WO2006061035A1

WO2006061035A1 - Differenzdruckmessumformereinheit

Info

Publication number: WO2006061035A1
Application number: PCT/EP2004/013924
Authority: WO
Inventors: Peter Krippner; Sangkyun Kang; Tibor Fabian; Fritz B. Prinz; Wolfgang Scholz; Dieter Binz
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-06-15
Anticipated expiration: 2007-06-08
Also published as: CN101069078B; DE112004002995A5; US7685879B2; DE112004002995B4; CN101069078A; US20080257054A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Differenzdruckmessumformereinheit mit einem Überlastschutzsystem zur Messung von geringem Differenzdruck in Flüssigkeiten und Gasen unter hoher statischer Druckbelastung, die mit Flanschen an den Wirkdruckleitungen anschliessbar ist. Die Differenzdruckmessumformereinheit besteht aus einer planaren mehrschichtigen Anordnung aus isolierenden und voneinander isolierten leitfähigen Schichten (21 bis 26 und 11 bis 17), deren isolierende und leitfähige Schichten (21 bis 26 und 11 bis 17) teilweise einander überdeckende Ausnehmungen (31 bis 38) aufweisen, in denen das Messwerk (60) und die Messwertverarbeitungsmittel (80) untergebracht sind, wobei mindestens eine der Schichten (21 bis 26 und 11 bis 17) ein funktionaler Bestandteil des Überlastschutzsystems ist.

Description

Differenzdruckmessumformereinheit

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Differenzdruckmessumformereinheit mit einem Überlastschutzsystem zur Messung von geringem Differenzdruck in Flüssigkeiten und Gasen unter hoher statischer Druckbelastung, die mit Flanschen an den Wirkdruckleitungen anschließbar ist.

Derartige Geräte sind durch Vorbenutzung und aus einschlägigen Veröffentlichungen bekannt. Deren grundlegender mechanischer Aufbau ist in der GB 2 065 893 und der EP 0 143 702 detailliert beschrieben. Unabhängig von der Art der Umsetzung von mechanischen Druck-/Differenzdrucksignalen in äquivalente elektrische Größen ist gemäß beiden Vorveröffentlichungen ein im wesentlichen zylindrischer Zentralkörper vorgesehen, der unter Verwendung entsprechender Dichtungsmittel zwischen zwei gleichartige schalenförmige Kappen eingeschlossen ist. Diese Kappen sind mit einer Mehrzahl von radial angeordneten und mechanisch vorgespannten Bolzen miteinander verschraubt, wobei die mechanische Vorspannung der Bolzen so gewählt ist, dass bei maximal zulässiger statischer Druckbelastung ein Druckverlust am Zentralkörper vermieden wird.

Infolge dieser prinzipbedingten mechanischen Vorspannung, die geräteindividuell variiert, tritt eine mechanische Verspannung des Zentralkörpers ein, die einen vorspannungsabhängigen Offset bzw. eine vorspannungsabhängige Kennliniendeformation der sich über eine Mittelebene des Zentralkörpers erstreckenden Mess- bzw. Überlastmembran bewirkt. Weiterhin sind die erforderlichen 04/643 MS/SP - 2 - 07.12.2004

Dichtungen mit Abhängigkeit vom Prozessmedium hinsichtlich ihrer Materialzusammensetzung geräteindividuell anzupassen und darüber hinaus verschleißbehaftet.

Jede Kappe weist zentralkörperseitig eine Ausnehmung auf, die über Kanäle, die üblicherweise als Bohrungen ausgeführt sind, mit Flanschanschlüssen verbunden sind. Der Mittelabstand dieser Kanäle ist an den Flanschanschlüssen durch Normung vorgegeben.

Der Zentralkörper weist asymmetrisch einen Hals auf, an dem ein Kopfteil befestigt ist, in dem gemäß GB 2 065 893 Mittel zur Messwertumformung, -Verarbeitung und -anzeige vorgesehen sind.

Die Vielzahl erforderlicher druckdichter Fügestellen der bekannten Druckmessgeräte nötigt in erheblichem Umfange zu spanender Präzisionsbearbeitung an einer Mehrzahl von Einzelteilen.

Weiterhin ist aus der WO 88/02107 ein Druckmessgerät bekannt, das aus einem zylindrischen Grundkörper besteht, an dem einseitig tangentiale Flanschanschlüsse vorgesehen sind, zwischen denen sich der Drucksensor befindet. Dieses Gerät weist zwar eine geringere Anzahl druckdichter Fügestellen auf, ist aber bei fester mechanischer Zuordnung der Anzeigemittel zur Gerätelage in seiner Montageart gebunden.

