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Die
Erfindung betrifft einen Drucksensor zur statischen und/oder dynamischen
Druckmessung eines flüssigen,
fließfähigen oder
gasförmigen
Mediums, mit einem Gehäuse
und mit einer Druckmeßzelle,
wobei auf der dem Medium zugewandten Seite eine Öffnung ausgebildet ist, durch
die eine Seite der Druckmeßzelle
direkt oder indirekt mit dem zu überwachenden
Medium in Berührung
steht, und wobei die Druckmeßzelle
den zu überwachenden
Druck mittels eines elektromechanischen Wandlers in ein proportionales
Meßsignal
umwandelt.
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Drucksensoren
werden zur Überwachung und
Messung des Systemdrucks in hydraulischen und pneumatischen Applikationen
eingesetzt. Einsatzbereiche solcher Drucksensoren sind beispielsweise
die Hydrauliküberwachung
bei Werkzeugmaschinen, die Kunststoffindustrie oder die Lebensmittelindustrie,
in der der Druck verschiedener Medien, d. h. verschiedener Flüssigkeiten
oder Gase überwacht
oder gemessen wird. Dabei gibt es je nach Anwendungsgebiet eine
Vielzahl unterschiedlicher Ausführungsvarianten,
wobei sich der Aufbau und die Auslegung der Drucksensoren in Abhängigkeit
des erwarteten maximalen Nenndrucks des zu überwachenden Mediums unterscheiden.
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Bekannte
Drucksensoren weisen üblicherweise
eine zylindrische Druckmeßzelle
auf, die aus einem Grundkörper
und einer Membran besteht, die durch ein Verbindungsmaterial, z.
B. ein Hartlot, in einem definierten Abstand voneinander gehalten
und miteinander hermetisch dicht verbunden sind. Neben Drucksensoren,
bei denen der Grundkörper
und die Membran zwei an sich separate Bauteile sind, gibt es auch
Drucksensoren, die eine monolithische Druckmeßzelle aufweisen, bei denen
also der Grundkörper und
die Membran einstückig
ausgeführt
sind. Darüber
hinaus weisen Drucksensoren, die häufig auch als Fluidsensoren
bezeichnet werden, in der Regel eine Elektronikeinheit auf, in der
die von der Druckmeßzelle
gelieferten Meßwerte
umgewandelt und ggf. aufbereitet bzw. ausgewertet werden. Außerdem weisen
Drucksensoren noch eine elektrische Anschlußmöglichkeit zur Versorgung des
Drucksensors mit der benötigten
Energie und als Meßsignal-
oder Schaltausgang auf.
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Unabhängig von
der konkreten Ausgestaltung der Druckmeßzelle gilt, daß die Seite
der Membran, die mit dem zu überwachenden
Medium in Berührung
steht, im Betrieb eine dem Druck des Mediums proportionale Auslenkung
erfährt,
die mittels eines auf der anderen Seite der Membran angeordneten
elektromechanischen Wandlers erfaßbar ist.
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Bei
einer ersten Art von Drucksensoren wird als Meßprinzip das kapazitive Meßprinzip
verwendet (vergleiche z.B.
DE
44 16 978 C2 oder
DE
196 28 551 A1 ). Die mit Elektroden beschichteten Innenflächen der
Membran und des Grundkörpers
bilden einen Meßkondensator,
dessen Kapazität
von der Durchbiegung der Membran abhängt und somit ein Maß für den an
der Membran anliegenden Druck ist. In der Praxis werden meist Druckmeßzellen
aus Keramik eingesetzt, da keramische Druckmeßzellen eine hohe Meßgenauigkeit
aufweisen, die über
sehr lange Zeit stabil bleibt. Auf der dem Medium abgewandten Seite
weist die Druckmeßzelle
eine elektronische Schaltung auf, die die Kapazität des Meßkondensators
in ein druckabhängiges
elektrisches Signal umwandelt und über elektrische Anschlußleitungen einer
weiteren Verarbeitung oder einer Anzeige zugänglich macht.
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Neben
diesen Drucksensoren, die ein kapazitives Meßprinzip aufweisen, bei denen
als elektromechanischer Wandler also zwei Elektroden verwendet werden,
gibt es auch Drucksensoren, die Dehnmeßstreifen (DMS) oder druckempfindliche
Widerstände
bzw. DMS-Widerstände
aufweisen (beispielsweise
DE
102 21 219 A1 ). Bei diesen Drucksensoren sind die DMS-Widerstände auf
der dem Medium abgewandten Seite der Membran aufgebracht, wobei der
Widerstandswert der DMS-Widerstände
von der Durchbiegung der Membran abhängt und somit ebenfalls ein
Maß für den an
der Membran anliegenden Druck ist.
