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Die
Erfindung betrifft frostsichere Einrichtungen für einen Raum mit einem Medium.
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Eine
frostsichere Einrichtung ist unter anderem durch die Druckschrift
DE 100 23 589 A1 (Gefrierresistenter
Drucksensor) bekannt. Der gefrierresistente Drucksensor umfasst
ein Drucksensorgehäuse,
welches einen Druckmessraum umschließt, und eine Druckmesszelle.
Weiter ist ein elastisch nachgiebiges Ausgleichselement vorgesehen,
welches im Druckmessraum angeordnet ist. Das elastisch nachgiebige
Ausgleichselement weist selbst elastische Eigenschaften auf. Der
Nenndruck des zu messenden Mediums wird durch das Material dieses Ausgleichselementes
begrenzt. Darüber
hinaus kann dieses elastisch nachgiebige Ausgleichselement als eine
elastische Gehäusewand
ausgebildet sein. Auch dabei ist der zu messende Druck durch das
Material dieser Gehäusewand
eingeschränkt.
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Der
im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Einrichtung so zu schaffen, dass diese bei einer Volumenvergrößerung bei
Gefrieren des Mediums nicht zerstört wird.
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Diese
Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Die
frostsicheren Einrichtungen für
einen Raum mit einem Medium zeichnen sich insbesondere dadurch aus,
dass die Einrichtung bei einer durch Gefrieren hervorgerufenen Volumenvergrößerung des
Mediums nicht zerstört
wird.
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Dazu
ist ein weiterer Raum in einem Gehäuse durch wenigstens einen
geführt
bewegbaren Verdränger
vom Raum getrennt, wobei der weitere Raum dicht gegenüber dem
Raum ist. Darüber
hinaus ist der weitere Raum mit einem komprimierbarem Medium gefüllt. Mit
dem geführt
bewegbarem Verdränger
wird sichergestellt, dass das bei Gefrieren sich ausdehnende Medium
im Raum ausdehnen kann, ohne die frostsichere Einrichtung zu zerstören. Während der
Ausdehnung dieses Mediums wird der Verdränger in den weiteren Raum gedrückt, wobei das
Medium im weiteren Raum komprimiert wird. Dieses komprimierbare
Medium wirkt als Feder für das
sich ausdehnende Medium im Raum. Bei einem Schmelzen des gefrorenen
Mediums drückt
das komprimierbare Medium des weiteren Raumes den Verdränger wieder
in Richtung des Raumes, so dass die Volumenänderung kompensiert wird und
der ursprüngliche
Zustand wiederhergestellt ist. Der dichte weitere Raum gewährleistet
dabei, dass das komprimierbare Medium in dem weiteren Raum verbleibt und
nicht in den Raum mit dem Medium gelangt. Gleichzeitig wird sichergestellt,
dass bei sich wiederholenden Gefrieren die Funktion nicht beeinflusst wird.
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Dadurch
eine sehr einfach aufgebaute und universell einsetzbare frostsichere
Einrichtung vorhanden. Das können
sowohl Behältnisse
als auch Leitungen für
das Medium sein.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis
13 angegeben.
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Die
frostsichere Einrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
2 ein frostsicherer Drucksensor für einen Druckmessraum mit dem Messmedium
mit einer Druckmesseinrichtung, wobei die Druckmesseinrichtung im
oder am Druckmessraum angeordnet ist. Bei einer Volumenvergrößerung bei
Gefrieren des Messmediums werden die Drucksensoren nicht zerstört.
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Dazu
besitzt das Gehäuse
den weiteren Raum. Dieser ist durch wenigstens den geführt bewegbaren
Verdränger
vom Druckmessraum getrennt, wobei der weitere Raum gegenüber dem Druckmessraum
dicht ist. Der weitere Raum ist darüber hinaus mit einem komprimierbaren
Medium gefüllt.
Dieses Medium weist dazu beispielsweise einen Überdruck gegenüber dem
Druck des Messmediums auf.
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Mit
dem geführt
bewegbarem Verdränger wird
sichergestellt, dass ein bei Gefrieren sich ausdehnendes Messmedium
den Drucksensor nicht zerstört.
