Beschreibung

Die Erfindung betri f ft einen Körper für eine Druckmessanordnung, eine Druckmessanordnung sowie ein Herstellungsverfahren .

Es werden Fortschritte im Bereich Fluidtechnik beschrieben .

Die Probleme des Standes der Technik werden durch einen Körper gemäß dem Anspruch 1 sowie durch eine Druckmessanordnung gemäß einem weiteren Anspruch gelöst .

Ein Aspekt der Beschreibung betri f ft den folgenden Gegenstand : Einen Körper für eine Druckmessanordnung umfassend einen Hauptkörper mit einer Druckmesskammer für Prozess fluid, wobei die Druckmesskammer mit wenigstens einem Fluidanschluss des Hauptkörpers fluidführend verbunden ist , und wobei die Druckmesskammer eine nach außen gerichtete Öf fnung aufweist ; und eine Druckübertragungsmembran, wobei ein lateraler Abschnitt der Druckübertragungsmembran stof f schlüssig und fluiddicht mit einem die äußere Öf fnung der Druckmesskammer umgebenden Abschnitt des Hauptkörpers verbunden ist , und wobei die Druckübertragungsmembran die nach außen gerichtete Öf fnung der Druckmesskammer verschließt .

Durch die fest mit dem Hauptkörper verbundene Druckübertragungsmembran vereinfacht sich nicht nur der Einbau in der Anlage . Weitergehend wird auch das Kontaminationsrisiko für das Prozess fluid reduziert .

Über die nach außen dichtende Druckübertragungsmembran wird der Druck des Prozess fluids in der Druckmesskammer an den zugehörigen Drucksensor weitergegeben . Vorteilhaft können Drucksensor und Körper voneinander entfernt werden, ohne dass aus dem Körper Prozess fluid austritt oder dieses kontaminiert wird .

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass die Druckmesskammer über einen Abgri f f mit einem Fluidkanal fluidführend verbunden ist , wobei der Fluidkanal wenigstens zwei Fluid-Anschlüsse fluidführend miteinander verbindet .

Der Körper stellt somit eine Durchflussmöglichkeit für das Prozess fluid bereit . Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass die

Druckübertragungsmembran und der Hauptkörper aus einem thermoplastischen Elastomer, insbesondere Polypropylen oder Polyethylen oder einer Mischung aus Polypropylen und Polyethylen, gefertigt sind .

Vorteilhaft wird damit das Prozessmedium nicht verunreinigt .

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass die Druckübertragungsmembran und der Hauptkörper Zuschlagstof f frei ausgeführt sind .

Vorteilhaft wird damit das Prozessmedium nicht verunreinigt .

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass ein mittlerer lichter Querschnitt des Abgri f fs kleiner ist als ein mittlerer lichter Querschnitt des Fluidkanals .

Vorteilhaft wird dadurch das Totraumvolumen reduziert und die Druckmessung ermöglicht .

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass ein Volumen der Druckmesskammer kleiner ist als ein Volumen des Abgri f fs .

Damit ergibt sich eine Reduktion des Totraumvolumens und die Druckmessung kann erfolgen .

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass die Druckmesskammer, welche von der Druckübertragungsmembran und dem Hauptkörper begrenzt wird, im Wesentlichen flach ausgebildet ist .

Dadurch wird Prozess fluid an die Druckübertragungsmembran geführt und gleichzeitig das Totraumvolumen reduziert .

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass eine Öf fnung zwischen der Druckmesskammer und dem Abgri f f in Bezug zu der Druckmesskammer außermittig, insbesondere an einem Rand der Druckmesskammer, angeordnet ist .

Durch diese außermittige Anordnung der Öf fnung kann ein Leerläufen der Anordnung realisiert werden und ein Ausschuss des Prozess fluids wird reduziert .

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass eine Öf fnung zwischen dem Abgri f f und dem Fluidkanal in Bezug zu dem Fluidkanal außermittig, insbesondere an einem Rand des Fluidkanals , angeordnet ist .

Durch diese außermittige Anordnung der Öf fnung kann ein Leerläufen der Anordnung realisiert werden und ein Ausschuss des Prozess fluids wird reduziert .

