DE102014119438A1

DE102014119438A1 - Method for filling a diaphragm seal

Info

Publication number: DE102014119438A1
Application number: DE102014119438.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Uehlin; Ulrich Buder
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-06-23

Abstract

Verfahren zum dauerhaften Befüllen eines Druckmittlers (1) über eine in einer Gehäusewand (2) befindlichen Befüllöffnung (3) mit folgenden Verfahrensschritten: – Befüllen des Druckmittlers (1) mit einer Übertragungsflüssigkeit (4) über die Befüllöffnung (3); – Anordnen eines Abdichtungselementes (5) in der Befüllöffnung (3), so dass keine Übertragungsflüssigkeit (4) mehr durch die Befüllöffnung (3) austreten kann; – Aufbringen einer generativ aufgebauten, vorzugsweise metallischen Verschlussschicht (6) auf zumindest Teile des Abdichtungselements (5) und der Gehäusewand (2).Method for permanently filling a pressure transmitter (1) via a filling opening (3) located in a housing wall (2) with the following method steps: - filling the pressure transmitter (1) with a transfer fluid (4) via the filling opening (3); Arranging a sealing element (5) in the filling opening (3) so that no transfer liquid (4) can escape through the filling opening (3); - Applying a generatively constructed, preferably metallic sealing layer (6) on at least parts of the sealing element (5) and the housing wall (2).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum dauerhaften Befüllen eines Druckmittlers über eine in einer Gehäusewand befindlichen Befüllöffnung, sowie ein Druckmittler mit einer solchen Befüllöffnung.The invention relates to a method for permanently filling a pressure transmitter via a filling opening located in a housing wall, as well as a pressure transmitter with such a filling opening.

Druckmittler werden in der industriellen Messtechnik zur Übertragung von Drücken eingesetzt. Dabei werden sie z.B. in Verbindung mit Druck oder Differenzdruckmessgeräten eingesetzt. Bei Druckmessgeräten wird ein zu messender Druck beispielsweise dem Druckmittler zugeführt und über den Druckmittler auf einen im Messgerät ggfl. auch im Druckmittler befindlichen Drucksensorelement übertragen. Bei Differenzdruckmessgeräten werden entsprechend zwei Druckmittler eingesetzt denen jeweils einer der Drücke, deren Differenz gemessen werden soll, zugeführt wird. Die Druckmittler übertragen diese Drücke dann auf das Drucksensorelement zur Erfassung eines Druckmesswertes.Diaphragm seals are used in industrial metrology for the transmission of pressures. In doing so, they are e.g. Used in conjunction with pressure or differential pressure gauges. In pressure gauges, a pressure to be measured, for example, supplied to the diaphragm seal and over the diaphragm seal on a if necessary in the meter ggfl. also transmitted in the pressure transmitter located pressure sensor element. In differential pressure gauges two diaphragm seals are used in each case one of the pressures whose difference is to be measured, is supplied. The diaphragm seals then transfer these pressures to the pressure sensor element to detect a pressure reading.

Der Einsatz von Druckmittlern ist z.B. dann erforderlich, wenn der oder die Drücke dem Druck- bzw. Differenzdrucksensor nicht direkt zugeführt werden können. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn die Sensoren gegenüber chemischen und/oder mechanischen Belastungen sehr empfindliche sind, wie dies z.B. bei piezoresistiven Druckmesszellen, die z.B. Messmembranen aus oder mit empfindlichen Halbleiterbauelementen aufweisen, der Fall ist, oder wenn eine Differenz zwischen zwei an verschiedenen Orten wirkenden Drücken mit einem Differenzdrucksensor erfasst werden.The use of chemical seals is e.g. required if the pressure (s) can not be supplied directly to the pressure or differential pressure sensor. This is e.g. then the case when the sensors are very sensitive to chemical and / or mechanical stresses, e.g. in piezoresistive pressure cells, e.g. Measuring membranes made of or with sensitive semiconductor devices, the case is, or when a difference between two pressures acting at different locations with a pressure differential sensor are detected.

Weiter werden Druckmittler auch dann eingesetzt, wenn, z.B. aus hygienischen Gründen, ein frontbündiger Abschluss zum Prozess gewünscht ist.Further, diaphragm seals are used even if, e.g. for hygienic reasons, a flush completion to the process is desired.

Druckmittler weisen in der Regel eine auf einen Körper, bspw. ein Gehäusekörper, montierte flexible Trennmembran auf, deren vom Körper abgewandte Seite ein zu übertragender Druck zuführbar ist. Der Körper weist üblicherweise eine zur Trennmembran hin geöffnete hydraulische Kammer auf, die von der Trennmembran überdeckt und nach außen abgeschlossen ist. Vorzugsweise dient eine der Trennmembran zugewandte innere Mantelfläche der Kammer als Membranbett, an das sich die Trennmembran anlegt, wenn der auf sie einwirkende Druck einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Der Anschluss des Druckmittlers an einen Drucksensorelement kann bspw. über eine Druckleitung, die in die Druckkammer mündet erfolgen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Drucksensorelement sich innerhalb des Körpers befindet und somit keine Druckleitung notwendig ist.Diaphragm seals generally have a flexible separating membrane mounted on a body, for example a housing body, whose side facing away from the body can be fed with a pressure to be transmitted. The body usually has an opening to the separation membrane hydraulic chamber, which is covered by the separation membrane and closed to the outside. Preferably, one of the separation membrane facing the inner surface of the chamber serves as a membrane bed to which the separation membrane applies when the pressure acting on them exceeds a predetermined limit. The connection of the pressure transmitter to a pressure sensor element can, for example, via a pressure line, which opens into the pressure chamber. Alternatively it can also be provided that the pressure sensor element is located inside the body and thus no pressure line is necessary.

