DE102020133358A1 - Process for the pressure and gas-tight separation of a first and a second hydraulic path in a differential pressure sensor - Google Patents

Process for the pressure and gas-tight separation of a first and a second hydraulic path in a differential pressure sensor Download PDF

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DE102020133358A1
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Kristine Bedner
Thomas Uehlin
Alexander Beck
Michael Noack
Florian Gutmann
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    • G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G01L13/025—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
    • G01L13/026—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms involving double diaphragm

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur druck- und gasdichten Trennung von einem ersten und einem zweiten hydraulischen Pfad (26a, 26b) in einem Drucksensor (1), wobei der erste hydraulische Pfad (26a) einen ersten Druck (p1) zu einer ersten Druckbeaufschlagungsfläche (13a) eines drucksensitiven Messelements (13) überträgt, wobei der zweite hydraulische Pfad (26b) einen zweiten Druck (p2) zu einer zweiten Druckbeaufschlagungsfläche (13b) eines drucksensitiven Messelements (13) überträgt, wobei ein erster Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) in einer ersten Komponente (2; 9a1) des Drucksensors (1) und wobei ein zweiter Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) in einer zweiten Komponente (3; 9a2) des Drucksensors (1) angeordnet ist, wobei die erste Komponente (2; 9a1) und die zweite Komponente (3; 9a2) derart zueinander positioniert werden, dass die beiden Teilbereiche des zumindest einen hydraulischen Pfades (26a, 26b) aneinandergrenzen, wobei mittels eines Strahlschweißverfahrens eine umlaufende Schweißnaht im Bereich der aneinandergrenzenden Flächen der beiden Komponenten (2, 3; 9a1, 9a2) des Drucksensors (1) geschweißt wird, wobei der Schweißstrahl zum Verbinden der beiden Komponenten (2, 3; 9a1, 9a2) im Wesentlichen quer durch zumindest einen der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) geführt wird, so dass sich die Schweißnaht zu beiden Seiten des zumindest einen hydraulischen Pfades (26a, 26b) erstreckt, ohne den hydraulischen Pfad (26a, 26b) zu verschließen.The invention relates to a method for the pressure-tight and gas-tight separation of a first and a second hydraulic path (26a, 26b) in a pressure sensor (1), the first hydraulic path (26a) applying a first pressure (p1) to a first pressure application surface ( 13a) of a pressure-sensitive measuring element (13), with the second hydraulic path (26b) transmitting a second pressure (p2) to a second pressure application surface (13b) of a pressure-sensitive measuring element (13), with a first partial area of at least one of the two hydraulic paths (26a, 26b) in a first component (2; 9a1) of the pressure sensor (1) and wherein a second partial area of at least one of the two hydraulic paths (26a, 26b) in a second component (3; 9a2) of the pressure sensor (1) is arranged, with the first component (2; 9a1) and the second component (3; 9a2) being positioned relative to one another in such a way that the two partial areas of the at least one hydraulic path (26a, 26 b) adjoin one another, with a circumferential weld seam being made in the area of the adjoining surfaces of the two components (2, 3; 9a1, 9a2) of the pressure sensor (1), the welding beam for connecting the two components (2, 3; 9a1, 9a2) being guided essentially transversely through at least one of the two hydraulic paths (26a, 26b), so that the weld seam extends to both sides of the at least one hydraulic path (26a, 26b) without closing the hydraulic path (26a, 26b).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur druck- und gasdichten Trennung von einem ersten und einem zweiten hydraulischen Pfad in einem Differenzdrucksensor. Desweiteren betrifft die Erfindung einen Differenzdrucksensor, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt ist. Bei dem Differenzdrucksensor kann es sich um einen koplanaren oder eine bipolaren Differenzdrucksensor handeln.The invention relates to a method for pressure-tight and gas-tight separation of a first and a second hydraulic path in a differential pressure sensor. Furthermore, the invention relates to a differential pressure sensor that is manufactured using the method according to the invention. The differential pressure sensor can be a coplanar or a bipolar differential pressure sensor.

