DE102005062147A1 - Pressure sensor`s interior cavity filling device, has leak-proof device to seal filling opening when filling device is mounted on opening, and locking unit to lock opening after filling operation when opening is sealed by leak-proof device - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Befüllung eines Hohlraumes in Inneren eines Druckmessaufnehmers mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit.The The invention relates to an apparatus and a method for filling a Cavity in the interior of a pressure transducer with a pressure transmitting Liquid.
Druckmessaufnehmer werden in nahezu allen Industriezweigen zum Messen von Drücken eingesetzt. Die gemessen Druckwerte werden z.B. zum Steuern, Regeln und/oder Überwachen eines industriellen Herstellungs- und/oder Verarbeitungsprozesses eingesetzt.pressure transducers are used in almost all industries for measuring pressures. The measured pressure values are e.g. for controlling, regulating and / or monitoring an industrial manufacturing and / or processing process used.
In der Druckmesstechnik werden gerne so genannte Halbleiter-Sensoren, z.B. Silizium-Chips mit eindotierten Widerstandselementen, als druckempfindliche Elemente eingesetzt. Üblicherweise weist ein solcher Drucksensor einen membran-förmigen Drucksensor-Chip auf, der in einer Druckmesskammer auf einem Grundkörper aufgebracht ist. Drucksensoren sind in der Regel sehr empfindlich und werden deshalb nicht direkt einem Medium ausgesetzt, dessen Druck aufgenommen werden soll. Stattdessen ist ein mit einer Flüssigkeit gefüllter Druckmittler mit einer äußeren Trennmembran vorgeschaltet. Im Betrieb wird der zu messende Druck an die Trennmembran angelegt und über den Druckmittler in die Druckmesskammer übertragen. Das gilt sowohl für die Messung von absoluten Drücken, als auch für die Messung von Relativdrücken und Differenzdrücken.In pressure measurement technology is often called semiconductor sensors, e.g. Silicon chips with doped resistive elements, as pressure-sensitive Elements used. Usually points such a pressure sensor comprises a membrane-shaped pressure sensor chip, which is applied in a pressure measuring chamber on a base body. pressure sensors are usually very sensitive and therefore are not directly exposed to a medium whose pressure is to be recorded. Instead is one with a liquid filled diaphragm seal with an outer separation membrane upstream. In operation, the pressure to be measured is applied to the separation membrane created and over transmit the diaphragm seal into the pressure measuring chamber. That's true for the Measurement of absolute pressures, as well as for the measurement of relative pressures and differential pressures.
Diese Druckmessaufnehmer weisen im Inneren einen Hohlraum auf, der mit der Flüssigkeit gefüllt wird, die dann im Messbetrieb den bzw. die zu messenden Drücke im Inneren des Druckmessaufnehmers von einem Ort zu einem anderen überträgt. Typischer Weise wird der Druck von einer von der Trennmembran abgeschlossenen Druckempfangskammer zur Druckmesskammer übertragen, wo er dann mittels des Drucksensors erfasst wird.These Pressure transducers have inside a cavity, which with the liquid is filled, then in measuring mode the or to be measured pressures inside of the pressure transducer from one location to another. typical Way, the pressure of one of the separation membrane is completed Transfer pressure receiving chamber to the pressure measuring chamber, where he then using the pressure sensor is detected.
Dabei ist es wichtig, dass die Flüssigkeit vor und während des Befüllens kein Gas, wie z.B. Luft, aufnimmt. Gaseinschlüsse in der Flüssigkeit würden das Übertragungsverhalten der Flüssigkeit verändern, was unter Umständen erhebliche Messfehler zur Folge haben kann.there it is important that the liquid before and during of filling no gas, e.g. Air, absorbs. Gas inclusions in the liquid would the transmission behavior the liquid change, which may be can result in significant measurement errors.
