DE102007056844A1 - Membrane bed for pressure transmission device of e.g. differential pressure transducer, has surface with spiral outline that serves as embossing pattern for flexible metallic and embossed membranes, where outline is obtained by die sinking - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Membranbett für einen Druckmittler, einen Druckmittler mit einem solchen Membranbett sowie einen Druckmessumformer mit einem solchen Druckmittler.The The present invention relates to a membrane bed for a Diaphragm seal, a diaphragm seal with such a membrane bed and a pressure transmitter with such a diaphragm seal.
Gattungsgemäße
Druckmittler und Druckmessumformer sind beispielsweise Offenbart
in:
Druckmittler werden in der industriellen Prozessmesstechnik eingesetzt um, einen zu messenden Mediendruck zu einem Drucksensor eines Druckmessumformers hydraulisch zu übertragen, beispielsweise um den Drucksensor von extremen Temperaturen eines Mediums entfernt zu halten, wenn diese Temperaturen außerhalb des vom Sensor tolerierbaren Temperaturbereich liegen. Ein Druckmittler umfasst gewöhnlich eine flexible metallische Trennmembran, die an einer Oberfläche eines metallischen Druckmittlerkörpers unter Einschluss einer Druckkammer zwischen der Trennmembran und dem Druckmittlerkörper mittels einer umlaufenden Fügenaht, insbesondere Schweißnaht, druckdicht befestigt ist.Diaphragm Seals are used in industrial process measurement technology, a to be measured media pressure to a pressure sensor of a pressure transmitter hydraulically transmitted, for example to the pressure sensor to keep away from extreme temperatures of a medium, though these temperatures outside the tolerable by the sensor Temperature range lie. A diaphragm seal usually includes a flexible metallic separating membrane attached to a surface a metallic diaphragm seal body including a pressure chamber between the separation membrane and the diaphragm seal body by means of a peripheral joint seam, in particular weld, is attached pressure-tight.
Die Druckkammer kommuniziert über einen hydraulischen Pfad, welcher eine mit einer Übertragungsflüssigkeit gefüllte Leitung umfasst, mit dem Drucksensor um diesen mit dem über die Trennmembran in die Druckkammer übertragenen Druck zu beaufschlagen.The Pressure chamber communicates via a hydraulic path, which one with a transfer fluid filled line includes, with the pressure sensor around it with the transmitted via the separation membrane in the pressure chamber To pressurize.
Insoweit als die Trennmembranen einen gewissen Volumenhub der Übertragungsflüssigkeit ermöglichen sollen, weisen sie in aller Regel ein konzentrisches Wellenmuster auf, welches gewöhnlich durch Abprägen auf einem gegenüber der Trennmembran in der Oberfläche des Druckmittlerkörpers ausgebildeten Membranbett geformt ist.in this respect as the separation membranes a certain volume stroke of the transfer fluid usually have a concentric character Wave pattern, which usually by imprints on one opposite the separation membrane in the surface formed of the diaphragm seal body formed membrane bed is.
Die Gestalt der geprägten Trennmembranen ist von großer Bedeutung für die resultierenden Eigenschaften im Messbetrieb hinsichtlich Druckfehler, temperatur- bzw. überlastbedingten Hysterese-Effekten und dergleichen mehr.The Shape of the embossed separation membranes is great Meaning for the resulting properties in measuring mode with regard to printing errors, temperature or overload Hysteresis effects and the like.
Insoweit als das Volumen der Übertragungsflüssigkeit, genauer dessen temperaturabhängige Volumenausdehnung, den Druckfehler eines Druckmittlers bestimmt, ist es wünschenswert, die Masse der in dem Druckmittler eingesetzten Übertragungsflüssigkeit zu minimieren. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass auch bei tiefen Temperaturen, wenn einerseits das Volumen der Übertragungsflüssigkeit minimal ist und andererseits die Übertragungsflüssigkeit eine gewisse Zähigkeit aufweist, dennoch eine gewisse Restmenge an Übertragungsflüssigkeit zwischen dem Membranbett und der Trennmembran vorhanden ist, um den an der Trennmembran anstehenden Druck noch zuverlässig übertragen zu können. Dies setzt insbesondere eine hinreichend homogene Verteilung des verbleibenden Restvolumens der Übertragungsflüssigkeit in dem Volumen zwischen dem Membranbett und der Trennmembran voraus.in this respect as the volume of the transfer fluid, more precisely its temperature-dependent volume expansion, the printing error a pressure transmitter determined, it is desirable that Mass of the transmission fluid used in the diaphragm seal to minimize. However, it is important to ensure that even at low temperatures, on the one hand, the volume of the transmission fluid minimal and on the other hand, the transmission fluid has a certain toughness, yet a certain amount of residue on transfer fluid between the membrane bed and the separation membrane is present to the pending on the separation membrane Print still reliable transfer. This sets in particular a sufficiently homogeneous distribution of remaining residual volume of the transfer fluid in the volume between the membrane bed and the separation membrane ahead.
