-
Die Erfindung betrifft einen Druckaufnehmer mit einem Druckmittler und einem Prozessanschluss, bei dem der Druckmittler eine Stirnfläche umfasst, die außenseitlich allseitig von einer daran angrenzenden, komplanar hierzu angeordneten Stirnfläche des Prozessanschlusses umgeben ist, und Druckmittler und Prozessanschluss mittels einer zu einem Ring geschlossenen, an die Stirnfläche des Druckmittlers und die Stirnfläche des Prozessanschlusses angrenzenden Schweißung miteinander verbunden sind.
-
Druckaufnehmer der eingangs genannten Art werden in der industriellen Messtechnik zur Aufnahme von Drücken eingesetzt. Dort werden sie z.B. in Druckmesseinrichtungen eingesetzt, die einen Drucksensor umfassen, der über den Druckaufnehmer mit einem von Druckaufnehmer aufgenommenen, über einen Druckübertragungspfad zum Drucksensor übertragenen, zu messenden Druck beaufschlagt wird.
-
Druckaufnehmern umfassen hierzu üblicherweise einen Druckmittler, der eine den Druckmittler nach außen abschließende, mit dem aufzunehmenden Druck zu beaufschlagende Trennmembran umfasst. Bei diesen Druckmittlern ist unter der Trennmembran eine mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit befüllte Druckempfangskammer eingeschlossen, in der eine durch den Druckmittler hindurch verlaufende, ebenfalls mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit befüllte Druckübertragungsleitung mündet, über die ein von außen auf die Trennmembran einwirkender Druck an einen Zielort übertragbar ist.
-
Druckaufnehmer müssen an einem Einsatzort montiert und mit dem aufzunehmenden Druck beaufschlagt werden. Hierzu werden Druckaufnehmer mit einem Prozessanschluss ausgestattet, der am Einsatzort auf einem hierzu komplementären Prozessanschluss montierbar ist. Dabei umfasst der komplementäre Prozessanschluss eine durch diesen hindurch verlaufende Druckzuleitung, über die die Trennmembran des Druckmessaufnehmers mit dem vom Druckaufnehmer aufzunehmenden Druck beaufschlagbar ist.
-
Ein Beispiel eines mit einem Prozessanschluss ausgestatteten Druckaufnehmers ist in der
DE 10 2004 019 389 A1 beschrieben.
-
Dieser Druckaufnehmer umfasst einen Druckmittler, der in eine durch den Prozessanschluss hindurch verlaufende Ausnehmung eingeschraubt ist. Dabei ist ein zwischen Druckmittler und Prozessanschluss bestehender Spalt durch eingangs- und ausgangsseitig in den Spalt eingesetzte Dichtungen abgedichtet.
-
Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik Druckaufnehmer bekannt, deren Druckmittler im Wesentlichen frontbündig in eine durch deren Prozessanschluss hindurch verlaufende Ausnehmung eingeschweißt sind.
-
Diese Druckaufnehmer umfassen einem Druckmittler und einem Prozessanschluss, wobei
- - der Druckmittler eine Stirnfläche umfasst, die außenseitlich allseitig von einer daran angrenzenden, komplanar hierzu angeordneten Stirnfläche des Prozessanschlusses umgeben ist, und
- - Druckmittler und Prozessanschluss mittels einer zu einem Ring geschlossenen, an die Stirnfläche des Druckmittlers und die Stirnfläche des Prozessanschlusses angrenzenden Schweißung miteinander verbunden sind.
-
In beiden Fällen bietet der modulare Aufbau dieser Druckaufnehmer den Vorteil, dass Abmessungen und Bauform des Prozessanschlusses des Druckaufnehmers in Abstimmung auf die Abmessungen und die Bauform eines am Einsatzort bereits vorhandenen komplementären Prozessanschlusses ausgewählt werden können.
-
Wird ein Druckaufnehmer auf einem hierzu komplementären Prozessanschluss montiert, so ist eine Abdichtung des durch den komplementären Prozessanschluss zum Druckaufnehmer verlaufenden Druckübertragungspfades gegenüber der Umgebung erforderlich. Hierzu werden heute üblicher Weise Prozessdichtungen eingesetzt, die zwischen einer Dichtfläche des Prozessanschlusses des Druckaufnehmers und einer dieser gegenüberliegenden Dichtfläche des komplementären Prozessanschlusses eingespannt werden. Als Prozessdichtungen werden hier in der Regel kreisringscheibenförmige Flachdichtungen eingesetzt.
-
Es gibt eine Vielzahl von Einsatzorten, an denen aus Platzgründen nur Prozessanschlüsse mit möglichst geringen Abmessungen eingesetzt werden können. Dementsprechend können an diesen Einsatzorten nur Druckmessaufnehmer eingesetzt werden, deren Prozessanschluss ebenfalls entsprechend geringe Abmessungen aufweisen.