Das sich ausdehnende Messmedium drückt dabei den Verdränger in
den weiteren Raum, wobei das Medium im weiteren Raum komprimiert
wird. Dieses komprimierbare Medium wirkt als Feder für das sich ausdehnende
Messmedium. Dabei kann sich bei entsprechendem Druck im weiteren
Raum nur ein gegenüber
dem Messmedium geringer Überdruck
ausbilden, der den Drucksensor nicht zerstört. Bei einem Schmelzen des
gefrorenen Messmediums drückt dass
komprimierbare Medium im weiteren Raum den Verdränger wieder in Richtung des
Druckmessraumes, so dass die Volumenänderung kompensiert wird und
der ursprüngliche
Zustand wiederhergestellt ist. Der dichte weitere Raum gewährleistet
dabei, dass dieses komprimierbare Medium in dem weiteren Raum verbleibt
und nicht in den Druckmessraum gelangt. Gleichzeitig wird sichergestellt,
dass bei sich wiederholenden Gefrieren die Funktion des Drucksensors
nicht beeinflusst wird.
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Die
Drucksensoren besitzen damit den Vorteil, dass bei Beaufschlagung
des Druckmessraumes bis zum Nenndruck keine Volumenänderung
im Druckmessraum stattfindet. Im Normalzustand hat das komprimierbare
Medium im weiteren Raum damit keine Funktion. Der Druck des Messmediums breitet
sich gleichmäßig bis
zur Druckmesseinrichtung aus, ohne das der Verdränger in den weiteren Raum bewegt
wird. Der Verdränger
stellt dazu eine Begrenzung des Druckmessraumes dar.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass das komprimierbare Medium im
weiteren Raum je nach Verwendung der Drucksensoren unterschiedliche Drücke aufweisen
kann. Dabei wird der Frostschutz auch bei hohen Drücken des
Messmediums gewährleistet.
Damit können
die frostsicheren Drucksensoren auch bei Medien mit einem Nenndruck über 10 bar
eingesetzt werden. Das komprimierbare Medium im weiteren Raum sollte
dazu einen gegenüber
dem Nenndruck des Messmediums vorzugsweise geringen Überdruck
aufweisen. Bei Überschreiten
des Überdrucks
durch den Druck des gefrierenden Messmediums im Druckmessraum wird
der Verdränger
in den weiteren Raum bewegt.
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Die
Drucksensoren sind in den verschiedensten Größen und die Gehäuse aus
verschiedenen Materialien realisierbar, so dass sich die vielfältigsten
Anwendungen ergeben. Neben Wasser als Messmedium kann auch Harnstoff
zur Reduktion von bei Verbrennungen entstehender Stickoxide das Messmedium
sein. Natürlich
sind die Drucksensoren auch zur Druckmessung weiterer Stoffe als
Messmedien einsetzbar.
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Der
weitere Raum im Gehäuse
ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 durch den geführt bewegbaren
Verdränger
und eine schalenförmige
Membran vom Druckmessraum getrennt. Der Abschluss und Abdichtung
des weiteren Raumes gegenüber
dem Druckmessraum erfolgt dabei über
die schalenförmige
Membran, in der der geführt
bewegbare Verdränger
angeordnet ist. Damit werden geführt
bewegbare Dichtungen vermieden, so dass neben dem einfacheren Aufbau
auch die Lebensdauer erhöht
wird.
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Der
Verdränger
ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 kleiner als die
schalenförmige
Membran, so dass zwischen Verdränger
und und schalenförmiger
Membran ein Hohlraum vorhanden ist. Damit werden vorteilhafterweise
seitliche Volumenänderungen
aufgenommen, so dass ein dadurch hervorgerufenes Verklemmen des
Verdrängers
vermieden wird.
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Der
weitere Raum besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
5 einen Anschlag für
den Verdränger.
Dabei wird sichergestellt, dass der Verdränger nicht in den Raum gelangt.
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Das
ist bei Druckschwankungen des Messmediums bei Anwendung in einem
Drucksensor vorteilhaft, wobei die Messung bei auftretenden Unterdrücken des
Mediums nicht durch den Druck des Mediums im weiteren Raum beeinflusst
wird.
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Im
weiteren Raum ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 ein
an den Verdränger
angreifendes Federelement angeordnet, so dass der Verdränger an
den Anschlag oder die schalenförmige Membran
gedrückt
wird. Dieses Federelement erleichtert beispielsweise das Befüllen des
weiteren Raumes mit dem komprimierbaren Medium, wobei ein dichter
weiterer Raum gewährleistet
ist.
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Vorteilhafterweise
ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 die Wandung des
weiteren Raumes gleichzeitig die Führung des Verdrängers. Dadurch
ist eine einfache Realisierung des Gehäuses und daraus folgernd der
Einrichtung gegeben.
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Die
Dichtung für
den weiteren Raum ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
8 entweder gleichzeitig ein Bestandteil des Verdrängers oder
ist die schalenförmige
Membran selbst. Damit ist eine einfache und ökonomische Realisierung der
Einrichtungen auch als Drucksensoren gegeben.