Die hydraulische Kammer und ggfl. auch die Druckleitung bilden zusammen einen hydraulischen Kammerverbund aus und werden mit einer inkompressiblen Übertragungsflüssigkeit gefüllt, über die im Betrieb die Druckübertragung erfolgt. Anhand der Befüllung des hydraulischen Kammerverbundes lässt sich somit ein spezifischer Arbeitspunkt des Druckmittles einstellen. Dieser Arbeitspunkt hängt unter anderem von dem, unter der Trennmembran in den hydraulischen Kammerverbund, eingeschlossenen Volumen ab. Hierbei gilt es, für jede Ausgestaltungsvariante der Trennmembran die Kammer und ggfl. die Druckleitung mit einem spezifischen Volumen der Übertragungsflüssigkeit zu befüllen.The hydraulic chamber and if necessary. The pressure line together form a hydraulic chamber composite and are filled with an incompressible transfer fluid through which the pressure is transferred during operation. On the basis of the filling of the hydraulic chamber composite can thus set a specific operating point of the pressure medium. Among other things, this operating point depends on the volume enclosed under the separating diaphragm in the hydraulic chamber assembly. It applies here, for each embodiment variant of the separation membrane, the chamber and if necessary. to fill the pressure line with a specific volume of the transfer fluid.

Eine entsprechende hydraulische Kammer zur Aufnahme der Übertragungsflüssigkeit bzw. des Füllfluids wird typischerweise durch verschiedene Fügeprozesse struktureller Komponenten des Druckmittlers untereinander sowie mit der Trennmembran und ggfl. dem integrierten Sensorelement hergestellt. Erst wenn die Trennmembran und ggfl. auch das integrierte Sensorelement montiert sind, d.h. alle Öffnungen bis auf eine dediziert zur Fluidbefüllung vorgesehene Befüllöffnung verschlossen sind, kann die Fluidbefüllung erfolgen. Anschließend muss die Befüllöffnung hinreichend druckdicht verschlossen werden, um einen bei allen Lastfällen und auf Dauer funktionsfähigen Sensor zu erhalten.A corresponding hydraulic chamber for receiving the transfer fluid or the filling fluid is typically by different joining processes of structural components of the pressure transmitter with each other and with the separation membrane and if necessary. manufactured the integrated sensor element. Only when the separation membrane and if necessary. also the integrated sensor element are mounted, i. all openings are closed except for a dedicated for fluid filling filling opening, the fluid filling can take place. Subsequently, the filling opening must be sealed sufficiently pressure-tight, in order to obtain a sensor that is functional in all load cases and over the long term.

Bekannte Verschlussmechanismen und -prozesse basieren entweder auf rein mechanischen Effekten oder in einer Kombination von mechanischem Verschluss und thermischem Fügeverfahren zur Erzielung der Druckdichtigkeit. Die rein mechanischen Verfahren weisen entweder eine geringe Druckfestigkeit auf (z.B. Kugelverschluss), erfordern komplexe und somit teure Teilegeometrien (z.B. Verschluss mit Kugel und Schraube) oder aufwendige automatisierte Prozesse (z. B. Königs-Expander). Verschlussverfahren unter Nutzung thermischer Fügeprozesse erzielen typischerweise eine Dichtheit bis zu sehr hohen Drücken, bringen aber heute so viel thermische Energie unweit der Befüllöffnung ein, dass eine thermische Beeinflussung der Übertragungsflüssigkeit bzw. des Füllfluids nicht ausgeschlossen werden kann. Eine solche thermische Beeinflussung kann über chemische Reaktionen im Füllfluid zum Zerfall von Füllfluid-Molekülen und zur Gasbildung in der hydraulischen Kammer führen, was bei Fortschreiten des derart initiierten Prozesses eine langsame Veränderung der Messeigenschaften bewirken und über längere Zeiträume einen Totalausfall des Sensors zur Folgen haben kann.Known closure mechanisms and processes are based either on purely mechanical effects or in a combination of mechanical closure and thermal joining process to achieve pressure tightness. The purely mechanical processes either have low compressive strength (e.g., ball-and-socket closure), require complex and thus expensive part geometries (e.g., ball and screw closure) or elaborate automated processes (e.g., king expander). Closing methods using thermal joining processes typically achieve a tightness up to very high pressures, but today bring so much thermal energy near the filling opening that a thermal influence on the transfer liquid or the filling fluid can not be ruled out. Such thermal influence can lead to chemical reactions in the filling fluid to the disintegration of Füllfluid molecules and gas formation in the hydraulic chamber, which cause a slow change in the measurement characteristics with the progress of the process initiated in this way and can have a total failure of the sensor for longer periods ,