In der Automatisierungstechnik kommen unterschiedliche Ausgestaltungen von Drucksensoren in unterschiedlichen Anwendungen zum Einsatz. Bei Absolutdrucksensoren wird ein zu messender Druck absolut, d. h. als ein Druckunterschied gegenüber dem Vakuum erfasst. Mit einem Relativdruckmessaufnehmer wird ein zu messender Druck in Form eines Druckunterschiedes gegenüber einem Referenzdruck bestimmt - bei vielen Anwendungen ist dies der Atmosphärendruck am Einsatzort. Es wird also bei Absolutdruckmessanordnungen ein zu messender Druck bezogen auf einen festen Bezugsdruck, den Vakuumdruck, und bei Relativdruckmessanordnungen ein zu messender Druck bezogen auf einen variablen Bezugsdruck, z. B. den Umgebungsdruck, erfasst.Different configurations of pressure sensors are used in different applications in automation technology. With absolute pressure sensors, a pressure to be measured is absolute, i. H. recorded as a pressure difference versus vacuum. With a relative pressure sensor, a pressure to be measured is determined in the form of a pressure difference compared to a reference pressure - in many applications this is the atmospheric pressure at the place of use. In the case of absolute pressure measuring arrangements, therefore, a pressure to be measured is referred to a fixed reference pressure, the vacuum pressure, and in the case of relative pressure measuring arrangements, a pressure to be measured is referred to a variable reference pressure, e.g. B. the ambient pressure recorded.

Eine Differenzdrucksensor erfasst die Differenz zwischen zwei Prozessdrücken. Differenzdruckmessaufnehmer kommen beispielsweise in Tanks zur Füllstandsmessung oder in Rohrleitungen zur Durchflussmessung zum Einsatz. Auch ist es bekannt, bei z.B. einem Differenzdrucksensor zusätzlich den Absolutdruck zu bestimmen, um Messfehler aufgrund des statischen Drucks kompensieren zu können. Eine Vielzahl unterschiedlicher Drucksensoren wird von der Anmelderin z.B. unter der Bezeichnung CERABAR oder DELTABAR angeboten und vertrieben.A differential pressure sensor records the difference between two process pressures. Differential pressure sensors are used, for example, in tanks to measure fill levels or in pipelines to measure flow. It is also known to additionally determine the absolute pressure, e.g. with a differential pressure sensor, in order to be able to compensate for measurement errors due to the static pressure. A large number of different pressure sensors are offered and sold by the applicant, e.g. under the designation CERABAR or DELTABAR.

Aus der DE 3 222 620 A1 ist ein Druckdifferenzmessgerät bekannt geworden, das eine vor Überlastung geschützte Druckmessaufnehmereinrichtung aufweist. Das Messgerät hat einen zentralen Aufnahmekörper, der an zwei gegenüberliegenden Seiten zwischen einem Membranbett und einer Trennmembrane jeweils eine Vorkammer ausbildet. In dem Aufnahmekörper ist jeweils hinter der vom Membranbett abgewandten Seite eine Zusatzkammer vorgesehen, die durch eine vorgespannte Zusatzmembrane begrenzt wird. Innerhalb des Aufnahmekörpers befindet sich weiterhin eine Messkammer, die durch die Druckmessaufnehmereinrichtung in zwei Teilkammern unterteilt ist. Jede der beiden Teilkammern der Messkammer ist über jeweils einen Verbindungskanal mit einer der beiden Vorkammern verbunden. Über jeweils einen Zusatzkanal ist jeder der beiden Verbindungskanäle an eine der beiden Zusatzkammern angeschlossen.From the DE 3 222 620 A1 a pressure difference measuring device has become known which has a pressure measuring transducer device protected against overload. The measuring device has a central receiving body which forms an antechamber on two opposite sides between a membrane bed and a separating membrane. In the receiving body, an additional chamber is provided in each case behind the side facing away from the membrane bed, which is delimited by a prestressed additional membrane. Inside the receiving body there is also a measuring chamber, which is divided into two sub-chambers by the pressure sensor device. Each of the two partial chambers of the measuring chamber is connected to one of the two antechambers via a respective connecting channel. Each of the two connecting channels is connected to one of the two additional chambers via an additional channel.