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Bei
derartigen Drucksensoren bzw. Druckmeßzellen ist somit ein separater,
der Membran gegenüberliegender
Grundkörper
meßtechnisch
nicht erforderlich. Drucksensoren bzw. Druckmeßzellen mit DMS-Widerständen gibt
es daher auch in monolithischer Ausführungsform, bei der der Grundkörper und
die Membran einstückig
ausgeführt
sind. Dabei befindet sich dann die Membran in der Regel auf der dem
Medium abgewandten Seite des Grundkörpers, der im Bereich der Membran
eine sacklochartige Bohrung aufweist. Der Grund körper hat somit eine topfförmige Gestalt,
wobei der Boden des Topfes von der Membran gebildet wird und die
offene Seite des Topfes dem Medium zugewandt ist. Daneben ist es jedoch
auch möglich,
daß sich
die Membran auf der dem Medium zugewandten Seite des Grundkörpers befindet.
Als Druckmeßzelle
wird dabei entweder ebenfalls eine Keramikmeßzelle oder eine Stahlmeßzelle,
insbesondere eine Edelstahlmeßzelle
eingesetzt.
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Den
bekannten Drucksensoren ist unabhängig von der konkreten Ausgestaltung
und dem realisierten Meßprinzips
gemeinsam, daß die
Druckmeßzelle
derart im Gehäuse
angeordnet ist, daß sie
vollständig
von dem Gehäuse
oder von dem Gehäuse und
einem mit dem Gehäuse
verbundenen Prozeßanschluß umgeben
ist. Ein derartiger Prozeßanschluß dient
dabei dazu, den Drucksensor mit einem das zu überwachenden Medium beinhaltenden
Rohr oder Behälter
zu verbinden. Weist der Drucksensor keinen separaten Prozeßanschluß auf, so
ist das dem Rohr oder Behälter
zugewandte Ende des Gehäuses
selber als Prozeßanschluß ausgebildet, wozu
an dem Gehäuse
dann entweder ein Außengewinde
oder ein Innengewinde zum Anschluß an einen entsprechenden Anschlußstutzen
bzw. zum einschrauben in eine entsprechende Bohrung im Rohr oder
Behälter
vorgesehen ist.
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Die
Abmessungen, insbesondere der Durchmesser des Drucksensors hängt dabei
wesentlich vom Durchmesser der verwendeten Druckmeßzelle ab,
wobei der Außendurchmesser
des Drucksensors deutlich größer als
der Durchmesser der Druckmeßzelle
ist. Soll der Durchmesser des Drucksensors verringert werden, so
ist es somit zunächst
erforderlich, den Durchmesser der in der Regel zylindrischen Druckmeßzelle zu
verringern. Dies wird im Stand der Technik dadurch erreicht, daß anstelle
einer herkömmlichen
Druckmeßzelle
in Dickschichttechnik eine Druckmeßzelle in Dünnfilmtechnik verwendet wird,
d.h. eine Druckmeßzelle,
bei der der elektromagnetische Wandler, insbesondere die DMS-Widerstände nicht
in Dickschichttechnik sondern in Dünnfilmtechnik ausgebildet und
auf der Meßzelle
aufgebracht sind. Hierdurch kann zwar der Durchmesser der Druckmeßzelle deutlich
verringert werden, nachteilig ist jedoch, daß die Herstellungskosten für derartige
Druckmeßzellen
in Dünnfilmtechnik
deutlich höher
sind als die vergleichbarer Druckmeßzellen in Dickschichttechnik.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen eingangs beschriebenen
Drucksensor zur Verfügung
zu stellen, dessen Baugröße, insbesondere
dessen Durchmesser gegenüber
herkömmlichen
Drucksensoren verkleinert ist und somit platzsparend eingebaut und
möglichst
kostengünstig
hergestellt werden kann.