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Möglichkeit vorzuschlagen, die thermische Rückwirkung auf die Übertragungsflüssigkeit zu verringern.The invention is therefore based on the object to propose a way to reduce the thermal reaction to the transmission fluid.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum dauerhaften Befüllen eines Druckmittlers über eine in einer Gehäusewand befindlichen Befüllöffnung, sowie ein Druckmittler gelöst. The object is achieved by a method for permanently filling a pressure transmitter via a filling opening located in a housing wall, as well as a pressure transmitter.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum dauerhaften Befüllen eines Druckmittlers über eine in einer Gehäusewand befindlichen Befüllöffnung mit folgenden Verfahrensschritten:

– Befüllen des Druckmittlers mit einer Übertragungsflüssigkeit über die Befüllöffnung;
– Anordnen eines Abdichtungselementes in der Befüllöffnung, so dass keine Übertragungsflüssigkeit mehr durch die Befüllöffnung austreten kann;
– Aufbringen einer generativ aufgebauten, vorzugsweise metallischen Verschlussschicht auf zumindest Teile des Abdichtungselements und der Gehäusewand.

With regard to the method, the object is achieved by a method for permanently filling a pressure transmitter via a filling opening located in a housing wall with the following method steps:

- filling the pressure transmitter with a transfer fluid through the filling opening;
Arranging a sealing element in the filling opening, so that no transfer liquid can escape through the filling opening;
- Applying a generatively constructed, preferably metallic sealing layer on at least parts of the sealing element and the housing wall.

Erfindungsgemäß wird also ein Verschlussverfahren vorgestellt, das einen mechanischen Vorverschluss über einfache Teilegeometrien realisiert und im Anschluss über ein generatives Metallaufbauverfahren eine ausreichende Druckfestigkeit ohne thermische Rückwirkung auf die Übertragungsflüssigkeit erzielt.Thus, according to the invention, a closure method is presented which realizes a mechanical prefastening via simple part geometries and subsequently achieves a sufficient compressive strength without thermal reaction to the transfer liquid via a generative metal-building method.

Als generative Fertigungsverfahren werden alle Fertigungsverfahren bezeichnet, die Bauteile durch Auf- oder Aneinanderfügen von Volumenelementen, vorzugsweise schichtweise, automatisiert herstellen. Der Begriff „Additive Manufacturing“ ist das englische Pendant zum deutschen Begriff „Generative Fertigungsverfahren“ manchmal auch als „Additive Fertigungsverfahren“ bezeichnet. Sowohl der deutsche Begriff „Generative Fertigungsverfahren“ als auch der englische Begriff „Additive Manufacturing“ sind in Deutschland ( VDI 3403 ) und in den USA ( ASTM F2792 ) genormt.As generative manufacturing process, all manufacturing processes are referred to, the components by attaching or joining together of volume elements, preferably in layers, automated. The term "additive manufacturing" is the English equivalent to the German term "generative manufacturing process" sometimes referred to as "additive manufacturing process". Both the German term "Generative Manufacturing Process" and the English term "Additive Manufacturing" are in Germany ( VDI 3403 ) and in the USA ( ASTM F2792 ) standardized.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Befüllöffnung mittels einer Stufenbohrung realisiert wird, wobei die Stufenbohrung dergestalt ist, dass sie zumindest einen ersten und einen zweiten zylindrischen Bereich mit einem ersten Durchmesser und einem zweiten Durchmesser, die vorzugsweise unterschiedlichen sind, aufweist.An advantageous embodiment of the inventive method provides that the filling opening is realized by means of a stepped bore, wherein the stepped bore is such that it has at least a first and a second cylindrical portion having a first diameter and a second diameter, which are preferably different.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass nach dem Anordnen des Abdichtungselementes in der Befüllöffnung ein Reinigungsschritt durchgeführt wird, durch den zumindest die Gehäusewand und/oder eine erste Stirnseite des Abdichtungselementes, insbesondere von der Übertragungsflüssigkeit, gereinigt wird.An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that, after arranging the sealing element in the filling opening, a cleaning step is carried out, by which at least the housing wall and / or a first end face of the sealing element, in particular of the transfer liquid, is cleaned.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die generativ aufgebaute Verschlussschicht durch ein lokal aufgebrachtes Metallpulver, welches mittels einer exothermen Reaktion aufgeschmolzen wird, hergestellt wird. Insbesondere wird die exotherme Reaktion lokal ausgeübt, bspw. durch die Verwendung eines Lasers. Bezüglich der Reihenfolge der beiden Verfahrensschritte ist es denkbar, dass zuerst das Metallpulver lokal aufgebracht und anschließend durch die exotherme Reaktion aufgeschmolzen wird, aber auch, dass Aufbringen und Aufschmelzen in einem Schritt, d.h. parallel, durchgeführt wird.An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the generatively constructed sealing layer is produced by a locally applied metal powder, which is melted by means of an exothermic reaction. In particular, the exothermic reaction is exerted locally, for example by the use of a laser. With regard to the sequence of the two process steps, it is conceivable that first the metal powder is applied locally and then melted by the exothermic reaction, but also that application and melting in one step, i. parallel, is performed.

