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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drucksensorvorrichtung zur Erfassung des Drucks eines flüssigen Mediums, und insbesondere eine frostsichere Drucksensorvorrichtung, sowie ein Formelement als Teil der Drucksensorvorrichtung.
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Bei der Handhabung und Anwendung flüssiger Medien für unterschiedliche Zwecke ist es häufig erforderlich, einen tatsächlichen bzw. aktuellen Druck des flüssigen Mediums in einem System, im Allgemeinen bestehend aus einem Behälter mit dem flüssigen Medium, einem Rohrleitungssystem und einer oder mehrerer Verbrauchsstellen, zu erfassen. Die mit der Druckerfassung erhaltenen Werte dienen als Parameter, die einer Steuerung oder Regelung in dem System unterliegen können, eine Kenngröße des Systems oder auch ein Maß für eine Durchflussmenge sein können.
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Eine Erfassung von Druckwerten eines flüssigen Mediums kann mittels mechanischer Einrichtungen oder auch in elektronischer Form mittels entsprechender Sensorzellen erfolgen. Bei der Erfassung in elektronischer Form ist eine vereinfachte Weiterverarbeitung der Werte als Parameter bei der Steuerung oder Regelung des Systems möglich. Hierbei wird eine betreffende Sensoreinrichtung ungeachtet ihrer Ausführung mit dem flüssigen Medium beaufschlagt, so dass der Druck des Mediums in die Sensorzelle eingebracht und dort erfasst wird.
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Bei der Druckerfassung können verschiedene Druckwerte erfasst und ausgewertet werden, wie Druckwerte innerhalb eines normalen störungsfreien und dem üblichen Betrieb entsprechenden Druckbereichs, oder Druckwerte außerhalb eines normalen Druckbereichs, die in der Auswertung zu besonderen Maßnahmen Anlass geben können. Im Allgemeinen sind in diesem Zusammenhang Drucksensoren in der Weise ausgelegt, dass ein normaler und dem üblichen Betrieb entsprechender Druck (vorzugsweise in einem Bereich) erfasst werden kann, und dass ohne Zerstörung der Sensoreinrichtung diese mit einem vorbestimmten zulässigen höheren Druck beaufschlagt werden kann.
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Steigt jedoch in diesem Fällen der Druck des flüssigen Mediums erheblich über den genannten höheren zulässigen Druck an, dann besteht die Gefahr, dass die Sensoreinrichtung bzw. Teile der Sensoreinrichtung beschädigt oder zerstört werden. Ein derartiger übergroßer Druck, der zu Beschädigungen führen kann, tritt beispielsweise dann auf, wenn das flüssige Medium in Folge tiefer Umgebungstemperaturen friert und das gefrorene Medium mit dem höheren Volumen den übergroßen Druck in den entsprechenden Räumen innerhalb der Sensoreinrichtung ausübt. Beim Gefrieren des flüssigen Mediums, und insbesondere eines wässrigen Mediums (wässrige Lösung), treten dabei erhebliche über den normalen Betriebsdruck hinausgehende Kräfte auf, ungeachtet dessen, dass die Volumina des hinsichtlich seines Drucks zu erfassende flüssigen Mediums in einer Sensoreinrichtung relativ klein sind.
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Zur Vermeidung eines Frierens des flüssigen Mediums in Zuleitungsrohren und in der Sensoreinrichtung besteht die Möglichkeit der Anordnung und des Betriebs einer Heizeinrichtung. Die Heizeinrichtung ist zu betreiben, wenn die Umgebungstemperaturen unter eine bestimmte Temperatur sinken, bei der das betreffende Medium zu Eisbildung neigt oder friert.
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Da für das Betreiben der Heizeinrichtung eine vorzugsweise elektrische Leistungszufuhr erforderlich ist, bestehen Probleme dahingehend, dass beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug, das eine wässrige Lösung an Bord mitführt und das im Freien bei niedrigen Temperaturen und einer Frostgefahr abgestellt wird, ständig eine Leistungszufuhr erforderlich wäre, um das wässrige Medium an einfrieren zu hindern. Es besteht daher ein Bedarf an einer Sensoreinrichtung oder Druckerfassungseinrichtung, die frostgeschützt ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Druckerfassung eines flüssigen Mediums derart auszugestalten, dass im Falle eines Frierens des flüssigen Mediums einerseits eine Beschädigung oder Zerstörung der gesamten Einrichtung vermieden wird und andererseits der Betrieb nach dem Aufwärmen ohne weitere Maßnahmen fortgesetzt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Drucksensorvorrichtung mit einem Formelement sowie mit dem Formelement gemäß den beigefügten Patentansprüchen gelöst.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drucksensorvorrichtung zur Erfassung des Drucks des flüssigen Mediums, wobei die Drucksensorvorrichtung ein Formelement verwendet. Die Drucksensorvorrichtung zur Erfassung des Drucks eines flüssigen Mediums umfasst ein Zuführungselement zum Zuführen des flüssigen Mediums zu der Drucksensorvorrichtung, ein Sensorelement zur Bestimmung des Drucks des Mediums, und das elastische Formelement, das zwischen dem Sensorelement und dem Zuführungselement angeordnet und teilweise in eine Öffnung des Sensorelements eingesetzt ist, wobei das Formelement einerseits mit einem ersten Teil seiner äußeren Oberfläche in der Öffnung des Sensorelements anliegt, und andererseits zwischen einem zweiten Teil seiner äußeren Oberfläche und der Öffnung des Sensorelements Hohlräume bildet, zwischen dem Formelement und dem Zuführungselement ein Innenraum zur Aufnahme des Mediums gebildet wird, das Formelement ausgebildet ist, in einem ersten Druckbereich des Mediums den Druck zur Bestimmung über den ersten Teil seiner äußeren Oberfläche an das Sensorelement weiterzuleiten, und das Formelement ausgebildet ist, in einem zweiten Druckbereich des Mediums, der höher ist als der erste Druckbereich, ein Vermindern der Hohlräume zu erlauben.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Formelement aus einem elastischen Material, das in ein Sensorelement einer Drucksensorvorrichtung zur Erfassung des Drucks eines Mediums einsetzbar ist und in das ein Zuführungselement zum Zuführen des Mediums in einen zwischen dem Formelement und dem Zuführungselement gebildeten und abgedichteten Innenraum einsetzbar ist. Das Formelement weist an seiner äußeren Oberfläche, die nach dem Einsetzen in das Sensorelement einer inneren Oberfläche desselben gegenüber liegt, eine Mehrzahl von Konvexitäten auf, die die innere Oberfläche des Sensorelements im eingesetzten Zustand berühren, und weist eine Mehrzahl von Konkavitäten auf, die zwischen den Konvexitäten ausgebildet sind und im eingesetzten Zustand des Formelements mit der Öffnung des Sensorelements Hohlräume bilden, wobei das Formelement ausgebildet ist, in einem ersten Druckbereich des Mediums den Druck zur Bestimmung über die Konvexitäten an das Sensorelement weiterzuleiten, und das Formelement ausgebildet ist, in einem zweiten Druckbereich des Mediums, der höher ist als der erste Druckbereich, eine Verformung des Formelements und ein Vermindern der Hohlräume zu erlauben.