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Diese
Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Drucksensor dadurch gelöst, daß das Gehäuse auf
der Druckmeßzelle
aufsetzt und das Gehäuse
und die Druckmeßzelle
stirnseitig miteinander verbunden sind, so daß die Druckmeßzelle zumindest
teilweise Teil der äußeren Oberfläche des Drucksensors
ist, und somit nicht von dem Gehäuse umschlossen
wird. Im Unterschied zum Stand der Technik ist die Druckmeßzelle somit
nicht mehr von dem Gehäuse
umschlossen, sondern so zum Gehäuse
angeordnet, daß eine
erste, dem zu überwachenden
Medium abgewandte Stirnseite der Druckmeßzelle mit der zugeordneten
Stirnfläche
des Gehäuses
verbunden ist.
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Weist
der erfindungsgemäße Drucksensor zusätzlich zum
Gehäuse
auch einen Prozeßanschluß auf, so
ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Druckmeßzelle und
der Prozeßanschluß ebenfalls stirnseitig
miteinander verbunden sind. Dabei ist die Druckmeßzelle auf
dem Prozeßanschluß aufgesetzt, so
daß die
Druckmeßzelle
radial weder von dem Gehäuse
noch von dem Prozeßanschluß umschlossen ist.
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Erfindungsgemäß ist somit
erkannt worden, daß auf
die im Stand der Technik stets erfolgte Umkapselung der Druckmeßzelle durch
das Gehäuse bzw.
den Prozeßanschluß verzichtet
werden kann. Daraus ergibt sich, daß der maximale Außendurchmesser
des Drucksensors im wesentlichen dem Außendurchmesser der Druckmeßzelle entsprechen kann.
Im Ergebnis kann dadurch ein Drucksensor zur Verfügung gestellt
werden, dessen Außendurchmesser
dem eines herkömmlichen
Drucksensors mit einer Druckmeßzelle
in Dünnfilmtechnik
entspricht, der jedoch eine günstigere
Druckmeßzelle
in Dickschichttechnik aufweist. Alternativ dazu kann bei Verwendung
einer Druckmeßzelle
in Dünnfilmtechnik
ein Drucksensor realisiert werden, der einen deutlich geringeren
Außendurchmesser
als herkömmliche Drucksensoren
hat.
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Weist
der Drucksensor keinen zusätzlichen Prozeßanschluß auf, so
fungiert vorzugsweise die Druckmeßzelle auch als Prozeßanschluß. Dabei
ist dann an der Druckmeßzelle
ein entsprechender Anschlußbereich
zur sicheren und druckdichten Befestigung des Drucksensors in einer Öffnung oder
Bohrung eines Rohres bzw. Behälters
vorgesehen. Vorzugsweise ist zur Montage des Drucksensors an einem
korrespondierenden Anschlußstutzen
an der Druckmeßzelle
ein Anschlußgewinde
ausgebildet, wobei das Anschlußgewinde
sowohl als Außengewinde
als auch als Innengewinde ausgebildet sein kann. Die Verbindung
der Druckmeßzelle
an dem das zu überwachende
Medium führenden
Rohr oder Behälter
kann jedoch auch auf andere Art als durch Ein- oder Aufschrauben erfolgen. Beispielsweise
können am
Rohr oder am Behälter
entsprechende Schnapp-, Klemm- oder Spannvorrichtungen vorgesehen
sein, welche eine sichere und druckdichte Befestigung des Drucksensors
in einer Öffnung
des Rohres bzw. Behälters
gewährleisten.
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Zur
Erzielung einer ausreichend festen Verbindung zwischen der Druckmeßzelle und
dem Gehäuse
sind die Druckmeßzelle
und das Gehäuse
vorzugsweise aus Metall, wobei die Druckmeßzelle und das Gehäuse dann
mittels Schweißen,
insbesondere mittels Widerstandsschweißen, Elektronenschweißen oder
Laserschweißen
miteinander verbunden sind. Alternativ dazu erfolgt die Verbindung
zwischen der Druckmeßzelle
und dem Gehäuse
auch durch Löten,
Kleben, Pressen oder Schrauben. Dabei ist es selbstverständlich auch
möglich,
mehrere Verbindungsarten miteinander zu kombinieren, beispielsweise
können
die Druckmeßzelle
und das Gehäuse sowohl
miteinander verklebt als auch miteinander verpreßt werden.
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Die
Verbindung der Druckmeßzelle
mit dem Prozeßanschluß, welcher
in aller Regel aus Metall ist, erfolgt vorzugsweise ebenfalls mittels
Schweißen,
insbesondere mittels Widerstandsschweißen, Elektronenschweißen oder
Laserschweißen.
Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, daß die der Druckmeßzelle zugewandte
Stirnseite des Prozeßanschlusses
einen sogenannten Schweißbuckel
aufweist, wodurch das Verschweißen
von Druckmeßzelle
und Prozeßanschluß erleichtert
und die dadurch entstehende Verbindung noch stabiler wird.
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Zur
festen Verbindung des Drucksensors mit einem das zu überwachende
Medium führenden Rohr
oder einem das Medium enthaltenen Behälter sind an dem Drucksensor
mindestens zwei Schlüsselflächen ausgebildet.
Durch Ansetzen eines entsprechenden Werkzeuges an den Schlüsselflächen kann
dann der Drucksensor bzw. der Prozeßanschluß in einen Anschlußstutzen
bzw. in das Rohr oder den Behälter
eingeschraubt oder auf einen entsprechenden Anschlußstutzen
aufgeschraubt werden.
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Wie
im Stand der Technik üblich,
ist dabei gemäß einer
ersten Ausführungsvariante
des erfindungsgemäßen Drucksensors
am Prozeßanschluß ein entsprechender
Befestigungsabschnitt mit mindestens zwei Schlüsselflächen vorgesehen, wobei der
Befestigungsabschnitt vorzugsweise als Sechskant ausgebildet ist,
so daß der
Befestigungsabschnitt dann sechs Schlüsselflächen aufweist. Alternativ dazu
können
auch an der Druckmeßzelle
ein Befestigungsabschnitt mit mindestens zwei Schlüsselflächen vorgesehen
sein, wobei der Befestigungsabschnitt dann ebenfalls vorzugsweise
die Grundfläche
eines Sechskants hat. Gemäß einer
letzten Alternative ist der Befestigungsabschnitt am Gehäuse ausgebildet,
wozu dann das Gehäuse
mindestens zwei Schlüsselflächen aufweist.
Die beiden letzten Alternativen werden insbesondere – aber nicht
ausschließlich – dann gewählt, wenn
der Drucksensor keinen separaten Prozeßanschluß aufweist. In diesem Fall übernimmt
dann die Druckmeßzelle
gleichzeitig die Funktion des Prozeßanschlusses.
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Auch
wenn es grundsätzlich
ausreicht, wenn entweder am Prozeßanschluß, an der Druckmeßzelle oder
am Gehäuse
ein entsprechender Befestigungsabschnitt mit mindestens zwei Schlüsselflächen ausgebildet
ist, so ist natürlich
auch möglich, daß gleichzeitig
an zwei oder drei Bauteilen, d.h. beispielsweise am Prozeßanschluß und am
Gehäuse oder
am Prozeßanschluß und an
der Druckmeßzelle ein
entsprechender Befestigungsabschnitt vorgesehen ist.
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Die
Druckmeßzelle
des erfindungsgemäßen Drucksensors
kann – wie
eingangs beschrieben – als kapazitive
Druckmeßzelle,
insbesondere als kapazitive Keramikmeßzelle, ausgebildet sein. Vorzugsweise
ist jedoch vorgesehen, daß als
Druckmeßzelle eine
Stahlmeßzelle,
insbesondere eine Edelstahlmeßzelle
verwendet wird, welche in Dünnfilmtechnik oder
Dickschichttechnik ausgebildete Dehnmeßstreifen oder DMS-Widerstände aufweist.
Eine solche Stahlmeßzelle
ist dabei zumeist als monolithische Druckmeßzelle ausgebildet, bei der
der Grundkörper und
die Membran einstückig
ausgeführt
sind.
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Gemäß einer
letzten vorteilhaften Ausgestaltung, die hier noch kurz erwähnt werden
soll, ist ein Zierring vorgesehen, der die Druckmeßzelle zumindest
teilweise umgibt. Der Zierring kann dabei beispielsweise als Spannring
oder als Schrumpfschlauch ausgebildet sein und neben einem optischen
Effekt, beispielsweise der Aufbringung eines Firmenlogos, auch eine
zusätzliche
Dichtungsfunktion für
die Verbindungsstelle zwischen der Druckmeßzelle und dem Gehäuse oder
dem Prozeßanschluß aufweisen.