Hinsichtlich des Druckmittlers wird die Aufgabe durch einen Druckmittler zumindest aufweisend ein Gehäuse mit einer hydraulischen Kammer und einer Trennmembran gelöst, wobei die hydraulische Kammer mit einer Übertragungsflüssigkeit gefüllt ist und durch die Trennmembran von einem zu messenden Medium abgetrennt ist, wobei die Trennmembran und die Übertragungsflüssigkeit einen an der Trennmembran anliegenden Mediendruck an ein, vorzugsweise innerhalb des Gehäuses befindliches Drucksensorelement zur Erfassung eines Druckmesswertes übertragen, wobei der Druckmittler ferner eine in einer Gehäusewand befindlichen Befüllöffnung, ein in der Befüllöffnung angeordnetes Abdichtungselement und eine generativ aufgebaute, vorzugsweise metallische Verschlussschicht aufweist, wobei die Verschlussschicht zumindest über dem Abdichtungselement und einen Bereich um die Befüllöffnung auf der Gehäusewand aufgebracht ist.With regard to the pressure transmitter, the object is achieved by a pressure transmitter at least comprising a housing with a hydraulic chamber and a separation membrane, wherein the hydraulic chamber is filled with a transfer fluid and separated by the separation membrane of a medium to be measured, wherein the separation membrane and the transfer liquid a The pressure medium further comprises a filling opening located in a housing wall, a sealing element arranged in the filling opening and a generatively constructed, preferably metallic, sealing layer, wherein the sealing layer comprises at least one pressure sensor element located inside the housing is applied at least over the sealing element and a region around the filling opening on the housing wall.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmittlers sieht vor, dass das Abdichtungselement und der zweite zylindrische Bereich als eine Passung realisiert sind. Derartig für diesen Anwendungsfall geeignete Passung stellen bspw. eine Press- oder eine Übergangspassung dar. Diese haben gegenüber einer Spielpassung den Vorteil, dass sich das Abdichtungselement nicht aufgrund der Gewichtskraft der Übertragungsflüssigkeit aus dem zweiten zylindrischen Bereich herauslöst, wie dies bei einer Spielpassung möglicherweise der Fall sein könnte. Als besonders bevorzugt haben sich dabei Übergangspassungen des Typs H7/n6 oder H7/k6 oder H7/j6, die in der Norm DIN ISO 286 T2 beschrieben sind, erwiesen.An advantageous embodiment of the pressure transmitter according to the invention provides that the sealing element and the second cylindrical portion are realized as a fit. For example, they have a press fit or a transition fit. These have the advantage over a clearance fit that the sealing element does not detach from the second cylindrical area due to the weight force of the transfer liquid, as might be the case with a clearance fit could be. In this case, transition fits of the type H7 / n6 or H7 / k6 or H7 / j6, which are described in US Pat Standard DIN ISO 286 T2 are described proven.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmittlers sieht vor, dass die Befüllöffnung in Form einer Stufenbohrung realisiert ist, die zumindest einen ersten zylindrischen Bereich und einen zweiten zylindrischen Bereich mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist.An advantageous embodiment of the pressure transmitter according to the invention provides that the filling opening is realized in the form of a stepped bore having at least a first cylindrical portion and a second cylindrical portion with different diameters.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmittlers sieht vor, dass die Stufenbohrung ferner einen dritten zylindrischen Bereich mit einem dritten Durchmesser aufweist und die Stufenbohrung eine zweite Stufenkante zwischen dem zweiten und dritten zylindrischen Bereich aufweist und wobei das Abdichtungselement mit einer zweiten Stirnseite auf der zweiten Stufenkante aufliegt.An advantageous embodiment of the pressure transmitter according to the invention provides that the stepped bore further comprises a third cylindrical portion having a third diameter and the stepped bore has a second step edge between the second and third cylindrical portion and wherein the sealing member rests with a second end face on the second step edge.

Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmittlers sieht vor, dass die Befüllöffnung im Wesentlichen konisch zulaufend ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Abdichtungselement im Wesentlichen eine entsprechend der Befüllöffnung konisch zulaufende Außenkontur aufweist.An alternative embodiment of the pressure transmitter according to the invention provides that the filling opening is substantially tapered. In particular, it is provided that the sealing element has a substantially corresponding to the filling opening tapered outer contour.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings. It shows:

1: einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Druckmittler, 1 : a cross-section through a diaphragm seal according to the invention,

2: eine Detailansicht der Befüllöffnung einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmittlers und des zum Verschluss eingesetzte Abdichtungselement vor der Montage, 2 : a detailed view of the filling opening of a first embodiment of the pressure transmitter according to the invention and of the sealing element used for the closure before assembly,

3: eine Detailansicht der Befüllöffnung der ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmittlers und dem eingesetzten Abdichtungselement nach der Montage und der Anwendung des generativen Fertigungsverfahrens, und 3 a detail view of the filling of the first embodiment of the diaphragm seal according to the invention and the sealing element used after assembly and the application of the generative manufacturing process, and

4: eine Detailansicht der Befüllöffnung einer zweiten alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmittlers und des eingesetzten Abdichtungselementes mit einer kegelstumpfförmigen Aussenkontur nach der Montage und der Anwendung des generativen Fertigungsverfahrens. 4 : A detailed view of the filling of a second alternative embodiment of the diaphragm seal according to the invention and the sealing element used with a frusto-conical outer contour after assembly and the application of the generative manufacturing process.