Ein besonderes Problem bei derartigen Messgeräten mit Überlastschutzsystem, das den empfindlichen Differenzdrucksensor bei einseitigem Druckabfall, bei dem der statische Druck als Differenzdruck anliegt, vor Beschädigungen schützen soll, stellt die elektrische Verbindung der Sensorelemente mit nachgeordneten Messwertverarbeitungsmitteln dar. Dazu ist aus dem Hartmann & Braun - Listenblatt 10/15-6.21 , Ausgabe Oktober 1992 ein Messumformer bekannt, bei dem die das Messwerk umfassende Messkapsel zentral an einer rotationssymmetrisch umlaufenden Überlastmembran axialbeweglich aufgehängt ist. Das auf der Überlastmembran bezüglich des Gehäuses beweglich angeordnete Messwerk bedingt flexible Verbindungsleitungen, die auch tatsächlich in ihrer Flexibilität beansprucht werden, und für jede Verbindungsleitung mindestens zwei druckdichte elektrische 04/643 MS/SP - 3 - 07.12.2004

Durchführungen, von denen eine aus dem Messwerk herausführt und eine weitere aus dem den Druckraum umschließenden Gehäuse herausführt.

Insbesondere bei selbstkorrigierenden Differenzdruckmessumformereinheiten, die neben dem Differenzdrucksensor noch einen Absolutdrucksensor und einen

Temperatursensor zur Kompensation druck- und temperaturabhängiger Messfehler aufweisen, ist somit ein hoher Aufwand für die elektrische Verbindungstechnik erforderlich, der zudem die Dauerbetriebssicherheit herabsetzt.

Darüber hinaus sind die bekannten Differenzdruckmessumformereinheiten durch einen aufwendigen vierteiligen Aufbau gekennzeichnet, der durch vielfältige Fügetechnologien hergestellt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer überlastgeschützten Differenzdruckmessumformereinheit der eingangs genannten Art die Anzahl der druckdichten elektrischen Durchführungen zu reduzieren und auf dauerbeanspruchte flexible Verbindungsleitungen weitgehend zu verzichten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 15 beschrieben.

Die Erfindung geht von einer Differenzdruckmessumformereinheit mit einem Überlastschutzsystem für sein Messwerk mit mindestens einem Sensor aus, bei der das Messwerk über druckdichte elektrische Durchführungen mit

Messwertverarbeitungsmitteln verbunden ist und bei der das Messwerk von einem vom Prozessmedium räumlich getrennten Druckmittler beaufschlagt wird.

Der Kern der Erfindung besteht in einer planaren mehrschichtigen Anordnung bestehend aus isolierenden und voneinander isolierten leitfähigen Schichten, die teilweise einander überdeckende Ausnehmungen aufweisen, in denen das Messwerk und die Messwertverarbeitungsmittel untergebracht sind. Darüber hinaus ist mindestens eine der Schichten ein funktionaler Bestandteil des Überlastschutzsystems. 04/643 MS/SP - 4 - 07.12.2004

Zwar sind mehrschichtige Anordnungen bestehend aus isolierenden und voneinander isolierten leitfähigen Schichten prinzipiell in Form von mehrlagigen Leiterplatten als Trägerelemente für elektronische Bauelemente in gedruckten Schaltungen bekannt, jedoch hat sich überraschenderweise gezeigt, dass das Trägermaterial als Funktionselement im Überlastschutzsystem einer Differenzdruckmessumformereinheit geeignet ist.

Ausgangspunkt der mehrschichtigen Anordnung ist eine für sich bekannte Leiterplatte bestehend aus einer tragenden Isolierschicht und mindestens einer in Form von Leiterbahnen strukturierten leitfähigen Schicht. Auf dieser Leiterplatte sind das

Messwerk und die Messwertverarbeitungsmittel montiert. Auf diese Leiterplatte sind beidseitig weitere gleichartige, isolierende und voneinander isolierte leitfähige Schichten gestapelt.

Die elektrische Verbindung zwischen dem Messwerk und den

Messwertverarbeitungsmitteln sind als Muster in der leitfähigen Schicht der Leiterplatte ausgeführt. Auf dauerbeanspruchte flexible Verbindungsleitungen wird dabei völlig verzichtet.

