DE102017121158B3

DE102017121158B3 - Druckmittler und Bauteilanordnung zum Schützen eines Druckmessumformers vor der Einwirkung eines unter einem zu messenden Druck stehenden Fluids sowie Verfahren zum Verschweißen eines Druckmessumformers mit einem Druckmittler

Info

Publication number: DE102017121158B3
Application number: DE102017121158.6A
Authority: DE
Inventors: Jörn Jacob; Thomas Kopp
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2037-09-14

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckmittler und eine Bauteilanordnung (66) zum Schützen eines Druckmessumformers (20) vor der Einwirkung eines unter einem zu messenden Druck stehenden Fluids, umfassend einen Grundkörper (12) mit einem ersten Ende (14) und einem zweiten Ende (16), wobei der Grundkörper (12), am ersten Ende (14) mit einem Fluidraum (67) verbindbar ist, in welchem ein unter einem zu messenden Druck stehendes Fluid aufgenommen ist, und am zweiten Ende (16) einen Befestigungsabschnitt (26) aufweist, in welchen ein Druckmessumformer (20) zum Messen des Drucks des Fluids mit dem Grundkörper (12) eingebracht ist, wobei der Befestigungsabschnitt (26) einen zum ersten Ende (14) des Grundkörpers (12) hinweisenden inneren Bereich (28) und einen das zweite Ende (16) bildenden äußeren Bereich (30) aufweist, und der Druckmessumformer (20) im inneren Bereich (28) mit dem Grundkörper (12) unter Ausbildung einer Schweißnaht (46) verschweißt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verschweißen eines Druckmessumformers (20) mit einem Druckmittler (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckmittler und eine Bauteilanordnung zum Schützen eines Druckmessumformers vor der Einwirkung eines unter einem zu messenden Druck stehenden Fluids sowie ein Verfahren zum Verschweißen eines Druckmessumformers mit einem Druckmittler.
Druckmesseinrichtungen zum Messen des Drucks eines Fluids weisen typischerweise einen Druckmessumformer auf, welcher eine Messmembran umfasst, deren Auslenkung elektrisch erfasst und ausgewertet werden kann. Die Auslenkung der Messmembran kann beispielsweise mittels einer Spannungsänderung, einer Widerstandsänderung, einer Kapazitätsänderung oder einer Induktivitätsänderung erfasst und ausgewertet werden. Da die Druckwerte in elektrischer Form vorliegen, ist eine Integration in einen Steuer- und Regelungskreis ohne nennenswerten Aufwand möglich.
Aus folgenden Gründen kann der Druck nicht immer direkt im oder am Fluidraum, in welchem das Fluid aufgenommen ist, gemessen werden. Beispielsweise dann, wenn das Medium eine hohe Temperatur aufweist oder der Fluidraum in einer rauen Umgebung angeordnet ist, kann der Druckmessumformer beschädigt und unbrauchbar werden. In anderen Fällen ist das Fluid sehr aggressiv, weist beispielsweise einen geringen oder hohen pH-Wert auf oder ist abrasiv. In diesen Fällen wird der Druckmessumformer bei direktem Kontakt mit dem Fluid beschädigt. Diese Beschädigung wird dadurch verhindert, dass ein Druckmittlermedium eingesetzt wird, welches mittels einer entsprechend ausgelegten Trennmembran vom Fluid getrennt wird. Die Trennmembran überträgt zudem den Druck des Fluids auf das Druckmittlermedium. Derartige Druckmittler sind aus der EP 1 128 172 A1 und der DE 102 00 779 A1 bekannt. Weiterer Stand der Technik ist aus der DE 10 2014 005 409 A1 bekannt.
In allen Fällen bewirkt der Druckmittler, dass die Druckmesseinrichtung und insbesondere der Druckmessumformer in einem bestimmten Abstand zum Fluidraum angeordnet sind. Zum Bereitstellen dieses Abstands weist der Druckmittler einen entsprechend dimensionierten Grundkörper auf. Der Druckmessumformer kann beispielsweise in den Grundkörper des Druckmittlers eingeschraubt werden. Hierzu weist der Grundkörper üblicherweise ein Innengewinde auf, in welches der mit einem entsprechenden Außengewinde versehene Druckmessumformer eingeschraubt wird. Zur präzisen Druckmessung muss der Druckmessumformer gegenüber dem Druckmittler abgedichtet werden, wozu eine entsprechend ausgelegte Dichtung mit einem Dichtkörper verwendet wird. Wichtig dabei ist, dass das integrierte Luftvolumen, also das Volumen der Luft, welche von der Dichtung eingeschlossen wird, so gering wie möglich ist. Die Kompressibilität der eingeschlossenen Luft verfälscht die Druckmessung. Daher wird die Dichtung am Grund des Innengewindes des Grundkörpers angeordnet, wodurch das in den Gewindegängen enthaltene Luftvolumen nicht von der Dichtung eingeschlossen wird. Der Dichtkörper kann beispielsweise als ein druckfester Dichtring aus weichen Metallen wie Kupfer ausgeführt sein. Allerdings kann der Dichtkörper bei großer Druckbelastung abheben und seine Dichtwirkung verlieren.
Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, einen Druckmittler zum Schützen eines Druckmessumformers vor der Einwirkung eines unter einem zu messenden Druck stehenden Fluids anzugeben, mit welchem den oben genannten Nachteilen begegnet werden kann und welcher auch bei großer Druckbelastung eine sichere Abdichtung des Druckmessumformers gegenüber dem Druckmittler bereitstellt. Des Weiteren liegt einer Ausgestaltung der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bauteilanordnung zu schaffen, welche auch bei großer Druckbelastung eine sichere Abdichtung des Druckmessumformers gegenüber dem Druckmittler bereitstellt. Darüber hinaus liegt einer Ausführung der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem der Druckmessumformer auch bei hohem Druck sicher gegenüber dem Druckmittler abgedichtet ist.
Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen 1, 13 und 14 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Druckmittler zum Schützen eines Druckmessumformers vor der Einwirkung eines unter einem zu messenden Druck stehenden Fluids, umfassend einen Grundkörper mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, wobei der Grundkörper am ersten Ende mit einem Fluidraum verbindbar ist, in welchem ein unter einem zu messenden Druck stehendes Fluid aufgenommen ist, und am zweiten Ende einen Befestigungsabschnitt aufweist, in welchen ein Druckmessumformer zum Messen des Drucks des Fluids mit dem Grundkörper eingebracht ist, wobei der Befestigungsabschnitt einen zum ersten Ende des Grundkörpers hinweisenden inneren Bereich und einen das zweite Ende bildenden äußeren Bereich aufweist, und der Druckmessumformer im inneren Bereich mit dem Grundkörper unter Ausbildung einer Schweißnaht verschweißt ist.
Der Fluidraum, in welchem das Fluid aufgenommen ist, kann als Rohrleitung oder insbesondere als Behälter ausgeführt sein. Der Befestigungsabschnitt des Druckmittlers ist so ausgestaltet, dass er zwischen dem inneren Bereich und dem äußeren Bereich einen Aufnahmeraum umschließt, in welchen der Druckmessumformer mit einem Verbindungsvorsprung eingebracht werden kann. Der Verbindungsvorsprung wird dabei so ausgestaltet, dass am Druckmessumformer keine baulichen Änderungen vorgenommen werden müssen. Folglich können alle verfügbaren Druckmessumformer ohne konstruktive Anpassung verwendet werden.
Der Druckmessumformer wird mit dem Verbindungsvorsprung soweit in den Aufnahmeraum des Befestigungsabschnitts eingebracht, bis dass der Druckmessumformer mit dem inneren Bereich des Befestigungsabschnitts in Kontakt tritt. Anschließend werden der Druckmittler und der Druckmessumformer im inneren Bereich miteinander verschweißt. Da der Druckmessumformer im inneren Bereich vom Befestigungsabschnitt umschlossen wird, wird die Schweißverbindung dadurch hergestellt, dass von außen durch den Befestigungsabschnitt durchgeschweißt wird. Folglich kann auf eine einfache Weise eine dichte Verbindung zwischen dem Druckmessumformer und dem Druckmittler bereitgestellt werden, ohne dass der Druckmessumformer baulich verändert werden muss. Zudem ist die Gefahr, dass die Verbindung bei hohen Drücken versagt und die dichtende Wirkung verloren geht, nahezu ausgeschlossen. Die Verwendung eines Dichtkörpers ist nicht notwendig. Das integrierte Luftvolumen kann auf sichere Weise soweit reduziert werden, dass die Druckmessungen nicht verfälscht werden. Sowohl der Druckmessumformer als auch der Druckmittler sind aus Edelstahl hergestellt, beispielsweise aus 1.4404.
Der Druckmessumformer kann so ausgestaltet sein, dass er die Auslenkung der Messmembran auf elektrischem Wege, z.B. mittels einer Messung der Spannung, des Widerstands, der Kapazität oder der Induktivität erfasst.
Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform ist der Druckmessumformer unter Verwendung des Laserschweißens mit dem Grundkörper verschweißt. Laserschweißen bietet sich insbesondere gegenüber dem WIG-Schweißen (Wolfram-Inertgas-Schweißen) deshalb an, da der Energieeintrag geringer ist und die Schweißnaht mithilfe des Laserschweißens schmal gehalten werden kann. Es muss somit weniger nachbearbeitet werden. Optische Aufbesserungen sind kaum erforderlich. Insbesondere ist es möglich, auch die Schweißnaht aus Edelstahl herzustellen, so dass ein homogener Verbund entsteh. Aufgrund des geringeren Energieeintrags ist auch die Erwärmung der im Druckmittler und im Druckmessumformer aufgenommenen Bauteile geringer, so dass insbesondere die elektronischen Bauteile infolge des Schweißens nicht beschädigt werden. Da beim Laserschweißen keine elektromagnetischen Felder erzeugt werden, geht von diesen auch keine Gefahr für die elektronischen Bauteile aus.
Bei einer weitergebildeten Ausführungsform kann der Druckmittler gegenüber dem Druckmessumformer im äußeren Bereich abgedichtet sein. Die Abdichtung im äußeren Bereich verhindert das Eindringen von korrosiven Medien in einen mehr oder weniger großen Spalt, der sich zwischen dem Druckmessumformer und dem Druckmittler bis zur Schweißnaht im inneren Bereich erstreckt. Spaltkorrosion wird somit verhindert. Die Abdichtung kann mittels eines Dichtrings erfolgen, es ist aber auch möglich, dass die Abdichtung mittels einer weiteren Schweißnaht erfolgt.
In einer weitergebildeten Ausführungsform kann der Befestigungsabschnitt als Gewinde ausgebildet sein, in welches der Druckmessumformer eingeschraubt ist. Druckmessumformer mit einem Gewinde sind gängig, so dass keine baulichen Veränderungen am Druckmessumformer vorgenommen werden müssen. Das Gewinde dient in dieser Ausführungsform hauptsächlich dazu, den Druckmessumformer gegenüber dem Druckmittler während des Schweißvorgangs zu fixieren. Nach Fertigstellung der Schweißnaht hat das Gewinde keine belastungsübertragende Funktion mehr, kann aber im Falle eines Versagens der Schweißnaht ein unkontrolliertes Lösen des Druckmessumformers vom Druckmittler verhindern.
Bei einer weitergebildeten Ausführungsform kann der Befestigungsabschnitt nach EN 837 ausgebildet sein. Es wird Bezug genommen auf die EN 837-1 vom Dezember 1996 und die EN 837-2 vom März 1997. Die EN 837 ist eine für die Druckmessung sehr wichtige Norm, so dass viele Druckmessumformer herstellerunabhängig der EN 837 genügen. Folglich lässt sich der Druckmittler in dieser Ausführungsform für sehr viele Druckmessumformer herstellerunabhängig verwenden.
Bei einer weiteren Ausführungsform können der Befestigungsabschnitt eine erste Schlüsselfläche und der Druckmessumformer eine zweite Schlüsselfläche aufweisen. Um eine dichtende Schweißnaht herstellen zu können, ist es wichtig, dass der Druckmessumformer vor Beginn des Schweißprozesses fest mit dem Druckmittler verschraubt wird. Über die Schlüsselflächen können der Druckmittler und der Druckumformer mit Schraubenschlüsseln angezogen werden, so dass sie fest verschraubt und gegeneinander verspannt werden können und ihre Position während des Schweißprozesses relativ zueinander nicht ändern.
Eine weitergebildete Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Befestigungsabschnitt einen sich zum äußeren Bereich hin erweiternden Querschnitt aufweist und der Druckmessumformer einen kegelförmigen Vorsprung aufweist, der mit dem Befestigungsabschnitt korrespondiert. Eine feste Verbindung zwischen dem Druckmittler und dem Druckumformer vor dem Schweißprozess kann folglich auch mit einem Kegelpresssitz bereitgestellt werden, um ein Verändern der Position des Druckmittlers relativ zum Druckumformer während des Schweißprozesses sicher zu verhindern. Insofern lässt sich die vorschlagsgemäße Verbindung zwischen dem Druckmittler und dem Druckmessumformer auch mit Druckmessumformern umsetzen, die kein Gewinde, sondern einen kegelförmigen Vorsprung aufweisen. Der Anwendungsbereich der vorschlagsgemäßen Verbindung wird mit dieser Ausführungsform deutlich erweitert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Befestigungsabschnitt ein Außengewinde aufweisen, auf welches eine mit dem Druckmessumformer zusammenwirkende Überwurfmutter aufschraubbar ist. Auf diese Weise kann der Kegelpresssitz mit einfachen Mitteln bereitgestellt werden. Je nach verwendetem Schweißverfahren und der Dimensionierung der Überwurfmutter und des Befestigungsabschnitts kann die Überwurfmutter während des Schweißprozesses und auch im Betrieb des Druckmittlers und des Druckmessumformers aufgeschraubt bleiben. Alternativ kann die Überwurfmutter vor oder nach dem Schweißprozess entfernt und für andere Anwendungen verwendet werden.
Nach Maßgabe einer weiteren Ausführungsform weist der Grundkörper einen Kanal auf, in welchen ein Druckmittlermedium einbringbar ist. Wie eingangs erwähnt, stellen Druckmittler zumindest eine räumliche Trennung zwischen dem Druckmessumformer und dem Fluidraum bereit, um den Druckmessumformer zu schützen. Die räumliche Trennung kann bereits ausreichen, um den Druckmessumformer zu schützen, beispielsweise dann, wenn in der unmittelbaren Umgebung des Fluidraums raue und harsche Bedingungen herrschen. Wenn jedoch ein Kontakt des Druckmessumformers mit dem unter dem zu messenden Druck stehenden Fluid schädigend auf den Druckmessumformer wirkt, so kann der Kontakt unter Verwendung eines Druckmittlermediums verhindert werden. Über den Kanal kann der Druck vom Fluid auf das Druckmittlermedium auf die Messmembran des Druckmittlers übertragen werden, ohne dass es zu einem Kontakt zwischen dem Druckmessumformer und dem Fluid kommt.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Grundkörper eine Einfülleinrichtung zum Einbringen des Druckmittlermediums in den Kanal aufweist. Über die Einfülleinrichtung kann der Kanal mit dem Druckmittlermedium befüllt werden. Zudem kann das Druckmittlermedium ausgetauscht oder nachgefüllt werden.
Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper als ein Adapter ausgeführt ist, der mit einem Prozessanschluss verbindbar oder verbunden ist. Prozessanschlüsse sind üblicherweise genormt, können daher kaum so verändert werden, dass sich der Druckmessumformer direkt im Prozessanschluss auf die oben erläuterte Weise verschweißen lässt. Daher dient der Grundkörper des Druckmittlers in dieser Ausführungsform als Adapter, der mit dem Prozessanschluss auf jede geeignete Weise verbunden werden kann, insbesondere durch Verklemmen, Verschrauben oder Verschweißen. Folglich können einerseits genormte Druckmessumformer und andererseits genormte Prozessanschlüsse verwendet werden und sich dennoch eine auch bei hohen Drücken sichere Verbindung zwischen dem Druckmittler und dem Druckmessumformer bei minimalem integrierten Luftvolumen bereitstellen.
In einer weiteren Ausführungsform kann im Grundkörper oder im Adapter eine Trennmembran zum Trennen des Druckmittlermediums vom Fluid und zum Übertragen des zu messenden Drucks des Fluids auf das Druckmittlermedium angeordnet sein. Die Trennmembran sorgt einerseits für eine Trennung zwischen dem Fluid und dem Druckmittlermedium, so dass es nicht zu einer Vermischung kommt und der Druckmessumformer nicht mit dem Fluid in Kontakt kommt und vor diesem geschützt ist. Andererseits überträgt die Trennmembran den zu messenden Druck des Fluids auf das Druckmittlermedium, so dass eine Druckmessung möglich ist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung betrifft eine Bauteilanordnung umfassend einen Druckmittler und einen Druckmessumformer, wobei der Druckmessumformer einen Grundkörper mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufweist, der Grundkörper am ersten Ende mit einem Fluidraum verbindbar ist, in welchem ein unter einem zu messenden Druck stehendes Fluid aufgenommen ist, und am zweiten Ende einen Befestigungsabschnitt aufweist, in welchem ein Druckmessumformer zum Messen des Drucks des Fluids mit dem Grundkörper eingebracht ist, der Befestigungsabschnitt einen zum ersten Ende des Grundkörpers hinweisenden inneren Bereich und einen das zweite Ende bildenden äußeren Bereich aufweist, und der Druckmessumformer im inneren Bereich unter Ausbildung einer Schweißnaht mit dem Grundkörper verschweißt ist.
Eine Ausführung der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Druckmessumformers mit einem Druckmittler, wobei der Druckmittler einen Grundkörper mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende aufweist und der Grundkörper am zweiten Ende einen Befestigungsabschnitt mit einem zum ersten Ende des Grundkörpers hinweisenden inneren Bereich und einen das zweite Ende bildenden äußeren Bereich aufweist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

- Einbringen eines Druckmessumformers zum Messen des Drucks des Fluids in den Befestigungsabschnitt, und
- Verschweißen des Druckmessumformers mit dem Grundkörper im inneren Bereich unter Ausbildung einer Schweißnaht.

Die technischen Effekte und Vorteile, die sich mit der vorschlagsgemäßen Bauteilanordnung und dem vorliegenden Verfahren erreichen lassen, entsprechen denjenigen, die für den vorliegenden Druckmittler erörtert worden sind. Zusammenfassend sei darauf hingewiesen, dass sich auf einfache Weise eine auch bei hohen Drücken sichere Verbindung zwischen dem Druckmittler und dem Druckmessumformer bereitstellen lässt, wobei das integrierte Luftvolumen soweit minimiert wird, dass es die Druckmessung nicht oder in vernachlässigbarem Umfang beeinflusst.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Druckmittlers anhand einer Seitenansicht, der an einem Prozessanschluss angeschlossen und mit einem Druckmessumformer verbunden ist,
2 das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel anhand einer seitlichen Schnittdarstellung,
3 eine vergrößerte Darstellung des in 2 definierten Ausschnitts Z, und
4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Druckmittlers anhand einer Seitenansicht, der an einen Fluidraum angeschlossen und mit einem Druckmessumformer verbunden ist, anhand einer prinzipiellen Schnittdarstellung.

In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Druckmittlers 10₁ anhand einer Seitenansicht und in 2 anhand einer Schnittdarstellung gezeigt. In 3 ist der in 2 gekennzeichnete Bereich Z vergrößert dargestellt. Der Druckmittler 10₁ weist einen Grundkörper 12 mit einem ersten Ende 14 und einem zweiten Ende 16 auf, der eine Längsachse L definiert. Der Druckmittler 10₁ ist am ersten Ende 14 an einem Prozessanschluss 18 angeschlossen und am zweiten Ende 16 mit einem Druckmessumformer 20 verbunden. Der Druckmittler 10₁ weist einen erste Schlüsselfläche 22 und der Druckmessumformer 20 eine zweite Schlüsselfläche 24 auf.
Insbesondere aus 2 ist erkennbar, dass der Druckmittler 10₁ am ersten Ende 14 am Prozessanschluss 18 unter Ausbildung einer Schweißnaht 19 angeschweißt ist. Der Grundkörper 12 weist einen Befestigungsabschnitt 26 auf, der einen inneren Bereich 28 und einen äußeren Bereich 30 umfasst. Der innere Bereich 28 weist zum ersten Ende 14 des Grundkörpers 12 hin, während der äußere Bereich 30 das zweite Ende 16 bildet. Der Befestigungsabschnitt 26 umschließt einen Aufnahmeraum 32, in welchen der Druckmessumformer 20 mit einem Verbindungsvorsprung 34 eingebracht ist. Insbesondere aus 3 geht hervor, dass der Befestigungsabschnitt 26 mit einem Gewinde 36 versehen ist, in diesem Fall mit einem Innengewinde 38, während der Druckmessumformer 20 ein auf dem Verbindungsvorsprung 34 angeordnetes Außengewinde 40 aufweist. Der Grundkörper 12 weist eine senkrecht zur Längsachse L verlaufende erste Kontaktfläche 42 auf, während der Druckmessumformer 20 am Verbindungsvorsprung 34 eine zweite Kontaktfläche 44 bildet.
Der Druckmessumformer 20 ist in den Befestigungsabschnitt 26 des Druckmittlers 10₁ eingeschraubt. Weiterhin ist erkennbar, dass der Druckmessumformer 20 so weit in den Befestigungsabschnitt 26 eingeschraubt ist, dass er im inneren Bereich 28 in axialer Richtung gesehen mit der zweiten Kontaktfläche 44 an der ersten Kontaktfläche 42 des Druckmittlers 10₁ anliegt. Im inneren Bereich 28 ist der Druckmessumformer 20 mit dem Druckmittler 10₁ unter Ausbildung einer Schweißnaht 46 verschweißt, wobei sich die Schweißnaht 46 zumindest teilweise über die erste Kontaktfläche 42 und die zweite Kontaktfläche 44 erstreckt. Da der Druckmessumformer 20 im inneren Bereich 28 vom Befestigungsabschnitt 26 umschlossen wird, durchläuft die Schweißnaht 46 den Befestigungsabschnitt 26 in etwa senkrecht zur Längsachse L.
Zum Herstellen des Außengewindes 40 weist der Druckmessumformer 20 aus fertigungstechnischen Gründen einen Freistich 48 und der Befestigungsabschnitt 26 zum Herstellen des Innengewindes 38 einen Freistich 49 auf. Um das Eindringen von korrosiven Medium in den Freistich 48 und in das Außengewinde 40 bzw. das Innengewinde 38 zu verhindern, ist der Druckmessumformer 20 im äußeren Bereich 30 gegenüber dem Druckmittler 10₁ unter Ausbildung einer weiteren Schweißnaht 50 abgedichtet. Alternativ kann ein nicht dargestellter Dichtkörper zur Abdichtung verwendet werden.
Weiterhin ist erkennbar, dass der Grundkörper 12 einen axial verlaufenden Kanal 52 aufweist, der mit einem weiteren Kanal 54 des Druckmessumformers 20 axial fluchtet und mit diesem in Fluidkommunikation steht. Auch der Prozessanschluss 18 weist einen axial verlaufenden Kanal 56 auf, mit welchem der Kanal 52 des Grundkörpers 12 in Fluidkommunikation steht. Der Kanal 56 des Prozessanschlusses 18 wird von einer Trennmembran 58 verschlossen.
Im Grundkörper 12 ist eine Einfülleinrichtung 60 vorgesehen, über welche ein Druckmittlermedium in den Kanal 52 des Grundkörpers 12, den Kanal 56 des Prozessanschlusses 18 und in den weiteren Kanal 54 eingebracht werden kann. Die Einfülleinrichtung 60 umfasst einen Gewindestift 62 und eine Kugel 64, welche mit dem Gewindestift 62 gegen den Grundkörper 12 gepresst werden kann. Sowohl der Gewindestift 62 als auch die Kugel 64 sind vorzugsweise aus Stahl hergestellt.
Der Druckmessumformer 20 und der Druckmittler 10₁ werden auf folgende Weise miteinander verbunden: Der Druckmessumformer 20 wird zunächst soweit in den Befestigungsabschnitt 26 eingeschraubt, bis dass der Druckmessumformer 20 mit seiner zweiten Kontaktfläche 44 axial an der ersten Kontaktfläche 42 des Druckmittlers 10₁ anliegt. Um den Druckmessumformer 20 möglichst fest in den Befestigungsabschnitt 26 des Druckmittlers 10₁ einschrauben zu können, wird ein erster Schraubenschlüssel auf die erste Schlüsselfläche 22 und ein zweiter Schraubenschlüssel (nicht dargestellt) auf die zweite Schlüsselfläche 24 aufgebracht. Hierdurch lassen sich der Druckmessumformer 20 und der Druckmittler 10₁ gegeneinander verspannen. Anschließend wird der Druckmessumformer 20 im inneren Bereich 28 mit dem Druckmittler 10₁ verschweißt, so dass sich die Schweißnaht 46 ausbildet. Anschließend wird der Druckmessumformer 20 im äußeren Bereich 30 mit dem Druckmittler 10₁ unter Ausbildung der weiteren Schweißnaht 50 verschweißt. Die Verbindung zwischen dem Druckmittler 10₁ und dem Druckmessumformer 20 ist nun hergestellt und der Druckmittler 10₁ und der Druckmessumformer 20 bilden eine Bauteilanordnung 66. Die Einfülleinrichtung 60 kann nun geöffnet und ein Druckmittlermedium in die Kanäle 52, 56 des Grundkörpers 12 und des Prozessanschlusses 18 sowie den weiteren Kanal 54 des Druckmessumformers 20 eingebracht werden kann.
Der Prozessanschluss 18 kann beispielsweise über einen Clampanschluss mit einem nicht dargestellten Fluidraum 67 verbunden werden, in welchem das unter dem zu messenden Druck stehende Fluid aufgenommen ist. Zum Verbinden des Prozessanschlusses 18 mit dem Fluidraum 67 weist der Fluidraum 67 einen zum Prozessanschluss 18 passenden und üblicherweise genormten Gegenanschluss auf (nicht dargestellt). Der Fluidraum 67 kann ein Behälter oder eine Rohrleitung sein. Nachdem der Prozessanschluss 18 am Fluidraum 67 angeschlossen ist, kann der Druck des Fluids gemessen werden. Das Fluid wirkt unmittelbar auf die Trennmembran 58, welche infolge der Druckbelastung ausgelenkt wird. Diese Auslenkung wird auf das Druckmittlermedium übertragen, welches wiederum eine Messmembran 69 des Druckmessumformers 20 auslenkt. Die Auslenkung der Messmembran 69 kann auf verschiedene Weise erfasst und in elektrische Signale umgewandelt werden. Da auch der Befestigungsabschnitt 26 normgerecht ausgestaltet werden kann, dient der Grundkörper 12 als Adapter 71, so dass sowohl der Befestigungsabschnitt 26 als auch der Prozessanschluss 18 normgerecht ausgestaltet werden können und der Druckmittler 10₁ und der Druckmessumformer 20 dennoch erfindungsgemäß miteinander verbunden werden können.
Eine auch unter hohen Druckbelastungen sichere Verbindung zwischen dem Druckmittler 10₁ und dem Druckmessumformer 20 könnte auch ausschließlich mit der weiteren Schweißnaht 50 bereitgestellt werden. Allerdings wäre das integrierte Luftvolumen deutlich größer, da die weitere Schweißnaht 50 auch das in den Gewindegängen des Befestigungsabschnitts 26 enthaltene Luftvolumen einschließen würde. Weiterhin wäre der druckbeaufschlagte Querschnitt 68 größer als bei der Schweißnaht 46, weshalb die weitere Schweißnaht 50 stärker belastet wäre und daher entsprechend größer dimensioniert werden müsste als die Schweißnaht 46, was den Schweißprozess aufwendiger und folglich teuer machen würde.
In 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckmittlers 10₂ anhand einer prinzipiellen Schnittdarstellung gezeigt. Der grundsätzliche Aufbau des Druckmittlers 10₂ gleicht demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Allerdings ist der Befestigungsabschnitt 26 anders aufgebaut und weist kein Innengewinde 38, sondern einen sich vom inneren Bereich 28 zum äußeren Bereich 30 erweiternden Querschnitt 68 auf. Der Verbindungsvorsprung 34 des Druckmessumformers 20 ist als ein kegelförmiger Vorsprung 70 ausgestaltet, der auf den sich erweiternden Querschnitt 68 des Befestigungsabschnitts 26 angepasst ist. Weiterhin weist der Befestigungsabschnitt 26 ein Außengewinde 72 auf, auf welches eine mit dem Druckmessumformer 20 zusammenwirkende Überwurfmutter 74 aufschraubbar ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 12 des Druckmittlers 10₁ direkt mit dem Fluidraum 67 verbunden, beispielsweise durch Verschweißen. Die Trennmembran 58 ist im Grundkörper 12 angeordnet.
Zum Verschweißen des Druckmessumformers 20 mit dem Druckmittler 10₁ wird zunächst der kegelförmige Vorsprung 70 des Druckmessumformers 20 in den sich erweiternden Querschnitt 68 des Befestigungsabschnitts 26 des Druckmittlers 10₁ eingebracht. Um den Druckmessumformer 20 gegenüber dem Druckmittler 10₁ zu verspannen, wird die Überwurfmutter 74 auf das Außengewinde 72 des Befestigungsabschnitts 26 aufgeschraubt. Hierzu können nicht dargestellte Schraubenschlüssel oder andere Hilfsmittel verwendet werden, um die Überwurfmutter 74 ausreichend stark anzuziehen. Anschließend wird der Druckmessumformer 20 unter Ausbildung der Schweißnaht 46 mit dem Druckmittler 10₂ auf die für das erste Ausführungsbeispiel beschriebene Weise verbunden. Die Überwurfmutter 74 kann während des Schweißprozesses auf das Außengewinde 40 aufgeschraubt bleiben oder bereits zuvor wieder entfernt werden. Sie kann noch während des Betriebs aufgeschraubt bleiben. Auch hier kann der Befestigungsabschnitt 26 am äußeren Bereich 30 unter Ausbildung der weiteren Schweißnaht 50 oder unter Verwendung eines Dichtkörpers abgedichtet werden (nicht dargestellt).
Bezugszeichenliste

10, 10₁, 10₂: Druckmittler
12: Grundkörper
14: erstes Ende
16: zweites Ende
18: Prozessanschluss
19: Schweißnaht
20: Druckmessumformer
22: erste Schlüsselfläche
24: zweite Schlüsselfläche
26: Befestigungsabschnitt
28: innerer Bereich
30: äußerer Bereich
32: Aufnahmeraum
34: Verbindungsvorsprung
36: Gewinde
38: Innengewinde
40: Außengewinde
42: erste Kontaktfläche
44: zweite Kontaktfläche
46: Schweißnaht
48: Freistich
49: Freistich
50: weitere Schweißnaht
52: Kanal Grundkörper
54: weiterer Kanal
56: Kanal Prozessanschluss
58: Trennmembran
60: Einfülleinrichtung
62: Gewindestift
64: Kugel
66: Bauteilanordnung
67: Fluidraum
68: Querschnitt
69: Messmembran
70: kegelförmiger Vorsprung
71: Adapter
72: Außengewinde
74: Überwurfmutter
L: Längsachse

Claims

Druckmittler zum Schützen eines Druckmessumformers (20) vor der Einwirkung eines unter einem zu messenden Druck stehenden Fluids, umfassend - einen Grundkörper (12) mit einem ersten Ende (14) und einem zweiten Ende (16), wobei der Grundkörper (12) - am ersten Ende (14) mit einem Fluidraum (67) verbindbar ist, in welchem ein unter einem zu messenden Druck stehendes Fluid aufgenommen ist, und - am zweiten Ende (16) einen Befestigungsabschnitt (26) aufweist, in welchen ein Druckmessumformer (20) zum Messen des Drucks des Fluids mit dem Grundkörper (12) eingebracht ist, wobei - der Befestigungsabschnitt (26) einen zum ersten Ende (14) des Grundkörpers (12) hinweisenden inneren Bereich (28) und einen das zweite Ende (16) bildenden äußeren Bereich (30) aufweist, und - der Druckmessumformer (20) im inneren Bereich (28) mit dem Grundkörper (12) unter Ausbildung einer Schweißnaht (46) verschweißt ist.
Druckmittler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmessumformer (20) unter Verwendung des Laserschweißens mit dem Grundkörper (12) verschweißt ist.
Druckmittler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittler (10) gegenüber dem Druckmessumformer (20) im äußeren Bereich (30) abgedichtet ist.
Druckmittler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (26) ein Gewinde (36) umfasst, in welchem der Druckmessumformer (20) eingeschraubt ist.
Druckmittler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (26) nach EN 837 ausgebildet ist.
Druckmittler nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (26) eine erste Schlüsselfläche (22) und der Druckmessumformer (20) eine zweite Schlüsselfläche (24) aufweisen.
Druckmittler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (26) einen sich zum äußeren Bereich (30) hin erweiternden Querschnitt (68) aufweist und der Druckmessumformer (20) einen kegelförmigen Vorsprung (70) aufweist, der mit dem Befestigungsabschnitt (26) korrespondiert.
Druckmittler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (26) ein Außengewinde (72) aufweist, auf welches eine mit dem Druckmessumformer (20) zusammenwirkende Überwurfmutter (74) aufschraubbar ist.
Druckmittler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) einen Kanal (52) aufweist, in welchen ein Druckmittlermedium einbringbar ist.
Druckmittler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) eine Einfülleinrichtung (60) zum Einbringen des Druckmittlermediums in den Kanal (52) aufweist.
Druckmittler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) als ein Adapter (71) ausgeführt ist, der mit einem Prozessanschluss (18) verbindbar oder verbunden ist.
Druckmittler nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkörper (12) oder im Adapter (71) eine Trennmembran (58) zum Trennen des Druckmittlermediums vom Fluid und zum Übertragen des zu messenden Drucks des Fluids auf das Druckmittlermedium angeordnet ist.
Bauteilanordnung (66) umfassend einen Druckmittler (10) und einen Druckmessumformer (20), wobei - der Druckmessumformer (20) einen Grundkörper (12) mit einem ersten Ende (14) und einem zweiten Ende (16) aufweist, - der Grundkörper (12) am ersten Ende (14) mit einem Fluidraum (67) verbindbar ist, in welchem ein unter einem zu messenden Druck stehendes Fluid aufgenommen ist, und am zweiten Ende (16) einen Befestigungsabschnitt (26) aufweist, in welchem ein Druckmessumformer (20) zum Messen des Drucks des Fluids mit dem Grundkörper (12) eingebracht ist, - der Befestigungsabschnitt (26) einen zum ersten Ende (14) des Grundkörpers (12) hinweisenden inneren Bereich (28) und einen das zweite Ende (16) bildenden äußeren Bereich (30) aufweist, und - der Druckmessumformer (20) im inneren Bereich (28) unter Ausbildung einer Schweißnaht (46) mit dem Grundkörper (12) verschweißt ist.
Verfahren zum Verschweißen eines Druckmessumformers (20) mit einem Druckmittler (10), wobei der Druckmittler - einen Grundkörper (12) mit einem ersten Ende (14) und einem zweiten Ende (16) aufweist und - der Grundkörper (12) am zweiten Ende (16) einen Befestigungsabschnitt (26) mit einem zum ersten Ende (14) des Grundkörpers (12) hinweisenden inneren Bereich (28) und einen das zweite Ende (16) bildenden äußeren Bereich (30) aufweist, umfassend folgende Schritte: - Einbringen eines Druckmessumformers (20) zum Messen des Drucks des Fluids in den Befestigungsabschnitt (26), und - Verschweißen des Druckmessumformers (20) mit dem Grundkörper (12) im inneren Bereich (28) unter Ausbildung einer Schweißnaht (46).