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Im
einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen Drucksensor auszugestalten
und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen auf die dem Patentanspruch
1 nachgeordneten Patentansprüche,
sowie auf die Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele in Verbindung mit
der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
eines Drucksensors gemäß dem Stand
der Technik, als Schnittdarstellung, als Seitenansicht und als Draufsicht,
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Drucksensors,
ebenfalls als Schnittdarstellung, als Seitenansicht und als Draufsicht,
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3 ein
weiteres, im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 entsprechendes Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Drucksensors,
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4 ein
grundsätzlich
zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Drucksensors,
wiederum als Schnittdarstellung, als Seitenansicht und als Draufsicht,
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Drucksensors,
als Schnittdarstellung, als Seitenansicht und als Draufsicht,
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6 ein
viertes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Drucksensors,
als Schnittdarstellung, als Seitenansicht und als Draufsicht,
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7 ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Drucksensors
ohne separaten Prozeßanschluß, als Schnittdarstellung,
als Seitenansicht und als Draufsicht,
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8 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Druckmeßzelle
für einen
erfindungsgemäßen Drucksensor,
als Schnittdarstellung, als Seitenansicht und als Draufsicht, und
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9 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Druckmeßzelle,
als Schnittdarstellung, als Seitenansicht und als Draufsicht.
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Die 1 bis 7 zeigen
verschiedene Drucksensoren 1, wobei in der 1 ein
Drucksensor 1 gemäß dem Stand
der Technik und in den 2 bis 7 verschiedene
Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen Drucksensors 1 dargestellt sind.
Der Drucksensor 1, sowohl gemäß dem Stand der Technik (1)
als auch gemäß der Erfindung (2 bis 7)
weist zunächst
ein Gehäuse 2 und eine
Druckmeßzelle 3 auf,
wobei auf der dem Medium zugewandten Seite eine Öffnung 4 ausgebildet ist,
durch die eine Seite 5 der Druckmeßzelle 3 mit dem zu überwachenden
Medium in Berührung
steht. In dem zylinderförmigen
Gehäuse 2 ist
dabei die Elektronik des Drucksensors 1 angeordnet.
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Mit
Ausnahme des Drucksensors 1 gemäß 7 ist darüber hinaus
noch ein Prozeßanschluß 6 vorgesehen, über den
der Drucksensor 1 mit einem das zu überwachende Medium führenden – hier nicht dargestellten – Rohr oder
Behälter
verbunden werden kann. Hierzu weist der Prozeßanschluß 6 ein Außengewinde 7 auf,
so daß der
Prozeßanschluß 6 in eine
Bohrung eines Behälters
oder einen Anschlußstutzen
eingeschraubt werden kann. Außerdem
weist der Prozeßanschluß 6 auch
ein Innengewinde 8 auf, so daß der Drucksensor 1 mit Hilfe
des Prozeßanschlusses 6 wahlweise
auch auf einen entsprechenden Anschlußstutzen aufgeschraubt werden
kann.
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Weist
der Drucksensor 1 neben dem Gehäuse 2 und der Druckmeßzelle 3 auch
einen Prozeßanschluß 6 auf,
so ist die zuvor genannte Öffnung 4, durch
die die eine Seite 5 der Druckmeßzelle 3 mit dem Medium
in Berührung
steht, im Prozeßanschluß 6 ausgebildet.
Alternativ dazu können
das Gehäuse 2 und
der Prozeßanschluß 6 auch
einteilig ausgebildet sein, so daß dann der dem zu überwachenden Medium
zugewandte Bereich des Gehäuses 2 als Prozeßanschluß ausgebildet
ist. In diesem Fall ist dann die Öffnung 4 entsprechend
im Gehäuse 2 ausgebildet.
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Schließlich weisen
die in den Figuren dargestellten Drucksensoren 1 noch eine
als Steckeranschluß 9 ausgebildete
elektrische Anschlußmöglichkeit
auf. Anstelle eines in den Figuren dargestellten Steckeranschlusses 9 kann
selbstverständlich
auch ein Buchsenanschluß oder
ein Kabelabgang vorgesehen sein. Der Steckeranschluß 9 kann
dabei entweder einstückig
mit dem Gehäuse 2 ausgebildet sein
oder mit diesem beispielsweise durch Schweißen, Pressen oder Bördeln verbunden
sein.
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Bei
dem in 1 dargestellten Drucksensor 1 gemäß dem Stand
der Technik ist die Druckmeßzelle 3 vollständig von
dem Gehäuse 2 und
dem mit dem Gehäuse 2 fest
verbundenen Prozeßanschluß 6 umgeben.
Dies führt
einerseits zu einer sicheren Kapselung der Druckmeßzelle 3,
andererseits jedoch auch dazu, daß der Außendurchmesser des Drucksensors 1 deutlich
größer als
der Außendurchmesser der
Druckmeßzelle 3 ist.