1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Druckmittler 1, der zumindest ein, vorzugsweise metallisches, Gehäuse 10 mit einer hydraulischen Kammer 11 und einer flexiblen, vorzugsweise metallischen, Trennmembran 12 aufweist. Die hydraulische Kammer 11 ist durch die flexible Trennmembran 12 von einem zu messenden Medium abgetrennt. 1 shows a cross section through a pressure transmitter according to the invention 1 , the at least one, preferably metallic, housing 10 with a hydraulic chamber 11 and a flexible, preferably metallic, separation membrane 12 having. The hydraulic chamber 11 is due to the flexible separation membrane 12 separated from a medium to be measured.

Die in die hydraulische Kammer 11 eingefüllte Übertragungsflüssigkeit 4 dient dazu, einem (in dieser Ausgestaltung innerhalb des Gehäuses 10 befindlichen) Drucksensorelement 13 ein an der Trennmembran 12 anliegenden Mediendruck möglichst hysteresefrei und zeitstabil zuführen. Eine direkte Exposition des Drucksensorelementes 13 mit dem zu messenden Medium ist, wie eingangs erwähnt, in vielen Fällen nicht empfehlenswert oder sogar verboten.The in the hydraulic chamber 11 filled transfer fluid 4 serves to a (in this embodiment, within the housing 10 located) pressure sensor element 13 one on the separation membrane 12 applied medium pressure as possible hysteresis-free and stable over time. Direct exposure of the pressure sensor element 13 with the medium to be measured is, as mentioned above, in many cases not recommended or even prohibited.

Das Drucksensorelement 13 erfasst anhand des über die Übertragungsflüssigkeit 4 zugeführten Mediendrucks einem Druckmesswert.The pressure sensor element 13 detected by means of the transmission fluid 4 supplied media pressure a pressure reading.

Der Druckmittler 1 umfasst ferner eine in einer Gehäusewand 2 befindlichen Befüllöffnung 3, die als Stufenbohrung 7 ausgebildet ist. Die Stufenbohrung 7 weist einen in die hydraulische Kammer 11 mündenden dritten zylindrischen Bereich 15 mit einem dritten Durchmesser D3, einem zweiten zylindrischen Bereich 9, der an den dritten zylindrischen Bereich 15 anschließt, mit einem zweiten Durchmesser D2 und einem ersten zylindrischen Bereich 8, der an den zweiten zylindrischen Bereich 9 anschließt, mit einem ersten Durchmesser D1, auf. Die Durchmesser sind, wie aus 1 ersichtlich, derartig gewählt, dass der dritte Durchmesser D3 kleiner als der zweite Durchmesser D2 und dieser wiederum kleiner als der erste Durchmesser D1 ist. Denkbar sind/ist aber auch eine Ausgestaltung bei der der dritte zylindrische Bereich 15 weggelassen wird und/oder auch eine Ausgestaltung bei der der erste Durchmesser D1 und der zweite Durchmesser D2 im Wesentlichen gleich groß sind.The diaphragm seal 1 further includes one in a housing wall 2 located filling opening 3 as a stepped bore 7 is trained. The stepped bore 7 has one in the hydraulic chamber 11 opening third cylindrical area 15 with a third diameter D3, a second cylindrical area 9 leading to the third cylindrical area 15 connects, with a second diameter D2 and a first cylindrical portion 8th that is attached to the second cylindrical area 9 connects with a first diameter D1. The diameters are how out 1 can be seen, selected such that the third diameter D3 is smaller than the second diameter D2 and this in turn smaller than the first diameter D1. Conceivable are / is also an embodiment in which the third cylindrical area 15 is omitted and / or an embodiment in which the first diameter D1 and the second diameter D2 are substantially equal.

Die Symmetrieachsen der drei zylindrischen Bereiche 8, 9, 15 sind dabei ohne Knick ineinander übergehend.The symmetry axes of the three cylindrical areas 8th . 9 . 15 are merging without kink.

Im günstigsten Fall sind die Gehäusewände 2 sowie das Abdichtungselement 5 aus Edelstahl gefertigt. Andere Materialien sind denkbar, wobei deren thermische Ausdehnungskoeffizienten möglichst ähnlich, im besten Fall gleich sein sollten.In the best case, the housing walls 2 and the sealing element 5 made of stainless steel. Other materials are conceivable, their coefficients of thermal expansion should be as similar as possible, in the best case the same.