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Das
Gehäuse
besitzt nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 ein verschließbares Befüllungsloch
für das
komprimierbare Medium im weiteren Raum. Das komprimierbare Medium
kann entsprechend der Anwendung hinsichtlich der auftretenden Drücke des
Mediums eingebracht werden.
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Vorteilhafterweise
befinden sich nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 der
Raum und der weitere Raum in dem Gehäuse.
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Nach
der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 sind in dem Gehäuse nacheinander
oder nebeneinander der die Druckmesseinrichtung aufweisende Druckmessraum
und der weitere Raum angeordnet. Darüber hinaus besitzt das Gehäuse eine mit
dem Messraum verbundene Zuleitung für das Messmedium. Dadurch ist
eine kompakte Realisierung der Drucksensoren gegeben.
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Der
weitere Raum befindet sich nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
12 in einem Schraubstutzen als Bestandteil des Gehäuses, so dass
die Drucksensoren leicht handzuhaben sind. Vorteilhafterweise ist
das Gehäuse
dazu zylinderförmig
ausgebildet.
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Im
Druckmessraum ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 13
ein Füllkörper angeordnet.
Der Füllkörper dient
der Volumenminimierung des Druckmessraums. Gleichzeitig kann dieser
vorzugsweise elastisch ausgebildete Füllkörper entstehende Volumenausdehnungen
in x- und y-Richtung in z-Richtung umlenken, da sich dieser wie
eine Flüssigkeit
verhält.
Frostschäden
werden vermieden.
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Weiterhin
können
nur dünne
Eisplättchen
anstelle voluminöser
Eisgebilde im Druckmessraum entstehen. Durch Eisgebilde im Druckmessraum
hervorgerufene Zerstörungen
der Membran werden vermieden.
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Ein
Bestandteil der Druckmesseinrichtung ist nach der Weiterbildung
des Patentanspruchs 14 eine Membran, wobei diese ein Teil der Begrenzung
des Druckmessraums ist.
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Die
Druckmesseinrichtung befindet sich nach der Weiterbildung des Patentanspruchs
15 auf einem Träger
im Druckmessraum.
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Der
Verdränger
ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 16 vorteilhafterweise
ein Kolben, eif Stempel oder ein Stößel.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt
und werden im Folgenden näher
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 ein
frostsicherer Drucksensor mit einer Druckmesseinrichtung mit einem
geführt
bewegbaren Verdränger,
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2 ein
frostsicherer Drucksensor mit einer Druckmesseinrichtung in der
Druckmesskammer und
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3 ein
frostsicherer Drucksensor mit einem seitlich angeordneten weiteren
Raum mit einem Medium und
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4 ein
frostsicherer Drucksensor mit einer schalenförmigen Membran und einem Stößel.
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Eine
frostsichere Einrichtung für
einen Raum mit einem Medium ist in den Ausführungsbeispielen jeweils ein
frostsicherer Drucksensor.
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Ein
frostsicherer Drucksensor eines ersten Ausführungsbeispiels besteht im
Wesentlichen aus dem Gehäuse 1,
einer Druckmesseinrichtung 2, einem Druckmessraum 3 für das Messmedium
als Raum, einem weiteren Raum 4 für ein Medium und einem Verdränger 5.
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Die 1 zeigt
einen frostsicheren Drucksensor mit einer Druckmesseinrichtung 2 mit
einem geführt
bewegbaren Verdränger
in einer prinzipiellen Darstellung.
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Das
Gehäuse 1 besitzt
dazu den Druckmessraum 3 und den weiteren Raum 4.
Im weiteren Raum 4 befindet sich der geführt bewegbare
Verdränger 5,
der gleichzeitig den Druckmessraum 3 und den weiteren Raum 4 voneinander
trennt. Der Verdränger 5 ist
ein Kolben, wobei die Wandung des weiteren Raumes 4 gleichzeitig
die Führung
für den Kolben
ist. Der weitere Raum 4 besitzt einen Anschlag 8 für den Kolben.
Der Kolben weist eine Dichtung 6 auf, so dass ein abgeschlossen
dichter weiterer Raum 4 gegenüber dem Druckmessraum 3 vorhanden
ist. Der weitere Raum 4 ist mit einem komprimierbaren Medium
gefüllt,
welches gegenüber
dem Messmedium einen Überdruck
aufweist.
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Das
Gehäuse 1 ist
zylinderförmig
ausgebildet, wobei im Gehäuse 1 nacheinander
der weitere Raum 4, der Druckmessraum 3 und die
Druckmesseinrichtung 2 angeordnet sind. Das Gehäuse 1 ist
mit einem Gewinde versehen, so dass ein Schraubstutzen realisiert
ist. Im Schraubstutzen befindet sich vorzugsweise der weitere Raum 4.
