DE102005018685A1

DE102005018685A1 - Hydraulischer Druckmittler

Info

Publication number: DE102005018685A1
Application number: DE200510018685
Authority: DE
Inventors: Dietmar Leuthner; Raimund Becher
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2025-04-22
Also published as: DE102005018685B4

Abstract

Ein Druckmittler umfasst einen Druckmittlerkörper 1; einen hydraulischen Pfad 2, der sich von einem Druckeingang in einer Oberfläche des Druckmittlerkörpers mindestens durch den Druckmittlerkörper bis zu einem Druckausgang erstreckt, an dem ein Druckempfänger angeschlossen oder anschließbar ist, wobei das Volumen des hydraulischen Pfads zur Druckübertragung mit einer Übertragungsflüssigkeit befüllt oder befüllbar ist; einen flexiblen Verformungskörper, der den Druckeingang des hydraulischen Pfads abschließt; eine Befüllungsöffnung in einem Oberflächenabschnitt 10 des Druckmittlerkörpers oder eines ggf. vorgesehenen Übertragungskörpers, welche mit dem hydraulischen Pfad 2 über einen Befüllkanal 3 kommuniziert; und ein Verschlusselement 4, wobei die Befüllungsöffnung mit einem Verschlusselement druckdicht verschließbar bzw. verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Befüllkanal eine erste Dichtfläche 5 aufweist, die dem Oberflächenabschnitt 10 des Druckmittlerkörpers bzw. des Übertragungskörpers abgewandt ist, und das Verschlusselement eine zweite Dichtfläche 6 aufweist, die zum Verschließen des Befüllkanals an der ersten Dichtfläche anliegt, wobei die zweite Dichtfläche dem Oberflächenabschnitt 10 zugewandt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Druckmittler sowie einen Verschluss dafür. Aus dem Stand der Technik sind Druckmittler bekannt, mit einem Druckmittlerkörper und einem flexiblen Verformungskörper, der einen Druckeingang eines hydraulischen Pfades an einer Oberfläche des Druckmittlerkörpers abschließt, wobei sich der hydraulische Pfad mindestens durch den Druckmittlerkörper bis zu einem Druckausgang erstreckt, an dem ein Druckempfänger, beispielsweise eine Druckmesszelle oder ein zweiter Verformungskörper angeschlossen oder anschließbar ist.

Der erste und der zweite Verformungskörper können beispielsweise ebene Trennmembranen oder verformbare Rohrmembranen umfassen. Der hydraulische Pfad kann Kapillarleitungen, sowie Kanäle, Kammern, oder Bohrungen umfassen, die in dem Druckmittlerkörper oder ggf. einem oder mehreren weiteren Übertragungskörpern ausgebildet sind. Das Volumen des hydraulischen Pfads ist zur Druckübertragung mit einer Übertragungsflüssigkeit befüllt. Bei Geräten nach dem Stand der Technik kommuniziert der hydraulische Pfad über einen Befüllkanal mit einer Befüllungsöffnung in einem Oberflächenabschnitt des Druckmittlerkörpers oder eines ggf. vorgesehenen Übertragungskörpers, wobei die Befüllungsöffnung mit einem Verschlusselement druckdicht verschließbar bzw. verschlossen ist, welches nach dem Befüllen von außen, d.h. aus der Richtung des Oberflächenabschnitts in die Befüllöffnung eingebracht bzw. einbringbar ist, um die Befüllöffnung druckdicht zu verschließen. Wenngleich diese Lösung generell funktioniert, ist sie für die Befüllung des hydraulischen Pfades unter schwer zugänglichen Bedingungen, beispielsweise bei erhöhten Temperaturen nicht geeignet, da die mechanische Handhabung eines derartigen Verschlusselementes unter solchen Bedingungen beeinträchtigt sein kann.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckmittler bereitzustellen, der die Nachteile des beschriebenen Stands der Technik überwindet. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Druckmittler gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Der erfindungsgemäße Druckmittler umfasst einem Druckmittlerkörper; einen hydraulischen Pfad, der sich von einem Druckeingang in einer Oberfläche des Druckmittlerkörpers mindestens durch den Druckmittlerkörper bis zu einem Druckausgang erstreckt, an dem ein Druckempfänger angeschlossen oder anschließbar ist, wobei das Volumen des hydraulischen Pfads zur Druckübertragung mit einer Übertragungsflüssigkeit befüllt ist; einem flexiblen Verformungskörper, der den Druckeingang des hydraulischen Pfades abschließt; eine Befüllungsöffnung in einem Oberflächenabschnitt des Druckmittlerkörpers oder eines ggf. vorgesehenen Übertragungskörpers, welche mit dem hydraulischen Pfad kommuniziert; und ein Verschlusselement, wobei die Befüllungsöffnung mit einem Verschlusselement druckdicht verschließbar bzw. verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet dass die Befüllöffnung eine erste Dichtfläche aufweist, die dem Oberflächenabschnitt des Druckmittlerkörpers bzw. des Übertragungskörpers abgewandt ist, und das Verschlusselement eine zweite Dichtfläche aufweist, die zum Verschließen der Befüllöffnung an der ersten Dichtfläche anliegt, wobei die zweite Dichtfläche dem Oberflächenabschnitt zugewandt ist. Die erste Dichtfläche ist dann dem Oberflächenoberabschnitt abgewandt, wenn die Projektionen der Oberflächennormalenvektoren der Dichtfläche auf die Achse der von der Dichtfläche umgebenen Öffnung von dem Oberflächenabschnitts weg zeigt. Dementsprechend ist die zweite Dichtfläche dann dem Oberflächenoberabschnitt zugewandt, wenn die Projektionen der Oberflächennormalenvektoren der Dichtfläche auf die Achse der von der Dichtfläche umgebenen Öffnung in Richtung des Oberflächenabschnitts zeigt.