2 zeigt eine Detailansicht der Befüllöffnung 3 einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmittlers 1 und des zum Verschluss eingesetzte zylindrische Abdichtungselement vor der Montage. 2 shows a detailed view of the filling opening 3 a first embodiment of the pressure transmitter according to the invention 1 and the sealing member used for the cylindrical sealing element prior to assembly.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum dauerhaften Befüllen sieht vor, dass nach erfolgter Befüllung der hydraulischen Kammer 11 mit der Übertragungsflüssigkeit 4 mittels eines zylindrischen Abdichtungselementes 5, bspw. eines Stiftes, verschlossen wird. Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn beim Befüllvorgang die Übertragungsflüssigkeit 4 mindestens bis zu einer zweiten Stufenkante 17 eingefüllt wird. Als zweite Stufenkante 17 ist die Kante zwischen dem zweiten zylindrischen Bereich 9 und dem ersten zylindrischen Bereich 8 zu verstehen. Dementsprechend ist als erste Stufenkante 16 die Kante zwischen dem dritten zylindrischen Bereich 15 und dem zweiten zylindrischen Bereich 9 zu verstehen.The inventive method for permanent filling provides that after completion of the hydraulic chamber 11 with the transfer fluid 4 by means of a cylindrical sealing element 5 , For example, a pin, is closed. It has proved to be particularly advantageous if during the filling process, the transmission fluid 4 at least up to a second step edge 17 is filled. As second step edge 17 is the edge between the second cylindrical area 9 and the first cylindrical portion 8th to understand. Accordingly, as the first step edge 16 the edge between the third cylindrical area 15 and the second cylindrical portion 9 to understand.

Hierbei ist zu beachten, dass das Abdichtungselement 5 bis zum Übergang zur Bohrung mit dem kleinsten Durchmesser, also dem dritten zylindrischen Bereich, eingeführt wird, so dass eine zweite Stirnseite des Abdichtungselementes 5 auf der zweiten Stufenkante 17 aufliegt. Das Abdichtungselement 5 und die zweite Bohrung bilden eine Passung 14, bei der das Abdichtungselement 5 nicht durch geringfügige Kräfte wie die Gewichtskraft der Übertragungsflüssigkeit 4 aus dem zweiten zylindrischen Bereich 9 bzw. zweite Bohrung herausgedrückt werden kann.It should be noted that the sealing element 5 is introduced until the transition to the bore with the smallest diameter, ie the third cylindrical portion, so that a second end face of the sealing element 5 on the second step edge 17 rests. The sealing element 5 and the second bore form a fit 14 , at the sealing element 5 not by minor forces such as the weight of the transmission fluid 4 from the second cylindrical area 9 or second hole can be pushed out.

Derartig für diesen Anwendungsfall geeignete Passung stellen bspw. eine Press- oder eine Übergangspassung dar. Diese haben gegenüber einer Spielpassung den Vorteil, dass sich das Abdichtungselement nicht aufgrund der Gewichtskraft der Übertragungsflüssigkeit aus dem zweiten zylindrischen Bereich herauslöst, wie dies bei einer Spielpassung möglicherweise der Fall sein könnte. Als besonders bevorzugt haben sich dabei Übergangspassungen des Typs H7/n6 oder H7/k6 oder H7/j6, die in der Norm DIN ISO 286 T2 beschrieben sind, erwiesen.For example, they have a press fit or a transition fit. These have the advantage over a clearance fit that the sealing element does not detach from the second cylindrical area due to the weight force of the transfer liquid, as might be the case with a clearance fit could be. In this case, transition fits of the type H7 / n6 or H7 / k6 or H7 / j6, which are described in US Pat Standard DIN ISO 286 T2 are described proven.

Das Abdichtungselement 5 hat ungefähr die gleiche Länge wie die zweite Bohrung, so dass seine erste Stirnseite nur geringfügig über diese Bohrung übersteht oder in diese Bohrung eintaucht. Da die Übertragungsflüssigkeit 4 in der zweiten Bohrung bzw. zweiten zylindrischen Bereich 9 steht, wird die dort vorhandene Übertragungsflüssigkeit 4 durch das Einführen des Abdichtungselementes 5 derart verdrängt, dass keine Luft in der hydraulischen Kammer 11 eingeschlossen ist und die überschüssige Übertragungsflüssigkeit 4 aus der zweiten Bohrung bzw. dem zweiten zylindrischen Bereich 9 heraus gedrückt wird.The sealing element 5 has approximately the same length as the second bore, so that its first end face protrudes only slightly beyond this bore or dips into this bore. Because the transmission fluid 4 in the second bore or second cylindrical region 9 is, is the existing transfer fluid there 4 by the insertion of the sealing element 5 displaced so that no air in the hydraulic chamber 11 is included and the excess transfer fluid 4 from the second bore or the second cylindrical region 9 is pressed out.

Nach dem Verschließen mit dem Abdichtungselement 5 wird der Druckmittler 1 von Resten der Übertragungsflüssigkeit 4 auf den äußeren Flächen gereinigt. Hierzu eigenen sich z.B. ein Tauchprozess oder eine Dampfreinigung mit einem geeigneten Lösungsmittel. Das Abdichtungselement 5 dient dazu, ein Auslaufen der Übertragungsflüssigkeit 4 oder ein Eindringen von Reinigungsfluid vollständig zu verhindern.After sealing with the sealing element 5 becomes the diaphragm seal 1 of residues of the transfer fluid 4 cleaned on the outer surfaces. For this purpose, for example, a dipping process or a steam cleaning with a suitable solvent. The sealing element 5 serves to leak the transmission fluid 4 or completely prevent penetration of cleaning fluid.