-
Dabei besteht jedoch das Problem, dass die Abmessungen des Druckmittlers nicht beliebig verkleinert werden können. Das liegt unter anderem daran, dass die Trennmembran eine gewisse Mindestgröße aufweisen muss, um eine unverfälschte Druckübertragung zu gewährleisten. Darüber hinaus muss die in der Regel kreisringförmige, die Trennmembran außenseitlich umgebende Stirnfläche des Druckmittlers eine gewisse Mindestbreite aufweisen, damit die Erzeugung der Druckmittler und Prozessanschluss miteinander verbindenden Schweißung nach Möglichkeit keinen nachteiligen Einfluss auf die Druckübertragungseigenschaften der Trennmembran hat. Eine darüber hinaus gehende Verkleinerung der Abmessungen kann somit nur durch eine Verkleinerung der Grundfläche des den Druckmittler außenseitliche allseitig umgebenden Prozessanschlusses des Druckaufnehmers erzielt werden. Das führt jedoch zwangsläufig auch zu einer Verkleinerung der Dichtfläche des Prozessanschlusses des Druckaufnehmers, die wiederum eine Verschlechterung der erzielbaren Dichtwirkung zur Folge hat. Dieser Nachteil kann innerhalb gewisser Grenzen durch den Einsatz vergleichsweise teurer Spezialdichtungen kompensiert werden. Auch dann ist jedoch eine gewisse Mindestgröße der Dichtfläche zu gewährleisten, um eine Abdichtung ausreichender Dichtheit zu gewährleisten, die einer weiteren Verkleinerung der Abmessungen des Prozessanschlusses des Druckaufnehmers entgegen steht.
-
Dieses Problem ist besonders kritisch, wenn als Prozessanschluss ein Flansch eingesetzt werden soll, dessen Dichtfläche auf einer gegenüber der diese außenseitlich umgebenen Stirnfläche des Flansches erhabenen Stirnfläche des Flansches angeordnet ist. Hier kann nur eine kreisringförmige Dichtung eingesetzt werden, deren Breite echt kleiner als die Hälfte der Differenz zwischen Außen- und Innendurchmesser der den Druckmittler außenseitlich allseitig umgebenden, erhabenen Stirnfläche des Prozessanschlusses ist.
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Druckaufnehmer mit einem Druckmittler und einem Prozessanschluss anzugeben, der unter Zwischenfügung einer Prozessdichtung auf einem zum Prozessanschluss des Druckaufnehmers komplementären Prozessanschluss geringer Größe montiert werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Druckaufnehmer mit einem Druckmittler und einem Prozessanschluss gelöst, bei dem
- - der Druckmittler eine Stirnfläche umfasst, die außenseitlich allseitig von einer daran angrenzenden, komplanar hierzu angeordneten Stirnfläche des Prozessanschlusses umgeben ist, und
- - Druckmittler und Prozessanschluss mittels einer zu einem Ring geschlossenen, an die Stirnfläche des Druckmittlers und die Stirnfläche des Prozessanschlusses angrenzenden Schweißung miteinander verbunden sind, der sich dadurch auszeichnet, dass
- - die Schweißung eine planare Oberfläche aufweist, die komplanar zu den daran angrenzenden Stirnflächen von Druckmittler und Prozessanschluss verläuft, und
- - der Druckaufnehmer eine Dichtfläche umfasst, die sich über die planare Oberfläche der Schweißung erstreckt.
-
Erfindungsgemäße Druckaufnehmer bieten den Vorteil, dass die Oberfläche der Schweißung planar ist und somit als Teilbereich der Dichtfläche zur Verfügung steht. Damit steht eine größere als Dichtfläche nutzbare Oberfläche zur Verfügung, als bei aus dem Stand der Technik bekannten Druckaufnehmern, bei denen ausschließlich die die Schweißung außenseitlich umgebende Stirnfläche des Prozessanschlusses als Dichtfläche genutzt werden kann. Hierüber wird erreicht, dass auch dann noch eine Dichtfläche ausreichender Größe zur Verfügung steht, wenn die die Schweißung außenseitlich umgebende Stirnfläche des Prozessanschlusses vergleichsweise klein ist. Damit können erfindungsgemäße Druckaufnehmer mit kleineren Prozessanschlüssen ausgestattet werden als aus dem Stand der Technik bekannte Druckaufnehmer und auf dementsprechend kleineren hierzu komplementären Prozessanschlüssen montiert werden.
-
Eine erste Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Dichtfläche über einen an die Schweißung angrenzenden Oberflächenbereich der planaren Stirnfläche des Druckmittlers und/oder der planaren Stirnfläche des Prozessanschlusses erstreckt.
-
Eine Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass
- - der Druckmittler einen im Wesentlichen zylindrischen Druckmittler-Bereich umfasst, an dessen Frontbereich eine sich radial nach außen ersteckenden Schulter angeformt ist, und
- - der Prozessanschluss als Überwurf ausgebildet ist, der auf einer von der Stirnfläche abgewandten Rückseite der Schulter aufliegt und die Schulter außenseitlich allseitig umgibt.
-
Eine zweite Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
- - die die Stirnfläche des Druckmittlers außenseitlich allseitig umgebende Stirnfläche des Prozessanschlusses als gegenüber einer diese Stirnfläche außenseitlich allseitig umgebenden weiteren Stirnfläche des Prozessanschlusses erhabene Oberfläche des Prozessanschlusses ausgebildet ist, und
- - die Dichtfläche als gegenüber der die Dichtfläche außenseitlich allseitig umgebenden weiteren Stirnfläche des Prozessanschlusses erhabene Oberfläche des Druckaufnehmers ausgebildet ist.