In der Deutschen Patentschrift DE-C1 197 44 208 ist ein Verfahren zur Befüllung eines Druckmessaufnehmers mit einer Flüssigkeit beschrieben. Der Druckmessaufnehmer weist einen Einfüllkanal auf, in den ein über einen Teil seiner Gesamtlänge einen Längskanal aufweisender Füllstift soweit eingeführt wird, dass eine noch offene Verbindung nach außen besteht. Der Druckmessaufnehmer wird evakuiert und die unter Druck stehende Flüssigkeit unter Schwerkrafteinfluss über den Längskanal und den Einfüllkanal eingebracht. Anschließend wird zum Herstellen eines definierten Flüssigkeitsvolumens durch Einpressen des Füllstifts über das Ende des Längskanals hinaus eine Ergänzungsmenge an Flüssigkeit eingefüllt. Im Anschluss daran wird der Füllstift z.B. durch eine Schweißnaht gesichert.In German Patent DE-C1 197 44 208 is a method for filling a pressure measuring transducer with a liquid described. The pressure transducer has a filling channel on, in the one over a part of its total length a longitudinal channel having filler pen as far as is introduced that there is still an open connection to the outside. The pressure transducer is evacuated and the pressurized liquid under the influence of gravity on the longitudinal channel and the filling channel brought in. Subsequently is used to produce a defined volume of liquid by pressing of the filling pen over the End of the longitudinal channel addition, a supplemental amount on liquid filled. Following this, the filling pen is e.g. through a weld secured.
Ein Nachteil des hier beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass über den Füllstift eine zunächst noch offene Verbindung nach außen besteht. Dies birgt die Gefahr, dass die Flüssigkeit in Kontakt mit der Atmosphäre gelangt und z.B. Luft oder ein Gas aufnimmt. In der Flüssigkeit eingeschlossene Luft bzw. Gasblasen können das Übertragungsverhalten der Flüssigkeit maßgeblich verändern und insb. bei Temperaturschwankungen zu Messfehlern führen.One Disadvantage of the method described here is that on the filling pin one at first still open connection to the outside consists. This entails the risk that the liquid in contact with the the atmosphere passes and e.g. Takes in air or a gas. In the liquid trapped air or gas bubbles, the transmission behavior of the liquid decisively change and esp. In case of temperature fluctuations lead to measurement errors.
In der Deutschen Patentschrift DD-A5 284 757 ist ein weiteres Verfahren zur Befüllung eines Druckmessaufnehmers mit einer Flüssigkeit beschrieben, bei dem der Druckmessaufnehmer zunächst evakuiert wird und mit der Flüssigkeit befüllt wird. Anschließend wird ein mit der Flüssigkeit gefüllter Vorratsbehälter auf eine Befüllöffnung geschraubt und die Trennmembran einem Unterdruck ausgesetzt, durch den sie gegen ein formgleiches Gegenlager gesaugt wird. Das Gegenlager ist dabei so ausgebildet, dass unter der Trennmembran ein vorgegebenes Volumen eingeschlossen ist, wenn die Trennmembran am Gegenlager anliegt. Bei dem Ansaugvorgang wird dieses vorgegebene Volumen aus dem Vorratsbehälter unter die Trennmembran gezogen. Anschließend wird unter Aufrechterhaltung des Unterdrucks der Vorratsbehälter herausgeschraubt und die Befüllöffnung derart verschlossen, dass das Innere des Druckmessaufnehmers nicht unter Druck gesetzt wird.In the German patent DD-A5 284 757 is another method for filling a pressure transducer with a liquid described in which the pressure transducer first is evacuated and with the liquid is filled. Subsequently becomes one with the liquid filled reservoir screwed on a filling opening and the separation membrane exposed to a negative pressure, through which they against a conformal counter bearing is sucked. The counter bearing is here designed so that below the separation membrane a predetermined volume is included when the diaphragm abuts the anvil. In the suction process, this predetermined volume from the reservoir below pulled the separation membrane. Subsequently, while maintaining the negative pressure of the reservoir unscrewed and the filling opening in such a way closed, that the inside of the pressure transducer is not under Pressure is set.
Auch hier besteht eine nach außen hin offene Verbindung zur Atmosphäre, wenn der Vorratsbehälter herausgeschraubt wird.Also here is one outward open connection to the atmosphere when the reservoir unscrewed becomes.
Ein Kontakt der Flüssigkeit mit der Umgebung lässt sich bei den beschriebenen Befüllverfahren nur dadurch vermeiden, dass der Befüllvorgang unter Ausschluss der Atmosphäre durchgeführt wird, z.B. in dem der Druckmessaufnehmer und alle zu dessen Befüllung erforderlichen Komponenten in eine Vakuumkammer eingebracht werden. Dies ist jedochOne Contact of the liquid leaves with the environment in the described filling method only avoid that the filling process under exclusion the atmosphere carried out is, e.g. in which the pressure transducer and all required for its filling Components are placed in a vacuum chamber. This is however
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Befüllung eines Druckmessaufnehmers anzugeben, mit der bzw. mit dem eine wirtschaftliche Befüllung unter Ausschluss der Atmosphäre durchführbar ist.It An object of the invention is an apparatus and a method for filling specify a pressure transducer, with or with the economic filling excluding the atmosphere feasible is.