Ist das Gerät einem Differenzdruck unterhalb oder im Bereich des Differenzdruck-Nennwertes ausgesetzt, dann wird dieser Differenzdruck der Druckmessaufnehmereinrichtung über die Verbindungskanäle übermittelt. Die Zusatzmembranen entfalten eine geringe Wirkung, die in erster Näherung vernachlässigbar ist. Übersteigt die Druckdifferenz infolge einer Überlast den Druckdifferenz-Nennwert um einen vorgegebenen Wert, dann wird bei der Trennmembrane auf der Hochdruckseite die unter ihr befindliche Druckvermittler-Flüssigkeit in die ihr zugeordnete Vorkammer gedrückt. Die herausgedrückte Flüssigkeit gelangt über den Verbindungskanal und den Zusatzkanal zur Zusatzmembrane auf der Niederdruckseite und veranlasst diese, sich abzuheben. Somit befindet die sich auf der Hochdruckseite unter der Trennmembrane herausgedrückte Flüssigkeit im Überlastfall unter der sich abhebenden Zusatzmembrane auf der Niederdruckseite. Eine Überlastung der Druckmessaufnehmereinrichtung wird folglich vermieden. Die Wandlerkammer ist bei der Deutschen Patentanmeldung in das Messwerk integriert.If the device is exposed to a differential pressure below or in the range of the nominal differential pressure value, then this differential pressure is transmitted to the pressure sensor device via the connecting channels. The additional membranes develop a small effect, which is negligible in a first approximation. If the pressure difference exceeds the nominal pressure difference value by a predetermined value as a result of an overload, the pressure transmitter liquid located below it is pressed into the antechamber assigned to it on the high-pressure side of the separating membrane. The liquid that is pushed out reaches the auxiliary diaphragm on the low-pressure side via the connection channel and the auxiliary channel, causing it to lift. Thus, in the event of an overload, the liquid that is pressed out on the high-pressure side under the separating diaphragm is under the lifting additional diaphragm on the low-pressure side. Consequently, an overload of the pressure sensor device is avoided. In the case of the German patent application, the converter chamber is integrated into the measuring mechanism.

Aus der WO 2018/165122 A1 ist ein koplanar aufgebauter Differenzdruckmessaufnehmer bekannt geworden, bei dem die Druckeingänge mit Trennmembrane und Überlastmembrane in einer Ebene - und zwar im dem Prozess zugewandten Endbereich - angeordnet sind und nicht auf gegenüberliegenden, parallelen Ebenen wie in der zuvor genannten Deutschen Patentanmeldung. Es handelt sich um ein sog. Doppelmembransystem. Hier kann auf die druckbelastete Mittenmembranschweißung verzichtet werden, so dass das Messwerk einteilig ausgeführt werden kann.From the WO 2018/165122 A1 a coplanar differential pressure sensor has become known, in which the pressure inputs with separating diaphragm and overload diaphragm are arranged in one plane - namely in the end area facing the process - and not on opposite, parallel planes as in the aforementioned German patent application. It is a so-called double membrane system. Here, the pressure-loaded central membrane welding can be dispensed with, so that the measuring mechanism can be made in one piece.