-
Weitere Ausgestaltungen zeichnet sich dadurch aus, dass
- - der Druckmittler einen Frontbereich umfasst, der in einer im Prozessanschluss vorgesehenen, durch den Prozessanschluss hindurch führenden Ausnehmung angeordnet ist, und/oder
- - der Prozessanschluss als Flansch ausgebildet ist, der unter Zwischenfügung einer Prozessdichtung auf einen hierzu komplementären Gegenflansch montierbar ist.
-
Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Dichtfläche eine kreisringförmige Fläche ist.
-
Bevorzugte Ausgestaltungen der letztgenannten Ausgestaltung zeichnen sich dadurch aus, dass
- - die Dichtfläche einen Innendurchmesser von 34 mm und einem Außendurchmesser von 68 mm aufweist,
- - die Dichtfläche einen Innendurchmesser von 33 mm und einen Außendurchmesser von 67 mm aufweist, oder
- - die Dichtfläche einen Innendurchmesser von 35 mm und einen Außendurchmesser von 67 mm aufweist.
-
Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass
- - der Druckmittler eine mittig auf dessen die Stirnfläche umfassenden Stirnseite angeordnete Trennmembran umfasst,
- - unter der Trennmembran eine mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit gefüllte Druckempfangskammer eingeschlossen ist, und
- - in der Druckempfangskammer eine durch den Druckmittler hindurch verlaufende, mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit gefüllte Druckübertragungsleitung mündet.
-
Eine bevorzugte Ausgestaltung der letztgenannten Ausgestaltung zeichnen sich dadurch aus, dass der Druckaufnehmer als Druckmessaufnehmer ausgebildet ist, der einen in einer an die Druckübertragungsleitung angeschlossenen Druckmesskammer angeordneten Drucksensor umfasst.
-
Eine dritte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
- - der Druckmittler einen im Wesentlichen zylindrischen Druckmittler-Bereich umfasst,
- - ein hülsenförmiger Gehäusebereich vorgesehen, der den Druckmittler-Bereich außenseitlich allseitig umgibt, und
- - der Gehäusebereich einen ersten Endbereich umfasst, der mit dem Prozessanschluss verbunden ist, wobei der erste Endbereich und der Prozessanschluss insb. durch eine Schweißung miteinander verbunden sind.
-
Eine Weiterbildung der dritte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass
- - der Gehäusebereich einen zweiten Endbereich umfasst, und
- - auf dem zweiten Endbereich ein Gehäuse montiert ist,
- - wobei das Gehäuse insb. derart ausgebildet ist, dass es den zweiten Endbereich endseitig außenseitlich allseitig umgibt und/oder insb. durch eine Schweißung mit dem zweiten Endbereich verbunden ist.
-
Eine Weiterbildung der dritte Weiterbildung oder deren Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass der zylindrische Druckmittler-Bereich einen Abschnitt umfasst, dessen äußeren Mantelfläche derart von einer inneren Mantelfläche des zweiten Endbereichs außenseitlich allseitig umgeben ist, dass zwischen den Mantelflächen ein Spalt besteht, dessen Spaltbreite so gering und dessen Spaltlänge so groß ist, dass der Spalt eine Flammendurchschlagsperre bildet, wobei der Spalt hierzu insb. eine Spaltbreite von kleiner gleich 0,04 mm und eine Spaltlänge von größer gleich 12,5 mm aufweist.
-
Ein weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass
- - der Druckaufnehmer unter Zwischenfügung einer Prozessdichtung auf einem zu dem Prozessanschluss des Druckaufnehmers komplementären Prozessanschluss montiert ist, und
- - der komplementären Prozessanschluss eine durch diesen hindurch verlaufende Druckzuleitung umfasst, über die der Druckaufnehmer mit einem aufzunehmenden Druck beaufschlagbar ist.
-
Eine Ausgestaltung der letztgenannten Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass
- - die Prozessdichtung eine kreisringscheibenförmige Flachdichtung ist, oder
- - die Dichtfläche des Druckaufnehmers außenseitlich allseitig von einem komplanar zur Dichtfläche angeordneten weiteren Stirnflächenbereich des Prozessanschlusses umgeben ist und die Prozessdichtung als Flachdichtung ausgebildet ist, deren Grundfläche eine der Grundfläche der Dichtfläche entsprechende Teilfläche und eine der Grundfläche des weiteren Stirnflächenbereichs entsprechende Teilfläche umfasst.
-
Weiter umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Druckaufnehmers, das sich dadurch auszeichnet, dass
- - der Druckmittler und der Prozessanschluss vorgefertigt werden,
- - der Druckmittler und der Prozessanschluss derart angeordnet werden, dass die Stirnfläche des Prozessanschlusses die Stirnfläche des Druckmittlers außenseitlich umgibt und beide Stirnflächen komplanar in einer Ebene angeordnet sind,
- - der Druckmittler und der Prozessanschluss mittels eines Schweißverfahren miteinander verbunden werden, bei dem in einem zu einem Ring geschlossenen Bereich, in dem die beiden Stirnflächen aneinander angrenzen, eine zu einem Ring geschlossene Schweißnaht erzeugt wird, und
- - eine die Schweißnaht umfassende Oberfläche des Verbunds aus Druckmittler und Prozessanschluss einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird, mittels der in einem die Dichtfläche umfassenden Oberflächenbereich des Verbunds eine planare Oberfläche erzeugt wird, wobei die planare Oberfläche insb. mittels Drehen, Schleifen und/oder Polieren erzeugt wird.