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass ein Wandabschnitt des Abgri f fs und ein Wandabschnitt des Fluidkanals , und insbesondere zusätzlich ein Randabschnitt der Fluidkammer, entlang einer gemeinsamen gedachten Geraden verlaufen . Die Anordnung entlang der gedachten Geraden verbessert das Leerläufen der Anordnung und ein Ausschuss an Prozess fluid wird vorteilhaft reduziert .

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass der laterale Abschnitt der Druckübertragungsmembran eine kreisringförmige vom Hauptkörper abgewandte von einer gedachten Ebene abweichende Kontur aufweist .

In die vom Hauptkörper abgewandte Kontur grei ft der Sensor vorteilhaft ein und wird dadurch zentriert , wodurch das Druckmessergebnis reproduzierbar und sicher ermittelt werden kann .

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass der laterale Abschnitt der Druckübertragungsmembran in Umfangsrichtung zumindest eine vom Hauptkörper abgewandt angeordnete Druckausgleichsöf fnung umfasst , welche insbesondere die vom Hauptkörper abgewandte kreisringförmige und von einer gedachten Ebene abweichende Kontur durchbricht .

Damit wird das Entweichen von Luft aus einem Raum zwischen der Druckübertragungsmembran und der Sensoroberfläche ermöglicht . Damit können Sensor und Druckübertragungsmembran direkt aneinander anliegen . Die Datenqualität des gemessenen Drucks wird so verbessert .

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass der die äußere Öf fnung der Druckmesskammer umgebende Abschnitt des Hauptkörpers zumindest Teil eines Befestigungs flansches für den Sensor ist , und dass der Befestigungs flansch eine kreisringförmige von einer gedachten Ebene abweichende Kontur aufweist , in welche eine kreisringförmige Gegenkontur des lateralen Abschnitts der Druckübertragungsmembran eingrei ft .

Damit wird die Dichtheit der Anordnung nach außen verbessert , da durch die Konturierung insbesondere die für die Dichtwirkung wirksame kontaktierte Fläche zwischen Druckübertragungsmembran und Hauptkörper vergrößert wird .

Ein zweiter Aspekt der Beschreibung betri f ft den folgenden Gegenstand : Eine Druckmessanordnung umfassend den Körper gemäß dem ersten Aspekt , wobei ein Drucksensor eine distale Messoberfläche , welche insbesondere von einer Messmembran des Drucksensors bereitgestellt wird, aufweist , wobei die Messoberfläche der Druckübertragungsmembran zugewandt ist , und wobei der Drucksensor dazu ausgebildet ist , in Abhängigkeit von dem von der Druckübertragungsmembran an die distale Messoberfläche des Drucksensors weitergegebenen Druck des Prozess fluids in der Druckmesskammer ein Sensorsignal zu erzeugen .

Der Drucksensor kann somit von dem Körper entfernt werden, ohne dass Prozessmedium austritt .

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass eine zum Drucksensor orientierte trockenseitige Druckübertragungs fläche der Druckübertragungsmembran wenigstens in einem unbelasteten Zustand der distalen Messoberfläche folgt .

Damit wird die Druckübertragung verbessert . Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass eine Befestigungseinrichtung sich an dem Körper abstützt und den Drucksensor lösbar an dem Körper befestigt .

Durch die lösbare Befestigung kann der Körper gewechselt werden und der Sensor fest in der Anlage verbleiben .

Ein dritter Aspekt der Beschreibung betri f ft den folgenden Gegenstand : Ein Verfahren zum Herstellen des Körpers gemäß dem ersten Aspekt umfassend Herstellen des Grundkörpers ; und materialschlüssiges Fügen des lateralen Abschnitts der Druckübertragungsmembran mit dem die äußere Öf fnung umgebenden Abschnitt des Hauptkörpers .

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass das Verfahren umfasst : Aufdrücken eines transparenten Niederhalters auf den lateralen Abschnitt der Druckübertragungsmembran, welche an dem die äußere Öf fnung umgebenden Abschnitt des Hauptkörpers anliegt ; und wobei das Fügen ein Laserfügen der beiden Abschnitte umfasst , wobei ein von einem Fügelaser erzeugter Laserstrahl durch den transparenten Niederhalter geführt wird .

In der Zeichnung zeigen :

Figur 1 einen schematischen Schnitt eines Körpers zur Druckmessung;

Figur 2 eine Explosionsschnittansicht einer Druckmessanordnung;

Figur 3 die Druckmessanordnung in montiertem Zustand;

Figur 4 ein schematisches Ablauf diagramm, das die Herstellungsschritte des Körpers illustriert ; und

Figur 5 einen schematischen Schnitt des Körpers im Anschlussbereich des Sensors .

