DE10137327A1 - Drucksensoreinheit - Google Patents

Abstract

Eine Drucksensoreinheit, insbesondere zum Einsatz in verfahrenstechnischen Anlagen, mit einem Membran-Drucksensor und einem Gehäuse, an dem der Membran-Drucksensor angeordnet ist und das einen Kanal aufweist, der sich zu der nicht dem zu messenden Druck ausgesetzten Seite der Membran öffnet und zu einem Bereich in dem Gehäuse führt, der gegen einen starken Druckanstieg und/oder mit einem starken Druckanstieg eindringende Stoffe zu schützen ist, weist eine Absperreinrichtung auf, um den Kanal zwischen der Membran und dem zu schützenden Bereich zu verschließen, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem Druck in einem membranseitigen Abschnitt des Kanals zwischen Membran und Absperreinrichtung und dem Druck in dem zu schützenden Bereich einen oberen Schwellwert übersteigt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drucksensoreinheit mit einem Membran-Drucksensor und einem Gehäuse, an dem der Membran- Drucksensor angeordnet ist und das einen Kanal aufweist, der sich zu der nicht dem zu messenden Druck ausgesetzten Seite der Membran öffnet und zu einem Bereich in dem Gehäuse führt, der gegen einen starken Druckanstieg und/oder mit einem starken Druckanstieg eindringende Stoffe zu schützen ist.
• Drucksensoreinheiten der oben genannten Art sind grundsätzlich bekannt. Sie dienen, insbesondere in verfahrenstechnischen Anlagen, dazu, Prozeßdrücke in Prozeßmedien zu messen, denen eine Seite der Membran ausgesetzt ist. Eine solche Drucksensoreinheit weist jedoch den Nachteil auf, daß bei Bersten der Membran der Druck in dem Gehäuse plötzlich bis auf den Prozeßdruck, dem die Membran vor dem Bersten ausgesetzt war, ansteigt und in der Regel das unter Druck stehende Prozeßmedium mit diesem Druckanstieg unmittelbar in das Sensorgehäuse eindringt, in dem eine elektrische Schaltung zum Betrieb des Membran-Drucksensors angeordnet ist. Die die elektrische Schaltung aufnehmenden Gehäuseteile sind in der Regel nicht druckfest ausgeführt, so daß der plötzliche Druckanstieg zu einem Absprengen dieses Gehäuseteils oder zumindest eines gegen einen starken Druckanstieg empfindlichen Teils erfolgen kann. Handelt es sich bei dem Prozeßmedium um ein explosives Gas, kann es zu einer Druckexplosion des die elektrische Schaltung aufnehmenden Gehäuseteils kommen. Enthält das Prozeßmedium einen aggressiven und/oder umweltschädlichen Stoff, kann dieser ungehindert in die Atmosphäre außerhalb der verfahrenstechnischen Anlage austreten.
• Selbst wenn ein Absprengen des die elektrische Schaltung enthaltenden Teils des Gehäuses nicht erfolgt, ist, insbesondere bei Einsatz in Anlagen mit aggressiven Prozeßmedien, eine Beschädigung der elektrischen Schaltung in dem Gehäuse nicht ausgeschlossen.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Drucksensoreinheit der oben genannten Art zu schaffen, bei der das Risiko erniedrigt ist, daß beim Bersten der Membran des Membran-Drucksensors ein Bereich, der gegen einen starken Druckanstieg und/oder mit einem starken Druckanstieg eindringende Stoffe zu schützen ist, beschädigt wird.
• Die Aufgabe wird gelöst durch eine Drucksensoreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
• Eine erfindungsgemäße Drucksensoreinheit weist einen Membran- Drucksensor, insbesondere z. B. einen keramischen Dickschicht- Membran-Drucksensor, und ein Gehäuse auf, an dem der Membran- Drucksensor angeordnet ist. Das Gehäuse kann dabei einteilig ausgebildet sein oder auch mehrere, ggf. durch druckfeste flexible Elemente wie z. B. Schläuche verbundene Teile aufweisen. In dem Gehäuse ist ein Kanal vorgesehen, der sich zu der nicht dem zu messenden Druck ausgesetzten Seite der Membran des Membran-Drucksensors öffnet und zu einem Bereich in dem Gehäuse führt, der gegen einen starken Druckanstieg und/oder mit einem starken Druckanstieg eindringende Stoffe zu schützen ist. Der Membran-Drucksensor ist druckdicht an dem Gehäuse angeordnet, so daß bei intakter Membran der Kanal und damit der zu schützende Bereich gegen ein Eindringen von Prozeßmedien von der dem zu messenden Druck ausgesetzten Seite der Membran geschützt ist. Druckänderungen werden weitgehend durch eine Verformung der Membran aufgefangen.
