DE102013111910A1 - Drucksensor - Google Patents

Drucksensor Download PDF

Info

Publication number
DE102013111910A1
DE102013111910A1 DE201310111910 DE102013111910A DE102013111910A1 DE 102013111910 A1 DE102013111910 A1 DE 102013111910A1 DE 201310111910 DE201310111910 DE 201310111910 DE 102013111910 A DE102013111910 A DE 102013111910A DE 102013111910 A1 DE102013111910 A1 DE 102013111910A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure sensor
coating
decoupling
sensor according
sealing surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE201310111910
Other languages
English (en)
Inventor
Ulfert Drewes
Michael Hügel
Andreas Rossberg
Thomas Uehlin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Priority to DE201310111910 priority Critical patent/DE102013111910A1/de
Publication of DE102013111910A1 publication Critical patent/DE102013111910A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14Housings
    • G01L19/145Housings with stress relieving means
    • G01L19/146Housings with stress relieving means using flexible element between the transducer and the support
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/04Means for compensating for effects of changes of temperature, i.e. other than electric compensation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0072Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance
    • G01L9/0075Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in capacitance using a ceramic diaphragm, e.g. alumina, fused quartz, glass
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14Housings
    • G01L19/147Details about the mounting of the sensor to support or covering means

Abstract

Ein Drucksensor (1) umfasst eine keramische Druckmesszelle (20) mit einer ersten formsteifen, im Wesentlichen planaren Dichtfläche; und einen formsteifen Gegenkörper (4) mit einer Öffnung, die von einer zweiten, im Wesentlichen planaren Dichtfläche umgeben ist; wobei die Druckmesszelle (2) und der Gegenkörper mit einer elastischen Vorspannung in axialer Richtung, welche im Wesentlichen senkrecht zu den Ebenen der Dichtflächen verläuft, gegeneinander eingespannt sind; wobei der Gegenkörper (4) zumindest im Bereich der zweiten Dichtfläche eine Beschichtung (51, 52) aufweist, welche einen thermoplastischen Werkstoff, insbesondere PTFE, aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Drucksensoren mit einer medienberührenden Dichtung.
  • Für bestimmte Anwendungsfälle scheiden gängige O-Ringe oder Formdichtungen aus einem elastomerischen Werkstoff bei Drucksensoren aus, weil sie beispielsweise den auftretenden chemischen und thermischen Bedingungen nicht standhalten. Metallische Dichtungen können aufgrund der für sie erforderlichen Einspannkräfte in vielen Fällen keinen Ersatz bieten.
  • In diesen Fällen kommen Dichtungen, insbesondere Flachdichtungen, aus einem gegen Chemikalien beständigen organischen Material, z.B. PTFE, zum Einsatz.
  • Dabei erweist es sich jedoch als schwierig, die Dichtungen einerseits hinreichend dicht einzuspannen und andererseits die Messgenauigkeit des abzudichtenden Drucksensors nicht zu beeinträchtigen.
  • So offenbart beispielsweise Kathan in der DE 196 28 551 B4 einen Drucksensor mit einer in einem Gehäuse angeordneten Druckmesszelle, zwischen denen eine PTFE-Dichtung eingespannt ist. Die Dichtung weist eine Stärke von 0,8 mm und eine Dichtflächenbreite von etwa 5 mm auf, wobei die Dichtung vollflächig eingespannt ist. Die vergleichsweise massive Dichtung gemäß Kathan ist gekammert, wodurch verhindert werden soll, dass das thermoplastische Dichtmaterial durch die Flächenpressung zwischen den Dichtflächen zu stark verdrängt wird. Die erforderlichen Einspannkräfte für eine zuverlässige Dichtung beeinträchtigen die Messgenauigkeit des Drucksensors, zumindest in kleinen Druckbereichen, z.B. bei Drücken unter 1 bar. Außerdem sind bei der von Kathan beschriebenen Dichtungsanordnung Hystereseerscheinungen zu erwarten, da die dort beschriebenen elastischen gehäuseseitigen Dichtflächen zwingend zu Scherbewegungen in dem thermoplastischen Dichtungsmaterial führen.
  • Die Offenlegungsschrift DE 101 06 129 A1 offenbart ebenfalls einen Drucksensor mit einer in einem Gehäuse angeordneten Druckmesszelle, zwischen denen eine PTFE-Dichtung eingespannt ist. Das Gehäuse umfasst ein elastisches Stützelement, auf welchem die PTFE-Dichtung aufliegt, wobei das Stützelement eine Vorspannung bereitstellt, welche für eine angestrebte Flächenpressung erforderlich ist. Das Stützelement ist von einem Ausgleichsring umgeben, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient dem des Materials der Druckmesszelle entspricht, wodurch das thermische Ausdehnungsverhalten des Stützrings dem der Druckmesszelle angepasst werden soll.