Figur 1 zeigt in einem schematischen Schnitt einen Körper 2 für eine Druckmessanordnung . Ein Hauptkörper 4 umfasst eine Druckmesskammer 6 für Prozess fluid, wobei die Druckmesskammer 6 mit wenigstens einem Fluidanschluss C#1 des Hauptkörpers 4 fluidführend verbunden ist . Die Druckmesskammer 6 ist über einen Abgri f f 16 mit einem Fluidkanal 18 für das Prozess fluid fluidführend verbunden . Der Abgri f f 16 verbindet als Durchgangsöf fnung den Fluidkanal 18 mit der Druckmesskammer 6 .

Der Abgri f f 16 , welcher die Druckmesskammer 16 und den Fluidkanal 18 fluidführend miteinander verbindet , weist einen kleineren mittleren lichten Querschnitt Q_16 auf als ein mittlerer lichter Querschnitt Q_18 des Fluidkanals 18 .

Insbesondere ist der mittlere lichte Querschnitt Q_16 des Abgri f fs 16 kleiner als die Häl fte des mittleren lichten Querschnitts Q_18 des Fluidkanals 18 und größer als 5% des mittleren lichten Querschnitts Q_18 . In einem weiteren Beispiel ist der Querschnitt Q_16 kleiner als 30% und größer als 10% des lichten Querschnitts Q_18 . In einem weiteren Beispiel ist der Querschnitt Q_16 kleiner als 25% und größer als 15% des lichten Querschnitts Q_18 .

Die Druckmesskammer 16 folgt einer gedachten lotrechten Ebene E_6 einer gedachten Längserstreckung L_16 des Abgri f fs 16 .

Im gezeigten Schnitt ist die Tiefe der Druckmesskammer 16 entlang der Mittenachse A der Druckübertragungsmembran 10 weniger als die Häl fte des Durchmessers des Abgri f fs 16 .

Der Fluidkanal 18 verbindet beispielsweise wenigstens zwei Fluid-Anschlüsse fluidführend miteinander . Der Körper 2 kann neben der Druckmessanordnung selbstverständlich noch weitere Sensorik enthalten und darüberhinausgehend auch Teil eines Ventilblocks oder Ventilkörpers sein .

Die Druckmesskammer 6 weist eine nach außen gerichtete Öf fnung 8 auf , welche durch eine Druckübertragungsmembran 10 verschlossen ist . Die Druckübertragungsmembran 10 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Achse A ausgebildet . Die Achse A ist eine Mittenachse der Druckübertragungsmembran 10 , wobei die Druckübertragungsmembran 10 im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Mittenachse oder Achse A aufgebaut ist . Die Druckmesskammer 6 ist beispielsweise als flache , insbesondere flachkegel förmige Ausnehmung im Hauptkörper 4 ausgebildet . Der Abgri f f 16 verläuft vorliegend parallel zur Achse A und beabstandet zur Achse A. Der Abgri f f 16 ist innerhalb des Hauptkörpers 4 hin zu einer im Betrieb geplanten Gewichtskraftrichtung G angeordnet , um ein Leerläufen der fluidgeführten Bereiche zu ermöglichen . Dabei ist eine Öf fnung 1816 , die von dem Fluidkanal 18 in den Abgri f f 16 führt , beispielsweise von einem Zufluss gemäß dem Fluidanschluss C#1 weg gewandt im Fluidkanal 18 angeordnet .

Die Druckmesskammer 6 weist ein Volumen V_6 auf , welches kleiner ist als ein Volumen V_16 des Abgri f fs 16 . So ist das Volumen V_6 beispielsweise kleiner als , insbesondere kleiner als 1 / 5 des Volumens V_16 .

Ein lateraler Abschnitt 12 der Druckübertragungsmembran 10 ist stof f schlüssig und fluiddicht mit einem die äußere Öf fnung 8 der Druckmesskammer 6 umgebenden Abschnitt 14 des Hauptkörpers 4 verbunden .