Anschließend wird der erste zylindrische Bereich 8, der den gleichen oder einen größeren Durchmesser als der mit dem Abdichtungselement 5 verschlossen zweite zylindrische Bereich 9 aufweist, mittels eines generativen Metallaufbauverfahrens druckdicht aufgefüllt. Hierzu wird ein Metallpulver lokal aufgebracht und dieses anschließend oder ggfl. auch gleichzeitig, z.B. per Laser, aufgeschmolzen. Bei diesem Verfahrensschritt verbinden sich das aufgeschmolzene Metallpulver und das vorhandene Metall. Die Höhe des ersten zylindrischen Bereichs 8 ist so zu wählen, dass das System aus dem Abdichtungselement 5 und der generativ hergestellten Verschlusschicht 6 die geforderte Druckfestigkeit sicher bietet.Subsequently, the first cylindrical area 8th that is the same or larger in diameter than the one with the sealing element 5 closed second cylindrical area 9 has filled pressure-tight by means of a generative metal construction process. For this purpose, a metal powder is applied locally and this then or if necessary. also simultaneously, eg by laser, melted. In this process step, the molten metal powder and the existing metal combine. The height of the first cylindrical area 8th is to be chosen so that the system of the sealing element 5 and the generatively produced closure layer 6 provides the required pressure resistance safe.

Der erste Durchmesser D1 des ersten zylindrischen Bereichs 8 ist dann größer als der zweite Durchmesser D2 des zweiten zylindrischen Bereichs 9 zu wählen, wenn die Haftung der generativ hergestellten Verschlussschicht 6 durch eine ebene Kontaktfläche um das Abdichtungselement herum verbessert werden kann. Falls ein Überstehen der generativ hergestellten Verschlussschicht 6 über die restliche Oberfläche im konkreten Anwendungsfall unproblematisch und die Haftung der verbundenen Flächen hinreichend hoch ist, kann der erste zylindrische Bereich 8 auch denselben Durchmesser wie der zweite zylindrische Bereich 9 aufweisen. In diesem Fall wird die generativ erzeugte Metallschicht 6 auf der äußeren Oberfläche der Gehäusewand 2 aufgetragen.The first diameter D1 of the first cylindrical portion 8th is then larger than the second diameter D2 of the second cylindrical portion 9 to choose if the adhesion of the generatively produced sealing layer 6 can be improved by a flat contact surface around the sealing element around. If a supernatant of the generatively produced sealing layer 6 Over the remaining surface in concrete application case unproblematic and the adhesion of the connected surfaces is sufficiently high, can the first cylindrical area 8th also the same diameter as the second cylindrical area 9 exhibit. In this case, the generatively generated metal layer 6 on the outer surface of the housing wall 2 applied.

Sollte sich ein Herausstehen der ersten Stirnseite des Abdichtungselementes 5 aus der Öffnung des zweiten zylindrischen Bereiches 9 für die mit dem generativen Metallaufbauprozess erreichbare Druckfestigkeit (= Grad der Verschmelzens von additiv aufgebrachtem und vorhandenem Metall) als positiv erweisen, ist eine entsprechende Konfiguration durch geeignete Wahl der Länge des zweiten zylindrischen Bereichs und Länge des Abdichtungselementes 5 herzustellen. Vorzugsweise ist dabei die Länge des Abdichtungselementes 5 so zu wählen, dass die erste Stirnseite des Abdichtungselementes 5 nur geringfügig übersteht oder in den zylindrischen Bereich 9 einsinkt.Should a protrusion of the first end face of the sealing element 5 from the opening of the second cylindrical portion 9 is positive for the compressive strength achievable with the additive metal-building process (= degree of fusion of additive-deposited and existing metal) is a corresponding configuration by appropriate choice of the length of the second cylindrical portion and length of the seal member 5 manufacture. Preferably, the length of the sealing element is 5 to choose so that the first end face of the sealing element 5 only slightly protrudes or in the cylindrical area 9 sinks.

Ist ein geringfügiges Überstehen des Abdichtungselementes 5 gewünscht, kann der überstehende Bereich entweder eine zylindrische oder eine kegelstumpfförmige Kontur aufweisen. Letztere kann wiederum vorteilhaft für die Haftung der generativ aufgetragenen Metallschicht 6 sein.Is a slight protrusion of the sealing element 5 desired, the projecting portion may have either a cylindrical or a frusto-conical contour. The latter can in turn be advantageous for the adhesion of the generatively applied metal layer 6 be.

3 zeigt eine Detailansicht der Befüllöffnung der ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmittlers 1 und dem eingesetzten Abdichtungselement 5 nach der Montage bzw. nach der Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens. 3 shows a detailed view of the filling opening of the first embodiment of the pressure transmitter according to the invention 1 and the sealing element used 5 after assembly or after carrying out the method described above.

4 zeigt eine Detailansicht der Befüllöffnung 3 einer zweiten alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Druckmittlers 1 und des eingesetzten Abdichtungselementes 5 mit einer kegelstumpfförmigen Außenkontur nach der Montage bzw. nach der Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens. 4 shows a detailed view of the filling opening 3 a second alternative embodiment of the pressure transmitter according to the invention 1 and the sealing element used 5 with a frusto-conical outer contour after assembly or after carrying out the method described above.