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Bei der Drucksensorvorrichtung und dem aus einem elastischen Material bestehenden Formelement, das in die Drucksensorvorrichtung und speziell in ein Sensorelement der Drucksensorvorrichtung einsetzbar ist, bzw. Bestandteil der Drucksensorvorrichtung ist, wird in elastischer Weise in Verbindung mit einem ersten niedrigen Druckbereich des Mediums der Druck des Mediums, beispielsweise ein aktueller normaler und störungsfreier Betriebsdruck des Mediums, zu seiner Bestimmung oder Erfassung zu dem Sensorelement weitergeleitet, so dass das Sensorelement mit dem Druck beaufschlagt wird und eine Druckbestimmung erfolgt. Das Formelement aus einem elastischen Material, das in eine Öffnung des Sensorelements eingesetzt ist, ist somit in der Lage, sicher und genau den Druck des Mediums zum Sensorelement weiterzuleiten. Mittels des Zuführungselements wird das Medium in die Drucksensorvorrichtung eingebracht, so dass das Medium in einem Innenraum zwischen dem Formelement und dem Zuführungselement vorliegt und der zu erfassende Druck in dem Innenraum besteht und auf das Formelement zur Weiterleitung zum Sensorelement einwirkt. Die grundsätzliche äußere Form des Formelements bleibt in dem ersten (niedrigen) Druckbereich des Mediums bis auf sehr geringe und vernachlässigbare Verformungen in Folge der Elastizität des Formelements erhalten (Konvexitäten und Konkavitäten).
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In einem zweiten Druckbereich, den das Medium insgesamt und somit auch der Anteil des Mediums in der Drucksensorvorrichtung annehmen kann, liegt ein erheblich höherer Druck vor, wobei in diesem Fall in Verbindung mit den elastischen Eigenschaften des Formelements sich dessen Form in der Öffnung des Sensorelements verändert und insbesondere die durch die Mehrzahl der Konkavitäten gebildeten Hohlräume zwischen der äußeren Oberfläche des Formelements und der Öffnung des Sensorelements vermindert werden. Im Einzelnen bewirkt der erhöhte Druck im zweiten höheren Druckbereich des Mediums bei einer Eisbildung des Mediums (beispielsweise in Form einer wässrigen Lösung) eine Änderung der Form des Formelements in elastischer Weise, so dass die Konkavitäten (die konkaven Bereiche des Formelements) teilweise nach außen gedrückt werden in Richtung des Sensorelements, so dass die Hohlräume hinsichtlich ihres Volumens vermindert werden.
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Auf diese Weise wird einerseits in dem ersten niedrigen Druckbereich der Druck exakt zum Sensorelement zur genauen Druckbestimmung oder Druckerfassung mittels des Formelements weitergeleitet, und wird bei dem deutlich höheren zweiten Druckbereich im Vergleich zum niedrigeren ersten Druckbereich elastisch eine Volumenvergrößerung des Mediums im höheren Druckbereich und bei Eisbildung durch eine Verformung der Konkavitäten in Verbindung mit einer Verkleinerung der Hohlräume aufgefangen, so dass die in dieser Situation auftretenden deutlich höheren Druckwerte in Folge der ganz oder teilweise möglichen Eisbildung des Mediums wirksam vom Sensorelement ferngehalten werden. Ungeachtet der deutlich höheren Druckwerte im zweiten Druckbereich des Mediums (der wesentlich größer ist als der erste Druckbereich entsprechend den üblichen Werten des Betriebsdrucks) wird das Sensorelement innerhalb der Öffnung in demselben nicht mit einem höheren Druck oder lediglich mit einem nur geringfügig höheren Druck beaufschlagt, so dass eine Beschädigung oder Zerstörung des Sensorelements in Folge der Umgebungsbedingung, die zu dem zweiten höheren Druckbereich führen, wirksam ausgeschlossen wird. Die Drucksensorvorrichtung in der Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit sicher gegen eine Beschädigung oder Zerstörung infolge extremer Umgebungsbedingungen, wie tiefer Temperaturen, und speziell gegen Eisbildung des Mediums und die damit entstehenden höheren Druckwerte geschützt.
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Die mögliche Verformung des Formelements bei Vorherrschen von Druckwerten des zweiten höheren Druckbereichs erfolgt in elastischer Weise, so dass bei einem erneuten Übergang beispielsweise nach einem Ansteigen der Umgebungs-Temperaturen zu den üblichen Betriebsbedingungen der Drucksensorvorrichtung mit einem flüssigen Medium das Formelement elastisch und selbsttätig in die ursprüngliche Form entsprechend dem Normalbetrieb mit dem flüssigen Medium zurückkehrt, ohne dass es eines weiteren Eingriffs bedarf. Mit der derart ausgebildeten Drucksensorvorrichtung besteht somit die Möglichkeit, die Drucksensorvorrichtung in sicherer Weise auch bei wechselnden und extremen Temperaturen zu betreiben, da bei Vorliegen beispielsweise sehr niedriger Temperaturen und einem Einfrieren des flüssigen Mediums (beispielsweise einer wässrigen Lösung) der Sensor frostgeschützt ausgeführt ist, und nach dem Zurückkehren zu den normalen Umgebungsbedingungen mit dem flüssigen Medium die vorstehend beschriebene Druckmessung im ersten Druckbereich ohne weitere Maßnahmen weitergeführt werden kann.
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Auch behält die derart ausgebildete Drucksensorvorrichtung in Verbindung mit dem beschriebenen Formelement die Erfassungsgenauigkeit für die Druckwerte im ersten Druckbereich bei. Die Drucksensorvorrichtung ist wartungsfrei und infolge der Ausbildung der Drucksensorvorrichtung mit dem elastischen Formelement in der Lage, über eine längere Betriebszeit die Elastizität und die Messgenauigkeit bereit zu stellen. Ferner können unterschiedliche Medien, und speziell auch wässrige Medien mit einer entsprechenden Neigung zum Einfrieren bei tiefen Temperaturen, verarbeitet werden. Nach erneutem Übergang in den flüssigen Zustand können die erforderlichen Druckmessungen ohne eine erneute Einstellung oder Kalibrierung weiter geführt werden.