-
Die Erfindung und deren Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen zwei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Um Komponenten unterschiedlicher Größe darstellen zu können, wurde eine nicht immer maßstabsgetreue Darstellung gewählt.
- 1 zeigt: einen erfindungsgemäßen Druckaufnehmer;
- 2 zeigt: eine Prozessdichtung;
- 3 zeigt: eine alternative Ausführungsform einer Prozessdichtung;
- 4 zeigt: einen zum Prozessanschluss des Druckaufnehmers von 1 komplementären Prozessanschluss;
- 5 zeigt: eine Druckmittler und Prozessanschluss miteinander verbindende Schweißnaht;
- 6 zeigt: die in 1 eingekreiste Schweißung zwischen Druckmittler und Prozessanschluss des Druckaufnehmers von 1;
- 7 zeigt: eine Ansicht einer Stirnseite des Druckaufnehmers von 1;
- 8 zeigt: eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckaufnehmers;
- 9 zeigt: eine Ansicht einer Stirnseite des Druckaufnehmers von 8; und
- 10 zeigt: eine Explosionsdarstellung des Druckaufnehmers von 8.
-
1 zeigt eine Schnittzeichnung eines erfindungsgemäßen Druckaufnehmers mit einem Druckmittler 1 und einem Prozessanschluss 3. Dabei sind Druckmittler 1 und Prozessanschluss 3 derart angeordnet, dass eine Stirnfläche 5 des Druckmittlers 1 außenseitlich allseitig von einer daran angrenzenden, komplanar hierzu angeordneten Stirnfläche 7 des Prozessanschlusses 3 umgeben ist. Die beiden aneinander angrenzenden Stirnflächen 5, 7 befinden sich also in einer Ebene.
-
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die komplanare Anordnung der Stirnflächen 5, 7 dadurch erzielt, dass der Druckmittler 1 frontbündig in eine durch den Prozessanschluss 3 hindurch führende Ausnehmung eingesetzt ist. Alternativ kann diese Anordnung aber auch auf andere Weise erzielt werden.
-
Darüber hinaus sind Druckmittler 1 und Prozessanschluss 3 mittels einer zu einem Ring geschlossenen, an die Stirnfläche 5 des Druckmittlers 1 und die Stirnfläche 7 des Prozessanschlusses 3 angrenzenden Schweißung 9 miteinander verbunden.
-
Erfindungsgemäß weist die Schweißung 9 eine planare Oberfläche auf, die komplanar zu den daran angrenzenden planaren Stirnflächen 5, 7 von Druckmittler 1 und Prozessanschluss 3 verläuft und der Druckaufnehmer umfasst eine Dichtfläche 11, die sich über die planare Oberfläche der Schweißung 9 erstreckt.
-
Die erfindungsgemäß planare Oberfläche der Schweißung 9 bietet den Vorteil, dass die gesamte Oberfläche der Schweißung 9 als Teilbereich der Dichtfläche 11 zur Verfügung steht. Dabei ist die Dichtfläche 11 vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie sich nicht nur über die Oberfläche der Schweißung 9, sondern darüber hinaus auch über die an die Oberfläche der Schweißung 9 angrenzende Stirnfläche 5 des Druckmittlers 1 und/oder über die an die Oberfläche der Schweißung 9 angrenzende Stirnfläche 7 des Prozessanschlusses 3 erstreckt. Dabei kann jeweils entweder die gesamte Stirnfläche 5, 7 oder ein an die Oberfläche der Schweißung 9 angrenzender Teilbereich derselben als Teilbereich der Dichtfläche 11 genutzt werden.
-
Der in 1 dargestellte Druckmittler 1 umfasst eine mittig auf dessen die Stirnfläche 5 umfassenden Stirnseite angeordnete Trennmembran 13. Unter der Trennmembran 13 ist im Druckmittler 1 eine Druckempfangskammer 15 eingeschlossen, in der eine durch den Druckmittler 1 hindurch verlaufenden Druckübertragungsleitung 17 mündet. Druckempfangskammer 15 und Druckübertragungsleitung 17 sind mit einer Druck übertragenden Flüssigkeit befüllt, die dazu dient einen von außen auf die Trennmembran 13 einwirkenden Druck p an einen über die Druckübertragungsleitung 17 mit der Druckempfangskammer 15 verbundenen Zielort zu übertragen. Ein Beispiel für einen solchen Zielort ist eine mit einem Drucksensor ausgestattete Druckmesskammer eines entfernt vom Druckaufnehmer angeordneten Druckmessgeräts.
-
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die planare Stirnfläche 5 des Druckmittlers 1 eine die Trennmembran 13 außenseitlich allseitig umgebende Stirnfläche 5, die insgesamt oder zumindest zum Teil als Teilbereich der Dichtfläche 11 des Druckaufnehmers genutzt werden kann. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann auch die die Schweißung 9 außenseitlich allseitig umgebende Stirnfläche 7 des Prozessanschlusses 3 insgesamt oder zumindest zum Teil als Teilbereich der Dichtfläche 11 des Druckaufnehmers genutzt werden.