Kritisch bei den bekannten Ausgestaltungen ist die gas- und druckdichte Trennung der beiden unterschiedlichen hydraulischen Pfade: im Falle des Differenzdrucksensors muss die Hochdruckseite (Plusseite) von der Niederdruckseite (Minusseite) gas- und druckdicht getrennt werden. Bei einem Relativdrucksensor bzw. Absolutdrucksensor ist gleichfalls eine gas- und druckdichte Trennung von Messdruckseite und Relativdruckseite bzw. Messdruckseite und Absolutdruckseite/Vakuum erforderlich.The gas-tight and pressure-tight separation of the two different hydraulic paths is critical in the known configurations: in the case of the differential pressure sensor, the high-pressure side (plus side) must be separated gas-tight and pressure-tight from the low-pressure side (minus side). In the case of a relative pressure sensor or absolute pressure sensor, a gas and pressure-tight separation of the measurement pressure side and relative pressure side or measurement pressure side and absolute pressure side/vacuum is also required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Fertigung eines Differenzdrucksensors vorzuschlagen. Weiterhin wird ein einfach zu fertigender Differenzdrucksensor vorgeschlagen.The object of the invention is to propose a simple method for manufacturing a differential pressure sensor. Furthermore, a differential pressure sensor that is easy to manufacture is proposed.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur druck- und gasdichten Trennung von einem ersten und einem zweiten hydraulischen Pfad in einem Drucksensor, wobei der erste hydraulische Pfad einen ersten Druck zu einer ersten Druckbeaufschlagungsfläche eines drucksensitiven Messelements überträgt, wobei der zweite hydraulische Pfad einen zweiten Druck zu einer zweiten Druckbeaufschlagungsfläche eines drucksensitiven Messelements überträgt. Ein erster Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade ist in einer ersten Komponente des Drucksensors und ein zweiter Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade ist in einer zweiten Komponente des Drucksensors angeordnet. Die erste Komponente und die zweite Komponente werden derart zu einander positioniert, dass die beiden Teilbereiche des zumindest einen hydraulischen Pfades aneinandergrenzen. Mittels eines Strahlschweißverfahrens - üblicherweise von außen - wird eine umlaufende Schweißnaht im Bereich der aneinandergrenzenden Flächen der beiden Komponenten des Drucksensors geschweißt. Der Schweißstrahl zum Verbinden der beiden Komponenten wird im Wesentlichen quer durch zumindest einen der beiden hydraulischen Pfade geführt, so dass sich die Schweißnaht zu beiden Seiten des zumindest einen hydraulischen Pfades erstreckt, ohne den hydraulischen Pfad zu verschließen. The object is achieved by a method for the pressure-tight and gas-tight separation of a ers th and a second hydraulic path in a pressure sensor, wherein the first hydraulic path transmits a first pressure to a first pressurizing surface of a pressure sensitive sensing element, wherein the second hydraulic path transmits a second pressure to a second pressurizing surface of a pressure sensitive sensing element. A first partial area of at least one of the two hydraulic paths is arranged in a first component of the pressure sensor and a second partial area of at least one of the two hydraulic paths is arranged in a second component of the pressure sensor. The first component and the second component are positioned relative to one another in such a way that the two partial areas of the at least one hydraulic path adjoin one another. A circumferential weld seam is welded in the area of the adjoining surfaces of the two components of the pressure sensor by means of a beam welding process - usually from the outside. The welding beam for connecting the two components is guided essentially transversely through at least one of the two hydraulic paths, so that the weld seam extends on both sides of the at least one hydraulic path without closing off the hydraulic path.

Es wird also durch den hydraulischen Pfad hindurchgeschweißt. Als Schweißstrahl wird bevorzugt ein Elektronen- oder ein Laserstrahl -durchaus auch im Vakuum- verwendet.It is therefore welded through the hydraulic path. An electron beam or a laser beam is preferably used as the welding beam - also in a vacuum.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, mit -in vielen Fällen- einer einzigen umlaufenden Schweißnaht die erste und die zweite Komponente druck- und gasdicht miteinander zu verbinden. Mittels des Strahlschweißverfahrens ist es möglich, durch einen hydraulischen Pfad hindurchzuschweißen, ohne diesen zu verschließen. Falls erforderlich, können die aufeinandertreffenden Teilbereiche eines hydraulischen Pfades in den Grenzbereichen aufgeweitet werden. Möglich ist z.B. eine Aufweitung in Form einer entsprechend dimensionierten Stufenbohrung. Weiterhin können Fasen vorgesehen sein, die zur Aufnahme von überflüssigem Schweißgut dienen.Using the method according to the invention, it is possible to connect the first and the second component to one another in a pressure-tight and gas-tight manner with—in many cases—a single circumferential weld seam. Using the beam welding process, it is possible to weld through a hydraulic path without closing it. If necessary, the meeting sections of a hydraulic path can be widened in the border areas. For example, an expansion in the form of an appropriately dimensioned stepped bore is possible. Furthermore, chamfers can be provided, which serve to accommodate excess weld metal.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Energie bzw. die Leistung des Schweißstrahl auf die für die Schweißnaht erforderliche Schweißtiefe abgestimmt wird. Alternativ oder additiv wird die Energie bzw. die Leistung des Schweißstrahls über die Tiefe der Schweißnaht variiert. So wird die Energiezufuhr insbesondere im Bereich des hydraulischen Pfades reduziert. Allgemein lässt sich sagen, dass die Energie bzw. Leistung des Schweißstrahls so abgestimmt ist, dass der Innendurchmesser des hydraulischen Pfades bzw. der Kapillarbohrung auch im Bereich der Schweißnaht im Wesentlichen den gleichen Innendurchmesser aufweist wie der restliche hydraulische Pfad bzw. die restliche Kapillarbohrung.An embodiment of the method according to the invention provides that the energy or the power of the welding beam is matched to the welding depth required for the weld seam. Alternatively or additionally, the energy or power of the welding beam is varied over the depth of the weld. In this way, the energy supply is reduced, particularly in the area of the hydraulic path. In general, it can be said that the energy or power of the welding beam is coordinated in such a way that the inner diameter of the hydraulic path or the capillary bore essentially has the same inner diameter in the area of the weld seam as the rest of the hydraulic path or the rest of the capillary bore.