  • Die Offenlegungsschrift DE 103 34 854 A1 offenbart stattdessen einen Drucksensor mit einer Dichtungsanordnung, bei welcher eine PTFE-Flachdichtung mittels der formsteifen Dichtfläche eines Keramikrings gegen eine planare Gegenfläche gedrückt wird, wobei die Dichtfläche des Keramikrings mehrere ringförmige konzentrische Stege aufweist, welche einerseits den Dichtungsring eindrücken und andererseits in ihren Zwischenräumen eine Art Kammerung für das Dichtungsmaterial bewirken. Wenngleich diese Dichtungsgeometrie grundsätzlich ihren Zweck erfüllt und mit geringeren Einspannkräften als die Dichtungsgeometrie gemäß Kathan auskommt, so erfordert die exakte Einstellung der Einspannkräfte doch große Sorgfalt und ist insofern aufwendig. Die Offenlegungsschrift DE 10 2004 057 967 A1 offenbart einen Drucksensor mit einem modifizierten Keramikring, der es ermöglicht, die Flachdichtung freiliegend im Hauptschluss einzuspannen. Die freiliegende Einspannung bedeutet, dass eine Bewegung oder Verformung der Flachdichtung parallel zu den planaren Dichtflächen nicht durch zusätzliche Konstruktionselemente, etwa eine Kammerung, begrenzt ist. Auf diese Weise lassen sich definierte Flächenpressungen erzielen, allerdings erweist sich die reproduzierbare Montage der Flachdichtungen als schwierig.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor bereitzustellen, welcher die Nachteile des Stands der Technik überwindet.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Drucksensor gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 1.
  • Der erfindungsgemäße Drucksensor umfasst eine keramische Druckmesszelle mit einer ersten formsteifen, im Wesentlichen planaren Dichtfläche; und einen formsteifen Gegenkörper mit einer Öffnung, die von einer zweiten, im Wesentlichen planaren Dichtfläche umgeben ist; wobei die Druckmesszelle und der Gegenkörper mit einer elastischen Vorspannung FV in axialer Richtung, welche im Wesentlichen senkrecht zu den Ebenen der Dichtflächen verläuft, gegeneinander eingespannt sind; wobei der Gegenkörper zumindest im Bereich der zweiten Dichtfläche eine Beschichtung aufweist, welche einen thermoplastischen Werkstoff, insbesondere PTFE, aufweist.
  • Da der thermoplastische Werkstoff in Form einer Beschichtung der zweiten Dichtfläche bereitgestellt wird, ist die Montage des Drucksensors erheblich erleichtert, denn das Auflegen eines zusätzlichen Folienrings mit einer Stärke von nur wenigen 100 µm auf dem Gegenkörper bzw. der Druckmesszelle entfällt.
  • Zudem bewirkt eine Beschichtung eine zuverlässige, dichte Verbindung zwischen dem Material der Beschichtung und seinem Substrat. Dies ist insofern beachtlich, als beispielsweise durch Ausbrechen von Kristalliten aus einem keramischen Substrat Defekte auftreten können. Eine Beschichtung kann derartige Defekte besser verschließen als eine fließende thermoplastische Folie. Ursache derartiger Defekte kann beispielsweise das Bearbeiten eines keramischen Substrats durch Schleifen sein.
  • Wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist, erfordert eine zuverlässige Dichtung mit einem thermoplastischen Werkstoff eine hinreichende Flächenpressung des thermoplastischen Werkstoffs, über den gesamten Druckbereich eines Drucksensors. Um dies mit möglichst geringer Einspannkraft zu erzielen, ist es vorteilhaft, die Dichtfläche zu minimieren. Insofern als die Messmembran vorteilhaft eine planare Oberfläche aufweist, kann eine hinreichend kleine Dichtfläche nur durch Strukturierung des Gegenkörpers erzielt werden. Damit ist aber gerade der Gegenkörper für strukturierungsbedingte Defekte anfällig, welche durch eine Beschichtung besser abgedichtet werden können als durch eine fließende Folie.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Beschichtung eine erste Schicht mit einem ersten Werkstoff und eine zweite Schicht mit einem zweiten Werkstoff auf, wobei die zweite Schicht der ersten Dichtfläche zugewandt ist.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung weist der der zweite Werkstoff der zweiten Schicht PTFE aufweist, wobei der erste Werkstoff der ersten Schicht einen Primer bzw. Haftvermittler für die zweite Schicht umfasst.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der erste Werkstoff der ersten Schicht ein Polymer, insbesondere PFA. Das Polymer, insbesondere PFA, weist beispielsweise eine Stärke von nicht mehr als 30 µm, insbesondere nicht mehr als 15 µm und bevorzugt nicht mehr als 10 µm auf.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der erste Werkstoff der ersten Schicht ein Metall, insbesondere Tantal oder Titan. Das Metall, insbesondere Tantal oder Titan, weist beispielsweise eine Stärke von nicht mehr als 10 µm, insbesondere nicht mehr als 1 µm und bevorzugt nicht mehr als 0,1 µm auf.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung weist der thermoplastische Werkstoff der Beschichtung im eingespannten Zustand eine Materialstärke von nicht weniger als 20 µm, vorzugsweise nicht weniger als 40 µm auf, wobei die Beschichtung im eingespannten Zustand insbesondere eine Materialstärke von nicht mehr als 200 µm, vorzugsweise nicht mehr als 100 µm aufweist.