Dies wird jedoch dadurch erschwert, dass Membranbetten nach dem Stand der Technik im wesentlichen als Drehteile hergestellt sind und insoweit eine rotationssymmetrische Struktur von Wellenzügen aufweisen, welche der Übertragungsflüssigkeit in gewisser Hinsicht als eine Serie von Ringwällen bzw. Strömungsbarrieren entgegentritt. Um dies zu erleichtern kennt der Stand der Technik Druckmittler in dessen Membranbetten zusätzlich radiale Kanäle eingefräst sind um eine bessere Verteilung der Übertragungsflüssigkeit zu ermöglichen. Dazu ist jedoch anzumerken, dass diese Kanäle bezüglich einerseits ein Zusatzvolumen an Übertragungsflüssigkeit bedeuten, welches den Druckfehler aufgrund der erforderlichen Mengenzunahme der eingesetzten Übertragungsflüssigkeit erhöht, und andererseits, bei gegebenem Kanalvolumen nicht optimal zu einer verbesserten Verteilung des Kanalvolumens führen, da die gefrästen radialen Kanäle nicht strömungsoptimiert sind. Weiterhin dürfen die radialen Kanäle nicht so gestaltet sein, dass sie beim Abprägen der Trennmembran auf dem Membranbett mit abgeprägt werden, denn dieses würde zu einer ungewünschten Versteifung der Trennmembran führen.This However, this is complicated by the fact that membrane beds to the state the technology are essentially manufactured as turned parts and insofar a have rotationally symmetric structure of wave trains, which of the transmission fluid in a certain Regard as a series of annular barriers or flow barriers confronts. To facilitate this, the prior art knows Diaphragm seal in its membrane beds additionally radial Milled channels are for a better distribution to allow the transmission fluid. It should be noted, however, that these channels in terms on the one hand, an additional volume of transmission fluid mean, which the printing error due to the required quantity increase increases the transmission fluid used, and, on the other hand, not optimal for a given channel volume lead to improved distribution of the channel volume, as the milled radial channels not optimized flow are. Furthermore, the radial channels are not allowed to do so be designed that they when impressing the separation membrane be embossed on the membrane bed with, because this would lead to an unwanted stiffening of the separation membrane.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Membranbrett für einen Druckmittler bereitzustellen, welches die Nachteile des Stands der Technik überwindet, sowie einen Druckmittler mit einem solchen Membranbett und einen Druckmessumformer mit einem solchen Druckmittler.It Therefore, the object of the invention is a membrane board for to provide a pressure transmitter, which the disadvantages of the state overcomes the technique, as well as a diaphragm seal with a Such membrane bed and a pressure transducer with such Diaphragm seal.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Membranbett gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 1, den Druckmittler gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 5, und den Druckmessumformer gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 7. Weiterhin offenbart die Erfindung ein entsprechendes Herstellungsverfahren gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 10.The The object is achieved by the membrane bed according to the independent claim 1, the diaphragm seal according to the independent Patent claim 5, and the pressure transducer according to the independent claim 7. Furthermore discloses the Invention a corresponding manufacturing method according to the independent claim 10.
Das erfindungsgemäße Membranbett für einen Druckmittler umfasst einen Membranbrettkörper, welcher eine Oberfläche mit einer Kontur aufweist, die geeignet ist als Prägevorlage für eine Trennmembran eines Druckmittlers zu dienen und eine abgeprägte Trennmembran abzustützen, wobei die Fertigung der Kontur Senkerodierung umfasst.The diaphragm bed according to the invention for a diaphragm seal comprises a membrane board body which has a surface with a contour which is suitable as an embossing template for a separation membrane of a pressure transmitter to serve and support a stamped separation membrane, the Ferti Contour of the contour Senkerodierung includes.