Im Prinzip gibt es zwei Möglichkeiten der Anordnung der Wandlerkammer: Entweder ist die Wandlerkammer in den Grundkörper des Messwerks integriert, also in eine korrespondierende Ausnehmung im Messwerk eingefügt, oder die Wandlerkammer schließt sich an den vom Prozess abgewandten Bereich des Messwerks an. Bevorzugt ist übrigens der Grundkörper des Messwerks als Prozessanschluss ausgestaltet. Der Prozessanschluss ist mit einem Gehäuseadapter gas- und druckdicht verbunden.In principle, there are two options for arranging the converter chamber: either the converter chamber is integrated into the base body of the measuring mechanism, i.e. inserted into a corresponding recess in the measuring mechanism, or the converter chamber is attached to the area of the measuring mechanism facing away from the process. Incidentally, the base body of the measuring mechanism is preferably designed as a process connection. The process connection is connected to a housing adapter in a gas-tight and pressure-tight manner.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die umlaufende Schweißstrahl zum Verbinden der beiden Komponenten bei der Integration der Wandlerkammer in das Messwerk axial - und zwar bevorzugt von oben - geführt wird. Alternativ wird die umlaufende Schweißnaht zum Verbinden der beiden Komponenten radial geführt. Diese Ausgestaltung kommt bevorzugt bei dem Aufsetzen der Wandlerkammer auf das Messwerk zur Anwendung. Welche Schweißnahtführung angewendet wird, hängt von der Ausgestaltung von erster und zweiter Komponente und der Anbindung der hydraulischen Pfade an die Druckmesszelle bzw. an das drucksensitive Messelement ab. Bevorzugt erfolgt pro hydraulischem Pfad maximal eine Durchschweißung quer zur Ausrichtung des hydraulischen Pfads. Muß durch beide hydraulischen Pfade durchgeschweißt werden, so sind die hydraulischen Pfade bevorzugt derart orientiert, dass in einem umlaufenden Schweißprozess durch beide hydraulischen Pfade hindurchgeschweißt wird.According to one embodiment of the method according to the invention, the circulating welding beam for connecting the two components is guided axially—preferably from above—when the converter chamber is integrated into the measuring mechanism. Alternatively, the circumferential weld seam is guided radially to connect the two components. This configuration is preferably used when the converter chamber is placed on the measuring mechanism. Which welding seam is used depends on the design of the first and second components and the connection of the hydraulic paths to the pressure measuring cell or to the pressure-sensitive measuring element. There is preferably a maximum of one penetration welding per hydraulic path transverse to the orientation of the hydraulic path. If welding has to be carried out through both hydraulic paths, the hydraulic paths are preferably oriented in such a way that welding is carried out through both hydraulic paths in a circumferential welding process.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigte Differenzdrucksensor weist einen ersten hydraulischen Pfad, über den ein erster Druck zu einer ersten Druckbeaufschlagungsfläche eines drucksensitiven Messelements übertragen wird. Weiterhin hat er einen zweiten hydraulischen Pfad, über den ein zweiter Druck zu einer zweiten Druckbeaufschlagungsfläche eines drucksensitiven Messelements übertragen wird. Ein erster Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade ist in einer ersten Komponente des Drucksensors angeordnet; ein zweiter Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade ist in einer zweiten Komponente des Drucksensors angeordnet ist. Eine gas- und druckdichte Trennung des ersten hydraulischen Pfades von dem zweiten hydraulischen Pfad erfolgt über eine durch ein Schweißverfahren erzeugte umlaufende Schweißnaht, wobei der Schweißstrahl im Bereich der beiden aneinander grenzenden Flächen bzw. der miteinander zu verbindenden Flächen von erster Komponenten und zweiter Komponente durch zumindest einen der beiden hydraulischen Pfade im Wesentlichen quer hindurchgeführt wird. Die Schweißung erfolgt als quer durch den zumindest einen hydraulischen Pfad hindurch. Die Energie bzw. die Leistung des Schweißstrahls ist so bemessen, dass durch die Schweißung der zumindest eine hydraulische Pfad nicht verschlossen wird.The differential pressure sensor manufactured according to the method according to the invention has a first hydraulic path, via which a first pressure is transmitted to a first pressure-loading surface of a pressure-sensitive measuring element. Furthermore, it has a second hydraulic path, via which a second pressure is transmitted to a second pressure application surface of a pressure-sensitive measuring element. A first partial area of at least one of the two hydraulic paths is arranged in a first component of the pressure sensor; a second partial area of at least one of the two hydraulic paths is arranged in a second component of the pressure sensor. A gas-tight and pressure-tight separation of the first hydraulic path from the second hydraulic path takes place via a circumferential weld seam produced by a welding process, with the welding beam in the area of the two adjoining surfaces or the surfaces to be connected of first components and second component is passed substantially transversely through at least one of the two hydraulic paths. The weld occurs across the at least one hydraulic path. The energy or the power of the welding beam is measured in such a way that the at least one hydraulic path is not closed by the welding.