Damit kann der frostsichere Drucksensor leicht befestigt werden.
Darüber hinaus
besitzt das Gehäuse 1 eine
mit dem Druckmessraum 3 verbundene Zuleitung 7 für das Messmedium.
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Ein
Bestandteil des Gehäuses 1 ist
ein verschließbares
Befüllungsloch
für das
komprimierbare Medium im weiteren Raum 4.
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Die
Druckmesseinrichtung 2 weist eine Membran auf, wobei diese
ein Teil der Begrenzung des Druckmessraums 3 darstellt.
Eine Druckmesseinrichtung 2 mit einer Membran ist bekannt.
Dabei wird die dem Druck im Druckmessraum 3 äquivalente Verformung
zum Beispiel mittels wenigstens eines Dehnungsmessstreifens erfasst.
Das ist ein Messfühler
als mechanisch-elektrischer Wandler für mechanische Größen.
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Die 2 zeigt
einen frostsicheren Drucksensor mit einer Druckmesseinrichtung 2 in
der Druckmesskammer 3 als eine Ausführungsform des frostsicheren
Drucksensors. Die Druckmesseinrichtung 2 befindet sich
dazu auf einem Träger 9,
der mit dem Gehäuse 1 verbunden
ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
eines frostsicheren Drucksensors des ersten Ausführungsbeispiels sind der Druckmessraum 3 und
der weitere Raum 4 gegenüber der Zuleitung 7 nebeneinander angeordnet.
Die 3 zeigt einen derartig ausgebildeten frostsicheren
Drucksensor in einer prinzipiellen Darstellung. Die Druckmesseinrichtung 2 besitzt dazu
eine Membran, die gleichzeitig ein Bereich einer Wand des Druckmessraumes 3 ist.
Natürlich
kann die Druckmesseinrichtung 3 auch auf einem Träger im Druckmessraum 3 entsprechend
der Darstellung in der 2 platziert werden.
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Ein
frostsicherer Drucksensor eines zweiten Ausführungsbeispiels besteht im
Wesentlichen aus dem Gehäuse 1 aus
mehreren Gehäuseteilen,
einer Druckmesseinrichtung 2, einem Druckmessraum 3 für das Messmedium
als Raum, einem weiteren Raum 4 für ein Medium, einem Verdränger 5 und
einer schalenförmigen
Membran 10. Die 4 zeigt einen frostsicheren
Drucksensor mit einer Druckmesseinrichtung 2 mit einer
schalenförmigen
Membran und einem Stößel in einer
prinzipiellen Darstellung.
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Das
Gehäuse 1 besitzt
dazu den Druckmessraum 3 und den weiteren Raum 4.
Im weiteren Raum 4 befindet sich der geführt bewegbare
Verdränger 5 als
Stößel. Auf
dem Stößel befindet
sich die schalenförmige
Membran 10, die gleichzeitig die seitliche Wandung des
weiteren Raumes 4 umschließt. Der weitere Raum 4 wird
dabei durch ein schalenförmig
ausgebildetes Gehäuseteil
und der schalenförmigen
Membran 10 begrenzt und dicht abgeschlossen. Die schalenförmige Membran 10 trennt den
Druckmessraum 3 von dem weiteren Raum 4. Der Stößel wird
an der Seitenwandung des weiteren Raumes 4 geführt. Zwischen
dem Stößel und
dem Boden des schalenförmigen
Gehäuseteils
befindet sich ein Federelement als Druckfeder 11 in Spiralform.
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Im
Gehäuse 1 sind
nacheinander der weitere Raum 4, der Druckmessraum 3 und
die Druckmesseinrichtung 2 angeordnet.
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Das
Gehäuse 1 weist
eine mit dem Druckmessraum 3 verbundene Zuleitung 7 für das Messmedium
auf. Diese wird durch Abflachungen, Freifräsungen und/oder Längsnuten
der einzelnen Gehäuseteile
und der schalenförmigen
Membran 10 gebildet
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Die
Druckmesseinrichtung 2 weist eine Membran auf, wobei diese
ein Teil der Begrenzung des Druckmessraums 3 darstellt.
Eine Druckmesseinrichtung 2 mit einer Membran ist bekannt.
Dabei wird die dem Druck im Druckmessraum 3 äquivalente Verformung
zum Beispiel mittels wenigstens eines Dehnungsmessstreifens erfasst.
Das ist ein Messfühler
als mechanisch-elektrischer Wandler für mechanische Größen.
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In
einer Ausführungsform
des zweiten Ausführungsbeispiels
kann sich im Druckmessraum 3 ein Füllkörper 12 zur Volumenminderung
des Druckmessraumes 3 befinden.