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Im
Unterschied dazu ist bei dem erfindungsgemäßen Drucksensor 1 gemäß den 2 bis 7 das
Gehäuse 2 auf
der Druckmeßzelle 3 aufgesetzt, wobei
das Gehäuse 2 und
die Druckmeßzelle 3 stirnseitig
miteinander verbunden sind, so daß die Druckmeßzelle 3 Teil
der äußeren Oberfläche des
Drucksensors 1 ist und somit nicht von dem Gehäuse 2 umschlossen
ist. Wie beispielsweise aus der 2a ersichtlich
ist, ist die zweite, dem zu überwachenden Medium
abgewandte Stirnseite 10 der Druckmeßzelle 3 mit der zugeordneten
Stirnfläche 11 des
Gehäuses 2 verbunden,
wobei die Verbindung vorzugsweise mittels Schweißen, insbesondere mittels Widerstandsschweißen erfolgt.
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Bei
den Ausführungsbeispielen
des erfindungsgemäßen Drucksensors 1 gemäß den 2 bis 6,
bei dem der Drucksensor 1 einen separaten Prozeßanschluß 6 aufweist,
sind auch die Druckmeßzelle 3 und
der Prozeßanschluß 6 stirnseitig
miteinander verbunden. Hierzu ist der Prozeßanschluß 6 auf der Druckmeßzelle 3 aufgesetzt,
so daß die Druckmeßzelle 3 radial
weder von dem Gehäuse 2 noch
von dem Prozeßanschluß 6 umschlossen
ist.
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Weisen
das Gehäuse 2,
die Druckmeßzelle 3 und
der Prozeßanschluß 6 in
etwa denselben Außendurchmesser
auf, so entspricht der Außendurchmesser
des Drucksensors 1 im wesentlichen dem Außendurchmesser
der Druckmeßzelle 3.
Im Ergebnis ist somit durch die erfindungsgemäße Anordnung der Druckmeßzelle 3 zwischen
dem Gehäuse 2 und
dem Prozeßanschluß 6,
entlang der gemeinsamen Mittelachse 12 des Gehäuses 2,
der Druckmeßzelle 3 und des
Prozeßanschlusses 6,
eine deutliche Reduzierung des Außendurchmessers des Drucksensors 1 im
Vergleich zum Stand der Technik möglich.
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Bei
dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Drucksensors 1 ist
die Druckmeßzelle 3 als
monolithische Stahlmeßzelle
ausgebildet, wobei die Verbindung zwischen der Druckmeßzelle 3 und
dem Prozeßanschluß 6 dadurch
erfolgt, die Druckmeßzelle 3 und der
metallische Prozeßanschluß 6 miteinander
verschweißt
werden. Hierzu ist auf der der Druckmeßzelle 3 zugewandten
Stirnseite des Prozeßanschlusses 6 ein
Schweißbuckel 13 ausgebildet.
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Zur
festen Verbindung des Drucksensors 1 mit einem das zu überwachende
Medium führenden Rohr
oder einem Behälter
sind an dem Drucksensor 1 mindestens zwei Schlüsselflächen 14 ausgebildet. Bei
dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 2 bis 4 sind
die Schlüsselflächen 14 – wie im
Stand der Technik gemäß 1 – am Prozeßanschluß 6 vorgesehen.
Hierzu weist der Prozeßanschluß 6 einen
Befestigungsabschnitt 15 auf, der die Grundfläche eines
Sechskants hat. Bei den beiden Ausführungsbeispielen gemäß den 2 und 3 weist dabei
der als Sechskant ausgebildete Befestigungsabschnitt 15 den
größten Außendurchmesser
des Drucksensors 1 auf. Zum Anziehen des Befestigungsabschnitts 15 kann
somit sowohl ein entsprechender Maulschlüssel als auch ein Steckschlüssel verwendet
werden, der von oben über
den Steckan schluß 9,
das Gehäuse 2 und
die Druckmeßzelle 3 auf
den als Sechskant ausgebildeten Befestigungsabschnitt 15 aufgesteckt
werden kann.
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Im
Unterschied dazu ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 der
Befestigungsabschnitt 15 zwar ebenfalls am Prozeßanschluß 6 realisiert,
hier hat der Prozeßanschluß 6 jedoch
einen etwas kleineren Außendurchmesser
als das Gehäuse 2 und
die Druckmeßzelle 3.