• Erfindungsgemäß ist eine Absperreinrichtung vorgesehen, um den Kanal zwischen der Membran und dem zu schützenden Bereich zu verschließen, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem Druck in einem membranseitigen Abschnitt des Kanals zwischen Membran und Absperreinrichtung und dem Druck in dem zu schützenden Bereich einen oberen Schwellwert übersteigt. Hierbei wird unter der Druckdifferenz die tatsächliche Differenz zwischen dem Druck in dem membranseitigen Abschnitt des Kanals und dem Druck in dem zu schützenden Bereich verstanden, die somit unter Umständen auch einen negativen Wert annehmen kann, wenn der Druck im membranseitigen Abschnitt des Kanals geringer ist, als in dem zu schützenden Bereich.
• Bei einem Bersten der Membran steigt der Druck in dem membranseitigen Abschnitt des Kanals sehr schnell auf den Prozeßdruck an, der zuvor auf die Membran gewirkt hat, wodurch sich ein entsprechend schneller Anstieg der Druckdifferenz zwischen dem Druck in dem membranseitigen Abschnitt des Kanals und dem Druck in dem zu schützenden Bereich ergibt. Überschreitet diese Druckdifferenz den oberen Schwellwert, verschließt die Absperreinrichtung den Kanal, wodurch der zu schützende Bereich gegen einen starken Druckanstieg geschützt wird. Die Größe des oberen Schwellwerts richtet sich dabei nach dem noch tolerierbaren Druckanstieg, der sich insbesondere nach der Druckfestigkeit des schwächsten, dem Druck in dem zu schützenden Bereich ausgesetzten Gehäuseteils richten kann. Darüber hinaus wird durch das Verschließen des Kanals ein durch den Druckanstieg verursachtes Eindringen von Stoffen in den zu schützenden Bereich weitgehend verhindert.
• Die erfindungsgemäße Drucksensoreinheit zeichnet sich damit durch einen besonders kompakten und einfachen Aufbau bei gleichzeitig hoher Sicherheit gegenüber einem Bersten der Membran des Membran- Drucksensors oder auch einem Abreißen des gesamten Membran- Drucksensors aus.
• Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen beschrieben.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zu schützende Bereich durch eine Kammer gebildet, in der eine elektrische Schaltung, insbesondere zum Betrieb des Membran-Drucksensors, angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich zum einen ein kompakter Aufbau der Drucksensoreinheit einschließlich der für den Betrieb des Membran-Drucksensors notwendigen Elektronik, wobei die Signalwege zwischen dem Drucksensor und der Elektronik besonders kurz gehalten werden können. Zum anderen kann besonders bevorzugt das Gehäuse zumindest zweiteilig ausgebildet sein, wobei ein Gehäuseteil einen Teil der Kammerwände bildet und mit dem anderen Gehäuseteil lösbar verbunden ist, so daß die elektrische Schaltung einfach zu montieren und ggf. auch auszutauschen ist. Bei dieser Ausführungsform kann dabei insbesondere die Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen einfach ausgeführt sein, da sie keinen hohen Anforderungen in Bezug auf Druckfestigkeit bzw. Festigkeit gegenüber Druckanstiegen genügen müssen.
• Bevorzugt ist das den Kanal umgebende Gehäuse im Bereich des membranseitigen Abschnitts des Kanals berstsicher ausgebildet, wobei die Druckfestigkeit besonders bevorzugt die Druckfestigkeit der Membran übersteigt. Neben einer entsprechenden Formgebung kann dies insbesondere durch Wahl entsprechender hochfester Materialien wie entsprechender Stähle oder entsprechender technischer Kunststoffe wie Polyetherketone oder Polyetheretherketone erreicht werden. Hierdurch kann nicht nur ein Schutz gegen eine Ermüdung des Membranmaterials oder Fehler in der Membran erzielt werden, die zu einem Bersten bei normalen Prozeßdrücken führen können, sondern auch ein Schutz gegen plötzliche und unvorhergesehene Anstiege des Prozeßdrucks über vorgegebene übliche Prozeßdrücke in einer verfahrenstechnischen Anlage.