Im Erfolg aus der lateralen Struktur des mechanischen Aufbaus sind die druckdichten elektrischen Durchführungen unter Verzicht auf Schichtendurchdringungen entlang von Schichten geführt. Dabei wird auf zusätzliche technische Mittel zur Herausführung von elektrischen Leitungen aus druckbelasteten Räumen in druckfreie Räume völlig verzichtet. Die Anzahl der druckdichten elektrischen Durchführungen ist damit bedeutungslos geworden.

Nach einem Merkmal der Erfindung ist eine der inneren isolierenden Schichten als Membran des Überlastschutzsystems der Differenzdruckmessumformereinheit ausgebildet.

Nach einem alternativen Merkmal der Erfindung ist eine der inneren leitfähigen Schichten als Membran des Überlastschutzsystems der

Differenzdruckmessumformereinheit ausgebildet. Durch diese Maßnahme wird die Gefahr der irreversiblen Deformation der Membran unter statischer Überlast minimiert. 04/643 MS/SP - 5 - 07.12.2004

Vorteilhafterweise sind die Bestandteile der Einhausung des Messwerks und der Messwertverarbeitungsmittel, die Trägerelemente für die Messwertverarbeitungsmittel einschließlich der elektrischen Verbindungsmittel sowie die Bestandteile des Überlastschutzsystem aus derselben Werkstoffkombination hergestellt und nach einem einheitlichen Verfahren gefügt.

In besonders vorteilhafter Weise sind tragende und funktionale Elemente in demselben Bauteil vereinigt. Dieses Bauteil wird durch einen für sich bekannten, technologisch aufwandsarmen Prozess hergestellt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine geschnittene Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Differenzdruckmessumformereinheit

Figur 2 eine geschnittene Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer

Differenzdruckmessumformereinheit Figur 3 eine geschnittene Darstellung einer dritten Ausführungsform einer

Differenzdruckmessumformereinheit Figur 4 eine geschnittene Darstellung eines Differenzdruckmessumformers

In der Figur 1 ist eine geschnittene Darstellung der wesentlichen Bestandteile einer Differenzdruckmessumformereinheit in einer ersten Ausführungsform gezeigt. Die Differenzdruckmessumformereinheit besteht im wesentlichen aus einem Stapel isolierender Schichten 21 bis 25 und voneinander isolierter leitfähiger Schichten 11 bis 15, die teilweise einander überdeckende Ausnehmungen 31 bis 37 aufweisen, in denen ein Messwerk 60 und Messwertverarbeitungsmittel 80 untergebracht sind.

In dieser ersten Ausführungsform weist die isolierende Schicht 21 zwei gleichartige, trichterförmige Ausnehmungen 31 und 32 auf. Die Aussenseite der isolierenden

Schicht 21 ist mit der leitfähigen Schicht 11 belegt, die im Bereich der Ausnehmungen 31 und 32 als Trennmembran 51 und 52 ausgeführt ist. Die Trennmembranen 51 und 52 sind vorzugsweise in Form eines für sich bekannten, konzentrischen Wellenmusters geprägt. Die Prozessdrücke wirken auf die der isolierenden Schicht 21 abgewandten Seite der Trennmembranen 51 und 52. 04/643 MS/SP - 6 - 07.12.2004

Die durch die isolierende Schicht 23 voneinander beabstandeten isolierenden Schichten 22 und 24 weisen deckungsgleiche Ausnehmungen 33 und 34 auf. Im Deckungsbereich der Ausnehmungen 33 und 34 ist die isolierende Schicht 23 als Membran 50 ausgeführt. Die Ausnehmung 33 ist über einen Kanal 42 mit der trichterförmigen Ausnehmung 32 verbunden. Die Ausnehmung 34 ist über einen Kanal 41 mit der trichterförmigen Ausnehmung 31 verbunden.

Darüber hinaus weisen die isolierenden Schichten 23 und 24 sowie die leitfähige Schicht 14 sich teilweise überdeckende Ausnehmungen 35 und 36 auf, in denen das Messwerk 60 untergebracht ist. Das Messwerk 60 ist druckdicht mit der isolierenden Schicht 24 verbunden. Die leitfähige Schicht 14 ist durchbrochen gemustert. Das Messwerk 60 weist elektrische Anschlüsse auf, die über Bondverbindungen 70 mit verschiedenen Mustern der leitfähigen Schicht 14 verbunden sind. Die Ausnehmung 35 ist über den bereits erwähnten Kanal 41 mit der trichterförmigen Ausnehmungen 31 und der Ausnehmung 34 verbunden. Die Ausnehmung 36 ist über einen Kanal 43 mit der Ausnehmung 33 und im weiteren über den Kanal 42 mit der trichterförmigen Ausnehmung 32 verbunden.