-
Erfindungsgemäße Druckaufnehmer können jeweils unter Zwischenfügung einer Prozessdichtung 19, 21 auf einem zu dem Prozessanschluss 3 des Druckaufnehmers 3 komplementären Prozessanschluss 23 montiert werden, über den der Druckaufnehmer dann über eine durch den komplementären Prozessanschluss 23 hindurch verlaufende Druckzuleitung 25 mit dem aufzunehmenden Druck p beaufschlagt werden kann. Als Prozessdichtungen 19, 21 können z.B. Dichtungen aus Polytetrafluorethylen (PTFE) eingesetzt werden. 2 und 3 zeigen hierzu jeweils ein Ausführungsbeispiel einer in Verbindung mit dem in 1 dargestellten Druckaufnehmer einsetzbaren Prozessdichtung 19, 21 und 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines zu dem Prozessanschluss 3 des Druckaufnehmers von 1 komplementären Prozessanschlusses 23.
-
Die in 2 dargestellte Prozessdichtung 19 ist eine Flachdichtung, deren Grundfläche gleich der Grundfläche der Dichtfläche 11 des in 1 dargestellten Druckaufnehmers ist.
-
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Dichtfläche 11 des Druckaufnehmers außenseitlich allseitig von einem komplanar zur Dichtfläche 11 angeordneten weiteren Stirnflächenbereich 27 des Druckaufnehmers umgeben, der als zusätzliche Dichtfläche genutzt werden kann. Hierzu kann anstelle der in 2 dargestellten Prozessdichtung 19 die in 3 dargestellte Prozessdichtung 21 eingesetzt. Diese ebenfalls als Flachdichtung ausgebildete Prozessdichtung 21 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten Prozessdichtung 19 dadurch, dass deren Grundfläche eine der Grundfläche der Dichtfläche 11 entsprechende Teilfläche und eine der Grundfläche des weiteren Stirnflächenbereichs 27 entsprechende Teilfläche umfasst.
-
Bei den in den Figuren 1 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen umfassen die zueinander komplementären Prozessanschlüsse 3, 23 jeweils einen im Wesentlichen scheibenförmigen Flansch. Diese Flansche umfassen jeweils über deren äußeren Rand verteilt angeordnete Bohrungen 29 zur Aufnahme von Bolzenschrauben, über die der jeweilige Flansche unter Zwischenfügung der Prozessdichtung 19, 21 mit dem hierzu komplementären Gegenflansch verbunden werden kann. Dementsprechend sind in der in 3 dargestellten Prozessdichtung 21 Aussparungen vorgesehen, die sich über durch die Position und den Durchmesser der Bohrungen 29 im Flansch vorgegebenen Bereiche der Prozessdichtung 21 erstrecken.
-
Alternativ können anstelle von Flanschen aber auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Prozessanschlussformen, wie z.B. mit einer Schraubverbindung ausgestattete Prozessanschlüsse eingesetzt werden.
-
Erfindungsgemäße Druckaufnehmer werden vorzugsweise hergestellt, indem Druckmittler 1 und Prozessanschluss 3 vorgefertigt und anschließend derart angeordnet werden, dass die Stirnfläche 7 des Prozessanschlusses 3 die Stirnfläche 5 des Druckmittlers 1 außenseitlich allseitig umgibt und die beiden Stirnflächen 5, 7 komplanar in einer Ebene angeordnet sind. Anschließend werden Druckmittler 1 und Prozessanschluss 3 mittels eines Schweißverfahren miteinander verbunden. Dabei wird in dem zu einem Ring geschlossenen Bereich, in dem die beiden Stirnflächen 5, 7 aneinander angrenzen, eine zu einem Ring geschlossene Schweißnaht 31 erzeugt. Zum Schweißen von Druckmittlern 1 und Prozessanschlüssen 3 aus metallischen Werkstoffen, wie z.B. Stahl oder Edelstahl, eignen sich beispielsweise unter Zufuhr eines Schutzgases ausgeführte Schweißverfahren, wie z.B. das Wolfram-Inertgas-Schweißen.
-
5 zeigt hierzu den in 1 eingekreisten Ausschnitt des Druckaufnehmers, unmittelbar nach dem Erzeugen der Schweißnaht 31. Wie aus 5 ersichtlich umfasst die Schweißnaht 31 einen in den Druckaufnehmer hinein ragende Bereich, sowie einen außerhalb des Druckmittlers 1 und des Prozessanschlusses 3 nach außen vorstehenden Bereich.
-
Im Anschluss an die Erzeugung der Schweißnaht 31 wird eine die Schweißnaht 31 umfassende Oberfläche des Verbunds aus Druckmittler 1 und Prozessanschluss 3 einer Oberflächenbehandlung unterzogen, mittels der in einem den Bereich der Dichtfläche 11 umfassenden Oberflächenbereich des Verbunds eine planare Oberfläche erzeugt wird. Dabei wird aus der Schweißnaht 31 die die planare Oberfläche aufweisende Schweißung 9 erzeugt, indem der vorstehende Bereich der Schweißnaht 31 entfernt wird. 6 zeigt hierzu den in 5 dargestellten Ausschnitt nach der Ausführung der Oberflächenbehandlung. Zur Oberflächenbehandlung eignen sich z.B. aus der Metallverarbeitung bekannte spanabhebende Verfahren, wie z.B. das Drehen, mit denen zumindest der vorstehende Bereich der Schweißnaht 31 entfernt werden kann. Zusätzlich kann in diesem Oberflächenbereich auch eine dünne Oberflächenschicht, z.B. eine Oberflächenschicht mit einer Schichtdicke in der Größenordnung von 0,1 mm, von Druckmittler 1 und Prozessanschluss 3 entfernt werden. Letzteres ist jedoch zur Erzeugung einer als Dichtfläche 11 nutzbaren, planaren, sich über die Schweißung 9 erstreckenden Oberfläche nicht zwingend erforderlich. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der Oberflächenbereich des Verbunds auch abgeschliffen und/oder poliert werden. Durch diese Verfahren kann der vorstehende Bereich der Schweißnaht 31 entfernt und/oder eine zusätzliche Reduzierung der Oberflächenrauigkeit der Dichtfläche 11 erzielt werden.