• Obwohl es grundsätzlich nur erforderlich ist, daß die Absperreinrichtung den Kanal verschließt, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Druck in dem membranseitigen Abschnitt des Kanals und dem Druck in dem zu schützenden Bereich den oberen Schwellwert übersteigt, ist die Absperreinrichtung bevorzugt so ausgebildet, daß über den Kanal ein Druckausgleich zwischen dem membranseitigen Abschnitt des Kanals und dem zu schützenden Bereich erfolgt, wenn die Druckdifferenz einen unteren Schwellwert unterschreitet. Hierdurch kann der zu schützende Bereich als Referenzdruckbehälter verwendet werden, wodurch eine bessere Funktion des Sensors auch bei einer sehr kompakten Bauweise mit einem nur sehr geringen Innenraum des Gehäuses ermöglicht wird. Um einen möglichst guten Druckausgleich zwischen dem membranseitigen Abschnitt des Kanals und dem zu schützenden Bereich zu gewährleisten, ist besonders bevorzugt der untere Schwellwert nahe dem oberen Schwellwert gewählt.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Absperreinrichtung durch einen entlang der Kanalwand umlaufenden Vorsprung und eine zwischen der Membran und dem Vorsprung angeordneten elastischen Dichtung gebildet, die, wenn die Druckdifferenz den oberen Schwellwert überschreitet, so an den Vorsprung angepreßt wird, daß der Kanal im wesentlichen gasdicht verschlossen wird. Eine so ausgebildete Absperreinrichtung ist zum einen sehr einfach und preisgünstig herstellbar und zum anderen wegen ihrer besonderen Einfachheit auch sehr funktionssicher. Der obere Schwellwert kann dabei durch die Wahl des Materials für die Dichtung und die Gestaltung der Oberflächen der Dichtung und des Vorsprungs in dem Bereich, in dem dieser bei Überschreiten des Schwellwerts aneinander anliegen, beeinflußt werden. Die Abdichtung kann dabei durch ein Anliegen der Dichtung an Vorsprung erfolgen. Bei entsprechender Ausbildung der Dichtung kann diese aber auch durch die Druckdifferenz zu den Kanalwänden hin verformt werden, so daß die Dichtung seitlich an den Kanalwänden anliegt und den Kanal so abdichtet.
• Um eine besonders hohe Druckfestigkeit der durch den Vorsprung und die Dichtung gebildeten Absperreinrichtung zu erzielen, ist besonders bevorzugt der Vorsprung breiter als der Innendurchmesser des Kanals auf Höhe des Vorsprungs ausgebildet. Bei entsprechender Dimensionierung der Dichtung, beispielsweise einem dem Querschnitt des Kanals entsprechenden Querschnitt, ergibt sich hierdurch eine besonders große Auflagefläche zwischen Vorsprung und Dichtung, die zu einer besonders hohen Dichtigkeit der so gebildeten Absperrvorrichtung bei Überschreiten des oberen Schwellwerts führt. Darüber hinaus wird eine durch die Druckdifferenz bewirkte Verformung der Dichtung im Bereich des Vorsprungs so gering bleiben, daß die Dichtung zumindest in ihren Randbereichen ungestört an dem Vorsprung anliegt und den Kanal sicher abdichtet.
• Für eine besonders sichere Abdichtung ist die Dichtung bevorzugt aus einem elastischen Material gebildet, das sich an eventuelle Unebenheiten an dem Vorsprung oder der Kanalwand anpaßt, wenn die Dichtung durch eine entsprechende Druckdifferenz an den Vorsprung angepreßt wird. Darüber hinaus kann durch Wahl eines besonders elastischen Materials und einer entsprechenden Dimensionierung der Dichtung auch eine Wirkung ähnlich einer Kompressionsdichtung erzielt werden, bei der die Dichtung seitlich an den Kanalwänden anliegt und den Kanal abdichtet, wenn die Dichtung durch einen oberhalb des oberen Schwellwerts liegenden Druckunterschied zwischen dem membranseitigen Bereich des Kanals und dem zu schützenden Bereich komprimiert wird. Besonders bevorzugt wird für die Dichtung ein elastomeres Material verwendet.
• Bevorzugt liegt die Dichtung nicht oder nur so an dem Vorsprung an, daß ein Druckausgleich zu beiden Seiten der Dichtung möglich ist, wenn die Druckdifferenz den unteren Schwellwert unterschreitet. Hierzu kann die Dichtung und/oder der Vorsprung entsprechend ausgebildet sein. Hierdurch wird durch die Ausbildung der Dichtung und/oder des Vorsprungs bei dieser Ausführungsform ein die Funktion des Membran-Drucksensor begünstigender Druckausgleich zu beiden Seiten der Dichtung sehr einfach ermöglicht.