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung war die Beschichtung im eingespannten Zustand einer Temperung bei einer Temperatur von nicht weniger als 80°C, vorzugsweise von nicht weniger als 100°C und besonders bevorzugt von nicht weniger als 150°C ausgesetzt.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Drucksensor weiterhin ein metallisches Gehäuse mit einer Medienöffnung und einer ringförmigen axialen Anschlagfläche, welche die Medienöffnung umschließt; wobei die Druckmesszelle einen Grundkörper und eine Messmembran umfasst, die jeweils einen keramischen Werkstoff, insbesondere Korund, aufweisen, wobei der der Gegenkörper als ein Entkopplungsring ausgestaltet ist, welcher zwischen der Anschlagfläche und der Druckmesszelle in dem Gehäuse angeordnet und axial elastisch eingespannt ist.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind die erste Beschichtung zwischen der ersten Dichtfläche der Druckmesszelle und der zweiten Dichtfläche auf der der Druckmesszelle zugewandten Seite des Entkopplungsrings und eine zweite Beschichtung zwischen dem Entkopplungsring und der Anschlagfläche vorgesehen.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Entkopplungsring zumindest in einem der Messmembran zugewandten axialen Abschnitt, welcher die der Messmembran zugewandte Beschichtung trägt, das gleiche Material wie der Grundkörper und/oder die Messmembran aufweist.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Entkopplungsring einen ringförmigen, insbesondere zylindrischen, Entkopplungsabschnitt auf, wobei sich von zumindest von einer Stirnfläche des Entkopplungsabschnitts, welche der Druckmesszelle zugewandt ist, ein ringförmiger Vorsprung in axialer Richtung erstreckt, auf dessen Stirnfläche die zweite Dichtfläche ausgebildet ist.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung fluchtet der Innenradius der zweiten Dichtfläche mit dem Innenradius der an den Vorsprung angrenzenden Stirnfläche des Entkopplungsabschnitts.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung beträgt die radiale Stärke des Entkopplungsabschnitts nicht weniger als das 4-fache, bevorzugt nicht weniger als das 8-fache, und besonders bevorzugt nicht weniger als das 12-fache der Breite der zweiten Dichtfläche.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung beträgt die Höhe des Entkopplungsabschnitts nicht weniger als das 0,25-fache und bevorzugt nicht weniger als die Hälfte der Wandstärke des Entkopplungsabschnitts beträgt, und insbesondere nicht mehr als das 1,5 fache und bevorzugt nicht mehr als das 0,8 fache der Wandstärke des Entkopplungsabschnitts.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist der axiale Abstand der zweiten Dichtfläche von der angrenzenden Stirnfläche des Entkopplungsabschnitts nicht kleiner als die Differenz zwischen der Materialstärke der Beschichtung im nicht eingespannten Zustand und der Materialstärke der Beschichtung im eingespannten Zustand.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Abmessungen der Beschichtung zwischen dem Entkopplungsring und der axialen Anschlagfläche des Gehäuses im Wesentlichen symmetrisch zu den Abmessungen der Beschichtung zwischen dem Entkopplungsring und der Druckmesszelle.
  • Hinsichtlich der angestrebten Flächenpressungen für die Beschichtung wird auf die eingangs erwähnte Offenlegungsschrift DE 10 2004 057 967 A1 verwiesen. Die dort angegebenen Flächenpressungen für eine Flachdichtung gelten entsprechend für die als Dichtmaterial dienende Beschichtung.
  • Die Erfindung wird nun anhand des in der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
  • Es zeigt:
  • 1: Eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drucksensors; und
  • 2: Eine Schnittansicht durch das Detail II des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drucksensors.
  • Der Drucksensor 1 umfasst eine zylindrische Druckmesszelle 2, die in einer Messzellenkammer 30 eines zumindest abschnittsweise zylindrischen Gehäuses 3 angeordnet ist. Die Druckmesszelle 2 umfasst einen zylindrischen Grundkörper 20 und eine Messmembran 21, welche mit einer Stirnseite des Grundkörpers über eine ringförmige Fügestelle 22, die beispielsweise ein Glas oder ein Aktivhartlot aufweisen kann, verbunden ist. Der Grundkörper 20 und die Messmembran 21 weisen einen keramischen Werkstoff, insbesondere Korund, auf. Zwischen der Messmembran und der Stirnfläche des Grundkörpers ist eine Messzellenkammer ausgebildet, die bei Absolutdruckmesszellen evakuiert ist und bei Relativdruckmesszellen über einen Referenzluftpfad mit der Umgebung kommuniziert. An der Stirnfläche der Grundkörpers und an der dem Grundkörper zugewandten Fläche der Messmembran sind bei kapazitiven Druckmesszellen (hier nicht näher dargestellte) Elektroden vorgesehen, die zusammen einen Kondensator mit einer druckabhängigen Kapazität bilden. Einzelheiten hierzu sind dem Fachmann geläufig und brauchen nicht näher erläutert zu werden. Anstelle von kapazitiven Druckmesszellen können gleichermaßen Druckmesszellen mit anderen Messprinzipien zum Einsatz kommen, beispielsweise Druckmesszellen mit einem verformungsabhängigen Widerstand, solche mit einem druckabhängigen Resonator, oder mit einem Interferometer mit druckabhängigem Gangunterschied.