-
7 zeigt eine Ansicht der Stirnseite des Druckaufnehmers von 1. Dort ist die als Dichtfläche 11 maximal zur Verfügung stehende Oberfläche des Druckaufnehmers durch zwei gestrichelt eingezeichnete, die Dichtfläche 11 begrenzende Kreise hervorgehoben, von denen einer innerhalb der Schweißung 9 und einer außerhalb der Schweißung 9 verläuft. Die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel kreisringscheibenförmige Dichtfläche 11 weist maximale eine in 7 durch einen Doppelpfeil angezeigte Breite B auf. Wie aus 7 ersichtlich, weist der als Dichtfläche 11 nutzbare Bereich eine deutlich größere maximale Breite B auf, als die die Schweißung 9 außenseitlich allseitig umgebende, nach außen durch die Bohrungen 29 begrenzte, hier ebenfalls kreisringförmige Stirnfläche 7 des Prozessanschlusses 3. In Verbindung mit erfindungsgemäßen Druckaufnehmern können somit bei entsprechend großer Breite B der Dichtfläche 11 auch dann kreisringförmige Flachdichtungen entsprechender Breite als Prozessdichtung 19 eingesetzt werden, wenn der kreisringförmige zwischen der Schweißung 9 und den Bohrungen 29 eingeschlossene Bereich zu schmal ist, um mit einer sich nur über diesen Bereich erstreckenden Dichtung eine ausreichende Dichtwirkung zu erzielen.
-
Geht man von einem zur Sicherstellung einer möglichst unverfälschten Druckübertragung erforderlichen Mindestdurchmesser der Trennmembran 13 in der Größenordnung von 2,5 cm bis 3,0 cm und einem zum Schutz der Trennmembran 13 während der Erzeugung der Schweißnaht 31 erforderlichen Mindestabstand der Schweißnaht 31 und damit auch der daraus erzeugten Schweißung 9 vom äußeren Rand der Trennmembran 13 von größer gleich 5 mm aus, so ergibt sich für den Druckmittler 1 stirnseitig ein Mindestdurchmesser von mehr als 4 cm. Zusätzlich weist auch die Schweißung 9 eine gewisse Mindestbreite auf, die je nach Schweißverfahren ohne weiteres mehrere Zehntelmillimeter betragen kann.
-
Das bedeutet für aus dem Stand der Technik bekannte Druckaufnehmer mit auf der den Druckmittler außenseitlich allseitig umgebenden Stirnfläche des Prozessanschlusses außerhalb der Schweißnaht angeordneten kreisringförmigen Dichtflächen, dass diese Dichtflächen einen Innendurchmesser von mehr als 4 cm aufweisen müssen. Zugleich müssen diese Dichtflächen eine zur Erzielung einer ausreichenden Dichtwirkung erforderliche Mindestbreite aufweisen, die je nach Dichtmaterial regelmäßig größer als 1,5 cm sein sollte. Damit können hier nur Prozessanschlüsse eingesetzt werden, die groß genug sind, um diese Mindestanforderungen zu erfüllen.
-
Im Unterschied hierzu kann sich die Dichtfläche 11 erfindungsgemäßer Druckaufnehmer bis zur Trennmembran 13 erstrecken, so dass hier Dichtflächen 11 mit einem entsprechend geringen Innendurchmesser realisierbar sind. Diese weisen bei vergleichbarer Mindestbreite einen entsprechend geringeren Außendurchmesser auf, der den Einsatz von entsprechend kleineren Prozessanschlüssen 3 ermöglicht.
-
Für Flansche haben sich weltweit unterschiedliche Standards durchgesetzt, deren Abmessungen z.B. in entsprechenden Industrie-Normen für den europäischen, den amerikanischen und den asiatischen Markt festgelegt sind. Hieraus ergeben sich Abmessungen für in Verbindung mit diesen Flanschen einsetzbare Standardflachdichtungen. Hier bieten erfindungsgemäße Druckaufnehmer den Vorteil, dass sie unter Zwischenfügung von Standardflachdichtungen auf vergleichsweise kleinen Standardflanschen montiert werden können. So kann die Dichtfläche 11 des in 1 dargestellten Druckaufnehmers und dementsprechend auch die in 2 dargestellte Prozessdichtung 19 z.B. ein im europäischen Markt übliches Standardmaß mit einem Innendurchmesser von 34 mm und einem Außendurchmesser 68 mm, ein im amerikanischen Markt übliches Standardmaß mit einem Innendurchmesser 33 mm und einem Außendurchmesser von 67 mm oder ein im asiatischen Markt übliches Standardmaß mit einem Innendurchmesser 35 mm und einem Außendurchmesser von 67 mm aufweisen.