Gemäß einer anderen Definition umfasst der erfindungsgemäße Druckmittler einen Druckmittlerkörper; einen hydraulischen Pfad, der sich von einem Druckeingang in einer Oberfläche des Druckmittlerkörpers mindestens durch den Druckmittlerkörper bis zu einem Druckausgang erstreckt, an dem ein Druckempfänger angeschlossen oder anschließbar ist, wobei das Volumen des hydraulischen Pfads zur Druckübertragung mit einer Übertragungsflüssigkeit befüllt ist; einem flexiblen Verformungskörper, der den Druckeingang des hydraulischen Pfades abschließt; eine Befüllungsöffnung in einem Oberflächenabschnitt des Druckmittlerkörpers oder eines ggf. vorgesehenen Übertragungskörpers, welche mit dem hydraulischen Pfad über einen Befüllkanal kommuniziert; und ein Verschlusselement, welches in dem Befüllkanal angeordnet ist, wobei die Befüllungsöffnung mit dem Verschlusselement druckdicht verschließbar bzw. verschlossen ist, wobei ferner in dem Befüllkanal eine erste Dichtfläche zwischen dem Verschlusselement und dem Oberfächenabschnitt vorgesehen ist, das Verschlusselement eine zweite Dichtfläche aufweist und der Befüllkanal dicht verschlossen bzw. verschließbar ist, indem die zweite Dichtfläche an der ersten Dichtfläche anliegt, so dass die erste Dichtfläche zugleich als Sicherungsfläche für das Verschlusselement dient, mit welcher das Verschlusselement in dem Befüllkanal gehalten wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Druckmittler ein elastisches Element, beispielsweise eine Stahlfeder, mit welcher das Verschlusselement gegen die erste Dichtfläche vorgespannt ist.

Die genaue Gestalt der Dichtflächen kann im Rahmen der vorangegangenen Definitionen variiert werden. Beispielsweise kann die zweite Dichtfläche an einer Stirnfläche des Füllkörpers ausgebildet sein. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verschlusselement einen kegelstumpfförmigen Abschnitt, dessen Mantelfläche als zweite Dichtfläche dient. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verschlusselement eine Kugel, deren Oberfläche zumindest abschnittsweise als zweite Dichtfläche dient.

Die erste Dichtfläche ist jeweils komplementär zur zweiten Dichtfläche gestaltet, so dass einerseits eine hinreichende Dichtwirkung erzielt wird und andererseits das Verschlusselement sicher in dem Befüllungskanal gehalten wird.