Die Kanäle 41 bis 43 sind als Ausnehmungen der zwischen den isolierenden Schichten 22, 23 und 24 angeordneten, leitfähigen Schichten 13 und 14 ausgeführt.

Die Membran 50 und die Ausnehmungen 33 und 34 stellen das Überlastsystem der Differenzdruckmessumformereinheit dar. Die Differenz des auf die Trennmembranen 51 und 52 wirkenden Prozessdrucks lenkt die Trennmembranen 51 und 52 unter

Vergrößerung oder Verkleinerung der freien Volumina der Ausnehmungen 33 und 34 aus. Die Volumendifferenz wird über die Kanäle 41 bis 43 in die Sensorkammern 35 und 36 und die Ausnehmungen 33 und 34 ausgeglichen. Bei Überlast wird die Membran 50 druckabhängig ausgelenkt.

Weiterhin weisen die isolierenden Schichten 22 und 23 sowie die leitfähige Schicht 13 sich überdeckende Ausnehmungen 37 auf, in denen die Messwertverarbeitungsmittel 80 untergebracht sind. In dieser Ausführungsform ist die Ausnehmung 37 allseitig geschlossen, so dass die Messwertverarbeitungsmittel 80 gegen mechanische Beschädigung geschützt eingebettet sind. Die Messwertverarbeitungsmittel 80 sind 04/643 MS/SP - 7 - 07.12.2004

elektrisch und mechanisch mit bahnförmigen Mustern der leitfähigen Schicht 14 verbunden.

Die zwischen den isolierenden Schichten 21 und 22 sowie 24 und 25 angeordneten leitfähigen Schichten 12 und 15 sind als Schirmflächen zur Abschirmung des

Messwerks 60 und der Messwertverarbeitungsmittel 80 vor elektromagnetischer Strahlung ausgebildet.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die leitfähigen Schichten 12 bis 15 aus Kupfer und die isolierenden Schichten 21 bis 25 aus faserverstärktem Kunstharz bestehen. Für die leitfähige Schicht 11 ist Edelstahl vorgesehen.

Ausgehend von einer Basisleiterplatte bestehend aus der isolierenden Schicht 24 und der leitfähigen Schichten 14 werden bei der Herstellung der Differenzdruckmessumformereinheit weitere isolierende und leitfähige Schichten gemäß dem oben beschriebenen Aufbau unter Zwischenlage eines Haftmittlers aufgelegt und der gesamte Stapel heiß miteinander verpresst.

Als Haftmittler ist in bevorzugter Ausführungsform eine für sich bekannte Klebefolie bestehend aus Kunstharz vorgesehen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Differenzdruckmessumformereinheit aus einem Stapel beidseitig kupferkaschierter Kunstharzplatten aufgebaut ist und dass Lot als Haftmittler vorgesehen ist.

Die Ausnehmungen 31 bis 36 sowie die Kanäle 41 bis 43 sind mit einem weitgehend inkompressiblen Fluid, insbesodere Silikonöl, gefüllt. Das Fluid wird über in Figur 3 dargestellte Kapillaren 53 und 54 in die Hohlräume eingebracht. Nach der Befüllung werden die Kapillaren 53 und 54 druckdicht verschlossen.

Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel ist in Figur 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differenzdruckmessumformereinheit gezeigt. Die Differenzdruckmessumformereinheit besteht im wesentlichen aus einem Stapel isolierender Schichten 21 bis 25 und voneinander isolierter leitfähiger Schichten 11 bis 16, die teilweise einander überdeckende Ausnehmungen 31 bis 37 aufweisen, in denen ein Messwerk 60 und Messwertverarbeitungsmittel 80 untergebracht sind. 04/643 MS/SP - 8 - 07.12.2004

In dieser zweiten Ausführungsform weisen die isolierenden Schichten 21 und 25 jeweils symmetrisch gegenüberliegend eine trichterförmige Ausnehmung 31 und 32 auf. Die Aussenseite der isolierenden Schicht 21 ist mit der leitfähigen Schicht 11 belegt und die Aussenseite der isolierenden Schicht 25 ist mit der leitfähigen Schicht 16 belegt. Die leitfähigen Schichten 11 und 16 sind im Bereich der Ausnehmungen 31 und 32 als Trennmembran 51 und 52 ausgeführt ist. Die Trennmembranen 51 und 52 sind vorzugsweise in Form eines für sich bekannten, konzentrischen Wellenmusters geprägt. Die Prozessdrücke wirken auf die der isolierenden Schicht 21 abgewandten Seite der Trennmembran 51 und auf die der isolierenden Schicht 25 abgewandten Seite der Trennmembran 52.