-
Die Erfindung ist nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt. Insoweit umfasst die Erfindung insb. auch Abwandlungen des in 1 dargestellten Druckaufnehmers, bei denen der Prozessanschluss als Überwurf ausgebildet ist und/oder die Dichtfläche des Druckaufnehmers als gegenüber einer die Dichtfläche außenseitlich allseitig umgebenden Stirnfläche des Prozessanschlusses erhabene Oberfläche des Druckaufnehmers ausgebildet ist.
-
8 zeigt hierzu ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckaufnehmers, dass die beiden vorgenannten Abwandlungen aufweist. Auch der in 8 im Schnitt dargestellte Druckaufnehmer umfasst einen Druckmittler 33 und einen Prozessanschluss 35. Dabei sind Druckmittler 33 und Prozessanschluss 35 auch hier derart angeordnet, dass eine Stirnfläche 37 des Druckmittlers 33 außenseitlich allseitig von einer daran angrenzenden, komplanar hierzu angeordneten Stirnfläche 39 des Prozessanschlusses 35 umgeben ist. Druckmittler 33 und Prozessanschluss 35 sind auch hier mittels einer zu einem Ring geschlossenen, an die Stirnfläche 37 des Druckmittlers 33 und die Stirnfläche 39 des Prozessanschlusses 35 angrenzenden Schweißung 9 miteinander verbunden, die vorzugsweise identisch zu der in 1 dargestellten Schweißung 9 ausgebildet ist. Erfindungsgemäß weist die Schweißung 9 auch hier eine planare Oberfläche auf, die komplanar zu den daran angrenzenden planaren Stirnflächen 37, 39 von Druckmittler 33 und Prozessanschluss 35 verläuft und der Druckaufnehmer umfasst eine Dichtfläche 41, die sich über die planare Oberfläche der Schweißung 9 erstreckt.
-
Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Druckaufnehmer umfasst der in 8 dargestellte Druckmittler 33 einen im Wesentlichen zylindrischen Druckmittler-Bereich, an dessen an die Stirnfläche 37 angrenzenden Frontbereich eine sich radial nach außen ersteckenden Schulter 43 angeformt ist. Zusätzlich ist der in 8 dargestellte Prozessanschluss 35 als Überwurf ausgebildet, der auf einer von der Stirnfläche 37 abgewandten Rückseite der Schulter 43 aufliegt und die Schulter 43 außenseitlich allseitig umgibt. Hierzu umfasst der Prozessanschluss 35 eine durch den Prozessanschluss 35 hindurch führende Ausnehmung, die zwei Abschnitte unterschiedlicher Grundfläche umfasst. Im dem einen Abschnitt ist die Schulter 43 angeordnet. Durch den anderen, die kleinere Grundfläche aufweisenden Abschnitt verläuft der an die Schulter 43 angrenzende im Wesentlichen zylindrische Druckmittler-Bereich hindurch.
-
Der Prozessanschluss 35 ist auch hier als mit Bohrungen 29 ausgestatteter Flansch ausgebildet. Alternativ kann natürlich auch hier eine andere Prozessanschlussart eingesetzt werden.
-
Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Prozessanschluss 3 ist die an den Druckmittler 33 angrenzende Stirnfläche 39 des Prozessanschlusses 35 in 8 als gegenüber einer diese Stirnfläche 39 außenseitlich allseitig umgebenden weiteren Stirnfläche 45 des Prozessanschlusses 35 erhabene Oberfläche des Prozessanschlusses 35 ausgebildet. Aufgrund der komplanaren Anordnung der Stirnflächen 37, 39 des Druckmittlers 33 und des Prozessanschlusses 35 sowie der Oberfläche der Schweißung 9 ist dementsprechend auch die Dichtfläche 41 des Druckaufnehmers von 8 als gegenüber der die Dichtfläche 41 außenseitlich allseitig umgebenden weiteren Stirnfläche 45 des Prozessanschlusses 35 erhabene Oberfläche des Druckaufnehmers ausgebildet.
-
9 zeigt hierzu eine Ansicht der Stirnseite des Druckaufnehmers von 8. Auch hier ist die Dichtfläche 41 als kreisringförmige Dichtfläche 41 ausgebildet, deren als gestrichelt dargestellter Kreis eingezeichneter Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Trennmembran 13 ist, und deren Außendurchmesser kleiner gleich dem Außendurchmesser der vorstehenden Stirnfläche 39 des Prozessanschlusses 35 ist.
-
Der in 8 dargestellte Druckaufnehmer kann z.B. unter Zwischenfügung der in 2 dargestellten Prozessdichtung 19 auf dem in 4 dargestellten komplementären Prozessanschluss 23 montiert werden. Ein Einsatz der in 3 dargestellten Prozessdichtung 21 ist wegen des Versatzes der Dichtfläche 41 gegenüber der weiteren Stirnfläche 45 des Prozessanschlusses 35 nicht sinnvoll.
