle des Grabens einen größeren Abstand von der Ebene der ersten Naht aufweist als die zweite Naht. Ein solcher Graben gewährleistet, daß der Wärmeleitungspfand zwischen der zweiten Naht und der ersten Naht nicht direkt verläuft, sondern um den Graben. Auf diese Weise ist die erste Naht von der Hitze geschützt, die beim Erzeugen der zweiten Naht auftritt.
Der erste konkave Abschnitt weist in radialer Richtung vorzugsweise zumindest abstandsweise ein gerundetes Profil auf. Das gerundete Profil bewirkt, daß in seinem Bereich keine Kerbspannungen auftreten können.
Gleichermaßen ist es derzeit bevorzugt, daß die der Trennmembran zugewandte Oberfläche des Prozeßanschlußkörpers zumindest abschnittsweise in radialer Richtung ein gerundetes konkaves Profil aufweist.
Die erste Naht umfaßt eine Metallische Fügung, die beispielsweise als Lotnaht, Hartlotnaht oder als Schweißnaht ausgebildet ist.
Derzeit ist es bevorzugt, die zweite Naht als zweilagige Schweißnaht auszuführen. Hierzu wird zunächst der Membranträgerkörper mit dem Prozeßanschlußkörper mit einer energiearmen umlaufenden geschlossenen Schweißnaht verbunden. Diese Schweißnaht dient unter anderem als thermische Abschirmung des Innenraums des Druckmittlerkörpers gegen die Wärme, die beim Anbringen der zweiten Lage der tragenden Schweißnaht auftritt. Bei Druckmittlern für hohe Drücke, beispielsweise 400 bar, bzw. 700 bar kann die zweite Naht eine Elektronenstrahlschweißnaht mit einer Stärke von beispielsweise 8 mm umfassen.
Die erfindungsgemäß gefertigten Druckmittler sind geeignet, die Druckkräfte zu erhalten, die auch bei großen Membrandurchmessern von mindestens 40 mm, vorzugsweise 50 mm bei Nenndrücken von mindestens 100 bar, vorzugsweise mindestens 150 bar, bzw. für Hochdruckanwendungen bei mindestens 400 bar oder vorzugsweise mindestens 700 bar auftreten. Bei einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung beträgt der Membrandurchmesser 58 mm, wobei der Druckmittler den genannten Drücken standhält.
Die zweite Oberfläche, zu der sich der hydraulische Pfad erstreckt kann beispielsweise eine Wand einer Meßzellenkammer sein, die in dem Membranträgerkörper oder von diesem abgesetzt ausgebildet sein kann. Gleichermaßen kann die zweite Oberfläche den Anschluß für einen weiteren hydraulischen Pfad umfassen, der mit dem ersten Hydraulischen Pfad kommuniziert. Der zweite hydraulische Pfad kann beispiesweise eine Kapillarleitung umfassen.
Die Erfindung wird nun anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigt:
1: Eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Druckmittlers mit teilweise freigelegtem Längsschnitt; und
2: eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Druckmittlers.
Der in 1 gezeigte Druckmittler umfaßt einen Membranträgerkörper 10, einen Prozeßanschlußkörper 20 und eine Trennmembran 30. Die genannten Bauteile weisen im wesentlichen eine axiale Symmetrie auf. Der Membranträgerkörper 10 weist eine Stirnfläche 14 auf, in der ein Membranbett 13 ausgebildet ist. Über dem Membranbett 13 ist eine Trennmembran 30 angeordnet, die mit ihrem randumlaufend mit einer ersten Naht mit der Stirnfläche 14 verschweißt ist. Zwischen der Trennmembran 30 und dem Membranbett 13 ist eine Druckkammer ausgebildet, von der sich ein Druckkanal 11 zu einer Sensorkammer 12 im Druckmittlerkörper erstreckt. In der Drucksensorkammer 12 kann ein beliebiger Drucksensor, beispielsweise ein piezoresistiver Drucksensor oder ein kapazitiver Drucksensor angeordnet sein, wobei der Drucksensor mittels eine Fixiervorrichtung, die im Beispiel als Fixierschraube 17 ausgestaltet ist, befestigt ist. Zum Anschluß an einen Prozeß umfaßt der Druckmittler einen Prozeßanschlußkörper 20, der mit dem Membranträgerkörper entlang einer umlaufenden Schweißnaht 24 druckdicht verschweißt ist. Die umlaufende Schweißnaht 24 ist dabei so positioniert, daß die bei ihrer Erzeugung auftretende Wärmestrahlung die Trennmembran 30 und deren Schweißverbindung zum Membranträgerkörper nicht zerstören kann. Im Einzelnen wird dies folgendermaßen gewährleistet:
Die Membranträgerfläche 14 ist auf einem zentralen axialen Vorsprung 15 angeordnet, der von einem umlaufenden Randbereich 16 umgeben ist. Der Prozeßanschlußkörper 20 weist auf seine den Membranträgerkörper 10 zugewandten Stirnfläche einen axial hervorstehenden umlaufenden Rand 25 auf, der mit dem umlaufenden Randbereich 16 des Membranträgerkörpers 10 fluchtet und auf diesen aufsetzt. Die Mantelfläche des Druckmittlerkörpers weist eine umlaufende Nut auf, in welcher die Ebene der Schweißnaht zwischen dem Membranträgerkörper 10 und dem Prozeßanschlußkörper 20 verläuft. Die Schweißnaht kann zweilagig ausgeführt sein, wobei zuerst in einer ersten Lage die beiden Körper miteinander druckdicht verschweißt werden, ohne daß die Schweißnaht großen Prozeßdrücken standhalten würde. Diese erste Lage dient im wesentlichen dazu, die Körper zueinander zu fixieren und eine Abschirmung des Innenraumes des Druckmittlers mit der Trennmembran 30 gegen die Wärmestrahlung zu bilden, die beim Erzeugen der drucktragenden zweiten Lage der Schweißnaht 24 auftritt. Ein weiterer Schutz der Trennmembran 30 vor der beim Schweißen auftretenden Wärmestrahlung ergibt sich auch durch einen geometrischen Abschaltungseffekt durch die Mantelfläche des axialen Vorsprungs 15. Weiterhin ist zur Vermeidung von direkter Wärmeleitung zwischen der Schweißnaht 24 und der Trennmembran 30 im Randbereich 16 des Membranträgerkörpers 10 ein Graben ausgebildet, welcher der Wärmeleitung entgegensteht.