Das Verschlusselement kann weiterhin Sicherungsmittel aufweisen, mit denen es gesichert werden kann, wenn es mit seiner zweiten Dichtfläche an der ersten Dichtfläche anliegt. Die Sicherungsmittel können beispielsweise ein Gewinde auf einer Mantelfläche des Verschlusselements umfassen, welches in ein komplementäres Gewinde in dem Befüllkanal eingreift. In einer anderen Ausgestaltung können die Sicherungsmittel einen Vorsprung umfassen, der sich durch eine Lücke im Zentrum der ringförmig ausgebildeten ersten Dichtfläche in Richtung des Oberflächenabschnitts erstreckt, wobei der Vorsprung an dem Druckmittlerkörper bzw. Übertragungskörper befestigt ist. Die Befestigung kann beispielsweise durch Verschweißen oder Verlöten erfolgen. Weiterhin können beliebige andere Verschlusselemente, beispielsweise kugelförmige Verschlusselemente entlang des Innenrandes der ringförmigen ersten Dichtfläche mit dem Druckmittlerkörper verschweißt oder verlötet werden.

Soweit das Verschlusselement mit einem elastischen Element vorgespannt ist, kann es mit einem geeigneten Werkzeug, welches beispielsweise durch die Befüllöffnung einführbar ist, so weit gegen die Kraft des elastischen Elementes in den Befüllkanal hinein gedrückt werden, dass die Befüllung an dem elastischen Element vorbei erfolgen kann.

Hinsichtlich anderer Einzelheiten von Druckmittlern, sind sämtliche dem Fachmann geläufigen Ausgestaltungen zur Realisierung der Erfindung möglich. Beispielsweise können die Verformungskörper gewellte oder nicht gewellte ebene Trennmembranen oder Rohrmembranen umfassen. Der hydraulische Pfad kann Kapillarleitungen, sowie Kanäle, Kammern, oder Bohrungen umfassen, die in dem Druckmittlerkörper oder ggf. einem oder mehreren weiteren Übertragungskörpern ausgebildet sind.