Als bevorzugte Verbindungstechnik wird das Strahlschweißen, insbesondere ein Laser- oder auch ein Elektronenstrahlschweißen - je nach Ausgestaltung radial von außen oder axial von oben - angesehen.Beam welding, in particular laser or electron beam welding—radially from the outside or axially from above, depending on the configuration—is considered to be the preferred joining technique.

Bevorzugt handelt es sich bei der ersten Komponente um ein Messwerk und bei der zweiten Komponente um eine Wandlerkammer. Das drucksensitive Messelement ist in der Wandlerkammer angeordnet ist. Der Ölbedarf innerhalb der Wandlerkammer lässt sich erheblich reduzieren, wenn das drucksensitive Messelement in einen im Wesentlichen komplementär ausgestalteten Füllkörper eingebettet wird.The first component is preferably a measuring unit and the second component is a converter chamber. The pressure-sensitive measuring element is arranged in the converter chamber. The oil requirement within the converter chamber can be significantly reduced if the pressure-sensitive measuring element is embedded in a substantially complementary packing.

Insbesondere wird vorgeschlagen, dass es sich bei den hydraulischen Pfaden im Grundkörper des Messwerks und der Wandlerkammer um Kapillarbohrungen handelt, wobei korrespondierende Kapillarbohrungen im Bereich ihrer aufeinandertreffenden Grenzflächen von z.B. Grundkörper des Messwerks und Grundkörper der Wandlerkammer zu Stufenbohrungen bzw. zu vergrößerten Bohrungen erweitert sind. Bevorzugt sind die Kapillarbohrungen oder die Stufenbohrungen oder die aufgeweiteten Kapillarbohrungen so ausgestaltet und/oder dimensioniert sind, dass die Innendurchmesser der Kapillarbohrungen nach einem druck- und gasdichten Strahlverschweißen von Messwerk und Wandlerkammer auch im Bereich der miteinander verbundenen Kapillarbohrungen zumindest näherungsweise dem Innendurchmesser der Kapillarbohrungen von Messwerk und Wandlerkammer entsprechen. Durch die Aufweitung der Kapillarbohrungen, z.B. zu Stufenbohrungen, im Bereich der angrenzenden Kapillarbohrungen wird das Verbinden / Verschweißen der aneinanderstoßenden Kapillarbohrungen erleichtert.In particular, it is proposed that the hydraulic paths in the base body of the measuring mechanism and the converter chamber are capillary bores, with corresponding capillary bores being enlarged in the area of their meeting boundary surfaces, e.g. The capillary bores or the stepped bores or the widened capillary bores are preferably designed and/or dimensioned in such a way that the inner diameter of the capillary bores after a pressure-tight and gas-tight jet welding of the measuring mechanism and transducer chamber, also in the area of the interconnected capillary bores, is at least approximately the inner diameter of the capillary bores of the measuring mechanism and converter chamber correspond. The widening of the capillary bores, e.g. to form stepped bores, in the area of the adjacent capillary bores makes it easier to connect / weld the adjacent capillary bores.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors schlägt vor, dass die beiden Druckbeaufschlagungsflächen des drucksensitiven Messelements in Längsrichtung des Drucksensors gesehen hintereinanderliegend angeordnet sind. Hierdurch wird es beispielsweise möglich, einen der beiden hydraulischen Pfade unmittelbar auf der ersten der beiden Druckbeaufschlagungsflächen enden zu lassen. Hierdurch entfällt es, den ersten hydraulischen Pfad durch die Gehäusewandung in die Wandlerkammer hineinzuführen. Folglich entfällt auch das Durchschweißen durch den entsprechenden hydraulischen Pfad hindurch.One