Hierzu besteht die Erfindung in einer Vorrichtung zur Befüllung eines Hohlraumes im Inneren eines Druckmessaufnehmers mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit, mit
- – einem Befüllstutzen,
- – der auf einer mit dem Hohlraum verbundenen Befüllöffnung montierbar ist, und
- – der wahlweise an eine Flüssigkeitszufuhr oder an eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Vakuums anschließbar ist,
- – einer Dichtvorrichtung, die die Befüllöffnung gegenüber der Umgebung abdichtet, während die Vorrichtung auf der Befüllöffnung montiert ist, und
- – einem vor der Montage der Vorrichtung oder zusammen mit der Vorrichtung in die Befüllöffnung einzubringenden Verschlusselement, das dazu dient, die Befüllöffnung nach der Befüllung zu verschließen, während die Befüllöffnung durch die Dichtvorrichtung gegenüber der Umgebung abgedichtet sind.
- A filling nozzle,
- - Which is mountable on a filling opening connected to the cavity, and
- - Which is optionally connectable to a liquid supply or to a device for generating a vacuum,
- - A sealing device which seals the filling opening from the environment, while the device is mounted on the filling, and
- - A closure element to be introduced before the assembly of the device or together with the device in the filling opening, which serves to close the filling opening after filling, while the filling opening are sealed by the sealing device relative to the environment.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst der Befüllstutzen
- – eine Hülse und
- – einen in der Hülse geführten Stößel, und
- – der Stößel weist eine axiale zentrale durchgehende Bohrung auf, die wahlweise an die Flüssigkeitszufuhr oder an die Vorrichtung zur Erzeugung des Vakuums anschließbar ist.
- - a sleeve and
- - A guided in the sleeve plunger, and
- - The plunger has an axial central through hole, which is selectively connectable to the liquid supply or to the device for generating the vacuum.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung
- – weist der Stößel einen aus der Hülse heraus ragenden Abschnitt mit einem Außengewinde auf, mit dem die Vorrichtung in die Befüllöffnung einschraubbar ist,
- – ist am Stößel endseitig eine Halterung zur Aufnahme des Verschlusselements angeordnet,
- – umgibt die Dichtvorrichtung einen Abschnitt des Stößels koaxial und bewirkt eine Abdichtung der Vorrichtung und der Befüllöffnung gegenüber der Umgebung, während der Stößel in die Befüllöffnung eingeschraubt ist,
- – steht die Befüllöffnung mit der Bohrung im Stößel über eine Durchlassbohrung in Verbindung,
- – steht der Hohlraum des Druckaufnehmers über die Befüllöffnung und die Durchlassbohrung mit der Bohrung im Stößel in Verbindung, wenn der Stößel ein Stück weit in die Befüllöffnung eingeschraubt ist, und
- – wird das Verschlusselement durch das vollständige Einschrauben des Stößels derart in die Befüllöffnung eingepresst, dass es bei einem nachfolgenden Herausschrauben des Stößels aus der Vorrichtung löst und als Verschluss in der Befüllöffnung verbleibt.
- The ram has a section projecting out of the sleeve with an external thread with which the device can be screwed into the filling opening,
- - Is arranged on the plunger end a holder for receiving the closure element,
- The sealing device surrounds a section of the plunger coaxially and effects a sealing of the device and the filling opening with respect to the environment, while the plunger is screwed into the filling opening,
- The filling opening communicates with the bore in the tappet via a passage bore,
- - Is the cavity of the pressure transducer via the filling opening and the passage bore with the bore in the plunger in conjunction, when the plunger is screwed a little way into the filling opening, and
- - The closure element is pressed by the complete screwing in of the plunger in the filling so that it dissolves in a subsequent unscrewing the plunger from the device and remains as a closure in the filling.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das Verschlusselement ein Verschlussstift und die Halterung weist eine Ausnehmung auf, in die der Verschlussstift passgenau einführbar ist.According to one Embodiment, the closure element is a closure pin and the holder has a recess into which the lock pin fits accurately insertable is.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Verschlusselement eine Kugel aus einem magnetischen Material, und die Halterung umfasst eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, welches Magnetfeld dazu dient, die Kugel in der Halterung zu halten.According to one Further, the closure element is a sphere made of a magnetic material, and the holder comprises a device for generating a magnetic field, which magnetic field serves to hold the ball in the holder.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung umfasst die Dichtvorrichtung:
- – eine Dichthülse, die zwischen dem Stößel und der Hülse in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist, und
- – eine Feder,
- – die in einem zwischen dem Stößel und der Hülse bestehenden, den Stößel koaxial umgebenden Innenraum der Hülse angeordnet ist,
- – die zwischen einem an den Stößel angeformten Absatz und der Dichthülse eingespannt ist, und
- – die die Dichthülse gegen eine die Befüllöffnung umgebende Stirnfläche des Druckmessaufnehmers drückt, während die Vorrichtung auf der Befüllöffnung montiert ist.