• Besonders bevorzugt weist dabei ein wenigstens teilweise an der Dichtung anliegender Bereich des Vorsprungs und/oder der Kanalwand und/oder eine an dem Vorsprung oder der Kanalwand anliegende Fläche der Dichtung mindestens eine Ausnehmung auf, die einen Druckausgleich zwischen dem membranseitigen Abschnitt des Kanals und dem geschützten Bereich begünstigt, wenn die Druckdifferenz den unteren Schwellwert unterschreitet. Solche Ausnehmungen, bei denen es sich insbesondere z. B. um Riffelungen handeln kann, ermöglichen einen schnelleren Druckausgleich bei Unterschreiten des unteren Schwellwerts und unterstützen so die Funktion des Membran-Drucksensors. Zur Erzielung einer guten Abdichtung bei Überschreiten des oberen Schwellwerts bzw. eines niedrigen oberen Schwellwerts für die Druckdifferenz können dabei besonders vorteilhaft Dichtungen mit einem sehr elastischen Material verwendet werden, die sich bei Anpressen den Ausnehmungen gut anpassen.
• Die Absperreinrichtung kann auch bevorzugt durch eine zwischen der Membran und einem entlang der Kanalwand umlaufenden Vorsprung angeordnete, elastische Dichtung mit einem Dichtungskanal gebildet sein, um den membranseitigen Bereich des Kanals und den geschützten Bereich gasdurchlässig zu verbinden, wenn die Druckdifferenz den unteren Schwellwert unterschreitet und um den Kanal im wesentlichen gasdicht zu verschließen, wenn die Druckdifferenz den oberen Schwellwert überschreitet. Die Abdichtung erfolgt hierbei insbesondere durch eine durch Kompression bedingte Verengung bzw. einen kompressionsbedingten Verschluß des Dichtungskanals. Hierbei kann es sich um einen gewundenen Kanal handeln, dessen Wände bei Kompression gegeneinandergedrückt werden. In jedem Fall ist hierzu ein besonders elastisches Material für die Dichtung, d. h. insbesondere ein Material mit einem großen Elastizitätsbereich, bevorzugt. Obwohl bei dieser Ausführungsform grundsätzlich ein Druckausgleich sowohl über den Bereich zwischen Dichtung und Vorsprung als auch über den Dichtungskanal erfolgen kann, ermöglicht es die Verwendung des Dichtungskanals, die Bereiche des Vorsprungs und der elastischen Dichtung, an denen diese bei Überschreiten des oberen Schwellwerts aneinander anliegen, so auszubilden, daß sie bereits bei geringeren Druckdifferenzen gasdicht sind, was deren Herstellung zum einen und deren Funktionssicherheit zum anderen begünstigt. Die eigentliche Absperrfunktion kann dann im wesentlichen durch den Dichtungskanal erfolgen, so daß durch Auswechseln allein der Dichtung mit einem entsprechenden Dichtungskanal die oberen und auch die unteren Schwellwerte veränderbar sind.
• Grundsätzlich kann die Dichtung aus einem beliebigen, mechanisch hinreichend festen Material gebildet sein. Bevorzugt ist es jedoch, eine Dichtung aus einem Fluorelastomer zu bilden, da dieses zum einen eine hohe Elastizität aufweist und zum anderen chemisch inert ist, und so nicht leicht durch aggressive Prozeßmedien oder Lösemittel angegriffen oder beschädigt werden kann. Insbesondere kann die Drucksensoreinheit so auch über eine längere Zeit, wie sie oft zum Abschalten einer verfahrenstechnischen Anlage bei Auftreten eines Fehlers erforderlich ist, eine Abdichtung gegenüber aggressiven, unter Druck stehenden Prozeßmedien gewährleisten.
• Bevorzugt ist das Gehäuse zum Einschrauben in ein Innengewinde, insbesondere in einer Wand einer verfahrenstechnischen Anlage, ausgebildet, so daß die erfindungsgemäße Sensoreinheit einfach aber drucksicher zu installieren ist.
• Eine bevorzugte Ausführungsform wird nun beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 einen Schnitt durch eine Drucksensoreinheit nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Wand einer verfahrenstechnischen Anlage,
• Fig. 2 eine Ansicht einer einen Membran-Drucksensor tragenden Stirnseite einer Sensoraufnahme in Fig. 1,