Wie insbesondere aus der Draufsicht gemäß der 4c ersichtlich
ist, ist somit der auch hier als Sechskant ausgebildete Befestigungsabschnitt 15 etwas
kleiner als der Außendurchmesser
der Druckmeßzelle 3,
so daß der
Befestigungsabschnitt 15 in der Draufsicht vollständig von
der Druckmeßzelle 3 verdeckt
ist. Bei dieser Ausführungsvariante
ist somit im Vergleich zu 2 nochmals
eine Reduzierung des maximalen Außendurchmessers des Drucksensors 1 möglich. Während bei
dem konkreten Ausführungsbeispiel
gemäß 2 die
Schlüsselweite
des Sechskants 19 mm beträgt,
beträgt
die Schlüsselweite
des Befestigungsabschnitts 15 gemäß 4 nur 15
mm.
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Die
Ausführungsbeispiele
gemäß den 2 und 3 unterscheiden
sich im wesentlichen dadurch, daß bei dem Drucksensor 1 gemäß 2 eine Druckmeßzelle 3 verwendet
wird, welche in Dickschichttechnik aufgebaut ist, d.h. herkömmliche
Dickschicht-DMS-Widerstände 16 aufweist.
Im Unterschied dazu ist die Druckmeßzelle 3 bei dem Drucksensor 1 gemäß 3 in
Dünnfilmtechnik
hergestellt, so daß die
Druckmeßzelle 3 einen
deutlich geringeren Außendurchmesser
aufweist. Dadurch kann dann ein Drucksensor 1 hergestellt
werden, bei dem der Befestigungsbereich 15 des Prozeßanschlusses 6 mit
einer Schlüsselweite
von 9 mm den maximalen Außendurchmesser
darstellt.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Drucksensor 1 gemäß 5 sind
die Schlüsselflächen 14 nicht mehr
am Prozeßanschluß 6 sondern
nunmehr am Gehäuse 2 ausgebildet.
Hierbei ist der obere Bereich des Gehäuses 2, d.h. der an
den Steckeranschluß 9 angrenzende
Bereich als ein erster Befestigungsabschnitt 15 ausgebildet,
welcher ebenfalls eine Grundfläche
aufweist, die der eines Sechskants entspricht. In diesem Befestigungsbereich 15 kann
somit ein Festschrauben des Drucksensors 1 wiederum mit Hilfe
eines Steckschlüssels,
der über
den Steckeranschluß 9 auf
den Befestigungsabschnitt 15 aufgesteckt wird, erfolgen.
Darüber
hinaus weist das Gehäuse 2 im
mittleren Bereich ei nen weiteren Befestigungsabschnitt 17 auf,
in dem zwei Schlüsselflächen 18 ausgebildet
sind. Die beiden Schlüsselflächen 18 dienen
dabei als Angriffsflächen
für einen
entsprechenden Maulschlüssel.
Anstelle der Ausbildung von zwei Befestigungsabschnitten 15 und 17 kann
selbstverständlich
auch nur einer der beiden Befestigungsabschnitte 15, 17 am
Gehäuse 2 realisiert
sein. Wie aus 5c ersichtlich ist,
entspricht der maximale Außendurchmesser
des Drucksensors 1 dem Außendurchmesser des Gehäuses 2 und
der Druckmeßzelle 3.
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Die 6 zeigt
schließlich
eine grundsätzlich
dritte Variante der Anordnung von mindestens zwei Schlüsselflächen 14 zur
Befestigung des Drucksensors 1 in einem Anschlußstutzen
oder einer Behälterbohrung,
wobei bei diesem Ausführungsbeispiel
die Schlüsselflächen 14 und
somit der Befestigungsbereich 15 an der Druckmeßzelle 3 ausgebildet
ist. Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen weist
auch hier der Befestigungsabschnitt 15 die Grundfläche eines
Sechskants auf. Da der Befestigungsabschnitt 15 an der
Druckmeßzelle 3 den
Bereich des größten Außendurchmessers
des Drucksensors 1 bildet, kann auch hier zum Festziehen wahlweise
ein Steckschlüssel
oder ein Maulschlüssel verwendet
werden.
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Schließlich zeigt
die 7 ein Ausführungsbeispiel
eines Drucksensors 1, bei dem der Drucksensor 1 keinen
separaten Prozeßanschluß 6 aufweist.