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Weitere Ausgestaltungen der Drucksensorvorrichtung und des Formelements sind in den beigefügten abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Das Formelement kann glockenförmig ausgebildet sein und einen Randbereich aufweisen, und es kann das Zuführungselement eine Vertiefung aufweisen, in die der Randbereich des Formelements fluiddicht zum Abdichten des Innenraums eingesetzt ist.
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Das Formelement kann glockenförmig ausgebildet sein und sich entlang einer Hauptachse erstrecken, und wobei die äußeren Oberflächen der alternierend angeordneten Konvexitäten und Konkavitäten sich parallel zur Hauptachse erstrecken.
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Es können sich die Hohlräume zwischen dem Sensorelement und dem Formelement parallel zur Hauptachse erstrecken.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen
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1 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Anwendung der Drucksensorvorrichtung zur Druckmessung innerhalb eines Systems,
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2 eine Schnittdarstellung der wesentlichen Teile der Drucksensorvorrichtung einschließlich eines Formelements entlang einer Hauptachse der Erstreckung der Drucksensorvorrichtung,
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3 eine perspektivische Ansicht des Formelements gemäß 2,
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4 eine Schnittdarstellung entlang der Hauptachse gemäß 2 durch das Formelement und angrenzende Elemente der Drucksensorvorrichtung,
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5 eine Schnittdarstellung des Formelements senkrecht zu der Hauptachse im Zustand des ersten Druckbereichs mit einem flüssigen Medium,
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6 eine Schnittdarstellung des Formelements senkrecht zu der Hauptachse im Zustand des zweiten Druckbereichs mit dem festen (gefrorenen) Medium, und
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7 eine bildliche Darstellung zur Veranschaulichung der jeweiligen Druckbereiche, die das Medium in Abhängigkeit von der Temperatur annehmen kann.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Unter Bezugnahme auf 1 werden nachstehend die Grundlagen und die Anwendung der Drucksensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die weiteren Figuren zeigen Einzelheiten der Drucksensorvorrichtung sowie des Formelements, das Teil der Drucksensorvorrichtung sein kann.
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Gemäß 1 ist die Drucksensorvorrichtung 1 in einem Rohrleitungssystem 2 angeordnet und dient zum Erfassen des Drucks eines flüssigen Mediums 3 in dem Rohrleitungssystem 2 zwischen einer Pumpe 4 und einer Verbrauchsstelle 5. Das Medium 3 strömt in dem Rohrleitungssystem 2 in Richtung der Verbrauchsstelle 5, wobei das Medium 3 einen gewissen Druck aufweist, der durch die Drucksensorvorrichtung 1 erfasst wird. Das Erfassungsergebnis wird einer elektronischen Steuerungseinheit ECU (nachstehend vereinfacht als Steuerungseinheit bezeichnet) 6 zugeführt. Das Medium 3 ist in einem Behälter 7 bevorratet und wird diesem in Verbindung mit der Pumpe 4 entnommen.
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Das Medium 3 ist in Form eines flüssigen Mediums vorgesehen, und vorzugsweise ein wässriges Medium, d.h. eine wässrige Lösung bestimmter chemischer Substanzen, die an der Verbrauchsstelle 5 in einem vorbestimmten Maß (Menge oder Volumen) benötigt wird. Die vorliegende Erfindung ist ohne Einschränkung anwendbar bei einer Vielzahl von flüssigen Medien oder wässrigen Lösungen, wobei der Begriff des flüssigen Mediums das Medium in einem Zustand einer normalen Betriebstemperatur betrifft, bei der das Medium nicht durch Ausflocken oder Frieren in den festen Zustand übergeht.
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Zur Vereinfachung der Darstellung wird die vorliegende Erfindung beschrieben am Bespiel eines Systems zur Bereitstellung einer wässrigen Harnstofflösung zur Abgasreinigung bei einer Diesel-Brennkraftmaschine. Die Diesel-Brennkraftmaschine ist in 1 mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet. Die Diesel-Brennkraftmaschine 8 erzeugt durch die Verbrennung ein Abgas, das durch eine Abgasanlage 9 einschließlich einer Katalysatoreinrichtung (SCR) 10 nach außen gleitet. Zwischen der Diesel-Brennkraftmaschine 8 und der Katalysatoreinrichtung 10 befindet sich die Verbrauchsstelle 5, die in Bezug auf die Abgasreinigung und die Anwendung einer wässrigen Harnstofflösung eine Einspritzstelle ist. Die wässrige Harnstofflösung als das flüssige Medium 3 wird im Einzelnen in Verbindung mit dem Betrieb der Pumpe 4 dem Behälter 7 entnommen und durch das Rohrleitungssystem 2 der Verbrauchsstelle 5 zugeführt, wobei die Dosierung beispielsweise in Abhängigkeit von dem Druck in dem Rohrleitungssystem 2 vorgenommen werden kann. Der jeweils aktuelle und auch einer möglichen Änderung unterliegende Druck des Mediums 3 in dem Rohrleitungssystem 2 wird durch die Drucksensorvorrichtung 1 erfasst. Die Drucksensorvorrichtung 1 ist im Sinne sogenannter kommunizierender Röhren mit dem Rohrleitungssystem 2 verbunden und kann vom Medium 3 durchströmt werden.
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Die elektronische Steuerungseinheit 6 steht in Verbindung mit der Diesel-Brennkraftmaschine 8, der Pumpe 4, der Drucksensorvorrichtung 1 und der Katalysatoreinrichtung 10 zur Aufnahme von Daten und zur Übersendung von Befehlen und Anweisungen. Steuerungen und Regelungen bestimmter Vorgänge können auf diese Weise verwirklicht werden.
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Der Aufbau der Drucksensorvorrichtung 1 in der erfindungsgemäßen Ausführung wird in Verbindung mit 2 beschrieben. 2 zeigt in schematischer und vereinfachter Darstellung eine Schnittansicht der Drucksensorvorrichtung 1 mit den wesentlichen Teilen oder Komponenten. Die Schnittdarstellung erfolgt etwa in der Mitte der überwiegend symmetrisch ausgebildeten Komponenten der Drucksensorvorrichtung 1, so dass zur vereinfachten Beschreibung eine Hauptachse A dargestellt ist und hinsichtlich der Lage bestimmter Komponenten der Drucksensorvorrichtung 1 und deren Darstellung in den weiteren Figuren darauf Bezug genommen werden kann. Die Hauptachse A verläuft in der Haupterstreckungsrichtung der Drucksensorvorrichtung 1.