• Fig. 3 eine Ansicht der Stirnseite der Sensoraufnahme in Fig. 1, die der den Membran-Drucksensor tragenden Stirnseite gegenüberliegt, und
• Fig. 4 einen Schnitt durch die Sensoraufnahme mit Membran- Drucksensor in Fig. 1 entlang der Linie A-B in Fig. 3.
• In Fig. 1 ist eine Drucksensoreinheit 10 nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Öffnung 12 einer Anlagenwand 14 einer nicht weiter gezeigten verfahrenstechnischen Anlage gehalten.
• Die Drucksensoreinheit 10 weist ein aus einem Druckgehäuse 16, einer darin gehaltenen Sensoraufnahme 18 und einer ebenfalls von dem Druckgehäuse 16 gehaltenen Gehäusekappe 20 bestehendes Gehäuse auf.
• Das Druckgehäuse 16 ist rohrartig ausgebildet und weist einen Rohrbereich 22 auf, der mit einem ersten Außengewinde 24 versehen ist, mit dem das Druckgehäuse in ein Innengewinde 26 in der Öffnung 12 der Anlagenwand 14 eingeschraubt ist. Ein an einem Ende des Rohrbereichs 22 ausgebildeter Flansch 28 liegt an der Seite der Anlagenwand 14 außerhalb der Anlage an, das heißt an der Seite, die nicht dem unter Druck stehenden Prozeßmedium ausgesetzt ist. Zur Abdichtung ist zwischen dem Flansch 24 und der Anlagenwand 14 ein erster O-Ring 30 angeordnet.
• Der Flansch 28 weist auf der der Anlagenwand 14 abgewandten Seite eine entlang seines Umfangs umlaufende Ausnehmung 32 auf, an der ein zweites Außengewinde 34 ausgebildet ist, auf das die Gehäusekappe 20 mittels eines entsprechenden, an ihrem offenen Ende ausgebildeten Innengewindes geschraubt ist.
• Der Rohrbereich 22 weist weiter an seiner in die Anlage weisenden Ende einen umlaufenden, radial nach innen hervorstehenden Vorsprung 36 auf. An der Innenwand des Rohrbereichs 22 ist ein Innengewinde 38 zur Befestigung der Sensoraufnahme 18 ausgebildet.
• Ein Membran-Drucksensor 42 ist zwischen dem Vorsprung 36 und einer Stirnfläche der in dem Rohrbereich 22 angeordneten Sensoraufnahme 18 gehalten, wobei zwischen Membran-Drucksensor 42 und dem Vorsprung 36 ein zweiter O-Ring 40 zur Abdichtung angeordnet ist.
• Der Membran-Drucksensor 42 ist dabei durch die Öffnung des Rohrbereichs 22 mit dem Inneren der Anlage, das heißt dem Bereich auf der Seite der Anlagenwand 14 verbunden, auf der sich das Prozeßmedium befindet, dessen Druck mit der Drucksensoreinheit 10 zu messen ist. Die Gehäusekappe 20 hingegen befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der Anlagenwand 14 und ist nur dem normalen Atmosphärendruck ausgesetzt, wobei sie nicht berstsicher gegenüber von dem Membran- Drucksensor 42 erfaßbaren, hohen Drücken ausgeführt ist.
• In einer durch die Sensoraufnahme 18 und der Gehäusekappe 20 gebildeten Kammer 44 befindet sich eine auf einer Platine angeordnete elektrische bzw. elektronische Schaltung 46 zum Betrieb des Membran- Drucksensors 42, deren Signale über ein durch die Gehäusekappe 20 führendes Kabel 48 aus der Drucksensoreinheit 10 herausgeführt werden, das auch der Stromversorgung der elektrischen Schaltung 46 dient.
• Der Membran-Drucksensor 42 ist als monolithischer Keramik-Membran- Drucksensor in Dickschichttechnik ausgebildet. Er weist einen ringförmig ausgebildeten Grundkörper 50 auf. Im Innenraum dieses Grundkörpers 50 ist einstückig mit diesem ausgebildet eine Membran 52 angeordnet, die auf ihrer dem unter Druck stehenden Medium abgewandten Seite eine in Dickschichttechnik hergestellte Dehnwiderstandsschicht 54 aufweist. Durch eine Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Membran 52 wird diese, gehalten von dem ringförmigen Grundkörper 50, gewölbt und damit die Dehnwiderstandsschicht 54 gedehnt, bzw. gestaucht, so daß die Druckdifferenz über die Wölbung der Membran 52 bzw. die damit einhergehende Änderung des Widerstands der Dehnwiderstandsschicht 54 meßbar ist. Zur Kontaktierung der Dehnwiderstandsschicht sind hierzu entsprechende Anschlußkontakte vorgesehen, von denen nur der Kontakt 56 in Fig. 4 sichtbar ist.