Zur Montage des Drucksensors 1 an einem korrespondierenden
Anschlußstutzen
ist hierbei direkt an der Druckmeßzelle 3 ein Anschlußgewinde ausgebildet,
wobei das Anschlußgewinde
sowohl als Außengewinde 19 als
auch als Innengewinde 20 ausgebildet sein kann. Da bei
diesem Ausführungsbeispiel
des Drucksensors 1 kein Prozeßanschluß 6 vorhanden ist,
steht die Membrane der Druckmeßzelle 3 direkt über die
in der Druckmeßzelle 3 ausgebildete Öffnung 4 mit
dem zu überwachenden
Medium in Berührung.
Die Druckmeßzelle 3 übernimmt
dabei zusätzlich
die Funktion des Prozeßanschlusses,
der Prozeßanschluß ist somit
integraler Bestandteil der Druckmeßzelle 3.
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Bei
dem Drucksensor 1 gemäß 7 weist das
Gehäuse 2 entsprechend
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 5 zwei
Befestigungsabschnitte 15, 17 auf. Alternativ
dazu kann der Befestigungsabschnitt 15 jedoch auch gemäß 6 an
der Druckmeßzelle 3 ausgebildet
sein.
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Die 8 und 9 zeigen
schließlich
zwei Ausführungsbeispiele
einer Druckmeßzelle 3,
wobei in beiden Ausführungsbeispielen
die Druckmeßzelle 3 als
monolithische Stahlmeßzelle
ausgebildet ist, bei der auf der dem Medium abgewandten Seite 10 DMS-Widerstände 15 in
Dickschichttechnik aufgebracht sind.
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Die
in 9 dargestellte Druckmeßzelle 3 unterscheidet
sich dabei dadurch von der in 8 dargestellten
Druckmeßzelle 3,
daß bei
der Druckmeßzelle 3 gemäß 9 ein
Befestigungsabschnitt 15 ausgebildet ist, dessen Grundfläche einem Sechskant
entspricht. Die Druckmeßzelle 3 gemäß 9 entspricht
somit der Druckmeßzelle 3,
die bei dem Drucksensor 1 gemäß 6 verwendet
wird. Demgegenüber
weist die Druckmeßzelle 3 gemäß 8 einen
zylindrischen Grundkörper
auf.
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Schließlich ist
der 8 noch zu entnehmen, daß der an dem Prozeßanschluß 6 angrenzende
Bereich der Druckmeßzelle 3 von
einem Zierring 21 umgeben ist. Hierzu weist der an dem
Prozeßanschluß 6 angrenzende
Bereich der Druckmeßzelle 3 einen geringfügig kleineren
Außendurchmesser
auf, so daß der
Zierring 21 auf diesen Bereich aufgeschoben werden kann.
Der Zierring 21 kann dabei zum einen als Kennzeichnungsfläche für den Drucksensor 1 dienen,
indem auf dem Zierring 21 beispielsweise ein Firmenlogo
oder eine Gerätebezeichnung
aufgebracht ist, zum anderen kann der Zierring 21 auch eine
zusätzliche
Dichtungsfunktion für
die Verbindungsstelle zwischen der Druckmeßzelle 3 und dem Prozeßanschluß 6 übernehmen.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Drucksensors 1 sind
das Gehäuse 2,
die Druckmeßzelle 3,
der Prozeßanschluß 6 – soweit
vorhanden – und
Steckeranschluß 9 alle
aus Metall, vorzugsweise aus Stahl oder Edelstahl hergestellt. Die
feste Verbindung zwischen der Druckmeßzelle 3 und dem Gehäuse 2 einerseits
sowie ggf. zwischen der Druckmeßzelle 3 und
dem Prozeßanschluß 6 andererseits
wird dabei vorzugsweise durch Widerstandsschweißen hergestellt. Eine derartige
Verbindung ist so stabil, daß im
Prozeß auftretende
Drücke
von mehr als 500 bar standgehalten werden können. Vorzugsweise ist auch
der Steckeranschluß 9 durch
Widerstandsschweißen
mit dem Gehäuse 2 verbunden,
so daß der
Drucksensor 1 insgesamt modular aufgebaut ist. Dadurch
können bei
Bedarf bei der Herstellung einfach unterschiedliche Gehäuse 2,
mit unterschiedlichen Längen,
unterschiedliche Prozeßanschlüsse 6 mit
unterschiedlichen Anschlußbereichen
oder unterschiedliche elektrische Anschlußmöglichkeiten, Steckeranschluß 9 oder
Buchsenanschluß,
miteinander verbunden werden können.