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Gemäß der Darstellung in 2 wird das Medium 3 als flüssiges Medium und vorzugsweise als wässrige Lösung durch ein Zuführungselement 11 in das Innere der Drucksensorvorrichtung 1 eingebracht bzw. der Drucksensorvorrichtung 1 zugeführt. Das Zuführungselement 11 dient gleichzeitig als ein erstes Gehäuseteil. In der Darstellung in 2 ist das Zuführungselement 11 bzw. das erste Gehäuseteil im linken Bereich dieser Figur dargestellt. In entsprechende Vertiefungen 11a in dem Zuführungselement 11, die aufgrund der im Wesentlichen rotationssymmetrischen Teile ringförmig ausgebildet sind, ist das vorstehend angegebene Formelement 12 eingesetzt, wobei das Formelement 12 einen nachstehend noch in Bezug auf weitere Figuren beschriebenen Randbereich 22 aufweist, der in die Vertiefung 11a in dem Zuführungselement 11 eingesetzt ist, dass einerseits ein Innenraum 13 mit einem vorbestimmten Abstand zwischen dem Formelement 12 und dem Zuführungselement 11 gebildet wird, und andererseits der Innenraum 13 vollständig abgedichtet wird, so dass das Medium 3 auch bei einem vorbestimmten Druck nicht zwischen dem Zuführungselement 11 und dem Formelement 12 austreten kann. Der Innenraum 13 ist somit fluid-dicht ausgebildet. In dem Innenraum 13 kann das Medium 3 in entsprechender Menge und mit einem vorbestimmten Druck angeordnet sein, wobei der vorbestimmte Druck dem Druck in dem Rohrleitungssystem 2 entspricht (kommunizierende Röhren). Der Druck wirkt somit in dem Innenraum 13 und wirkt somit auf die angrenzenden Oberflächen des Formelements 12. Das Formelement 12 besteht aus einem elastischen Material und bildet ebenfalls ein Abdichtelement bzw. eine Formdichtung, die in die Vertiefung 11a des Zuführungselements 11 eingesetzt ist.
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Das Formelement 12 wird des Weiteren teilweise umschlossen von einem Sensorelement 14, das teilweise um das Formelement 12 angeordnet ist, wobei im Einzelnen das Formelement 12 in eine Öffnung 15 des Sensorelements 14 eingesetzt ist. Vorzugsweise weist die Öffnung 15 des Sensorelements 14 eine annähernd kreisförmige Querschnittsfläche auf, wobei die Größe des Formelements 12 an die Dimensionen der Öffnung 15 angepasst ist bzw. auch eine umgekehrte Anpassung möglich ist.
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Das Sensorelement 14 wird von einer Trägereinrichtung 16 ortsfest in der Drucksensorvorrichtung 1 gehalten, so dass das Sensorelement 14 relativ zu dem Formelement 12 ortsfest ist. Des Weiteren wird die gesamte vorstehend beschriebene Anordnung durch ein zweites Gehäuseteil 17 gehalten. Das zweite Gehäuseteil 17 wird mit dem Zuführungselement 11 in seiner weiteren Funktion als erstes Gehäuseteil verbunden, wobei die Verbindung gegen das Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit abgedichtet ist. Die beiden Gehäuseteile 11 und 17 werden mittels entsprechender Befestigungselemente gehalten, und es sind des Weiteren die erforderlichen Dichtungseinrichtungen vorgesehen für eine Abdichtung der beiden Gehäuseteile 11 und 17. Die Befestigungselemente und die Dichtungseinrichtungen sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt. Ebenso sind Leiterplatten, Verbindungsleitungen und Anschlusselemente der Drucksensorvorrichtung 1 zur Verbindung der Drucksensorvorrichtung 1 mit externen Einrichtungen (z. B. der Steuerungseinheit 6 gemäß 1) zur Vereinfachung nicht dargestellt.
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Das Formelement 12 ist somit zwischen das Zuführungselement 11 (bzw. das erste Gehäuseteil) und das Sensorelement 14 eingesetzt. Zwischen dem Zuführungselement 11 und dem Formelement 12 ist der Innenraum 13 zur Aufnahme des Mediums 3 gebildet.
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Nachstehend werden weitere Einzelheiten des Aufbaus, der Anordnung und der Eigenschaften des Formelements 12 unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben.
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3 zeigt in einer perspektivischen Darstellung das Formelement 12, und insbesondere in einer Sicht auf den Abschnitt oder Teil des Formelements 12, der nach dem Zusammensetzen der Drucksensorvorrichtung 1 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau innerhalb der Öffnung 15 des Sensorelements 14 angeordnet ist. Es ist ebenfalls die Hauptachse A in der Erstreckungsrichtung eingezeichnet. 4 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht eines Teils des Formelements 12, eines Teils des Zuführungselements 11 und des Sensorelements 14, wobei weitere um diese Elemente angeordnete Teile zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen sind. Die Darstellung gemäß 4 umfasst lediglich den Teil des Formelements 12, der in die Öffnung 15 des Sensorelements 14 hineinragt.
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In der Darstellung in 3 ist erkennbar, dass das Formelement 12, das aus einem elastischen Material mit einer vorbestimmten Elastizität besteht, in dem Abschnitt, der sich in der Öffnung 15 des Sensorelements 14 nach dem Zusammensetzen befindet, eine besondere Form aufweist, die Konvexitäten 18 und Konkavitäten 19 jeweils alternierend im Wechsel am Außenumfang (in Umfangsrichtung) aufweist. Die Konvexitäten und Konkavitäten 18 und 19 erstrecken sich an der äußeren Oberfläche des Formelements 12 in einer Richtung ungefähr parallel zur Hauptachse A. Wird die Hauptachse A als ein ungefährer Mittelpunkt der oberen Oberfläche 20 des Formelements 12 betrachtet, dann sind die wechselweise bzw. alternierend in Umfangsrichtung der äußeren Oberfläche des Formelements 12 angeordneten Konvexitäten mit dem ersten Abstand R1 von der Hauptachse entfernt. Die jeweils in Umfangsrichtung zwischen den Konvexitäten 18 angeordneten Konkavitäten 19 sind entsprechend dem zweiten Abstand R2 von der Hauptachse A (in radialer Richtung zur Hauptachse A) entfernt. Es ist dies ebenfalls in 4 dargestellt, wobei der erste Abstand R1 annähernd gleich den Maßen der Öffnung 15 im Sensorelement 14 ist, und der zweite Abstand R2 kleiner ist als der erste Abstand R1. Eine Differenz dR = R1 – R2 entspricht dem Unterschied zwischen dem ersten Abstand R1 und dem zweiten Abstand R2, und entspricht somit gemäß der Darstellung in den 3 und 4 der Tiefe der Konkavitäten relativ zu den vorstehenden Konvexitäten 18 des Formelements 12. Die Konvexitäten 18 bilden einen ersten Teil der äußeren Oberfläche des Formelements 12, und die Konkavitäten 19 bilden einen zweiten Teil der Oberfläche des Formelements 12.