• Wie den Fig. 1 bis 4 zu entnehmen, ist die Sensoraufnahme 18 im wesentlichen zylindrisch geformt. Entlang ihres äußeren Umfangs weist sie ein Außengewinde 58 auf, mit dem die Sensoraufnahme 18 in dem Innengewinde 38 in dem Druckgehäuse 16 verschraubbar ist. Hierzu sind in der der Gehäusekappe 20 zugewandten Stirnseite zwei in den Fig. 1 und 3 dargestellte Mitnahmebohrungen 60a und 60b zum Verschrauben der Sensoraufnahme 18 in dem Innengewinde 38 des Druckgehäuses 16 ausgebildet.
• An der den Membran-Drucksensor 42 haltenden Stirnseite ist außen ein umlaufender Kragen 62 (vgl. Fig. 1, 2 und 4) ausgebildet, der in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnete, radial nach innen weisende Nasen 64a, 64b, 64c und 64d trägt. Hierdurch wird der Membran- Drucksensor 42 in der Sensoraufnahme 18 zentriert und gehalten, ohne daß der ringförmige Grundkörper 50 in vollem Umfang an dem Kragen 62 anliegt, wodurch Dehnungs- und/oder Scherkräfte zwischen Membran- Drucksensor 42 und Kragen 62 weitgehend reduziert werden:
• In der den Membran-Drucksensor 42 tragenden Stirnseite der Sensoraufnahme 18 ist eine ringförmige Ausnehmung 66 ausgebildet, von der aus Kabelkanäle 68a, 68b, 68c und 68d in axialer Richtung durch die Sensoraufnahme 18 bis in die Kammer 44 führen (vgl. Fig. 2, 3 und 4). In dieser Ausnehmung 66 liegen die Anschlußkontakte 56 der Dehnwiderstandsschicht, die über entsprechende Kabel 70a, 70b, 70c und 70d mit der elektrischen Schaltung 46 zum Betrieb des Membran-Drucksensors 42 verbunden sind.
• In der Mitte weist die den Membran-Drucksensor 42 tragende Stirnseite der Sensoraufnahme 18 eine kreisförmige konzentrisch zu der Sensoraufnahme 18 angeordnete Ausnehmung 72 auf, in der konzentrisch eine weitere, topfförmige Ausnehmung 74 ausgebildet ist. Die topfförmige Ausnehmung 74 ist dabei zylinderförmig, d. h. der Querschnitt ist kreisförmig, wobei die Wände im wesentlichen senkrecht zu dem Boden der Ausnehmung 74 ausgerichtet sind. Vom Boden der topfförmigen Ausnehmung 74 erstreckt sich entlang der Längsachse der Sensoraufnahme 18 eine Bohrung 76 bis in die Kammer 44. Der Durchmesser der topfförmigen Ausnehmung 74 beträgt etwa das Fünffache des Durchmessers der Bohrung 76, so daß der durch den Boden 78 der Ausnehmung 74 gebildete Vorsprung breiter als der Innendurchmesser der Bohrung 76 ist. Die Ausnehmung 72, die topfförmige Ausnehmung 74 und die Bohrung 76 bilden somit einen Kanal 80, der sich zu der nicht dem zu messenden Druck ausgesetzten Seite der Membran 52 öffnet und zu der Kammer 44 mit der elektrischen Schaltung 46 und der Gehäusekappe 20 führt, die daher einen bei Bersten der Membran 52 gegen einen starken Druckanstieg und/oder mit einem starken Druckanstieg eindringende Stoffe zu schützenden Bereich bilden.
• Zwischen der ringförmigen Ausnehmung 66 und der kreisförmigen Ausnehmung 72 befindet sich ein Steg 82, auf dem der Membran- Drucksensor 42 aufsitzt und der daher einen wesentlichen Teil der durch den Prozeßdruck auf den Membran-Drucksensor 42 ausgeübten Kräfte aufnimmt. Wenn die Membran 52 des Membran-Drucksensors geborsten ist, dient der Steg 82 weiterhin der Abdichtung zwischen der nun ebenfalls dem Prozeßdruck ausgesetzten kreisförmigen Ausnehmung 72 und der ringförmigen Ausnehmung 66, die über die Kabelkanäle 68a bis 68d mit der Kammer 44 verbunden ist. Zur weiteren Abdichtung ist die ringförmige Ausnehmung 66 mit einem Epoxidharz ausgefüllt.
• Die Sensoraufnahme 18 ist aus einem hochfesten technischen Kunststoff mit hohem Modul, wie z. B. PEEK (Polyetheretherketon) hergestellt, um die durch die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Anlagenwand 14 auftretenden Kräfte ohne erhebliche Verformungen aufnehmen zu können.
• In der topfförmigen Ausnehmung 74, deren Boden 78 in dem Kanal 80 einen Vorsprung bildet, ist eine elastische Dichtung 84 angeordnet, deren zylindrische Form der der topfförmigen Ausnehmung 74 entspricht und die aus einem chemisch resistenten Elastomer wie z. B. einem Fluorelastomer (beispielsweise Viton®) besteht.