Die durch die isolierende Schicht 23 voneinander beabstandeten isolierenden Schichten 22 und 24 weisen deckungsgleiche Ausnehmungen 33 und 34 auf. Im Deckungsbereich der Ausnehmungen 33 und 34 ist die isolierende Schicht 23 als Membran 50 ausgeführt. Die Ausnehmung 33 ist mit der trichterförmigen Ausnehmung 32 verbunden. Die Ausnehmung 34 ist mit der trichterförmigen Ausnehmung 31 verbunden.

Darüber hinaus weisen die isolierenden Schichten 23 und 24 sowie die leitfähige Schicht 14 sich teilweise überdeckende Ausnehmungen 35 und 36 auf, in denen das Messwerk 60 untergebracht ist. Das Messwerk 60 ist druckdicht mit der isolierenden Schicht 24 verbunden. Die leitfähige Schicht 14 ist durchbrochen gemustert. Das Messwerk 60 weist elektrische Anschlüsse auf, die über Bondverbindungen 70 mit verschiedenen Mustern der leitfähigen Schicht 14 verbunden sind. Die Ausnehmung 35 ist über einen Kanal 41 mit der Ausnehmung 34 und im weiteren mit der trichterförmigen Ausnehmungen 31 verbunden. Die Ausnehmung 36 ist über einen Kanal 43 mit der Ausnehmung 33 und im weiteren mit der trichterförmigen Ausnehmung 32 verbunden.

Die Kanäle 41 und 43 sind als Ausnehmungen der zwischen den isolierenden

Schichten 22 und 23 sowie 24 und 25 angeordneten, leitfähigen Schichten 13 und 15 ausgeführt.

Die Membran 50 und die Ausnehmungen 33 und 34 stellen das Überlastsystem der Differenzdruckmessumformereinheit dar. Die Differenz des auf die Trennmembranen 04/643 MS/SP - 9 - 07.12.2004

51 und 52 wirkenden Prozessdrucks lenkt die Trennmembranen 51 und 52 unter Vergrößerung oder Verkleinerung der freien Volumina der Ausnehmungen 33 und 34 aus. Die Volumendifferenz wird in die Ausnehmungen 33 und 34 und über die Kanäle 41 und 43 in die Sensorkammern 35 und 36 ausgeglichen. Bei Überlast wird die Membran 50 druckabhängig ausgelenkt.

Weiterhin weisen die isolierenden Schichten 21 , 22 und 23 sowie die leitfähigen Schichten 11 , 12 und 13 sich überdeckende Ausnehmungen 37 auf, in denen die Messwertverarbeitungsmittel 80 untergebracht sind. In dieser Ausführungsform ist die Ausnehmung 37 einseitig geöffnet, so dass die Messwertverarbeitungsmittel 80 zugänglich aber dennoch weitgehend gegen mechanische Beschädigung geschützt eingebettet sind. Die Messwertverarbeitungsmittel 80 sind elektrisch und mechanisch mit bahnförmigen Mustern der leitfähigen Schicht 14 verbunden.

Die zwischen den isolierenden Schichten 21 und 22 sowie 24 und 25 angeordneten leitfähigen Schichten 12 und 15 sind als Schirmflächen zur Abschirmung des Messwerks 60 und der Messwertverarbeitungsmittel 80 vor elektromagnetischer Strahlung ausgebildet.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die leitfähigen Schichten 12 bis 15 aus Kupfer und die isolierenden Schichten 21 bis 25 aus faserverstärktem Kunstharz bestehen. Für die leitfähigen Schichten 11 und 16 ist Edelstahl vorgesehen.

Ausgehend von einer Basisleiterplatte bestehend aus der isolierenden Schicht 24 und der leitfähigen Schichten 14 werden bei der Herstellung der

Differenzdruckmessumformereinheit weitere isolierende und leitfähige Schichten gemäß dem oben beschriebenen Aufbau unter Zwischenlage eines Haftmittlers aufgelegt und der gesamte Stapel heiß miteinander verpresst.