Der proximale , zum Hauptkörper 4 gewandte Bereich des lateralen Abschnitts 12 der Druckübertragungsmembran 10 und der distale , vom Hauptkörper 4 abgewandte Bereich des lateralen Abschnitts 14 des Hauptkörpers 4 umfassen ineinandergrei fende Strukturen, insbesondere eine j eweilige radiale Konturierung, die beispielsweise in einem Radialschnitt erkennbar ist . Im vorliegenden Beispiel grei ft ein kreisringförmiger proximaler Vorsprung der Druckübertragungsmembran 10 in eine kreisringförmige distale Nut des Hauptkörpers 4 ein . Der laterale Abschnitt 14 ist als Flansch oder Befestigungs flansch ausgebildet und verj üngt sich in proximaler Richtung, also in Richtung des Zentrums des Hauptkörpers 4 . Die Druckübertragungsmembran 10 umfasst auf der Trockenseite T eine laterale kreisringförmige Kontur 40 , welche in eine Gegenkontur eines Sensors , insbesondere in eine kreisringförmige Nut des Sensors , eingrei ft . Vorliegend ist die Kontur 40 als im Schnitt halbkugel förmige Erhebung ausgebildet . Selbstverständlich kann die Kontur 40 auch nach innen ragen oder anders ausgebildet sein .

Ein Druckübertragungsabschnitt 50 der Druckübertragungsmembran 10 ist von dem lateralen Abschnitt 12 umgeben und umfasst eine trockenseitige Druckübertragungs fläche 52 . Eine laterale Anlagefläche 54 ist gegenüber der Druckübertragungs fläche 52 erhaben . In anderen Worten springt die trockenseitige Druckübertragungs fläche 52 gegenüber einer die Druckübertragungs fläche 52 umgebenden Anlagefläche 54 für den Sensor zurück . Die trockenseitige Druckübertragungs fläche 52 und die Anlagefläche 54 verlaufen parallel und beabstandet zueinander . Die Anlagefläche 54 schließt sich an die Kontur 40 nach innen an .

Die Druckübertragungsmembran 10 und der Hauptkörper 4 sind aus einem thermoplastischen Elastomer, insbesondere Polypropylen oder Polyethylen oder einer Mischung aus Polypropylen und Polyethylen, gefertigt . Die Druckübertragungsmembran 10 und der Hauptkörper 4 sind Zuschlagstof f frei ausgeführt . Zuschlagstof fe sind Bestandteile eines Materials , wobei der Zuschlagstof f als Werkstof f kein primärer Funktionsträger im Sinne einer Druckübertragung ist . Vielmehr sind Zuschlagstof fe beispielsweise für die Verarbeitung des Materials notwendig . Die Zuschlagstof f freiheit der Druckübertragungsmembran 10 und des Hauptkörpers 4 verhindern eine ungewollte Abgabe von Zuschlagstof fen an das Prozessmedium, welches die Innenbereiche der Hauptkörpers 4 und die Druckübertragungsmembran 10 berührt .

Figur 2 zeigt in einer schematischen Explosionsansicht die Druckmessanordnung 20 umfassend den Körper 2 . Ein Drucksensor 22 umfasst eine distale Messoberfläche 24 , welche insbesondere von einer Messmembran des Drucksensors 22 bereitgestellt wird, aufweist . Die Messoberfläche 24 ist im montierten Zustand der Druckübertragungsmembran 10 zugewandt und liegt beispielsweise im Betrieb an dieser an . Der Drucksensor 22 ist dazu ausgebildet ist , in Abhängigkeit von dem von der Druckübertragungsmembran 10 an die distale Messoberfläche 24 des Drucksensors 22 weitergegebenen Druck des Prozess fluids in der Druckmesskammer 6 ein Sensorsignal S zu erzeugen, das diesen Druck charakterisiert .

Die zum Drucksensor 22 hin orientierte trockenseitige Druckübertragungs fläche 52 der Druckübertragungsmembran 10 folgt wenigstens in einem unbelasteten Zustand dem Verlauf der distalen Messoberfläche 24 . Vorliegend folgen die Druckübertragungs fläche 52 und die Messoberfläche 24 im Wesentlichen j eweiligen Ebenen .