- - A sealing sleeve which is slidably mounted in the axial direction between the plunger and the sleeve, and
- - a feather,
- - Is arranged in an existing between the plunger and the sleeve, the plunger coaxially surrounding the interior of the sleeve,
- - Which is clamped between an integrally formed on the plunger paragraph and the sealing sleeve, and
- - Pressing the sealing sleeve against an opening surrounding the filling face of the Druckmessaufnehmers while the device is mounted on the filling opening.
Gemäß einer weiteren Weiterbilding ist an die Dichthülse außenseitlich ein Führungsstift angeformt, der in einer in der Hülse verlaufenden Führungsnut geführt ist. Die die Führungsnut weist einen ersten Abschnitt auf, in dem der Führungsstift während der Montage der Vorrichtung geführt wird, und sie weist einen an den ersten Abschnitt anschließenden zweiten Abschnitt auf, in dem der Führungsstift einrastet, wenn der durch die Montage über die Feder auf die Dichtvorrichtung ausgeübte Druck zur Abdichtung der Befüllöffnung ausreicht.According to one further training is on the outside of the sealing sleeve a guide pin Molded in one in the sleeve extending guide groove guided is. The guide groove has a first section in which the guide pin during the Assembly of the device out is, and it has a second adjacent to the first section Section in which the guide pin engages, when passing through the assembly the spring exerted on the sealing device pressure to seal the Filling opening is sufficient.
Gemäß einer Ausgestaltung ist zwischen der Dichthülse und der die Befüllöffnung umgebenden Stirnfläche des Druckmessaufnehmers eine Dichtung angeordnet, und zwischen der Dichthülse und dem Stößel ist eine Dichtung angeordnet.According to one Embodiment is between the sealing sleeve and the end face surrounding the filling opening Pressure sensor arranged a seal, and between the sealing sleeve and the Pestle is arranged a seal.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist eine mit dem Stößel verbundene Anzugsmutter vorgesehen, die dazu dient, den Stößel in die Befüllöffnung einzuschrauben.According to one Another embodiment is a tightening nut connected to the plunger provided, which serves to screw the plunger in the filling opening.
Weiter besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Befüllung eines Hohlraumes im Inneren eines Druckmessaufnehmers mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem
- – die Vorrichtung auf der Befüllöffnung montiert wird,
- – die Dichtvorrichtung die Vorrichtung und die Befüllöffnung gegenüber der Umgebung abdichtet,
- – der Hohlraum über die Vorrichtung evakuiert wird und anschließend über die Vorrichtung mit Flüssigkeit befüllt wird,
- – das in die Befüllöffnung eingebrachte Verschlusselement in die Befüllöffnung eingepresst wird und diese vollständig verschließt, und
- – anschließend die Vorrichtung entfernt wird, wobei das Verschlusselement als Verschluss in der Befüllöffnung verbleibt.