Als Haftmittler ist in bevorzugter Ausführungsform eine für sich bekannte Klebefolie bestehend aus Kunstharz vorgesehen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Differenzdruckmessumformereinheit aus einem Stapel beidseitig kupferkaschierter Kunstharzplatten aufgebaut ist und dass Lot als Haftmittler vorgesehen ist. 04/643 MS/SP - 10 - 07.12.2004

Die Ausnehmungen 31 bis 36 sowie die Kanäle 41 und 43 sind mit einem weitgehend inkompressiblen Fluid, insbesodere Silikonöl, gefüllt. Das Fluid wird über in Figur 3 dargestellte Kapillaren 53 und 54 in die Hohlräume eingebracht. Nach der Befüllung werden die Kapillaren 53 und 54 druckdicht verschlossen.

Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel ist in Figur 3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Differenzdruckmessumformereinheit gezeigt. Die Differenzdruckmessumformereinheit besteht auch in dieser dritten im wesentlichen aus einem Stapel isolierender Schichten 21 bis 26 und voneinander isolierter leitfähiger Schichten 11 bis 16, die teilweise einander überdeckende Ausnehmungen 31 bis 37 aufweisen, in denen ein Messwerk 60 und Messwertverarbeitungsmittel 80 untergebracht sind.

In dieser dritten Ausführungsform weisen die isolierenden Schichten 21 und 25 jeweils symmetrisch gegenüberliegend eine trichterförmige Ausnehmung 31 und 32 auf. Die Aussenseite der isolierenden Schicht 21 ist mit der leitfähigen Schicht 11 belegt und die Aussenseite der isolierenden Schicht 25 ist mit der leitfähigen Schicht 16 belegt. Die leitfähigen Schichten 11 und 16 sind im Bereich der Ausnehmungen 31 und 32 als Trennmembran 51 und 52 ausgeführt ist. Die Trennmembranen 51 und 52 sind vorzugsweise in Form eines für sich bekannten, konzentrischen Weljenmusters geprägt. Die Prozessdrücke wirken auf die der isolierenden Schicht 21 abgewandten Seite der Trennmembran 51 und auf die der isolierenden Schicht 25 abgewandten Seite der Trennmembran 52.

Die durch die leitfähige Schicht 17 voneinander beabstandeten isolierenden Schichten 22 und 24 sowie die isolierende Schicht 26 und die leitfähige Schicht 14 weisen deckungsgleiche Ausnehmungen 33 und 34 auf. Im Deckungsbereich der Ausnehmungen 33 und 34 ist die leitfähige Schicht 17 als Membran 50 ausgeführt. Die Ausnehmung 33 ist mit der trichterförmigen Ausnehmung 32 verbunden. Die Ausnehmung 34 ist mit der trichterförmigen Ausnehmung 31 verbunden.

Darüber hinaus weisen die isolierenden Schichten 24 und 26 sowie die leitfähige Schicht 14 sich teilweise überdeckende Ausnehmungen 35 und 36 auf, in denen das Messwerk 60 untergebracht ist. Das Messwerk 60 ist druckdicht mit der isolierenden Schicht 24 verbunden. Die leitfähige Schicht 14 ist durchbrochen gemustert. Das 04/643 MS/SP - 11 - 07.12.2004

Messwerk 60 weist elektrische Anschlüsse auf, die über Bondverbindungen 70 mit verschiedenen Mustern der leitfähigen Schicht 14 verbunden sind. Die Ausnehmung 35 ist über einen Kanal 41 mit der Ausnehmung 34 und im weiteren mit der trichterförmigen Ausnehmungen 31 verbunden. Die Ausnehmung 36 ist über einen Kanal 43 mit der Ausnehmung 33 und im weiteren mit der trichterförmigen Ausnehmung 32 verbunden.

Die Kanäle 41 und 43 sind als Ausnehmungen in den isolierenden Schichten 22 und 26 ausgeführt. Die kanalbildenden Ausnehmungen sind vorzugsweise in die isolierenden Schichten 22 und 26 eingeprägt.

Die Membran 50 und die Ausnehmungen 33 und 34 stellen das Überlastsystem der Differenzdruckmessumformereinheit dar. Die Differenz des auf die Trennmembranen 51 und 52 wirkenden Prozessdrucks lenkt die Trennmembranen 51 und 52 unter Vergrößerung oder Verkleinerung der freien Volumina der Ausnehmungen 33 und 34 aus. Die Volumendifferenz wird in die Ausnehmungen 33 und 34 und über die Kanäle 41 und 43 in die Sensorkammern 35 und 36 ausgeglichen. Bei Überlast wird die Membran 50 druckabhängig ausgelenkt.