  • Das Gehäuse 3 weist einen metallischen Werkstoff auf, beispielsweise Edelstahl. Das Gehäuse umfasst einen zylinderrohrartigen Wandabschnitt 33, welcher die Messzellenkammer 30 begrenzt, und von dem sich an einer Stirnseite eine Schulter 33 radial einwärts erstreckt, wobei die radiale Schulter 33 eine Gehäuseöffnung 31 begrenzt, durch welche die Messmembran 21 der Druckmesszelle 2 mit einem Prozessmedium beaufschlagbar ist. Die innere Stirnfläche der Schulter 33 dient als axiale Anschlagfläche 32 für eine Dichtungsanordnung, welche zwischen der Druckmesszelle 2 und dem Gehäuse 3 eingespannt ist.
  • Die Dichtungsanordnung umfasst einen Entkopplungsring 4. Dieser ist vorgesehen, weil die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien von Gehäuse und Druckmesszelle in einem solchen Maß voneinander abweichen, dass es bei Temperaturänderungen insbesondere zu radialen Relativbewegungen zwischen der keramischen Messmembran 21 der Druckmesszelle 2 und der metallischen Anschlagfläche 32 des Gehäuses 3 kommt. Durch den Entkopplungsring 4 werden die Relativbewegungen von der Messmembran ferngehalten, um temperaturabhängigen Spannungen in der Messmembran 21 zu vermindern bzw. zu vermeiden. Hierzu ist es zweckmäßig, dass der Entkopplungsring 4 den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Messmembran 21 und der Grundkörper 20 der Druckmesszelle 2 aufweist. In einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors ist der Entkopplungsring aus dem gleichen Material wie die Messmembran 21 und der Grundkörper gefertigt, nämlich Korund, wobei für den Grundkörper 20 und ggf. für den Entkopplungsring 4 Korund geringerer Reinheit bzw. Festigkeit verwendet werden kann als für die Messmembran 21. Der Entkopplungsring 4 bewirkt, dass mögliche mechanische Spannungen und Hystereseerscheinungen aufgrund der Materialunterschiede weitgehend in der Dichtung zwischen der axialen Anschlagfläche 32 des Gehäuses 3 und dem Entkopplungsring 4 aufgefangen werden und somit kaum Auswirkungen auf die Druckmesszelle 2 haben. Dementsprechend weist der Entkopplungsring einen Entkopplungsabschnitt auf, der als Zylinderrohrabschnitt 40 mit einer solchen Wandstärke ausgebildet ist, dass die zur Entkopplung erforderliche radiale Steifigkeit erzielt wird. Die axiale Dimension des Entkopplungsabschnitts, also dessen Höhe, ist weniger kritisch. Ggf. kann es sogar vorteilhaft sein, wenn die Höhe so gering ist, dass sich der Entkopplungsring noch in geringem Maße verwinden kann, um ggf. auftretende winkelabhängige Unebenheiten in der Messmembran oder in der axialen Anschlagfläche 32 auszugleichen. In einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung hat der Entkopplungsabschnitt eine Wandstärke von nicht weniger als 0,5 mm, insbesondere nicht weniger als 1mm, und nicht mehr als 10 mm, und eine Höhe zwischen 10 mm und 0,1 mm.
  • Der Entkopplungsabschnitt weist eine erste Stirnfläche 41 und eine zweite Stirnfläche 42 auf, wobei die erste Stirnfläche 41 des Entkopplungsabschnitts der Messmembran der Druckmesszelle zugewandt ist und die zweite Stirnfläche 42 der axialen Anschlagfläche 32 des Gehäuses. Von der ersten bzw. der zweiten Stirnfläche erstreckt sich jeweils ein erster Vorsprung 43 bzw. zweiter Vorsprung 44 in axialer Richtung, auf dessen Stirnfläche jeweils eine Dichtfläche ausgebildet ist. Diese Vorsprünge haben beispielsweise eine Höhe von 0,2 mm und die Dichtflächen eine Breite von 0,3 mm. Die Dichtflächen haben einen Innenradius, der insbesondere mit dem Innenradius des Entkopplungsabschnitts 40 übereinstimmt. Zwischen den Dichtflächen und der Messmembran 21 bzw. der axialen Anschlagfläche 32 ist jeweils eine thermoplastische Schicht 51, 52, welche PTFE aufweist, eingespannt. Die thermoplastische Schicht hat im eingespannten Zustand eine Materialstärke von etwa 0,1mm.
  • Durch die axiale Einspannkraft, mit der die Druckmesszelle gegen die axiale Anschlagfläche vorgespannt ist, werden die thermoplastischen Schichten verformt. Die thermoplastischen Schichten werden vorzugsweise bei der Herstellung des Drucksensors im eingespannten Zustand bei erhöhter Temperatur über mehrere Stunden getempert.