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Das Formelement 12 weist somit einen abgerundeten Bereich sowohl in den Konkavitäten 19 als auch in den Konvexitäten 18 auf, so dass eine Kontur mit weicher Linie bzw. wellenförmiger Linienführung entsteht, und insbesondere eine kantenfreie Kontur gebildet wird. Eine kantenfreie Kontur wird ebenfalls gebildet im Übergang der Konvexitäten und der Konkavitäten 19 zur oberen Oberfläche 20 des Formelements 12. Ungeachtet der wellenförmigen oder kantenfreien äußeren Kontur des Formelements 12 in dem in der Öffnung 15 des Sensorelements 14 angeordneten Teil des Formelements 12 ist das Formelement 12 im Wesentlichen topfförmig oder glockenförmig ausgebildet. Der durch die topf- oder glockenförmige Ausbildung entstehende innere Hohlraum im Formelement 12 wird teilweise durch das Zuführungselement 11 und den zwischen dem Zuführungselement 11 und dem Formelement 12 gebildeten Innenraum 13 zur Aufnahme des Mediums 3 ausgefüllt.
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Die in den 3 und 4 dargestellten Bereiche der Konvexitäten 18 mit dem ersten Abstand R1 bezüglich der gedachten Hauptachse A und mit dem Verlauf der Konvexitäten 18 im Wesentlichen parallel zur Hauptachse A verlaufen damit auch parallel zu einer Innenwand 21 der Öffnung 15 des Sensorelements 14, wobei im Einzelnen im Ruhezustand oder drucklosen Zustand des Mediums 3 im Innenraum 13 die Konvexitäten 18 gerade an der Innenwand 21 des Sensorelements 14 anliegen. Somit berühren die Konvexitäten 18 die Innenwand 21 der Öffnung 15 des Sensorelements 14 mit ihrem jeweiligen abgerundeten (kantenfreien) äußeren Bereich. Die Konkavitäten 19 des Formelements 12 weisen demgegenüber zur Innenwand 21 der Öffnung 15 einen entsprechenden Abstand auf, der im Wesentlichen der Differenz dR zwischen dem ersten und dem zweiten Abstand R1 und R2 entspricht (4). Im Ruhezustand oder drucklosen Zustand sowie in einem Zustand des Mediums 3 innerhalb des üblichen Betriebsdrucks des Mediums 3 im Rohrleitungssystem 2 weist somit das Formelement 12 die genannte und speziell in 3 gezeigte Form auf, wobei die räumliche Position der jeweiligen Konvexitäten 18 auf einem gedachten Kreisring liegt.
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Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, dass die räumliche Position der jeweiligen Konvexitäten 18 auf einem Kreisring liegt, vielmehr können die Konvexitäten 18 (und damit auch im Verlauf des Umfangs des Formelements 12 die Konkavitäten 19 entsprechend ihrem jeweiligen zweiten Abstand R2) auf einer anderen räumlichen Linie liegen, die beispielsweise eine elliptische Form aufweist. In diesem Fall weist ebenfalls die Öffnung 15 des Sensorelements 14 in ihrem Querschnitt eine elliptische Form auf, so dass die jeweiligen äußeren Formen des Formelements 12 einerseits und die Querschnittsfläche der Öffnung 15 einander entsprechen, wobei auch in diesem Fall die Konvexitäten 18 jeweils die Innenwand 21 der Öffnung 15 des Sensorelements 14 (d. h. die innere Oberfläche des Sensorelements 14 im Bereich der Öffnung 15) berühren oder an dieser anliegen.
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In der Darstellung in 3 ist bei dem Formelement 12 der genannte Randbereich 22 gezeigt, der in der vorstehend beschriebenen Weise und im Wesentlichen kreisringförmig ausgebildet ist und in den entsprechenden Vertiefungen 11a im Zuführungselement 11 (siehe 2) dichtend anliegt, so dass der Innenraum 13 zur äußeren Umgebung druckdicht (fluid-dicht) ausgebildet ist und lediglich über einen Zuführungskanal (Einströmungskanal) 23 das Medium 3 in den Innenraum 13 einströmen kann und dort mit dem Druck des Rohrleitungssystems 2 verbleibt, wobei der Druck des Mediums 3 in dem Innenraum 13 unmittelbar einer Druckänderung in dem Rohrleitungssystem 2 folgt. Der Randbereich 22 des Formelements 12 kann auch für einen verbesserten Sitz in der Vertiefung 11a des Zuführungselements 11 wulstförmig ausgebildet sein. Die vorzugsweise ringförmige Vertiefung 11a des Zuführungselements 11 kann als eine Rille ausgebildet sein.
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4 zeigt des Weiteren einen dritten Abstand R3 und einen vierten Abstand R4. Der dritte Abstand R3 bezeichnet den Abstand einer inneren Oberfläche im Innenraum 13 des Formelements 12 im Bereich der Konkavitäten 19, wobei dies im Innenraum 13 vorstehende Bereiche sind. Es stehen diese Bereiche gegenüber den entsprechenden Abschnitten des Zuführungselements 11 im Innenraum 13. Zur Bildung des Innenraums 13 ist der vierte Abstand R4, der die radiale Ausdehnung des Zuführungselements 11 innerhalb des Innenraums 13 und relativ zur Hauptachse A bezeichnet, kleiner als der dritte Abstand R3, so dass der Innenraum 13 geeignet ist, innerhalb des topfförmigen Formelements 12 ein vorbestimmtes Volumen bzw. eine bestimmte Menge des Mediums 3 (wie beispielsweise einer wässrigen Lösung) aufzunehmen. Die genannten Abstände R1 bis R4 stehen zueinander in folgenden Zusammenhang: R1 > R2 > R3 > R4.
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Im Vergleich zur räumlichen oder perspektivischen Darstellung des Formelements 12 gemäß 3 und der Schnittdarstellung des Formelements 12 (neben weiteren Komponenten der Drucksensorvorrichtung 1) entlang der Hauptachse A zeigen die 5 und 6 eine Schnittdarstellung senkrecht zur Hauptachse A. Die Schnittlinie ist entlang der Linie Y-Y gemäß der Darstellung in 4. Abweichend von 4 zeigen die 5 und 6 lediglich das Formelement 12, einen Teil des Innenraums 13 zwischen dem Formelement 12 und dem Zuführungselement 11, sowie die sich aus dem Schnitt ergebenden Teile des Zuführungselements 11. Weitere Komponenten der Drucksensorvorrichtung 1 sind zur Vereinfachung der Darstellung in 4 weggelassen.