Weiterhin weisen die isolierenden Schichten 25 und 26 sowie die leitfähige Schicht 16 sich überdeckende Ausnehmungen 37 auf, in denen die Messwertverarbeitungsmittel 80 untergebracht sind. In dieser Ausführungsform ist die Ausnehmung 37 einseitig geöffnet, so dass die Messwertverarbeitungsmittel 80 zugänglich aber dennoch weitgehend gegen mechanische Beschädigung geschützt eingebettet sind. Die Messwertverarbeitungsmittel 80 sind elektrisch und mechanisch mit bahnförmigen Mustern der leitfähigen Schicht 14 verbunden.

Die zwischen den isolierenden Schichten 22 und 24 angeordnete leitfähige Schicht 17 ist als Schirmfläche zur Abschirmung des Messwerks 60 und der Messwertverarbeitungsmittel 80 vor elektromagnetischer Strahlung ausgebildet.

Darüber hinaus ist eine Ausnehmung 38 vorgesehen, die in dieser dritten Ausführungsform deckungsgleich in den isolierenden Schichten 22 und 24 bis 26 sowie in den leitfähigen Schichten 14, 16 und 17 angeordnet ist. In dieser Ausnehmung 38 04/643 MS/SP - 12 - 07.12.2004

sind die Enden zweier Kapillaren 53 und 54 untergebracht, deren jeweils entgegengesetzte Enden in die Ausnehmungen 33 und 34 reichen.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die leitfähigen Schichten 14 und 17 aus Kupfer und die isolierenden Schichten 21 bis 26 aus faserverstärktem Kunstharz bestehen. Für die leitfähigen Schichten 11 und 16 ist Edelstahl vorgesehen.

Dabei wird unabhängig von der Ausführungsform vor dem Auflegen der isolierenden Schicht 21 die Kapillare 53 derart eingebracht, dass ein Rohrende in die Ausnehmung 34 und das andere Rohrende in die Ausnehmung 38 ragt. Vor dem Auflegen der isolierenden Schicht 25 wird die Kapillare 54 derart eingebracht, dass ein Rohrende in die Ausnehmung 33 und das andere Rohrende in die Ausnehmung 38 ragt.

Als Haftmittler ist in bevorzugter Ausführungsform eine für sich bekannte Klebefolie bestehend aus Kunstharz vorgesehen.

Die Ausnehmungen 31 bis 36 sowie die Kanäle 41 und 43 sind mit einem weitgehend inkompressiblen Fluid, insbesodere Silikonöl, gefüllt. Das Fluid wird über die Kapillaren 53 und 54 in die Hohlräume eingebracht. Nach der Befüllung werden die Kapillaren 53 und 54 druckdicht verschlossen.

Schließlich ist in Figur 4 eine geschnittene Darstellung eines Differenzdruckmessumformers mit einer Differenzdruckmessumformereinheit nach Figur 2 gezeigt. Dabei ist die Differenzdruckmessumformereinheit zwischen zwei

Flanschkappen 90 eingespannt, die auf den äußeren leitfähigen Schichten 11 und 16 aufliegen.

Jede Flanschkappe 90 weist eine Bohrung 91 auf, deren der Differenzdruckmessumformereinheit abgewandte Öffnung mit einem Flanschansatz 92 04/643 MS/SP - 13 - 07.12.2004

ausgestattet ist. Die Bohrung 91 in der Flanschkappe 90 ist im Bereich der Trennmembranen 51 und 52 der Differenzdruckmessumformereinheit angeordnet. Jeder Bohrung 91 in der Flanschkappe 90 sind zwei Gewindebohrungen 93 zugeodnet, die als Sackbohrungen ausgeführt sind.

Die Flanschkappen 90 sind mit einer Mehrzahl von Bolzen 95, die gleichmäßig über den Umfang der Differenzdruckmessumformereinheit verteilt sind, miteinander verschraubt. Dazu weist eine der Flanschkappen 90 Bohrungen und die gegenüberliegende Flanschkappe 90 korrespondierende Gewindebohrungen auf.

Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Differenzdruckmessumformers ist an jede Flanschkappe 90 eine Impulsleitung angeschlossen. Die Impulsleitungen weisen jeweils einen flanschartigen Kragen auf, der mittels eines Überwurfs in dem Flanschansatz 92 gehalten wird. Der Überwurf wird mit Schrauben an der Flanschkappe 90 befestigt, die in die Gewindebohrungen 93 greifen.