  • Die Druckmesszelle 2 ist in dem Gehäuse 3 elastisch vorgespannt, um Schwankungen der Einspannkraft aufgrund von axialen Wärmeausdehnungsunterschieden zu minimieren. Hierzu ist auf der Rückseite der Druckmesszelle 2 ein steifer Keramikring 6 aufgelegt, welcher mit seiner von der Druckmesszelle abgewandten Rückseite an einer ringförmigen Druckfeder 7 anliegt. Auf die Rückseite der Druckfeder 7 wirkt ein Schraubring 8 einwirkt, welcher auf seiner Mantelfläche ein Außengewinde in ein komplementäres Innengewinde in der Wand des Gehäuses 3 eingreift. Über die Einschraubtiefe des Schraubrings 8 wird der Kompressionsgrad der Druckfeder 7 und somit die axiale Einspannkraft in der gesamten Einspannkette bis zu den beiden thermoplastischen Schichten 52 und 53 zwischen der Druckmesszelle 2 und dem Entkopplungsring 4 sowie zwischen dem Entkopplungsring und der axialen Anschlagfläche 32 eingestellt.
  • Bei einem druckbeaufschlagbaren Durchmesser der Messmembran von 20 mm und einer Überlastfestigkeit von 0,4 MPa kann die Einspannkraft beispielsweise 0,5 kN betragen. Wenn ein Überlastfestigkeit von 6 MPa angestrebt wird, ist eine axiale Einspannkraft von beispielsweise 5 kN angemessen.
  • Anhand von 2 werden nun weitere Einzelheiten zur Beschichtung des Entkopplungskörpers erläutert. 2 zeigt einem den Ausschnitt II in 1 entsprechenden Bereich eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in einer vergrößerten Darstellung. Ein keramischer Entkopplungsring 104 ist zwischen der stirnseitigen Anschlagfläche 32 eines metallischen Gehäuses und der Messmembran 21 eines keramischen Drucksensors eingespannt. Wie zuvor weist der Entkopplungsring 104 einen zentralen, biegesteifen Entkopplungsabschnitt 140 auf, von dessen Stirnflächen 141 und 142 jeweils ein axialer Vorsprung 143, 144 vorsteht dessen Innenradius mit dem Innenradius des Entkopplungsabschnitts 140 übereinstimmt. Der Entkopplungsring weist eine zweilagige Beschichtung auf, wobei sowohl die beiden Stirnflächen 141, 142 als auch die äußere Mantelfläche des Entkopplungsrings 104 beschichtet sind. Für die angestrebte Dichtwirkung kommt es nur auf die Beschichtung auf den axialen Vorsprüngen 143, 144 an, jedoch bleibt es nicht aus, dass bei Anwendung gängiger Beschichtungsverfahren auch andere Oberflächen des Entkopplungsrings 104 beschichtet werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist lediglich die Innere Mantelfläche des Entkopplungsrings 104 frei von einer Beschichtung. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn der Drucksensor in einem abrasiven Medium eingesetzt ist, welches die Beschichtung angreift. Hierzu kann die Beschichtung nachträglich von der inneren Mantelfläche entfernt werden, oder die innere Mantelfläche kann durch einen Schutzkörper in der Öffnung des Entkopplungsrings während der Beschichtung abgedeckt werden. Unerwünschtes Beschichtungsmaterial kann beispielsweise mittels Wasserstrahlschneiden, Lasern oder einem Messer entfernt werden.
  • Die Beschichtung 150 umfasst eine erste Schicht 150a, welche auf dem keramischen Werkstoff des Entkopplungskörpers abgeschieden ist, und eine zweite Schicht 150b, welche auf der ersten Schicht 150 a abgeschieden ist, wobei die erste Schicht als Haftvermittler für die zweite Schicht 150b dient.
  • In einer Ausgestaltung umfasst die erste Schicht 150a PFA, welches in einer Stärke von etwa 10 µm abgeschieden ist. Die zweite Schicht 150b umfasst PTFE welches in einer Stärke von 200 µm auf der ersten Schicht 150a abgeschieden ist. Die Präparation der Schichten erfolgt insbesondere durch Aufsprühen, Tauchen in einer Suspension oder Lasersintern oder Laminieren.
  • Vorzugsweise wird der Entkopplungsring 104 nach der Präparation der Beschichtung 150 zwischen der Messmembran 21 und der Anschlagfläche 32 elastisch eingespannt und bei einer Temperatur von nicht weniger als 150°C für etwa zwei Stunden im eigespannten Zustand getempert.
  • Dies führt dazu dass die Beschichtungsbereiche 151a, 151b, 152a, 152b auf den Stirnseiten 141, 142, des Entkopplungsrings im Bereich der axialen Vorsprünge 143, 144 axial komprimiert werden und fließen, so dass sie dort im Endzustand eine Stärke von beispielsweise etwa 60 µm aufweisen. In diesem Zustand wirkt das PTFE transparent bzw. transluzent, und weist ausgezeichnete Dichtungseigenschaften auf. Durch das Fließen der Beschichtung sind eventuell vorhandene Defekte in der Oberfläche der Messmembran 21, der Anschlagfläche 32, oder den Oberflächen der axialen Vorsprünge 143, 144 mit dem Beschichtungsmaterial gefüllt.
  • In einer anderen Ausgestaltung umfasst die erste Schicht ein Metall, insbesondere Titan oder Tantal, welches in einer Stärke von etwa 50 nm abgeschieden ist. Die zweite Schicht umfasst PTFE welches in einer Stärke von 200 µm auf der ersten Schicht elektrostatisch abgeschieden ist, wozu an die erste Schicht ein Potential angelegt ist, und die PTFE-Partikel elektrostatisch aufgeladen sind. Auch ein solchermaßen präparierter Entkopplungsring ist im eingespannten Zustand zu tempern.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19628551 B4 [0005]
    • DE 10106129 A1 [0006]
    • DE 10334854 A1 [0007]
    • DE 102004057967 A1 [0007, 0029]