embodiment of the pressure sensor according to the invention proposes that the two pressure application surfaces of the pressure-sensitive measuring element are arranged one behind the other, viewed in the longitudinal direction of the pressure sensor. This makes it possible, for example, to let one of the two hydraulic paths end directly on the first of the two pressure application surfaces. This eliminates the need to introduce the first hydraulic path through the housing wall into the converter chamber. Consequently, there is also no need to weld through the corresponding hydraulic path.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

  • 1: einen koplanaren Differenzdrucksensor mit Überlastschutz, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt ist,
  • 2: eine schematische Darstellung einer ersten Anordnung, bei der die Wandlerkammer an das Messwerk angebaut ist,
  • 3: eine schematische Darstellung einer zweiten Anordnung, bei der die Wandlerkammer an das Messwerk angebaut ist,
  • 4: eine schematische Darstellung einer dritten Anordnung, bei der die Wandlerkammer an das Messwerk angebaut ist,
  • 5a, 5b, 5c, 5d: unterschiedliche Anordnungen von Wandlerkammer und Messwerk bei einem bipolaren Differenzdrucksensor ohne Überlastschutz,
  • 6a, 6b, 6c, 6d: unterschiedliche Anordnungen von Wandlerkammer und Messwerk bei einem bipolaren Differenzdrucksensor mit Überlastschutz im Messwerk,
  • 7: eine Ausgestaltung eines bipolaren Differenzdrucksensors mit ringförmiger Überlastmembrane im Messwerk,
  • 8a, 8b, 8c, 8d: unterschiedliche Anordnungen von Wandlerkammer und Messwerk bei einem bipolaren Differenzdrucksensor mit Überlastschutz im Messwerk,
  • 9a, 9b, 9c, 9d: unterschiedliche Anordnungen von Wandlerkammer und Messwerk bei einem bipolaren Differenzdrucksensor mit Überlastschutz im Messwerk,
  • 10a, 10b, 10c, 10d, 10e: unterschiedliche Anordnungen von Wandlerkammer und Messwerk bei einem bipolarer Differenzdrucksensor mit Überlastschutz im Messwerk.
The invention is explained in more detail with reference to the following figures. It shows:
  • 1 : a coplanar differential pressure sensor with overload protection, which is manufactured according to the method according to the invention,
  • 2 : a schematic representation of a first arrangement, in which the converter chamber is attached to the measuring mechanism,
  • 3 : a schematic representation of a second arrangement, in which the converter chamber is attached to the measuring mechanism,
  • 4 : a schematic representation of a third arrangement, in which the converter chamber is attached to the measuring mechanism,
  • 5a , 5b , 5c , 5d : different configurations of the converter chamber and measuring unit in a bipolar differential pressure sensor without overload protection,
  • 6a , 6b , 6c , 6d : Different configurations of the converter chamber and measuring unit in a bipolar differential pressure sensor with overload protection in the measuring unit,
  • 7 : an embodiment of a bipolar differential pressure sensor with a ring-shaped overload membrane in the measuring unit,
  • 8a , 8b , 8c , 8d : Different configurations of the converter chamber and measuring unit in a bipolar differential pressure sensor with overload protection in the measuring unit,
  • 9a , 9b , 9c , 9d : Different configurations of the converter chamber and measuring unit in a bipolar differential pressure sensor with overload protection in the measuring unit,
  • 10a , 10b , 10c , 10d , 10e : Different configurations of the converter chamber and measuring unit in a bipolar differential pressure sensor with overload protection in the measuring unit.