Die Erfindung wird nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:
1: einen Längsschnitt durch die Befüllvorrichtung eines ersten erfindungsgemäßen Druckmittlers; und
2: einen Längsschnitt durch die Befüllvorrichtung eines zweiten erfindungsgemäßen Druckmittlers.
Der in 1 dargestellte Abschnitt eines Druckmittlerkörpers 1 umfasst einen hydraulischen Pfad 2, der sich zwischen einer (hier nicht dargestellten) Trennmembran, und einer Druckmesszelle bzw. einem Druckausgang erstreckt, welcher beispielsweise eine weitere Trennmembran umfassen kann.
Der hydraulische Pfad 2 schneidet einen Befüllkanal 3, über den der hydraulische Pfad mit einer Übertragungsflüssigkeit befüllt bzw. befüllbar ist. In dem Befüllkanal ist ein Verschlusselement 4 angeordnet, welches an eine erste Dichtfläche 5 des in einem Endabschnitt des Befüllkanals 3 mit einer zweiten Dichtfläche 6 anliegt. Die zum Dichten erforderliche Flächenpressung zwischen der ersten und der zweiten Dichtfläche wird mittels einer elastischen Vorspannung des Verschlusselements gewährleistet. Hierzu ist eine Stahlfeder 7 vorgesehen, die zwischen einer axialen Anschlagfläche am Verschlusselement und einem rückseitigen Stützkörper 9 eingespannt ist. Der Stützkörper dient zweckmäßig zugleich als Dichtstopfen mit dem eine rückseitige Öffnung des Befüllkanals verschlossen ist. Der Dichtstopfen ist mit dem Druckmittlerkörper 1 verschweißt.
Im Einzelnen weist das Verschlusselement 4 die folgende Form auf. Es hat einen zylindrischen Schaft 8 dessen Durchmesser geringer ist als der Durchmesser des Befüllkanals 3. Somit kann die Übertragungsflüssigkeit an dem Schaft beim Befüllen vorbeifließen. Gleichermaßen wird die Druckübertragung über den hydraulischen Pfad 2 durch den Schaft 8 nicht beeinträchtigt. An den Schaft 8 schließt ein kegelstumpfförmiger Dichtkopf, an dessen Mantelfläche 6 als zweite Dichtfläche dient. Die erste Dichtfläche 5 ist entsprechend als kegelstumpfförmige Innenwand ausgebildet, an welcher die Mantelfläche dichtend anliegt. In einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung beträgt der Öffnungswinkel, gemessen zwischen der Längsachse des Verschlusselements und der Mantelfläche des kegelstumpfförmigen Dichtkopfes weniger als 30°. Der Öffnungswinkel des Kegels ist vorzugsweise so gering gewählt, dass die vorgegebene Federkraft ausreicht, um die erforderliche Flächenpressung für einen dichtenden Verschluss zu gewährleisten. An dem von dem Schaft 8 abgewandten Ende des Kegelstumpfes kann ggf. ein Vorsprung, beispielsweise in Form eines Kragrands anschließen, der sich durch die zentrale Öffnung der ringförmigen ersten Dichtfläche zu einem Oberflächenabschnitt 10 des Druckmittlerkörpers erstreckt. Der Vorsprung kann mit dem Druckmittlerkörper 1 im Bereich des Oberflächenabschnitts verschweißt werden, um die Befüllöffnung permanent zu verschließen.
Um den unverschweißten Verschluss zum Befüllen des Druckmittlers zu öffnen, kann ein geeignetes Werkzeug, beispielsweise ein Dorn oder ein Schraubendreher, das Verschlusselement an den Befüllkanal hinein zu bewegen, wodurch die Dichtflächen für die Befüllung voneinander getrennt werden.
Der Oberflächenabschnitt 10 weist vorzugsweise eine Dichtfläche auf, die mit einer geeigneten Gegenfläche an einer Abfüllvorrichtung einen dichten Anschluss der Abfüllvorrichtung an den Druckmittler ermöglicht, so dass die Befüllung des Druckmittlers ohne kontaminierende Substanzen aus der Umgebungsluft erfolgen kann.
Das Ausführungsbeispiel in 2 hat prinzipiell den gleichen Aufbau wie das zuvor beschriebene Beispiel. In einem Druckmittlerkörper 11 ist ein hydraulischer Pfad 12 mittels einer durchgehenden Bohrung realisiert. Der hydraulische Pfad 12 schneidet einen senkrecht zu ihm verlaufenden Befüllkanal 13, welcher mit einem kugelförmigen Verschlusselement druckdicht verschlossen ist. Das Verschlusselement ist hierzu mit einer Feder 17 elastisch vorgespannt, die sich auf einem Stützkörper 19 abstützt, welcher zugleich eine rückseitige Öffnung des Befüllkanals 13 verschließt, und mit dem Druckmittlerkörper verschweißt ist. Das Verschlusselement wird mittels der Federkraft gegen eine Dichtfläche 15 in der Wand des Befüllkanals 13 gedrückt, wobei die Dichtfläche 15 die beispielsweise die Form eines ringförmigen Kugelschalensegments aufweist. Zur Befüllung kann das Verschlusselement mit einem Stößel gegen die Federkraft verschoben werden. Im Innern der Feder 17 kann ein Füllkörper 20 angeordnet sein, der das Volumen des Befüllkanals 13 begrenzt. Der Füllkörper 20 dient zugleich als Anschlag für das Verschlusselement 14, wenn das Verschlusselement zur Befüllung mit dem Stößel verschoben wird. Der Füllkörper 20 kann einstückig mit dem Stützkörper 19 ausgebildet sein. Zum Schutz des Verschlusselements vor versehentlichen Zugriffen, ist die erste Dichtfläche 15 vorzugsweise um mindestens den doppelten Durchmesser des Verschlusselements von der Mantelfläche 21 des Druckmittlerkörpers in der Umgebung des Befüllkanals zurückgesetzt. In dem Kanalabschnitt zwischen der Mantelfläche 21 und der ersten Dichtfläche 15 kann weiterhin zumindest ein Abschnitt der Mantelfläche des Befüllkanals ein Gewinde aufweisen, in welches eine Verschlussschraube 18 eingeschraubt ist, welche die Dichtung zwischen dem Verschlusselement und dem Befüllkanal vor Verschmutzung und unbeabsichtigtem Zugriff schützt.