Die Senkerodierung kann insbesondere nach einer Herstellung von Wellenzügen mittels Drehen folgen. Gleichermaßen ist es möglich die Kontur vollständig mit Senkerodierung herzustellen.The Senkerodierung can in particular after a production of wave trains follow by turning. It is equally possible to make the contour completely with sink erosion.
Die Senkerodierung hat gegenüber Fräsen oder Sägen von Konturkomponenten den Vorteil, dass die Präparation mit Sicherheit gratfrei erfolgt, und dass auch an geneigten Flächen definierte Formen präpariert werden können. Insbesondere die Gratfreiheit ist vorteilhaft, da die abzuprägenden Trennmembranen, sehr dünn sind und durch einen Grat beim Prägevorgang beschädigt bzw. zerstört werden könnten.The Die sinking has opposite milling or sawing of contour components have the advantage that the preparation with no burrs, and even on sloping surfaces defined forms can be prepared. Especially the freedom from burrs is advantageous because the separation membranes to be scrapped, are very thin and through a ridge during the stamping process could be damaged or destroyed.
Bei der Senkerodierung wird mittels einer Elektrode welches zwischen dem zu bearbeitenden Werkstück und der Elektrode angelegt, um die Oberfläche des Werkstücks mittels Funken zu erodieren. Die Elektrode hat die negative Form der zu schaffenden Werkstückoberfläche, im vorliegenden Fall also der Kontur des Membranbetts.at Senkerodierung is by means of an electrode which between applied to the workpiece to be machined and the electrode, around the surface of the workpiece by means of sparks to erode. The electrode has the negative form of being created Workpiece surface, in the present case, the Contour of the membrane bed.
In einer derzeit bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, ist die Kontur des Membranbetts zumindest abschnittsweise nicht rotationssymmetrisch.In a presently preferred embodiment of the invention is the contour the membrane bed at least partially not rotationally symmetrical.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Membranbett zumindest abschnittsweise eine spiralförmige Kontur.According to one Embodiment of the invention comprises the membrane bed at least in sections a spiral contour.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Membranbett zumindest abschnittsweise eine Kontur mit in Radialrichtung durchbrochenen ringförmigen Wellenzügen.According to one In another embodiment of the invention, the membrane bed comprises at least Sectionally a contour with broken in the radial direction annular wave trains.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung sind die radialen Durchbrüche zwischen einem Wellenzug und dessen radial auswärts benachbarten Wellenzug einerseits sowie dem Wellenzug und dessen radial einwärts benachbarten Wellenzug andererseits gegeneinander entlang der Verlaufsrichtung der Wellenzüge versetzt.According to one Further development of this embodiment of the invention are the radial Breakthroughs between a wave train and its radial outwardly adjacent wave train on the one hand and the wave train and its radially inwardly adjacent wave train on the other hand against each other along the course of the wave trains added.
Ein radialer Durchbruch kann beispielsweise eine Breite von nicht weniger als 0,1 und bevorzugt nicht weniger als 0,2 mm aufweisen. Ein radialer Durchbruch kann andererseits beispielsweise eine Breite von nicht mehr als 0,8 und bevorzugt nicht mehr als 0,6 mm aufweisen. In einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann ein radialer Durchbruch eine Breite von etwa 0,4 mm aufweisen.One radial breakthrough, for example, a width of not less as 0.1 and preferably not less than 0.2 mm. A radial breakthrough On the other hand, for example, a width of not more than 0.8 and preferably not more than 0.6 mm. In a present preferred embodiment of the invention may be a radial breakthrough have a width of about 0.4 mm.
Ein radialer Durchbruch kann beispielsweise eine Tiefe von nicht weniger als 0,05 und bevorzugt nicht weniger als 0,1 mm aufweisen. Ein radialer Durchbruch kann andererseits beispielsweise eine Tiefe von nicht mehr als 0,4 und bevorzugt nicht mehr als 0,2 mm aufweisen.One radial breakthrough, for example, a depth of not less than 0.05 and preferably not less than 0.1 mm. A radial breakthrough On the other hand, for example, a depth of not more than 0.4 and preferably not more than 0.2 mm.