Claims (17)

  1. Drucksensor (1), umfassend eine keramische Druckmesszelle (20) mit einer ersten formsteifen, im Wesentlichen planaren Dichtfläche; und einen formsteifen Gegenkörper (4) mit einer Öffnung, die von einer zweiten, im Wesentlichen planaren Dichtfläche umgeben ist; wobei die Druckmesszelle (2) und der Gegenkörper mit einer elastischen Vorspannung FV in axialer Richtung, welche im Wesentlichen senkrecht zu den Ebenen der Dichtflächen verläuft, gegeneinander eingespannt sind; wobei der Gegenkörper (4) zumindest im Bereich der zweiten Dichtfläche eine Beschichtung (51, 52) aufweist, welche einen thermoplastischen Werkstoff, insbesondere PTFE, aufweist.
  2. Drucksensor, nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung eine erste Schicht mit einem ersten Werkstoff und eine zweite Schicht mit einem zweiten Werkstoff aufweist, wobei die zweite Schicht der ersten Dichtfläche zugewandt ist.
  3. Drucksensor, nach Anspruch 2, wobei der zweite Werkstoff der zweiten Schicht PTFE aufweist, und wobei der erste Werkstoff der ersten Schicht einen Primer bzw. Haftvermittler für die zweite Schicht umfasst.
  4. Drucksensor, nach Anspruch 3, wobei der erste Werkstoff der ersten Schicht ein Polymer, insbesondere PFA, oder ein Metall, insbesondere Tantal oder Titan, umfasst.
  5. Drucksensor, nach Anspruch 4, wobei die erste Schicht das Metall in einer Stärke von nicht mehr als 10 µm, insbesondere nicht mehr als 1 µm und bevorzugt nicht mehr als 0,1 µm aufweist.
  6. Drucksensor, nach Anspruch 4, wobei die erste Schicht das Polymer in einer Stärke von nicht mehr als 30 µm, insbesondere nicht mehr als 15 µm und bevorzugt nicht mehr als 10 µm aufweist.
  7. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der thermoplastische Werkstoff der Beschichtung im eingespannten Zustand eine Materialstärke von nicht weniger als 20 µm, vorzugsweise nicht weniger als 40 µm aufweist, und wobei die Beschichtung im eingespannten Zustand insbesondere eine Materialstärke von nicht mehr als 200 µm, vorzugsweise nicht mehr als 100 µm aufweist.
  8. Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Beschichtung im eingespannten Zustand einer Temperung bei einer Temperatur von nicht weniger als 80°C, vorzugsweise von nicht weniger als 100°C und besonders bevorzugt von nicht weniger als 150°C ausgesetzt war.
  9. Drucksensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: ein metallisches Gehäuse mit einer Medienöffnung und einer ringförmigen axialen Anschlagfläche, welche die Medienöffnung umschließt; wobei die Druckmesszelle einen Grundkörper und eine Messmembran umfasst, die jeweils einen keramischen Werkstoff, insbesondere Korund, aufweisen. der Gegenkörper als ein Entkopplungsring ausgestaltet ist, welcher zwischen der Anschlagfläche und der Druckmesszelle in dem Gehäuse angeordnet und axial eingespannt ist.
  10. Drucksensor nach Anspruch 9, wobei die erste Beschichtung zwischen der ersten Dichtfläche der Druckmesszelle und der zweiten Dichtfläche auf der der Druckmesszelle zugewandten Seite des Entkopplungsrings und eine zweite Beschichtung zwischen dem Entkopplungsring und der Anschlagfläche vorgesehen sind.
  11. Drucksensor nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Entkopplungsring zumindest in einem der Messmembran zugewandten axialen Abschnitt, welcher die der Messmembran zugewandte Beschichtung trägt, das gleiche Material wie der Grundkörper und/oder die Messmembran aufweist.
  12. Drucksensor nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Entkopplungsring einen ringförmigen, insbesondere zylindrischen, Entkopplungsabschnitt aufweist, sich zumindest von einer Stirnfläche des Entkopplungsabschnitts, welche der Druckmesszelle zugewandt ist, ein ringförmiger Vorsprung in axialer Richtung erstreckt, auf dessen Stirnfläche die zweite Dichtfläche ausgebildet ist.
  13. Drucksensor nach Anspruch 12, wobei der Innenradius der zweiten Dichtfläche mit dem Innenradius der an den Vorsprung angrenzenden Stirnfläche des Entkopplungsabschnitts fluchtet.
  14. Drucksensor nach Anspruch 12 oder 13, wobei die radiale Stärke des Entkopplungsabschnitts nicht weniger als das 4-fache, bevorzugt nicht weniger als das 8-fache, und besonders bevorzugt nicht weniger als das 12-fache der Breite der zweiten Dichtfläche beträgt.
  15. Drucksensor nach Anspruch 12, 13 oder 14, wobei die Höhe des Entkopplungsabschnitts nicht weniger als das 0,25-fache und bevorzugt nicht weniger als die Hälfte der Wandstärke des Entkopplungsabschnitts beträgt und insbesondere nicht mehr als das 1,5 fache und bevorzugt nicht mehr als das 0,8 fache der Wandstärke des Entkopplungsabschnitts beträgt.
  16. Drucksensor nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei der axiale Abstand der zweiten Dichtfläche von der angrenzenden Stirnfläche des Entkopplungsabschnitts nicht kleiner ist als die Differenz zwischen der Materialstärke der Beschichtung im nicht eingespannten Zustand und der Materialstärke der Beschichtung im eingespannten Zustand.
  17. Drucksensor nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei die Abmessungen der Beschichtung zwischen dem Entkopplungsring und der axialen Anschlagfläche des Gehäuses im Wesentlichen symmetrisch zu den Abmessungen der Beschichtung zwischen dem Entkopplungsring und der Druckmesszelle sind.
DE201310111910 2013-10-29 2013-10-29 Drucksensor Pending DE102013111910A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310111910 DE102013111910A1 (de) 2013-10-29 2013-10-29 Drucksensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310111910 DE102013111910A1 (de) 2013-10-29 2013-10-29 Drucksensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102013111910A1 true DE102013111910A1 (de) 2015-04-30