Eine Befestigungseinrichtung 26 stützt sich an dem Körper 4 ab und legt den Drucksensor 22 lösbar zu dem Körper 4 fest . Beispielsweise ist die Befestigungsvorrichtung 26 als Klemmschelle ausgebildet und umfasst einen Aufnahmeraum 28 , innerhalb dem der laterale Abschnitt 14 des Körpers 2 und ein Flanschabschnitt 34 des Drucksensors 2 aufgenommen und zueinander festgelegt werden . Selbstverständlich kann die Befestigungsvorrichtung 26 auch anders ausgebildet sein . Figur 3 zeigt einen schematischen Schnitt der Druckmessanordnung 20 in einem montierten Zustand . Ein lateraler Abschnitt des Drucksensors 22 , der nicht drucksensitiv ist , drückt auf den lateralen Abschnitt 12 der Druckübertragungsmembran 10 . Der laterale Abschnitt 12 umfasst die gegenüber der innenliegenden Druckübertragungs fläche 52 erhabene laterale Anlagefläche 54 . Dadurch ergibt sich im unbelasteten Zustand der Druckübertragungsmembran 10 ein Raum 60 zwischen der trockenseitigen Druckübertragungs fläche 52 der Druckübertragungsmembran 10 und der Messoberfläche 24 des Drucksensors 22 .

Die Messoberfläche 24 liegt nach der Montage nicht an der Druckübertragungs fläche 52 an . So liefert der Drucksensor 22 bei geringen Drücken keine Werte bzw . Atmosphärendruck . Bei Drücken des Prozessmediums , welche höher als der Atmosphärendruck liegen, wird der Druckübertragungsabschnitt 50 der Druckübertragungsmembran 10 in Richtung der Messoberfläche 24 bewegt , so dass die Druckübertragungs fläche 52 an der Messoberfläche 24 anliegt . Damit die Luft aus dem Raum 60 zwischen der Messoberfläche 24 des Drucksensors 22 und der Druckübertragungs fläche 52 der Druckübertragungsmembran 10 nach der Montage und im Betrieb entweichen kann, ist ein in Figur 5 gezeigter zumindest abschnittsweise radial verlaufender Stich bzw . Schlitz in Form einer Druckausgleichsöf fnung an der Trockenseite der Druckübertragungsmembran 10 vorhanden, der den Raum 60 mit dem Außenraum des Körpers 2 , insbesondere dem Außenraum der Druckmessanordnung 200 verbindet . Hierfür kann die Befestigungseinrichtung 26 mit einer weiteren Druckausgleichsöf fnung versehen sein, welche luftführend mit der Druckausgleichsöf fnung der Druckübertragungsmembran 10 in Verbindung steht .

Figur 4 zeigt ein schematisches Ablauf diagramm zur Herstellung des Körpers 2 aus Figur 1 . Ein Schritt 402 umfasst ein Herstellen des Grundkörpers . Der Grundkörper wird beispielsweise aus einem vollen Block des gewählten Materials gefräst .

Ein Schritt 404 umfasst ein Aufdrücken eines transparenten Niederhalters auf den lateralen Abschnitt der Druckübertragungsmembran, welche an dem die äußere Öf fnung umgebenden Abschnitt des Hauptkörpers anliegt .

Ein Schritt 406 umfasst ein materialschlüssiges Fügen des lateralen Abschnitts der Druckübertragungsmembran mit dem die äußere Öf fnung der Druckmesskammer umgebenden Abschnitt des Hauptkörpers . Das Fügen im Schritt 406 umfasst ein Laserfügen der beiden Abschnitte 12 , 14 aus den vorigen Figuren, wobei ein von einem Fügelaser erzeugter Laserstrahl durch den transparenten Niederhalter geführt wird .

Figur 5 zeigt einen Schnitt des Körpers 4 im Bereich der Druckübertragungsmembran 10 . Der laterale Abschnitt 12 der Druckübertragungsmembran 10 weist die zumindest eine in radialer Richtung in Bezug zur Achse A aus Figur 1 verlaufende Druckausgleichsöf fnung 500 auf .

Die Druckausgleichsöf fnung 500 springt gegenüber einer nach außen gerichteten und vom Hauptkörper 4 weg gerichteten Anschlusskontur 502 des lateralen Abschnitts 12 zurück . Die wenigstens eine Druckausgleichsöf fnung 500 ist also eine laterale, schlitzartige und bezüglich der Achse A radial verlaufende Nut, deren Grund 504 beispielsweise entlang einer gedachten Geraden in die nach innen gewandte, trockenseitige Druckübertragungsfläche 52 übergeht.