• Oberhalb der elastischen Dichtung 84 wird so zwischen der dem Membran-Drucksensor 42 zugewandten Seite der elastischen Dichtung 84 und der Membran 52 ein membranseitiger Abschnitt 86 des Kanals 80 gebildet, der eine ungestörte Wölbung der Membran 52 in Richtung auf die elastische Dichtung 84 erlaubt.
• Die Passung zwischen der topfförmigen Ausnehmung 74 und der zylindrischen, elastischen Dichtung 84, die Dimensionen und das Material der elastischen Dichtung sind dabei so gewählt, daß eine erfindungsgemäße Absperrfunktion erreicht wird.
• Zur Unterstützung der Funktion des Membran-Drucksensors 42 bei intakter Membran 52 ist die Passung derart ausgebildet, daß ein Druckausgleich zwischen membranseitigem Abschnitt 86 und der Kammer 44 erfolgen kann, wenn die Differenz zwischen dem Druck in 86 dem membranseitigen Abschnitt 86 des Kanals 80 und der Kammer 44 einen unteren Schwellwert unterschreitet. Dazu ist der Außendurchmesser der elastischen Dichtung 84 im nicht an den Boden 78 der topfförmigen Ausnehmung 74 angepreßten Zustand um etwa 0,2 mm kleiner als der Innendurchmesser der topfförmigen Ausnehmung 74, so daß ein in den Figuren nicht dargestellter, sehr schmaler Spalt zwischen der elastischen Dichtung 84 und der Wand der topfförmigen Ausnehmung 74 gebildet ist. Hierdurch kann bei einem langsamen Druckanstieg, bei dem zu einem gegebenen Zeitpunkt nur eine geringe Druckdifferenz zwischen dem membranseitigen Abschnitt 86 des Kanals 80 und der Kammer 44 auftritt, ein Druckausgleich zwischen dem membranseitigen Abschnitt 86 des Kanals 80 und der als Referenzdruckkammer wirkenden Kammer 44 erfolgen, so daß eine genaue Messung des Drucks möglich ist.
• Bei einem Bersten der Membran 52 entsteht dagegen plötzlich eine hohe Druckdifferenz zwischen dem membranseitigen Abschnitt 86 des Kanals 80 und der Kammer 44. Um ein Absperren des Kanals 80 durch diesen dem Bersten folgenden Druckanstieg zu erreichen, sind die topfförmige Ausnehmung 74 und die elastische Dichtung 84 so ausgebildet, daß bei einer großen, einen oberen Schwellwert übersteigenden Druckdifferenz zwischen dem membranseitigen Abschnitt 86 des Kanals 80 und der Kammer 44 die elastische Dichtung 84 in die topfförmige Ausnehmung 74 gepreßt wird und damit den membranseitigen Abschnitt 86 des Kanals 80 gegen die Kammer 44 druckdicht abschließt. Diese Abdichtung bei Überschreiten des oberen Schwellwerts wird insbesondere durch das oben beschriebene Durchmesserverhältnis von elastischer Dichtung 84 und topfförmiger Ausnehmung 74 bei gegebenem Elastizitätsmodul der elastischen Dichtung 84 erreicht. Hierdurch können auch bei großen Druckdifferenzen zwischen den beiden Seiten der elastischen Dichtung 84 oberhalb des oberen Schwellwerts nur kleine Verzerrungen der elastischen Dichtung 84 im Bereich der Bohrung 76 auftreten, so daß diese weitgehend an dem Boden 78 der topfförmigen Ausnehmung 74 anliegt und den Kanal 80 abdichtet.
• Damit wird der von der Kammer 44 mit der elektrischen Schaltung 46 und der Gehäusekappe 20 gebildete zu schützende Bereich 44 bei einem plötzlichen Druckanstieg, der eine Druckdifferenz zwischen dem membranseitigen Abschnitt 86 des Kanals 80 und der Kammer 44 oberhalb des oberen Schwellwerts mit sich bringt, zuverlässig geschützt. Insbesondere können auch keine durch die geborstene Membran 52 eindringenden Prozeßmedien bis in die Kammer 44 gelangen. Bezugszeichenliste 10 Drucksensoreinheit
  12 Öffnung
  14 Anlagenwand
  16 Druckgehäuse
  18 Sensoraufnahme
  20 Gehäusekappe
  22 Rohrbereich
  24 Außengewinde
  26 Innengewinde
  28 Flansch
  30 O-Ring
  32 Ausnehmung
  34 Außengewinde
  36 Vorsprung
  38 Innengewinde
  40 O-Ring
  42 Membran-Drucksensor
  44 Kammer
  46 elektrische Schaltung
  48 Kabel
  50 Grundkörper
  52 Membran
  54 Dehnwiderstandsschicht
  56 Anschlußkontakt
  58 Außengewinde
  60a, 60b Mitnahmebohrungen
  62 Kragen
  64a-64d Nasen
  66 ringförmige Ausnehmung
  68a-68d Kabelkanäle
  70a-70d Leitungen
  72 kreisförmige Ausnehmung
  74 topfförmige Ausnehmung
  76 Bohrung
  78 Boden
  80 Kanal
  82 Steg
  84 elastische Dichtung
  86 membranseitiger Abschnitt
  