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Die 5 und 6 zeigen die Anordnung des Formelements 12 und die Funktion des Formelements 12 in Verbindung mit seinen elastischen Eigenschaften, bei Druckänderungen des Mediums 3 im Innenraum 13 eine Weiterleitung des Drucks des Mediums 3 aus dem Rohrleitungssystem 2 zum Sensorelement 14 vorzunehmen, so dass der betreffende Druck des Mediums 3 mittels des Sensorelements 14 genau erfasst werden kann.
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In beiden 5 und 6 ist die Kontur des Formelements 12 dargestellt, die in Abhängigkeit von verschiedenen Druckwerten des Mediums 3 und entsprechenden Umgebungsbedingungen einer vorbestimmten Verformung unterliegt. Die auftretenden Verformungen sind sämtlich im elastischen Bereich des Materials des Formelements 12, und es kehrt das Formelement 12 in den vorbestimmten Ursprungszustand zurück, wie er gemäß der Darstellung in 5 vorliegt, ohne dass bleibende (plastische) Verformungen entstehen. Im Gegensatz zu dem elastisch ausgeführten Formelement 12 besteht das Zuführungselement 11 aus einem festen Material, das, mit Ausnahme unvermeidlicher Toleranzen und Materialeigenschaften, keiner bzw. lediglich einer vernachlässigbaren Verformung unterliegt. Das Zuführungselement 11 (entsprechend dem ersten Gehäuseteil) ist somit gegenüber dem Formelement 12 als starr anzusehen. In den beiden 5 und 6 ist im Bereich der Hauptachse A der Zuführungskanal 23 gezeigt, mittels dessen das Medium 3 in das Innere der Drucksensorvorrichtung 1 und speziell in den Innenraum 13 zwischen Formelement 12 und Zuführungselement 11 gelangen kann. In dem gesamten Innenraum 13 herrscht derselbe Druck des Mediums 3 entsprechend dem Druck des Rohrleitungssystems 2.
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5 zeigt im Einzelnen eine Situation, die einem ersten und speziell einem niedrigen Druckbereich entspricht, wobei der niedrige Druckbereich einerseits das flüssige Medium 3 betrifft und andererseits Druckwerte umfasst, die einem normalen, d.h. einem üblichen und störungsfreien Betrieb gemäß der Darstellung in 1 des Rohrleitungssystems 2 entspricht (Bereich des Betriebsdrucks). Das Formelement 12 ist in diesem Fall ausgelegt hinsichtlich seiner elastischen Eigenschaften, dass bei den auftretenden Druckwerten mit dem flüssigen Medium 3 gemäß 5 dieser Druck im Innenraum 13 herrscht und der Druck bzw. die Druckkräfte über das Material des Formelements 12 und speziell über die Konvexitäten 18 auf die innere Oberfläche bzw. Innenwand 21 des Sensorelements 14 in der Öffnung 15 übertragen werden. Das Sensorelement 14 wird daher mit dem im Innenraum 13 und in dem Rohrleitungssystem 2 herrschenden Druck des Mediums 3 beaufschlagt, und es kann der Druck genau gemessen werden. Das Formelement 12 unterliegt dabei in dem ersten niedrigen Druckbereich mit dem flüssigen Medium 3 keinen oder lediglich vernachlässigbaren Verformungen, und es bleibt die in den 3 und 5 dargestellte Form mit den ausgeprägten Konvexitäten 18 und Konkavitäten 19 erhalten.
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Im Einzelnen werden zwischen den jeweiligen Konkavitäten 19 (speziell deren Oberfläche am äußeren Umfang des Formelements 12) und der inneren Oberfläche bzw. Innenwand 21 der Öffnung 15 des Sensorelements 14 Hohlräume 24 gebildet, die in Umfangsrichtung des Formelements 12 jeweils zwischen den Konvexitäten 18 angeordnet sind. Im Bereich der Konkavitäten 19 berührt das Formelement 12 nicht die Innenwand 21 der Öffnung 15 sondern bildet die entsprechenden Hohlräume 24 mit einem Abstand zur Öffnung 15 entsprechend der Differenz dR zwischen dem ersten und dem zweiten Abstand R1 und R2. Die Anzahl der auf diese Weise gebildeten Hohlräume 24 am Außenumfang des Formelements 12 in dem Bereich, der sich nach dem Zusammensetzen im Inneren der Öffnung 15 des Sensorelements 14 befindet, entspricht der Anzahl der Konkavitäten 19 und der Anzahl der Konvexitäten 18. Die Hohlräume 24 erstrecken sich auch im Wesentlichen parallel zur Hauptachse A.
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Das Formelement 12 dient somit als Druckweiterleitungseinrichtung bezüglich des im Inneren des Formelements 12 im Innenraum 13 herrschenden Drucks des Leitungssystems 2 zur Erfassung dieses Drucks durch das Sensorelement 14. Das Formelement 12 ist hinsichtlich seiner elastischen Eigenschaften ausgelegt auf einen maximalen Betriebsdruck Pmax, der unter Berücksichtigung von Toleranzen und üblichen Abweichungen, während des Betriebs der Drucksensorvorrichtung 1 zur Erfassung des Drucks im Rohrleitungssystem 2 auftreten kann. In diesem niedrigen ersten Druckbereich, der auch dem Bereich des flüssigen Mediums 3 entspricht (Temperaturbereich), tritt keine oder allenfalls eine vernachlässigbare elastische Verformung des Formelements 12 auf. In jedem Fall erfolgt eine sichere und genaue Druckweiterleitung über die Konvexitäten 18 zum Sensorelement 14 zur Druckerfassung.
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6 zeigt in gleicher Weise wie 5 die Anordnung des Formelements 12, wobei jedoch das Formelement mit anderen Druckwerten entsprechend einem zweiten höheren Druckbereich beaufschlagt wird. 6 zeigt die gleiche Schnittebene Y-Y, wie sie in 4 angedeutet ist. Weitere Komponenten der Drucksensorvorrichtung 1 sind zur Vereinfachung der Darstellung in 4 weggelassen.