Claims

Druckmittler, umfassend einen Druckmittlerkörper; einen hydraulischen Pfad, der sich von einem Druckeingang in einer Oberfläche des Druckmittlerkörpers mindestens durch den Druckmittlerkörper bis zu einem Druckausgang erstreckt, an dem ein Druckempfänger angeschlossen oder anschließbar ist, wobei das Volumen des hydraulischen Pfads zur Druckübertragung mit einer Übertragungsflüssigkeit befüllt oder befüllbar ist; einen flexiblen Verformungskörper, der den Druckeingang des hydraulischen Pfades abschließt; eine Befüllungsöffnung in einem Oberflächenabschnitt des Druckmittlerkörpers oder eines ggf. vorgesehenen Übertragungskörpers, welche mit dem hydraulischen Pfad über einen Befüllkanal kommuniziert; und ein Verschlusselement, wobei die Befüllungsöffnung mit einem Verschlusselement druckdicht verschließbar bzw. verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet dass der Befüllkanal eine erste Dichtfläche aufweist, die dem Oberflächenabschnitt des Druckmittlerkörpers bzw. des Übertragungskörpers abgewandt ist, und das Verschlusselement eine zweite Dichtfläche aufweist, die zum Verschließen des Befüllkanals an der ersten Dichtfläche anliegt, wobei die zweite Dichtfläche dem Oberflächenabschnitt zugewandt ist.
Druckmittler, insbesondere nach Anspruch 1, umfassend: einen Druckmittlerkörper; einen hydraulischen Pfad, der sich von einem Druckeingang in einer Oberfläche des Druckmittlerkörpers mindestens durch den Druckmittlerkörper bis zu einem Druckausgang erstreckt, an dem ein Druckempfänger angeschlossen oder anschließbar ist, wobei das Volumen des hydraulischen Pfads zur Druckübertragung mit einer Übertragungsflüssigkeit befüllt ist; einen flexiblen Verformungskörper, der den Druckeingang des hydraulischen Pfades abschließt; eine Befüllungsöffnung in einem Oberflächenabschnitt des Druckmittlerkörpers oder eines ggf. vorgesehenen Übertragungskörpers, welche mit dem hydraulischen Pfad über einen Befüllkanal kommuniziert; und ein Verschlusselement, welches in dem Befüllkanal angeordnet ist, wobei die Befüllungsöffnung mit dem Verschlusselement druckdicht verschließbar bzw. verschlossen ist, wobei ferner in dem Befüllkanal eine erste Dichtfläche zwischen dem Verschlusselement und dem Oberflächenabschnitt vorgesehen ist, das Verschlusselement eine zweite Dichtfläche aufweist und der Befüllkanal dicht verschlossen bzw. verschließbar ist, indem die zweite Dichtfläche an der ersten Dichtfläche anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dichtfläche zugleich als Sicherungsfläche für das Verschlusselement dient, mit welcher das Verschlusselement in dem Befüllkanal gehalten wird.
Druckmittler nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend ein elastisches Element, insbesondere eine Stahlfeder, mit welcher das Verschlusselement gegen die erste Dichtfläche vorgespannt ist.
Druckmittler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verschlusselement einen kegelstumpfförmigen Abschnitt umfasst, dessen Mantelfläche als zweite Dichtfläche dient.
Druckmittler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verschlusselement einen zumindest kugelförmigen Abschnitt umfasst, dessen Oberfläche zumindest abschnittsweise als zweite Dichtfläche dient.
Druckmittler nach Anspruch 5, wobei das Verschlusselement eine Kugel umfasst.
Druckmittler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verschlusselement ein Gewinde auf einer Mantelfläche des Verschlusselements umfasst, welches in ein komplementäres Gewinde in dem Befüllkanal eingreift.
Druckmittler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verschlusselement einen Vorsprung umfasst, der sich durch eine Lücke im Zentrum einer ringförmig ausgebildeten ersten Dichtfläche in Richtung des Oberflächenabschnitts erstreckt, wobei der Vorsprung an dem Druckmittlerkörper bzw. Übertragungskörper befestigt, insbesondere verschweißt ist.