Der oder die radialen Durchbrüche können auch durchgehend sein wenn der Prägedruck beim Abprägen der Trennmembran auf dem Membranbett so gewählt ist, dass der Durchbruch nicht mit abgeprägt wird.Of the or the radial openings can also be continuous if the embossing pressure when impressing the separation membrane on the membrane bed is chosen so that the breakthrough not imprinted with.
Der erfindungsgemäße Druckmittler umfasst eine flexible metallische Trennmembran, die an einer Oberfläche eines metallischen Druckmittlerkörpers unter Einschluss einer Druckkammer zwischen der Trennmembran und dem Druckmittlerkörper mittels einer umlaufenden Fügenaht, insbesondere Schweißnaht, druckdicht befestigt ist, wobei die Druckkammer ein erfindungsgemäßes Membranbett in einem Oberflächenabschnitt des Druckmittlerkörpers aufweist, auf dem die Trennmembran abgeprägt ist, wobei die Druckkammer eine Öffnung aufweist zur Übertragung eines über die Trennmembran in die Druckkammer eingeleiteten Drucks über einen hydraulischen Pfad mittels einer Übertragungsflüssigkeit.Of the Diaphragm seal according to the invention comprises a flexible Metallic separation membrane attached to a surface of a metallic diaphragm seal body including a Pressure chamber between the separation membrane and the diaphragm seal body by means of a peripheral joint seam, in particular weld, is attached pressure-tight, wherein the pressure chamber is an inventive Membrane bed in a surface portion of the diaphragm seal body has, on which the separation membrane is stamped off, wherein the pressure chamber has an opening for transmission one introduced via the separation membrane in the pressure chamber Pressure via a hydraulic path by means of a transmission fluid.
Ein Druckmittler kann beispielsweise entweder eine eigenständige Baugruppe sein, die über eine Kapillarleitung an einen Druckmessumformer hydraulische gekoppelt ist, oder er kann in einen Druckmessumformer integriert sein.One For example, a diaphragm seal can either be a separate one Subassembly, which via a capillary to a Hydraulic pressure transmitter is coupled, or he can in one Be integrated pressure transmitter.
Der
erfindungsgemäße Druckmessumformer umfasst einen
erfindungsgemäßen Druckmittler, sowie
einen
Drucksensor mit einem druckempfindlichen, elastischen Verformungskörper
und einem Wandlerelement zur Ausgabe eines von einer Verformung des
Verformungskörpers abhängigen elektrischen oder
optischen Signals, wobei
die Druckkammer über einen
hydraulischen Pfad, welcher eine mit einer Übertragungsflüssigkeit
gefüllte Leitung umfasst, mit dem Verformungskörper
des Drucksensors hydraulisch gekoppelt ist.The pressure transducer according to the invention comprises a pressure transmitter according to the invention, as well as
a pressure sensor having a pressure-sensitive elastic deformation body and a transducer element for outputting an electrical or optical signal dependent on a deformation of the deformation body, wherein
the pressure chamber is hydraulically coupled to the deformation body of the pressure sensor via a hydraulic path which includes a conduit filled with a transfer fluid.
Erfindungsgemäße Druckmessumformer können Absolutdruck-Relativdruck- und Differenzdruckmessumformer sein.invention Pressure transmitters can use absolute pressure relative pressure and Be differential pressure transmitter.
Der
Verformungskörper kann beispielsweise eine ebene Membran,
eine Rohrmembran, oder eine Bourdonröhre sein. Ein Wandler
zur Ausgabe eines elektrischen Signals kann einen resistiven Wandler, insbesondere
einen piezoresistiven Wandler, einen kapazitiven Wandler oder einen
Resonatorwandler mit einem mechanischen Resonator umfassen, wobei
letzterer beispielsweise in der Offenlegungsschrift
Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:The The invention will now be described with reference to an embodiment shown in the drawing explained. It shows:
Der
in
Der
Raum zwischen dem Membranbett und der Trennmembran bildet eine Druckkammer,
die im Messbetrieb mit einer Übertragungsflüssigkeit,
um den an der Trennmembran anstehenden Druck durch die Bohrung
Erfindungsgemäß weist
das Membranbett
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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