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In dem Innenraum 13 zwischen der inneren Oberfläche bzw. Innenwand 21 des Formelements 12 und dem Zuführungselement 11 befindet sich das Medium 3, wobei jedoch das Medium 3 infolge extremer Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise tiefer Temperaturen, ganz oder zumindest teilweise gefroren ist. Infolge der Eisbildung im zuvor flüssigen Medium 3 (beispielsweise einer wässrigen Lösung) nimmt das Volumen des Mediums 3 im Innenraum 13 erheblich zu, so dass auf die den Innenraum 13 begrenzenden Wände des Formelements 12 und des Zuführungselements 11 ein erhöhter Druck ausgeübt wird.
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Eine Eisbildung im Medium 3 oder ein vollständiges Durchfrieren des Mediums 3 tritt dann auf, wenn beispielsweise im Zusammenhang mit der Anwendung der Drucksensorvorrichtung 1 bei der Versorgung mit einer wässrigen Harnstofflösung das Fahrzeug bei niedrigen Außentemperaturen im Freien ohne Betrieb abgestellt wird und somit auch keine Heizeinrichtung im Behälter 7, der Pumpe 4, dem Rohrleitungssystem 2 oder der Drucksensorvorrichtung 1 betrieben werden kann. In diesem Fall kühlt das im Betrieb normalerweise flüssige Medium 3 aus und neigt zur Eisbildung oder friert in Abhängigkeit von der Tiefe der Temperaturen vollständig durch. Eine derartige Situation ist in 6 gezeigt, wobei gegenüber der Darstellung in 5 das größere Volumen des zu Eis gewordenen Mediums 3 im Innenraum 13 veranschaulicht ist.
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In der Darstellung von 6 (Schnitt Y-Y) weist das Zuführungselement 11 dieselbe unveränderte Form auf. Zwischen dem Zuführungselement 11 und dem Formelement 12 ist in dem Innenraum 13 das Medium 3 angeordnet, das im normalen Betrieb (in einem Temperaturbereich, der kein Einfrieren des Mediums 3 bewirkt) in flüssiger Form vorliegt, und wobei der Innenraum 13 nunmehr unter der Annahme sehr tiefer Temperaturen das Medium 3 in gefrorenem Zustand aufnimmt. Das Medium 3 in gefrorenem Zustand übt erheblich größere Kräfte in Verbindung mit seiner Ausdehnung auf das Zuführungselement 11 und das Formelement 12 aus. Die erheblichen Kräfte sind speziell in radialer Richtung nach außen gerichtet und bezogen auf die Zentralachse A, die senkrecht zur Bildebene der 5 und 6 im Bereich des Zuführungskanals 23 verläuft. Die Eisbildung des Mediums 3 und das zumindest teilweise oder vollständige Durchfrieren des Mediums 3 bewirkt die erheblich größeren Druckwerte oder radial nach außen gerichteten Kräfte auf das Formelement 12, so dass diese erheblich größeren Druckwerte einem zweiten höheren Druckbereich zugeordnet werden, mit dem ein spezielles Verhalten des Formelements 12 verbunden ist.
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Nimmt das Volumen des Mediums 3 im Innenraum 13 infolge Eisbildung zu (6), dann werden speziell bei dem Formelement 12 die Bereiche oder Abschnitte der Konkavitäten 19 in radialer Richtung von innen nach außen gedrückt, wobei das Formelement 12 dabei elastisch verformt wird. Es liegen die Konvexitäten 18 nach wie vor an der inneren Oberfläche der Öffnung 15 des Sensorelements 14 an. Mit der Ausdehnung des Mediums 3 im gefrorenen Zustand im Innenraum 13 und der elastischen Verformung des Formelements 12 im Bereich der Konkavitäten 19 werden die zwischen den Konkavitäten 19 des Formelements 12 und der inneren Oberfläche der Öffnung 15 gebildeten Hohlräume 24 verkleinert, so dass im Ergebnis die bei dem Übergang des flüssigen Mediums 3 in den festen Zustand auftretende Ausdehnung in radialer Richtung nach außen zulasten der Größe und Form der Hohlräume 24 erfolgt. Es wird dabei die Tiefe der Konkavitäten 19 verkleinert, so dass die gemäß 5 im flüssigen Zustand des Mediums 3 bestehende Differenz dR zwischen dem ersten und zweiten Abstand R1 und R2 verkleinert wird, indem durch die elastischen Eigenschaften des Formelements 12 die Bereiche der Konkavitäten 19 nach außen gedrückt werden und somit der zweite Anstand R2 verkleinert wird.
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Die Verkleinerung der Hohlräume 24 bewirkt, dass das größere Volumen des gefrorenen Mediums 3 einen Teil der Hohlräume 24 durch die elastische Verformung der Konkavitäten 19 einnimmt und das Volumen des Innenraums 13 gegenüber der Darstellung in 5 größer wird. Demgegenüber liegen die Konvexitäten 18 nach wie vor mit dem erheblich geringeren Druck des ersten Druckbereichs oder einem geringfügig höheren Druck als Pmax an der Innenwand 21 der Öffnung 15 an.
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Im Ergebnis wird durch die elastische Ausgestaltung des Formelements 12 erreicht, dass in einem höheren zweiten Druckbereich mit erheblichen Druckwerten in Verbindung mit einem teilweisen oder vollständigen Gefrieren des zuvor flüssigen Mediums 3 die erforderliche Ausdehnung nicht den Druck der anliegende Konvexitäten 18 auf das Sensorelement 14 erhöht, sondern die Hohlräume 24 als Ausgleichsvolumen genutzt werden und die Ausdehnung des gefrorenen Mediums 3 radial nach außen erfolgt unter elastischer Verformung der Konkavitäten 19 und Verkleinerung der Hohlräume 24. Die Hohlräume 24 und die elastischen Eigenschaften des Formelements 12 sind in der Weise dimensioniert, dass die Hohlräume 24 weitgehend jedoch nicht vollständig durch die Ausdehnung des gefrorenen Mediums 3 verkleinert werden, so dass auch bei einer erheblichen Ausdehnung des gefrorenen Mediums 3 infolge der Volumenzunahme kein zusätzlicher oder allenfalls ein vernachlässigbar größerer Druck auf das Sensorelement 14 ausgeübt wird, wobei auf diese Weise wirksam eine Beschädigung oder Zerstörung des Sensorelements 14 vermieden wird. Insbesondere kann eine Beschädigung oder Zerstörung bei einem beispielsweise aus einer Keramik bestehenden Sensorelement 14 bei einer erheblichen Druckbelastung in der Öffnung 15 auftreten. Diese wird gemäß der vorliegenden Erfindung vermieden.