04/643 MS/SP - 14 - 07.12.2004

Bezugszeichenliste

11 bis 17 leitfähige Schicht

21 bis 26 isolierende Schicht

31 bis 38 Ausnehmung

41 bis 43 Kanal

50 Membran

51 , 52 Trennmembran

53, 54 Kapillare

60 Messwerk

70 Bondverbindung

80 Messwertverarbeitungsmittel

90 Flanschkappe

91 Bohrung

92 Flanschansatz

93 Gewindebohrung

95 Bolzen

Claims

04/643 MS/SP - 16 - 07.12.2004Patentansprüche

1. Differenzdruckmessumformereinheit mit einem Überlastschutzsystem für sein Messwerk mit mindestens einem Sensor, bei der das Messwerk über druckdichte elektrische Durchführungen mit Messwertverarbeitungsmitteln verbunden ist und bei der das Messwerk von einem vom Prozessmedium räumlich getrennten Druckmittler beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine planare mehrschichtige Anordnung bestehend aus isolierenden und voneinander isolierten leitfähigen Schichten (21 bis 26 und 11 bis 17) vorgesehen ist, deren isolierende und leitfähige Schichten (21 bis 26 und 11 bis 17) teilweise einander überdeckende Ausnehmungen (31 bis 38) aufweisen, in denen das Messwerk (60) und die Messwertverarbeitungsmittel (80) untergebracht sind, und dass mindestens eine der Schichten (21 bis 26 und 11 bis 17) ein funktionaler Bestandteil des Überlastschutzsystems ist.

2. Differenzdruckmessumformereinheit nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden und leitfähigen Schichten (21 bis 26 und 11 bis 17) der mehrschichtigen Anordnung miteinander unter Zwischenlage eines Haftmittlers und unter Druckbelastung gefügt sind.

3. Differenzdruckmessumformereinheit nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Haftmittler Lot ist.

4. Differenzdruckmessumformereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass eine der isolierenden Schichten (23) als Membran (50) des Überlastschutzsystems ausgebildet ist.

5. Differenzdruckmessumformereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass eine der leitfähigen Schichten (17) als Membran (50) des 04/643 MS/SP -17- 07.12.2004

Überlastschutzsystems ausgebildet ist.

6. Differenzdruckmessumformereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der leitfähigen Schichten (11, 16) als Trennmembran (51 ,

52) des Überlastschutzsystems ausgebildet ist.

7. Differenzdruckmessumformereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der isolierenden Schichten (21, 25) mindestens eine im wesentlichen kegelförmige Ausnehmung (31, 32) aufweist, die unter Bildung einer Kammer mit der Trennmembran (51, 52) des Überlastschutzsystems abgedeckt ist.

8. Differenzdruckmessumformereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die isolierenden Schichten (21 bis 26) aus faserverstärktem Kunstharz bestehen.

9. Differenzdruckmessumformereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die inneren, zwischen isolierenden Schichten (21 bis 26) angeordneten leitfähigen Schichten (12 bis 15) aus Kupfer bestehen.

10. Differenzdruckmessumformereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren, auf isolierenden Schichten (21, 25) angeordneten leitfähigen Schichten (11,16) aus Edelstahl bestehen.

11. Differenzdruckmessumformereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei innere, voneinander beabstandete, isolierende Schichten (22, 24) deckungsgleiche Ausnehmungen (33, 34) aufweisen, die unter Bildung jeweils einer Kammer durch benachbarte Schichten (21/23 und 23/25) verschlossen sind. 04/643 MS/SP -18- 07.12.2004

12. Differenzdruckmessumformereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der inneren Schichten (23, 24, 26) unter Bildung einer Sensorkammer jeweils eine zumindest teilweise deckungsgleiche Ausnehmung (35, 36) aufweisen, in der der Drucksensor (60) untergebracht ist.

13. Differenzdruckmessumformereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der inneren leitfähigen Schichten (13, 14, 15) laterale Ausnehmungen aufweisen, die jeweils einen Kanal (41 , 42, 43) bilden.

14. Differenzdruckmessumformereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der inneren isolierenden Schichten (22, 26) laterale Ausnehmungen aufweisen, die jeweils einen Kanal (41 , 43) bilden.

15. Differenzdruckmessumformereinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorkammer (35, 36) und die Kammer (33, 34) über einen Kanal (41 , 43) verbunden sind.