Family

ID=52811493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201310111910 Pending DE102013111910A1 (de) 2013-10-29 2013-10-29 Drucksensor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013111910A1 (de)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015104365A1 (de) 2015-03-24 2016-09-29 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Drucksensor
DE102016105511A1 (de) 2016-03-23 2017-09-28 Elringklinger Ag Dichtungsvorrichtung und Herstellungsverfahren
WO2018114282A1 (de) * 2016-12-21 2018-06-28 Endress+Hauser SE+Co. KG Dichtring und druckmessaufnehmer mit mindestens einem solchen dichtring
DE102017124308A1 (de) * 2017-10-18 2019-04-18 Endress+Hauser SE+Co. KG Austauschbare Prozessdichtung für einen Druckmessaufnehmer
DE102018115292A1 (de) 2018-06-26 2020-01-02 Endress+Hauser SE+Co. KG Drucksensor mit keramischer Druckmesszelle und medienbeständiger Prozessdichtung
DE102018115369A1 (de) 2018-06-26 2020-01-02 Endress+Hauser SE+Co. KG Drucksensor mit keramischer Druckmesszelle und medienbeständiger Prozessdichtung
DE102018120537A1 (de) * 2018-08-23 2020-02-27 Elringklinger Ag Dichtungsvorrichtung
DE102019123360A1 (de) * 2019-08-30 2021-03-04 Endress+Hauser SE+Co. KG Drucksensor
DE102019123366A1 (de) * 2019-08-30 2021-03-04 Gerhard Schadenfroh Verfahren zur Herstellung eines Dichtrings
DE102021130134A1 (de) 2021-11-18 2023-05-25 Gemü Gebr. Müller Apparatebau Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft Vorrichtung zur Fluidbegrenzung und Vorrichtung zum Messen einer Eigenschaft eines Prozessfluids

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10106129A1 (de) 2001-02-08 2003-01-09 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Druckmeßgerät
DE10133066A1 (de) * 2001-07-07 2003-01-16 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Druckmeßzelle
DE19628551B4 (de) 1995-08-04 2004-04-15 Ifm Electronic Gmbh Druckmeßgerät und Druckmeßanordnung
DE10334854A1 (de) 2003-07-29 2005-03-10 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Drucksensor
DE102004031582A1 (de) * 2004-06-29 2006-02-09 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Duckaufnehmer
DE102004057967A1 (de) 2004-11-30 2006-06-01 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Drucksensor
DE102011005705A1 (de) * 2011-03-17 2012-09-20 Ifm Electronic Gmbh Kapazitiver Drucksensor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19628551B4 (de) 1995-08-04 2004-04-15 Ifm Electronic Gmbh Druckmeßgerät und Druckmeßanordnung
DE10106129A1 (de) 2001-02-08 2003-01-09 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Druckmeßgerät
DE10133066A1 (de) * 2001-07-07 2003-01-16 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Druckmeßzelle
DE10334854A1 (de) 2003-07-29 2005-03-10 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Drucksensor
DE102004031582A1 (de) * 2004-06-29 2006-02-09 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Duckaufnehmer
DE102004057967A1 (de) 2004-11-30 2006-06-01 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Drucksensor
DE102011005705A1 (de) * 2011-03-17 2012-09-20 Ifm Electronic Gmbh Kapazitiver Drucksensor