Der Prozeßanschlußkörper 20 weist ansonsten einen Prozeßanschlußstopfen 23 mit einem Schraubgewinde auf seiner Mantelfläche auf, mit dem der Prozeßanschlußkörper in eine Prozeßleitung geschraubt werden kann. Zum Einsatz eines geeigneten Werkzeugs ist oberhalb des Prozeßanschlußstopfens 22 eine Kontur, beispielsweise ein Sechskant vorgesehen. Von der Stirnseite des Prozeßanschlußstopfens erstreckt sich eine als Bohrung 21 ausgebildete Medienöffnung in das Innere des Druckmittlers, durch welche die Trennmembran 30 mit einem Prozeßmedium beaufschlagbar ist.
2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckmittlers, die im wesentlichen den gleichen Aufbau hat wie der Druckmittler aus 1. Daher werden auch folgend nur die Unterschiede erläutert. Der Druckmittler in 2 weist einen abgewandelten Membranträgerkörper, 18 auf, welcher keine Sensorkammer umfaßt. Stattdessen ist eine durchgehende Druckleitung 19 vorgesehen, welche sich bis zu einem Anschlußgewinde für eine Kapillarleitung erstreckt.
Weitere Abwandlungen und Ausgestaltungen des erfinderischen Druckmittlers ergeben sich für den Fachmann in naheliegender Weise ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.
Im Ergebnis offenbart die vorliegende Erfindung einen Druckmittler, der bei gegebenen äußeren Dimensionen einen maximalen Membrandurchmesser und somit einen minimalen Temperaturfehler aufweist. Zudem erweist der erfindungsgemäße Druckmittler eine erhöhte Temperaturfestigkeit, beispielsweise bis zu 400 Grad Celsius, da keine temperaturanfälligen Dichtelemente zwischen dem Membranträgerkörper und dem Prozeßanschlußkörper mehr erforderlich sind.

Claims

Druckmittler, umfassend: eine Trennmembran (30); und einen Druckmittlerkörper, mit einem Membranträgerkörper (10), der eine Membranträgertläche (14) aufweist mit der die Trennmembran (30) entlang mindestens einer ersten umlaufenden Naht verbunden ist, wobei zwischen der Trennmembran und der Membranträgertläche eine Druckkammer ausgebildet ist, die mit einem hydraulischen Pfad (11), kommuniziert; der sich von der Druckkammer durch den Membranträgerkörper zu einer zweiten Oberfläche erstreckt; und einem Prozeßanschlußkörper (20), der eine Medienöffnung (21) aufweist, durch welche die Trennmembran (30) mit einem Medium beaufschlagbar ist, wobei der Prozeßanschlußkörper (10) die Trennmembran (30) überdeckt und mit dem Membranträgerkörper (10) entlang einer zweiten umlaufenden Naht (24) druckdicht verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite umlaufende Naht (24) außerhalb der Ebene der ersten umlaufenden Naht verläuft.
Druckmittler nach Anspruch 1, wobei der Membranträgerkörper einen zentralen Vorsprung umfaßt, der von einem umlaufenden Randbereich umgeben ist, und der gegenüber dem Randbereich hervorsteht, wobei der Vorsprung die Membranträgerfläche mit der ersten Naht umfaßt, und die zweite Naht in dem Randbereich verläuft.
Druckmittler nach Anspruch 1 oder 2 wobei der Randbereich zwischen der ersten und der zweiten Naht einen ersten konkaven Abschnitt aufweist.
Druckmittler nach Anspruch 3, wobei der erste konkave Abschnitt einen umlaufenden Graben aufweist, wobei die umlaufende Sohle des Grabens einen größeren Abstand von der Ebene der ersten Naht aufweist als die zweite Naht.
Druckmittler nach Anspruch 3 oder 4 wobei der erste konkave Abschnitt in radialer Richtung ein zumindest abschnittsweise gerundetes Profil aufweist.
Druckmittler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der Trennmembran zugewandte Oberfläche des Prozeßanschlußkörpers zumindest abschnittsweise in radialer Richtung ein gerundetes konkaves Profil aufweist.
Druckmittler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Nenndruck des Druckmittlers mindestens 100 bar, bevorzugt mindestens 150 bar beträgt.
Druckmittler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Nenndruck des Druckmittlers mindestens 400 bar, bevorzugt mindestens 700 bar beträgt.
Druckmittler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trennmembran einen Durchmesser von mindestens 40 mm bevorzugt mindestens 50 mm aufweist.