- The device is mounted on the filling opening,
- The sealing device seals the device and the filling opening from the environment,
- - The cavity is evacuated through the device and is then filled via the device with liquid,
- - The introduced into the filling closure element is pressed into the filling opening and this completely closes, and
- - Then the device is removed, wherein the closure element as a closure in the Filling opening remains.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird vor der Montage der Vorrichtung in einem Bereich der Befüllöffnung, in dem das Verschlusselement nachfolgend den Verschluss bewirkt, mindestens eine Einkerbung eingeprägt, die die an diesen Bereich angrenzenden Bereiche der Befüllöffnung miteinander verbindet, wenn das Verschlusselement in diesem Bereich aufliegt. Die Befüllöffnung wird durch das nachfolgende Einpressen des Verschlusselements in die Befüllöffnung vollständig verschlossen. Gemäß einer Weiterbildung wird nach der Entfernung der Vorrichtung zusätzlich zu dem Verschlusselement ein weiteres Verschlusselement in der Befüllöffnung montiert, dass einen druckfesten Verschluss bewirkt.According to one Further development of the method is prior to assembly of the device in an area of the filling opening, in which the closure element subsequently causes the closure, imprinted at least one notch, which is attached to this area adjacent areas of the filling opening with each other connects when the closure element rests in this area. The filling opening is through the subsequent pressing of the closure element in the filling completely closed. According to one Training becomes additional after removal of the device the closure element mounted a further closure element in the filling opening, that causes a pressure-resistant closure.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und dazu zugehörige Verfahren zum Befüllen des Hohlraumes bieten den Vorteil, dass sowohl der Befüllvorgang als auch der nachfolgende Verschluss der Befüllöffnung unter Ausschluss der Atmosphäre erfolgen. Sowie die Vorrichtung auf der Befüllöffnung montiert ist, besteht durch die Dichtvorrichtung eine Abdichtung der Befüllöffnung und der Vorrichtung gegenüber der Umgebung. Diese Abdichtung bleibt auch während des Verschließens der Befüllöffnung mit dem Verschlusselement bestehen. Eine Öffnung nach außen ist nicht erforderlich, da das Verschlusselement bereits in der Vorrichtung bzw. in der Befüllöffnung enthalten ist.The inventive device and related Method of filling of the cavity offer the advantage that both the filling process as well as the subsequent closure of the filling opening to the exclusion of the atmosphere respectively. As soon as the device is mounted on the filling opening, there is by the sealing device, a sealing of the filling opening and the device opposite the environment. This seal also remains during the closing of the Filling opening with consist of the closure element. An opening to the outside is not required, since the closure element already in the device or contained in the filling opening is.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen zwei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert; gleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The Invention and further advantages will now be described with reference to the figures of Drawing in which two embodiments are shown, closer explains; the same elements are denoted by the same reference numerals in the figures Mistake.
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst einen Befüllstutzen
Der
Stößel
An
diesen Abschnitt
Erfindungsgemäß ist ein
Verschlusselement vorgesehen, dass vor der Montage der Vorrichtung oder
zusammen mit der Vorrichtung in die Befüllöffnung
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst weiter eine Dichtvorrichtung
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform umfasst
die Dichtvorrichtung
Während der
Stößel
Vorzugsweise
ist zwischen der Dichthülse
Die
Abmessungen der einzelnen Komponenten der Vorrichtung sind derart
dimensioniert, dass der Hohlraum des Druckaufnehmers über die
Befüllöffnung
Dabei
wird das Verschlusselement
Während des
Befüllvorganges
ist der Stößel
Erfindungsgemäß wird bei
der Befüllung
eines Hohlraumes im Inneren eines Druckmessaufnehmers mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart
verfahren, dass die Vorrichtung auf der Befüllöffnung
Im
Anschluss an die Befüllung
wird der Stößel
Da
der Verschluss durch die Presspassung nur in begrenztem Maße druckfest
ist, wird vorzugsweise zusätzlich
zu dem Verschlusselement
In
Die
Befüllung
des Hohlraumes im Inneren des Druckmessaufnehmers erfolgt auf die
gleiche Weise, wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Auch hier wird die Vorrichtung auf der Befüllöffnung
Im
Anschluss an die Befüllung
wird der Stößel
Da
der Verschluss durch die Presspassung nur in begrenztem Maße druckfest
ist, wird auch hier zusätzlich
zu dem Verschlusselement
Bei
den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
war das Verschlusselement
Erfindungsgemäß wird daher
so verfahren, das vor der Montage der Vorrichtung in einem Bereich
der Befüllöffnung
Dieses
Verfahren bietet den Vorteil, dass die Vorrichtung keine Halterung
für das
Verschlusselement aufweisen muss. Sie muss lediglich nach dem Befüllen Druck
in axialer Richtung auf das Verschlusselement ausüben. Hierdurch
ist man sehr viel freier in der Formgebung des Verschlusselements.
In Verbindung mit diesem Verfahren ist es beispielsweise möglich die
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DE102005062147.3A DE102005062147B4 (en) | 2005-12-22 | 2005-12-22 | Device and method for filling a pressure measuring transducer with a pressure-transmitting liquid |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
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Effective date: 20121030 |
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R016 | Response to examination communication | ||
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