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Wurde gemäß der Darstellung in 6 das Formelement 12 und wurden speziell die Konkavitäten 19 des Formelements 12 im zweiten höheren Druckbereich elastisch verformt und speziell radial nach außen durch die größere Ausdehnung des gefrorenen Mediums 3 bewegt, dann ist dieser Vorgang vollständig reversibel, da nach einem erneuten Aufwärmen der gesamten in 1 beispielsweise dargestellten Anordnung und einer erneuten Verflüssigung des Mediums 3 das Formelement 12 und speziell die Konkavitäten 19 wieder in die in 5 dargestellte Form zurückkehren. Wird die in 5 dargestellte Form des Formelements 12 wieder erreicht, dann kann in Verbindung mit dem flüssigen Medium 3 erneut eine kontinuierliche oder zyklische Druckerfassung oder Druckmessung erfolgen, indem das Formelement 12 den im Innenraum 13 auftretenden bzw. vorherrschenden Druck des Mediums 3 (ebenfalls entsprechend dem Druck im Rohrleitungssystem 2) zu dem Sensorelement 14 über die in der Öffnung 15 anliegenden Konvexitäten 18 weiterleitet. Die Druckmessung bezüglich des flüssigen Mediums 3 kann somit auch nach häufigem Gefrieren des Mediums 3 und dem Auftreten der in 6 dargestellten Situation wieder mit der ursprünglichen Genauigkeit und ohne weitere Maßnahmen durchgeführt werden.
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Die Größe der Ausdehnung des Mediums 3 im Übergang vom flüssigen zum festen (gefrorenen) Zustand steht ebenfalls in Verbindung mit dem Volumen des Innenraums 13. Um das Volumen des Mediums 3 bzw. dessen Menge innerhalb der Drucksensorvorrichtung 1 zu begrenzen, kann die äußere Form des Zuführungselements 11 eine Polygonform in Anlehnung an die Form im Inneren des Formelements 12 (siehe 5 und 6) aufweisen, wobei ebenfalls die derart gebildete Form des Zuführungselements 11 in dem Bereich, der innerhalb des Formelements 12 angeordnet ist, abgerundete Bereiche und somit eine kantenfreie Kontur aufweist.
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Es kann auf diese Weise die Drucksensorvorrichtung 1 an verschiedene Medien angepasst werden, speziell im Hinblick auf Eigenschaften wie eine Wärmeausdehndung im flüssigen Zustand und die Volumenzunahme bei einem teilweisen oder vollständigen Gefrieren des Mediums 3. Eine Anpassung des Innenraums 13 ist somit einfach durch eine Veränderung der Form des Zuführungselements 11 in dem Bereich innerhalb des Formelements 12 möglich. In jedem Fall bleibt der Zuführungskanal 23 zum Zuführen des Mediums 3 in den Innenraum 13 im Sinne sogenannter kommunizierender Röhren erhalten.
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7 zeigt in schematischer und vereinfachter Darstellung die vorstehend beschriebenen Druckbereiche entlang einer horizontalen Achse, die Druckwerte P bezeichnet. Der erste Druckbereich P1 endet mit dem maximal möglichen Druck Pmax des Rohrleitungssystems 2 (maximaler Betriebsdruck). Der zweite höhere Druckbereich P2 beginnt bei einem Druckwert Pe, bei dem in Abhängigkeit von der Art des Mediums 3 (bzw. dessen Zusammensetzung und Konzentration) und den Umgebungstemperaturen die Eisbildung beginnt, während in einem speziellen dritten Druckbereich P3 die elastische Verformung des Formelements 12 und insbesondere die Bewegung der Konkavitäten 19 in radialer Richtung nach außen zur Verkleinerung der Hohlräume 24 beginnt.
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Das aus einem elastischen Material gebildete Formelement 12 bleibt somit sicher im ersten Druckbereich P1 formstabil bis zu einem maximalen möglichen Betriebsdruck Pmax entsprechend der Darstellung in 5 (normaler und störungsfreier Betrieb), wobei die Hohlräume 24 in der ursprünglichen Weise bestehen und die Konvexitäten 18 am Sensorelement 14 zur Weiterleitung des Drucks des Mediums 3 anliegen. Eine Verformung des Formelements 12 tritt sicher in dem zweiten Druckbereich P2 mit den erheblich größeren Druckwerten auf, wodurch das Formelement 12 die Hohlräume 24 im Sinne eines Ausgleichsvolumens nutzt und somit die erhöhten Druckwerte von dem Sensorelement 14 zur Vermeidung einer Beschädigung oder Zerstörung ferngehalten werden. Eine elastische Verformung der Konkavitäten 19 beginnt in Abhängigkeit von den elastischen Eigenschaften des Materials des Formelements 12 in einem dritten Druckbereich P3 bei Druckwerten, die größer als der maximal mögliche Betriebsdruck Pmax sind. Der dritte Druckbereich P3 liegt somit zwischen dem ersten niedrigen Druckbereich P1 und dem zweiten höheren Druckbereich P2.
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Die Verformungen des Formelements 12 mit den genannten Druckbereichen sind vollständig reversibel. Der maximal mögliche Betriebsdruck Pmax ist in der Weise bestimmt, dass mit einer großen Wahrscheinlichkeit im normalen Betrieb der in 1 dargestellten Einrichtungen dieser Druck nicht auftritt. Eine Wartung der vorstehend beschriebenen Drucksensorvorrichtung 1 nach einer Situation des vollständigen Durchfrierens des zuvor flüssigen Mediums 3 ist nicht erforderlich, vielmehr kann bei erneutem Auftauen des Mediums die Druckmessung in der ursprünglichen Weise weitergeführt werden. Die möglichen Verformungen des Formelements 12 beim Übergang von dem ersten Druckbereich P1 mit niedrigen Druckwerten zu dem zweiten Druckbereich P2 mit den erheblich höheren Druckwerten ist somit eine entsprechend den elastischen Eigenschaften des Formelements 12 vorbestimmte und zulässige elastische Verformung, die nach Entlastung in Verbindung mit einer Zurückkehr zum ersten Druckbereich P1 vollständig rückgängig gemacht wird.
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Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Es ist jedoch für den auf diesem Gebiet tätigen Fachmann selbstverständlich, dass die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß den vorstehend beschriebenen Figuren und die für die jeweiligen Bauteile und Komponenten verwendeten Bezugszeichen in den Figuren und in der Beschreibung sowie die beispielhaften Angaben nicht einschränkend auszulegen sind. Die Erfindung ist somit auf die angegebene Darstellung in den Figuren und insbesondere auf die Dimensionen und die Anordnungen nicht beschränkt. Als zur Erfindung gehörig werden sämtliche Ausführungsformen und Varianten angesehen, die unter die beigefügten Patentansprüche fallen.