Die zweite Bohrung bzw. der zweite, in diesem Fall nicht mehr zylindrische Bereich und der Verschlussstift können auch als Kegel bzw. Kegelstumpf und die Befüllöffnung als entsprechendes Gegenstück ausgebildet sein. Hierzu muss sichergestellt sein, dass die Befüllöffnung 3 vollständig verschlossen ist und Überstand oder Absenkung des Abdichtungselementes 5 in der Befüllöffnung 3 für den Metallaufbauprozess nicht zu groß ausfallen. Die Befüllöffnung 3 ist hierbei durch eine im Wesentlichen konisch zulaufende Bohrung realisiert.The second bore or the second, in this case, no longer cylindrical region and the closure pin can also be designed as a cone or truncated cone and the filling opening as a corresponding counterpart. For this, it must be ensured that the filling opening 3 is completely closed and protrusion or lowering of the sealing element 5 in the filling opening 3 not too big for the metal buildup process. The filling 3 is realized here by a substantially tapered bore.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Druckmittler Diaphragm Seals
22: Gehäusewand housing wall
33: Befüllöffnung filling
44: Übertragungsflüssigkeit transmission fluid
55: Abdichtungselementes sealing element
66: Verschlussschicht sealing layer
77: Stufenbohrung stepped bore
88th: Erster zylindrischer Bereich First cylindrical area
99: Zweiter zylindrischer Bereich Second cylindrical area
1010: Gehäuse casing
1111: Hydraulische Kammer Hydraulic chamber
1212: Trennmembran separating membrane
1313: Drucksensorelement Pressure sensor element
1414: Passung fit
1515: Dritter zylindrischer Bereich Third cylindrical area
1616: Erste Stufenkante First step edge
1717: Zweite Stufenkante Second step edge
D1D1: Erster Durchmesser First diameter
D2D2: Zweiter Durchmesser Second diameter
D3D3: Dritter Druchmesser Third Druchmesser

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

VDI 3403 [0013]
ASTM F2792 [0013]
Standard DIN ISO 286 T2 [0018]
Standard DIN ISO 286 T2 [0036]

Claims

Method for permanently filling a diaphragm seal ( 1 ) via a housing wall ( 2 ) filling opening ( 3 ) with the following process steps: - filling the diaphragm seal ( 1 ) with a transfer fluid ( 4 ) via the filling opening ( 3 ); Arranging a sealing element ( 5 ) in the filling opening ( 3 ), so that no transmission fluid ( 4 ) more through the filling opening ( 3 ) can escape; Application of a generatively constructed, preferably metallic sealing layer ( 6 ) on at least parts of the sealing element ( 5 ) and the housing wall ( 2 ).

Method according to claim 1, wherein the filling opening ( 3 ) by means of a stepped bore ( 7 ) is realized, wherein the stepped bore ( 7 ) is such that it has at least a first and a second cylindrical area ( 8th . 9 ) having a first diameter (D1) and a second diameter (D2), which are preferably different.

Method according to the preceding claim, wherein after arranging the sealing element ( 5 ) in the filling opening ( 3 ) a cleaning step is carried out, through which at least the housing wall ( 2 ) and / or a first end face of the sealing element ( 5 ), in particular of the transfer fluid ( 4 ), is cleaned.

Method according to one or more of the preceding claims, wherein the generatively constructed sealing layer ( 6 ) is produced by a locally applied metal powder, which is melted by means of an exothermic reaction.

Diaphragm seal ( 1 ) at least comprising a housing ( 10 ) with a hydraulic chamber ( 11 ) and a separating membrane ( 12 ), the hydraulic chamber ( 11 ) with a transfer fluid ( 4 ) and through the separation membrane ( 12 ) is separated from a medium to be measured, wherein the separation membrane ( 12 ) and the transfer fluid ( 4 ) one at the separation membrane ( 12 ) applied to a medium pressure, preferably within the housing ( 10 ) located pressure sensor element ( 13 ) transmit for detecting a pressure measurement, wherein the pressure transmitter ( 1 ) further in a housing wall ( 2 ) filling opening ( 3 ), one in the filling opening ( 3 ) arranged sealing element ( 5 ) and a generatively constructed, preferably metallic sealing layer ( 6 ), wherein the sealing layer ( 6 ) at least over the sealing element ( 5 ) and an area around the filling opening ( 3 ) on the housing wall ( 2 ) is applied.

A pressure transmitter according to claim 5, wherein the sealing element ( 5 ) and the second cylindrical region ( 9 ) as a fit ( 14 ) are realized. A pressure transmitter according to claim 5 or 6, wherein the filling opening ( 3 ) in the form of a stepped bore ( 7 ) is realized, the at least one first cylindrical area ( 8th ) and a second cylindrical region ( 9 ) having different diameters (D1, D2).

Diaphragm seal according to one of claims 5 to 7, wherein the stepped bore ( 7 ) further comprises a third cylindrical region ( 15 ) having a third diameter (D3) and the stepped bore has a second step edge (D3) 16 ) between the second and third cylindrical regions ( 9 . 15 ) and wherein the sealing element ( 5 ) with a second end face on the second step edge ( 16 ) rests.

Diaphragm seal according to claim 5, wherein the filling opening ( 3 ) is substantially tapered.

A pressure transmitter according to claim 9, wherein the sealing element ( 5 ) substantially one corresponding to the filling opening ( 3 ) has tapered outer contour.