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10422711B2 (en) 2015-03-24 2019-09-24 Endress+Hauser Se+Co.Kg Pressure sensor
DE102015104365A1 (de) 2015-03-24 2016-09-29 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Drucksensor
DE102016105511A1 (de) 2016-03-23 2017-09-28 Elringklinger Ag Dichtungsvorrichtung und Herstellungsverfahren
WO2018114282A1 (de) * 2016-12-21 2018-06-28 Endress+Hauser SE+Co. KG Dichtring und druckmessaufnehmer mit mindestens einem solchen dichtring
CN111226101B (zh) * 2017-10-18 2021-12-28 恩德莱斯和豪瑟尔欧洲两合公司 用于压力传感器的可更换的工艺密封件
DE102017124308A1 (de) * 2017-10-18 2019-04-18 Endress+Hauser SE+Co. KG Austauschbare Prozessdichtung für einen Druckmessaufnehmer
WO2019076546A1 (de) * 2017-10-18 2019-04-25 Endress+Hauser SE+Co. KG Austauschbare prozessdichtung für einen druckmessaufnehmer
CN111226101A (zh) * 2017-10-18 2020-06-02 恩德莱斯和豪瑟尔欧洲两合公司 用于压力传感器的可更换的工艺密封件
US11300469B2 (en) 2017-10-18 2022-04-12 Endress+Hauser SE+Co. KG Pressure sensor including replaceable process seal for improved measurement accuracy
DE102018115292A1 (de) 2018-06-26 2020-01-02 Endress+Hauser SE+Co. KG Drucksensor mit keramischer Druckmesszelle und medienbeständiger Prozessdichtung
DE102018115369A1 (de) 2018-06-26 2020-01-02 Endress+Hauser SE+Co. KG Drucksensor mit keramischer Druckmesszelle und medienbeständiger Prozessdichtung
DE102018120537A1 (de) * 2018-08-23 2020-02-27 Elringklinger Ag Dichtungsvorrichtung
DE102019123366A1 (de) * 2019-08-30 2021-03-04 Gerhard Schadenfroh Verfahren zur Herstellung eines Dichtrings
WO2021037489A1 (de) 2019-08-30 2021-03-04 Endress+Hauser SE+Co. KG Drucksensor
DE102019123360A1 (de) * 2019-08-30 2021-03-04 Endress+Hauser SE+Co. KG Drucksensor
DE102021130134A1 (de) 2021-11-18 2023-05-25 Gemü Gebr. Müller Apparatebau Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft Vorrichtung zur Fluidbegrenzung und Vorrichtung zum Messen einer Eigenschaft eines Prozessfluids

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013111910A1 (de) Drucksensor
EP3111186B1 (de) Differenzdruckmessaufnehmer
EP2678653B1 (de) Keramische druckmesszelle
EP3274681B1 (de) Drucksensor
DE102008033337A1 (de) Druckmittler und Druckmessgerät mit einem solchen Druckmittler
DE102016204511B3 (de) Druckmessgerät
DE102014119108A1 (de) Drucksensor mit einem keramischen Grundkörper
EP1817560B1 (de) Drucksensor
EP2021743B1 (de) Formdichtung, dichtungsanordnung und prozesssensor mit einer solchen dichtungsanordnung
DE10235046A1 (de) Kapazitiver Drucksensor
DE102012102834A1 (de) Dichtring und Druckaufnehmer mit mindestens einem solchen Dichtring
DE102014106704A1 (de) Drucksensor
DE102014119111A1 (de) Druckmesszelle
EP2784463A1 (de) Druckmesszelle mit einer Einbauanordnung
EP2920495B1 (de) Dichtring und druckmessaufnehmer mit mindestens einem solchen dichtring
DE102017124308A1 (de) Austauschbare Prozessdichtung für einen Druckmessaufnehmer
DE102013103028A1 (de) Sinterkörper mit mehreren Werkstoffen und Druckmessgerät mit einem solchen Sinterkörper
DE102018115292A1 (de) Drucksensor mit keramischer Druckmesszelle und medienbeständiger Prozessdichtung
WO2018114282A1 (de) Dichtring und druckmessaufnehmer mit mindestens einem solchen dichtring
DE102018115290A1 (de) Drucksensor mit keramischer Druckmesszelle und medienbeständiger Prozessdichtung
DE202004007128U1 (de) Sensor und Meßzelle zur Verwendung in einem Sensor
DE102018114300A1 (de) Druckmesseinrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE102018115369A1 (de) Drucksensor mit keramischer Druckmesszelle und medienbeständiger Prozessdichtung
WO2021037489A1 (de) Drucksensor
DE102022112650A1 (de) Druckmesseinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: ENDRESS+HAUSER SE+CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: ENDRESS + HAUSER GMBH + CO. KG, 79689 MAULBURG, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: HAHN, CHRISTIAN, DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., DE

Representative=s name: ANDRES, ANGELIKA, DIPL.-PHYS., DE

R082 Change of representative

Representative=s name: ANDRES, ANGELIKA, DIPL.-PHYS., DE

R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication