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Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckmessgerät zur Messung eines Druckes.
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In der Automatisierungstechnik werden häufig Druckmessgeräte eingesetzt, die zur Überwachung eines Prozessmediums dienen. Derartige Druckmessgeräte bestehen für gewöhnlich aus einem Prozessanschluss der zum Befestigen des Druckmessgerätes in einer Messstelle in einer Automatisierungsanlage dient. In den Prozessanschluss wird frontbündig, d.h. zum Prozess hin gerichtet, eine Druckmesszelle eingesetzt, die durch eine Prozessdichtung gegenüber dem Prozess abgedichtet ist, sodass kein Prozessmedium austreten bzw. in das Gehäuse des Druckmessgerätes eintreten kann.
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Bei hygienischen Anwendungen, also Prozessen, bei denen ein hoher Anspruch an die Reinheit gestellt wird, bspw. der Lebensmittelindustrie, der Pharmazie oder auch der Biochemie, wird von entsprechenden Zertifizierungsstellen, bspw. der 3-A oder der European Hygienic Equipment Design Group (im Folgenden auch kurz. EHEDG) eine Erkennung einer undichten Prozessdichtung vorgeschrieben.
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Eine Möglichkeit eine solche undichte Prozessdichtung zu erkennen ist der Einsatz von elektronischen Mitteln, bspw. eines Sensors in Form einer elektronischen Nase, der das Eintreten des Prozessmediums in ein Gehäuse des Druckmessgerätes erkennt. Ein derartiger Ansatz ist beispielsweise in der
DE 102 55 279 A1 beschrieben.
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Nachteilig hieran ist, dass zum einen der Sensor in das Druckmessgerät integriert werden muss und zusätzlich eine entsprechende Elektronik zum Ansteuern des Sensors benötigt wird.
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Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung eine einfachere Möglichkeit der Überwachung einer Prozessdichtung auf Undichtigkeit hin vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Druckmessgerät gemäß Patentanspruch 1.
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Das erfindungsgemäße Druckmessgerät zur Messung eines Druckes umfasst:
- - eine Druckmesszelle;
- - eine rotationssymmetrische Sensorbuchse in die die Druckmesszelle eingebracht ist;
- - einen rotationssymmetrischen Prozessanschluss zur lösbaren Befestigung des Druckmessgerätes an einer Wand einer Messstelle, wobei der Prozessanschluss an einem Ende eine sich nach innen erstreckenden umlaufende Anschlagsfläche und an einem anderen Ende eine Öffnung zur Aufnahme der Sensorbuchse aufweist, wobei die Sensorbuchse mit der Druckmesszelle in einem eingebauten Zustand durch die Öffnung bis zu der Anschlagsfläche in den Prozessanschluss eingeführt ist, sodass die Druckmesszelle im Wesentlichen frontbündig in die Messstelle eingebracht ist.
- - eine Prozessdichtung, die in einer Abdichtungsebene zwischen der Sensorbuchse und der Anschlagsfläche des Prozessanschlusses abdichtet, umso ein Eindringen des Prozessmediums in das Druckmessgerät zu verhindern;
- - wobei der Prozessanschluss und/oder die Sensorbuchse mehrere einzelne Ausnehmungen aufweist bzw. aufweisen, die derartig ausgestaltet sind, dass die einzelnen Ausnehmungen zusammen einen aus mehreren zueinander parallel verlaufenden fluidischen Einzelpfaden bestehenden fluidischen Pfadverbund ausbilden, über den, im Falle eines Versagens der Prozessdichtung, das Prozessmedium von der Abdichtungsebene bei der Prozessdichtung zu mindestens einer von einer im eingebauten Zustand des Druckmessgerätes von außen sichtbaren Öffnung geleitet wird, wobei die einzelnen Ausnehmungen so ausgebildet sind, dass eine Querschnittssumme der Querschnitt der die mehreren zueinander parallel verlaufenden fluidischen Einzelpfade ausbildenden Ausnehmungen einem vorgegebenen Minimalquerschnitt entspricht.
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Es wird ein Druckmessgerät vorgeschlagen, bei dem eine Erkennung von Undichtigkeiten an der Prozessdichtung dadurch ermöglicht wird, dass das Prozessmedium über einen fluidischen Pfadverbund von der Stelle des Eintritts bzw. der Leckage zu einer von außen für einen Bediener/Servicetechniker gut erkennbaren Öffnung geleitet wird, sodass durch das Austreten des Prozessmediums aus der Öffnung eine Undichtigkeit der Prozessdichtung signalisiert wird. Erfindungsgemäß umfasst der fluidische Pfadverbund dabei nicht nur einen einzigen Pfad durch den das Prozessmedium geleitet wird, sondern mehrere zueinander parallel verlaufende Einzelpfade, über die das Prozessmedium von der undichten Prozessdichtung zu der Öffnung geleitet wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Druckmessgerätes sieht vor, dass die Sensorbuchse auf einer Stirnseite und/oder der Prozessanschluss auf einer für die Sensorbuchse gedachten sich radial nach innen erstreckenden Anschlagsfläche mehrere horizontale Ausnehmungen aufweist, wobei die mehreren horizontalen Ausnehmungen so ausgebildet sind, dass die Querschnittssumme der einzelnen Querschnitte der mehreren horizontalen Ausnehmungen dem vorgegebenen Minimalquerschnitt entspricht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Druckmessgerätes sieht vor, dass eine äußere Mantelfläche der Sensorbuchse in einem unteren Teilbereich, welcher im eingebauten Zustand an eine innere Mantelfläche des Prozessanschluss angrenzt und/oder eine innere Mantelfläche des Prozessanschlusses in einem unteren Teilbereich, welcher im eingebauten Zustand an eine bzw. die äußere Mantelfläche des unteren Teilbereichs der Sensorbuchse angrenzt, mehrere vertikale Ausnehmungen aufweist bzw. aufweisen, wobei die mehreren vertikalen Ausnehmungen so ausgebildet sind, dass die Querschnittssumme der einzelnen Querschnitte der mehreren vertikalen Ausnehmungen dem vorgegebenen Minimalquerschnitt entspricht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Druckmessgerätes sieht vor, dass die Sensorbuchse in dem unteren Teilbereich und/oder der Prozessanschluss in dem unteren Teilbereich zumindest eine umlaufende Sammelnut zum Sammeln des insbesondere über die horizontalen Ausnehmungen zugeführten Prozessmediums aufweist bzw. aufweisen, wobei die zumindest eine Sammelnut so ausgebildet ist, dass ein Querschnitt der Sammelnut dem vorgegebenen Minimalquerschnitt entspricht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Druckmessgerätes sieht vor, dass die Sensorbuchse eine umlaufenden Absatzring aufweist bis zu dem die Sensorbuchse im eingebauten Zustand in die Öffnung des Prozessanschlusses eingeführt ist, und wobei die Sensorbuchse eine weitere an den Absatzring, vorzugsweise direkt angrenzende umlaufende Sammelnut aufweist, die dazu ausgebildet ist, das Prozessmedium zu der zumindest einen von außen sichtbaren Öffnung zu leiten, wobei die weitere Sammelnut so ausgebildet ist, dass ein Querschnitt der weiteren Sammelnut dem vorgegebenen Minimalquerschnitt entspricht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Druckmessgerätes sieht vor, dass die zumindest eine von außen sichtbare Öffnung so ausgebildet ist, dass ein Querschnitt bzw. eine Querschnittsumme dem vorgegebenen Minimalquerschnitt entspricht. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die zumindest eine von außen sichtbare Öffnung auf einer Rückseite des Prozessanschlusses, auf dem im eingebauten Zustand der Absatzring der Sensorbuchse aufsitzt, ausgebildet ist bzw. sind.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Druckmessgerätes sieht vor, dass der vorgegebene Minimalquerschnitt einer Vorgabe eines Standards, insbesondere eines eine Hygiene betreffenden Standards der European Hygienic Equipment Design Group und/oder 3-A entspricht, insbesondere dem Standard 74-07 von 3-A, veröffentlicht im März 2019
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Druckmessgerätes sieht vor, dass der vorgegebene Minimalquerschnitt zumindest 4,9 Quadratmillimeter (mm2), vorzugsweise zumindest 5 mm2, besonders bevorzugt zumindest 7,2 mm2 aufweist.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1: einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Druckmessgerät,
- 2: eine Detailansicht des Bereichs des Druckmessgerätes in dem die Abdichtung des Druckmessgerätes mittels einer Prozessdichtung gegenüber dem Prozessmedium erfolgt,
- 3: eine Explosionsansicht einer Sensorbuchse, der Prozessdichtung und eines Prozessanschlusses über den das Druckmessgerät an einer Messstelle angebracht wird,
- 4 eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung der Sensorbuchse, und
- 5: eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung des P rozessansch lusses.
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1 zeigt einen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Druckmessgerät 100. Das in 1 dargestellte Druckmessgerät 100 umfasst mehrere Hauptelemente, eine rotationssymmetrische Sensorbuchse 400, eine in die Sensorbuchse 400 frontbündig eingesetzte Druckmesszelle 500, einen ebenfalls rotationssymmetrischen Prozessanschluss 300 zum Befestigen des Druckmessgerätes 1 an einer Wand eines ein Prozessmedium enthaltenen Behälters oder Rohres, eine Prozessdichtung 600 zur Abdichtung der frontseitig eingesetzten Druckmesszelle 500 gegenüber dem Prozess und ein über einen Gehäuseadapter 210 befestigtes Gehäuse 200.
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Die rotationssymmetrische Sensorbuchse 400 weist einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Körper mit einem außenseitig umlaufenden Absatzring 420, einen in den Prozessanschluss 300 einführbaren an den Absatzring 420 angrenzenden unteren Teil 430 und einen an den Absatzring 420 angrenzenden oberen Teil 410 auf. Der untere Teil 430 der Sensorbuchse 400 ist derartig ausgebildet, dass die Sensorbuchse über diesen in eine entsprechende Öffnung 33 des Prozessanschluss 300 einführbar ist. Der Absatzring 420 weist mehrere, vorzugsweise konzentrische Bohrungen 421 auf, durch die das Gehäuse 202 mit dem Prozessanschluss 300 mittels Schrauben 220 verbindbar ist. Die Sensorbuchse 400 weist ferner an einem dem Gehäuse entgegengesetzten Ende eine sich nach innen erstreckende radial umlaufende Anschlagsfläche 433 auf. Über die Anschlagsfläche 433 ist die Druckmesszelle 500 frontbündig in die Sensorbuchse 400 eingebracht und kann mit Hilfe eines zusätzlichen rotationssymmetrischen Zentrierrings 700 positioniert werden.
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Der Zentrierring 700 weist einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen L-förmigen Querschnitt mit einem kurzen und einem langen Schenkelstück 710 und 720 auf. Die Anschlagsfläche 43 und der Zentrierring 700 sind dabei derartig aufeinander abgestimmt, dass der Zentrierring 700 mit dem kurzen Schenkelstück 710 auf der Anschlagsfläche 433 aufsitzt. Ferner ist der Zentrierring 700 so ausgebildet, dass das lange Schenkelstück 720 die Druckmesszelle 500 außenseitig im Wesentlichen bündig umgibt, sodass die Druckmesszelle 500 mittig in der Sensorbuchse 400 ausgerichtet ist.
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Bei der eingesetzten Druckmesszelle 500 handelt es sich vorzugsweise um eine keramische Druckmesszelle, die einen, vorzugsweise keramischen Grundkörper 510 und eine druckempfindliche, vorzugsweise keramische Messmembran 520 aufweist, die sich in Abhängigkeit eines auf sie einwirkenden Druckes aus ihrer Ruhelage herausbewegt. Die Messmembran 520 und der Grundkörper 510 sind an deren Rand unter Bildung einer Messkammer mittels einer Fügestelle 530 druckdicht miteinander gefügt.
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Zur Erfassung der druckabhängige Auslenkung und Wandeln der druckabhängigen Auslenkung in ein elektrisches Signal weist die Druckmesszelle ein oder mehrere Wandlerelement auf. Als Wandlerelemente kommen dabei sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten Wandlerelemente in Betracht. Vorzugsweise handelt es sich bei den Wandlerelementen allerdings um kapazitive Wandlerelemente. Kapazitive Wandlerelemente weisen üblicherweise zumindest eine auf einer Innenseite der Messmembran angeordneten Elektrode und mindestens eine auf einer der Innenseite gegenüberliegenden, der Messmembran zugewandten Außenseite des Grundkörpers angeordnete Gegenelektrode.
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Der rotationssymmetrische Prozessanschluss 300 weist wiederum an einem im eingebauten Zustand zu dem Prozess hin gerichteten Ende (Vorderseite) 370 eine sich nach innen erstreckende radial umlaufende Anschlagsfläche 310 auf, bis zu der die Sensorbuchse 400 mit der Druckmesszelle 500 in den Prozessanschluss 300 eingebracht ist. Die Druckmesszelle 500 ist dabei derartig in die Sensorbuchse 400 eingebracht, dass die druckempfindliche Messmembran 520 im eingebauten Zustand zu dem Prozess gerichtet ist (frontbündig).
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Wie in 2 dargestellt, ist eine radial umlaufende Prozessdichtung 600 zwischen der Druckmesszelle 500 und dem Prozessanschluss 300 eingebracht, um ein Eindringen des Prozessmediums zwischen dem Prozessanschluss und der Sensorbuchse zu verhindern. Die Prozessdichtung 600 kann beispielsweise in Form eines O-Rings ausgeführt sein und aus einem gegenüber dem Prozessmedium beständigen Material bestehen. Beispielsweise kann die Prozessdichtung Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke (EPDM), Fluorkautschuk (FKM), Perfluorkautschuk (FFKM), Nitrilkautschuk (NBR) oder Fluroprene umfassen.
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Um ein Verrutschen der Prozessdichtung 600 zu verhindern, kann die Anschlagsfläche des Prozessanschlusses 310 so ausgeführt sein, dass sich die Anschlagsfläche 310 über die Anschlagsfläche der Sensorbuchse 433 für den Zentrierring hinaus weiter nach innen erstreckt und in diesem Bereich, eine Vertiefung 320 zur Aufnahme der Prozessdichtung 600 aufweist. Ferner kann, um ein Kriechen der Prozessdichtung zu reduzieren, eine Nase 434 an dem inneren Ende der Anschlagsfläche der Sensorbuchse vorgesehen sein.
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Um ein Versagen der Prozessdichtung 600 erkennen zu können, weist eine im eingebauten Zustand zur Anschlagsfläche des Prozessanschluss hin gerichtete Stirnseite der Sensorbuchse mehrere Ausnehmungen oder Schlitze auf. Exemplarisch ist in 4 eine perspektivische Ansicht einer entsprechend ausgestalteten Sensorbuchse dargestellt. In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Sensorbuchse an der Stirnseite acht sich radial nach außen erstreckende Ausnehmungen (horizontale Ausnehmungen) 435 auf, über die das Prozessmedium im Versagensfall der Prozessdichtung 600 geführt wird.
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Ergänzend oder alternativ zu den horizontalen Ausnehmungen 435 auf der Stirnseite der Sensorbuchse können auch mehrere horizontale Ausnehmungen in die Anschlagsfläche 310 für die Sensorbuchse des Prozessanschlusses 300 eingebracht sein.
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Durch die horizontalen Ausnehmungen 435 wird das Prozessmedium bis zu einer äußeren Mantelfläche 431 des unteren Teils 431 der Sensorbuchse 400 geleitet. Der untere Teil 431 der Sensorbuchse 400 kann dabei eine an die Stirnseite angrenzende umlaufende untere Sammelnut 438 aufweisen, in der das zugeführte Prozessmedium gesammelt wird.
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Um das Prozessmedium von der unteren Sammelnut 438 weiter zu einer von außen gut sichtbaren Öffnung zu leiten, kann die äußere Mantelfläche des unteren Teils der Sensorbuchse 431 mehrere vertikale Ausnehmungen 436 aufweisen. Ergänzend kann der untere Teil der Sensorbuchse eine direkt an den Absatzring angrenzende obere Sammelnut 439 aufweisen, in die die vertikalen Ausnehmungen 436 münden. Die vertikalen Ausnehmungen 436 sind somit so ausgebildet, dass im eingebauten Zustand eine fluidische Verbindung zwischen der unteren und der oberen Sammelnut 438, 439 entsteht, über die das Prozessmedium geleitet wird.
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Alternativ oder ergänzend zu den in die äußere Mantelfläche 431 des unteren Teils 430 der Sensorbuchse integrierten vertikalen Ausnehmungen 436 kann eine innere Mantelfläche 380 des Prozessanschlusses 300, welche im eingebauten Zustand an die äußere Mantelfläche 431 des unteren Teils 430 der Sensorbuchse 400 angrenzt, mehrere vertikale Ausnehmungen aufweisen. Dies kann beispielsweise dann nützlich sein, wenn aufgrund der Ausgestaltung der Sensorbuchse diese nicht ausreichen Material im Wandungsbereich aufweist um entsprechende vertikale Ausnehmungen realisieren zu können.
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Die horizontalen und/oder vertikalen Ausnehmungen 435, 350, 436 können beispielsweise durch Fräsen an die entsprechende Stelle eingebracht worden sein. Ferner können die Ausnehmungen 435, 350, 436 auch in Form von Schlitzen ausgebildet sein.
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Durch die horizontalen und/oder vertikalen Ausnehmungen 435, 350, 436 in Kombination mit der Sammelnut bzw. den Sammelnuten 438, 439 wird ein fluidischer Pfadverbund bestehend aus mehreren fluidischen Einzelpfaden EP1 ,EP2, EP3 und EP4 gehen zur Nut 340 ausgebildet, über den ein aufgrund einer defekten Prozessdichtung 600 eindringendes Prozessmedium von einer Abdichtungsebene, in der die Prozessdichtung 600 eine druckdichte Verbindung zwischen der Anschlagsfläche des Prozessanschlusses und der auf der Anschlagsfläche mit der Stirnseite aufsitzenden Sensorbuchse ausbildet, zu der von außen gut sichtbaren Öffnung 340 geführt. Die Öffnung 340 kann dabei, wie in 5 dargestellt, auf einer von der Stirnseite abgewandten Rückseite 360 des Prozessanschlusses ausgebildet sein. Ferner können anstelle einer einzigen Öffnung 340 auch mehrere Öffnungen vorgesehen sein.
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Zur Verdeutlichung der fluidischen Einzelpfade EP1-EP4 sind in 4 exemplarisch vier Einzelpfade durch gestrichelte Pfeile dargestellt. Jeder Einzelpfad umfasst somit eine horizontale Ausnehmung 435, die in der unteren an die Stirnseite der Sensorbuchse 400 angrenzende Sammelnut 438 mündet, eine vertikale Ausnehmung 436, die die untere Sammelnut 438 mit einer an den Absatzring angrenzenden oberen Sammelnut 439 mündet und die an den Absatzring angrenzende obere Sammelnut 439. Erfindungsgemäß sind die Ausnehmungen 435, 350, 436 so ausgebildet, dass eine Querschnittssumme der Querschnitt der die mehreren zueinander parallel verlaufenden fluidischen Einzelpfade ausbildenden Ausnehmungen einem vorgegebenem Minimalquerschnitt entspricht. Der vorgegebene Minimalquerschnitt entspricht dabei einer Vorgabe aus einem Standard, insbesondere einem Standard (Hygienestandard) der European Hygienic Equipment Design Group (EHEDG) und/oder 3-A. Insbesondere entspricht der vorgegebene Minimalquerschnitt dem Standard 74-07, veröffentlicht im März 2019. Beispielsweise kann der vorgegebene Minimalquerschnitt zumindest 4,9 Quadratmillimeter (mm2), vorzugsweise zumindest 5 Quadratmillimeter (mm2), besonders bevorzugt zumindest 7,2 Quadratmillimeter (mm2) aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Druckmessgerät
- 200
- Gehäuse
- 210
- Gehäuseadapter
- 220
- Schrauben
- 300
- Prozessanschluss
- 310
- Anschlagsfläche für Sensorbuchse
- 320
- Vertiefung zur Aufnahme und Fixierung der Prozessdichtung
- 330
- Öffnung zur Aufnahme der Sensorbuchse
- 340
- Öffnung zum Signalisieren einer undichten Prozessdichtung
- 350
- Vertikale Ausnehmungen
- 360
- Rückseite des Prozessanschlusses
- 370
- Vorderseite des Prozessanschlusses
- 380
- Innere Mantelfläche des Prozessanschlusses
- 400
- Sensorbuchse
- 410
- Oberer Teil der Sensorbuchse
- 420
- Absatzring
- 421
- Bohrungen
- 430
- Unterer Teil der Sensorbuchse
- 431
- Äußere Mantelfläche des unteren Teils der Sensorbuchse
- 433
- Anschlagsfläche für Zentrierring
- 434
- Nase
- 435
- Horizontale Ausnehmungen
- 436
- Vertikale Ausnehmungen
- 438
- Untere Sammelnut
- 439
- Obere Sammelnut
- 500
- Druckmesszelle
- 510
- Grundkörper
- 520
- Messmembran
- 530
- Fügestelle
- 600
- Prozessdichtung
- 700
- Zentrierring
- 710
- Kurzes Schenkelstück des Zentrierrings
- 720
- Langes Schenkelstück des Zentrierrings
- EP1-EP4
- Exemplarisch dargestellte fluidische Einzelpfade
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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