Claims (12)

1. Drucksensoreinheit (10), insbesondere zum Einsatz in verfahrenstechnischen Anlagen, mit
einem Membran-Drucksensor (42) und
einem Gehäuse (16, 18, 20), an dem der Membran-Drucksensor (42) angeordnet ist und das einen Kanal (80) aufweist, der sich zu der nicht dem zu messenden Druck ausgesetzten Seite der Membran (52) öffnet und zu einem Bereich (44) in dem Gehäuse (16, 18, 20) führt, der gegen einen starken Druckanstieg und/oder mit einem starken Druckanstieg eindringende Stoffe zu schützen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Absperreinrichtung (74, 84) vorgesehen ist, um den Kanal (80) zwischen der Membran (52) und dem zu schützenden Bereich (44) zu verschließen, wenn eine Druckdifferenz zwischen dem Druck in einem membranseitigen Abschnitt (86) des Kanals (80) zwischen Membran (52) und Absperreinrichtung (74, 84) und dem Druck in dem zu schützenden Bereich (44) einen oberen Schwellwert übersteigt.

2. Drucksensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu schützende Bereich durch eine Kammer (44) gebildet ist, in der eine elektrische Schaltung (46) angeordnet ist.

3. Drucksensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den membranseitigen Abschnitt (86) des Kanals (80) umgebende Gehäuseabschnitt berstsicher ausgebildet ist.

4. Drucksensoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung (74, 84) so ausgebildet ist, daß über den Kanal (80) ein Druckausgleich zwischen dem membranseitigen Abschnitt (86) des Kanals (80) und dem zu schützenden Bereich (44) erfolgt, wenn die Druckdifferenz einen unteren Schwellwert unterschreitet.

5. Drucksensoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung (74, 84) durch einen entlang der Kanalwand umlaufenden Vorsprung (78) und eine zwischen der Membran (52) und dem Vorsprung (78) angeordneten Dichtung (84) gebildet ist, die, wenn die Druckdifferenz den oberen Schwellwert überschreitet, so an den Vorsprung (78) angepreßt wird, daß der Kanal (80) im wesentlichen gasdicht verschlossen wird.

6. Drucksensoreinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (78) breiter als der Innendurchmesser des Kanals (80) auf Höhe des Vorsprungs (58) ausgebildet ist.

7. Drucksensoreinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (84) aus einem elastischen Material gebildet ist.

8. Drucksensoreinheit nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (84), wenn die Druckdifferenz den unteren Schwellwert unterschreitet, nicht oder nur so an dem Vorsprung (78) anliegt, daß ein Druckausgleich zwischen beiden Seiten der Dichtung (84) möglich ist.

9. Drucksensoreinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein wenigstens teilweise an der Dichtung (84) anliegender Bereich des Vorsprungs (78) und/oder der Kanalwand und/oder eine an dem Vorsprung (78) oder Kanalwand anliegende Fläche der Dichtung (84) mindestens eine Ausnehmung aufweist, die einen Druckausgleich zwischen dem membranseitigen Abschnitt (86) des Kanals (80) und dem geschützten Bereich (44) begünstigt, wenn die Druckdifferenz den unteren Schwellwert unterschreitet.

10. Drucksensoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperreinrichtung (74, 84) durch eine zwischen der Membran (52) und einem entlang der Kanalwand umlaufenden Vorsprung (78) angeordneten, elastischen Dichtung mit einem Dichtungskanal gebildet ist, um den membranseitigen Bereich des Kanals und den geschützten Bereich gasdurchlässig zu verbinden, wenn die Druckdifferenz den unteren Schwellwert unterschreitet, und um den Kanal im wesentlichen gasdicht zu verschließen, wenn die Druckdifferenz den oberen Schwellwert überschreitet.

11. Drucksensoreinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Dichtung (84) aus einem Fluorelastomer gebildet ist.

12. Drucksensoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16, 18, 20) zum Einschrauben in ein Innengewinde (38) ausgebildet ist.