-
Erfindungsgemäße Druckaufnehmer können, wie z.B. der in 1 dargestellte Druckaufnehmer, als reine Aufnehmer ausgebildet sein, oder aber, wie z.B. der in 8 dargestellte Druckaufnehmer, als Druckmessaufnehmer ausgebildet sein. Als Druckmessaufnehmer ausgebildete Druckaufnehmer werden mit einem Drucksensor 47 ausgestattet. Dieser Drucksensor 47 kann z.B. - wie in 8 dargestellt - in einer an die Druckübertragungsleitung 17 angeschlossenen Druckmesskammer angeordnet sein.
-
Bei dieser analog natürlich auch in 1 vorsehbaren Variante wird ein von außen auf die Trennmembran 13 einwirkender Druck p über eine die Druckempfangskammer 15, die Druckübertragungsleitung 17 und die Druckmesskammer ausfüllende Druck übertragende Flüssigkeit zum Drucksensor 47 übertragen, der dann den darauf einwirkenden Druck messtechnisch erfasst. Dieser Druck kann dann mittels einer an den Drucksensor 47 angeschlossenen Messelektronik 49 gemessen und einer weiteren Anzeige, Auswertung und/oder Verarbeitung zugänglich gemacht werden.
-
Bei dem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Drucksensor 47 in einem von der Trennmembran 13 abgewandten Bereich des zylindrischen Druckmittler-Bereichs angeordnet.
-
Zusätzlich ist ein hülsenförmiger Gehäusebereich 51 vorgesehen, der den zylindrischen Druckmittler-Bereich außenseitlich allseitig umgibt und auf dem endseitig ein Gehäuse 53 montierbar ist, in dem die Messelektronik 49 untergebracht werden kann. Dieser Gehäusebereich 51 umfasst vorzugsweise einen ersten Endbereich 55, der mit dem Prozessanschluss 35 verbunden ist, und einen diesem gegenüberliegenden zweiten Endbereich 57, auf dem das Gehäuse 53 montiertbar ist. Dabei ist der erste Endbereich 55 vorzugsweise endseitig in eine auf der Rückseite des Prozessanschluss 35 vorgesehene, an die Ausnehmung im Prozessanschluss 35 angrenzende Aussparung eingesetzt und/oder vorzugsweise durch eine Schweißung mit dem Prozessanschluss 35 verbunden. Analog ist auch das Gehäuse 53 vorzugsweise derart ausgebildet, dass es den zweiten Endbereich 57 endseitig außenseitlich allseitig umgibt und/oder vorzugsweise durch eine Schweißung mit dem zweiten Endbereich 53 verbunden.
-
Zusätzlich umfasst der zylindrische Druckmittler-Bereich einen Abschnitt 59, dessen äußeren Mantelfläche derart von einer inneren Mantelfläche des zweiten Endbereichs 57 außenseitlich allseitig umgeben ist, dass zwischen den Mantelflächen ein Spalt besteht, dessen Spaltbreite so gering und dessen Spaltlänge so groß ist, dass der Spalt eine Flammendurchschlagsperre bildet. Hierzu weist der Spalt vorzugsweise eine Spaltbreite von kleiner gleich 0,04 mm und eine Spaltlänge von größer gleich 12,5 mm auf. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Druckmessaufnehmer auch an Einsatzorten eingesetzt werden kann, an denen aus Explosionsschutzgründen sicher zu stellen ist, dass ein im Gehäuse 53 z.B. aufgrund einer Fehlfunktion der Messelektronik 49 entstehender Funke nicht nach außen treten kann.
-
Darüber hinaus bietet der modulare Aufbau dieser Druckmesseinrichtung den Vorteil, dass der Druckmittler 33 einschließlich des in der Druckmesskammer angeordneten Drucksensors 47 vorgefertigt, mit der Druck übertragenden Flüssigkeit befüllt, und anschließend mit dem für eine bestimmte Anwendung gewünschten Prozessanschluss 35 ausgestattet werden kann. Im Anschluss daran kann dann der Gehäusebereich 51 und nachfolgend auch das Gehäuse 53 montiert werden. Dies ist in der in 10 dargestellten Explosionsdarstellung veranschaulicht, die den Druckmittler 33, den darauf als Überwurf montierbaren Prozessanschluss 35 und den auf dem Prozessanschluss 35 montierbaren Gehäusebereich 51 zeigt.
- 1
- Druckmittler
- 3
- Prozessanschluss
- 5
- Stirnfläche des Druckmittler
- 7
- Stirnfläche des Prozessanschlusses
- 9
- Schweißung
- 11
- Dichtfläche
- 13
- Trennmembran
- 15
- Druckempfangskammer
- 17
- Druckübertragungsleitung
- 19
- Prozessdichtung
- 21
- Prozessdichtung
- 23
- Prozessanschluss
- 25
- Druckzuleitung
- 27
- Stirnflächenbereich
- 29
- Bohrung
- 31
- Schweißnaht
- 33
- Druckmittler
- 35
- Prozessanschluss
- 37
- Stirnfläche des Druckmittler
- 39
- Stirnfläche des Prozessanschlusses
- 41
- Dichtfläche
- 43
- Schulter
- 45
- weitere Stirnfläche
- 47
- Drucksensor
- 49
- Messelektronik
- 51
- Gehäusebereich
- 53
- Gehäuse
- 55
- Endbereich
- 57
- Endbereich
- 59
- Abschnitt des zylindrischen Druckmittler-Bereichs
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004019389 A1 [0005]