1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung eines koplanaren Differenzdruckmessaufnehmers 1 mit einer direkt bzw. unmittelbar in den vom Prozess abgewandten Endbereich des Grundkörpers 9a des Messwerks 2 integrierten Wandlerkammer 3. Der Differenzdruckmessaufnehmer 1 dient zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken p1, p2. Zur Anwendung kommt die Messung des Differenzdruckes zweier Drücke p1, p2 z.B. in einer Rohrleitung zur Durchflussbestimmung. Ein weiterer Anwendungsfall eines Differenzdruckmessaufnehmers 1 ist beispielsweise die Bestimmung des Füllstandes eines in einem Tank befindlichen fluiden Mediums. 1 shows a longitudinal section through a first embodiment of a coplanar differential pressure sensor 1 with a converter chamber 3 integrated directly into the end region of the base body 9a of the measuring unit 2 facing away from the process. The differential pressure sensor 1 is used to determine the differential pressure of two pressures p1, p2. The measurement of the differential pressure of two pressures p1, p2, for example in a pipe, is used to determine the flow rate. Another application of a differential pressure sensor 1 is, for example Determining the fill level of a fluid medium in a tank.

Wesentliche Komponenten des Differenzdruckmessaufnehmers 1 sind das Messwerk 2 und die Wandlerkammer 3. An oder in einem vom Prozess zugewandten Endbereich des Grundkörpers 9a des Messwerks 2 ist ein koplanares Doppelmembransystem mit zwei Doppelmembranen 4a, 4b vorgesehen. Im entgegengesetzten Endbereich des Messwerks 2 ist die Wandlerkammer 3 in einer Ausnehmung des Grundkörpers 9a des Messwerks 2 fixiert. In der Wandlerkammer 3 ist eine Differenzdruckmesszelle 12 mit einem drucksensitiven Messelement 13 angeordnet, wobei das drucksensitive Messelement 13 eine erste Druckbeaufschlagungsfläche 13a und eine zweite Druckbeaufschlagungsfläche 13b aufweist. Das Messwerk 2 mit integrierter Wandlerkammer 3 bildet den Prozessadapter 21.Essential components of the differential pressure sensor 1 are the measuring unit 2 and the converter chamber 3. A coplanar double membrane system with two double membranes 4a, 4b is provided on or in an end area of the base body 9a of the measuring unit 2 facing the process. The converter chamber 3 is fixed in a recess of the base body 9a of the measuring mechanism 2 in the opposite end region of the measuring mechanism 2 . A differential pressure measuring cell 12 with a pressure-sensitive measuring element 13 is arranged in the converter chamber 3, the pressure-sensitive measuring element 13 having a first pressure-loading surface 13a and a second pressure-loading surface 13b. The measuring unit 2 with the integrated converter chamber 3 forms the process adapter 21.

Die beiden Doppelmembranen 4a, 4b bestehen jeweils aus einer Prozessmembrane 5a, 5b bzw. einer Trennmembrane 5a, 5b und einer in Richtung der Druckwirkung hinter der Trennmembrane 5a, 5b angeordneten Überlastmembrane 6a, 6b. Zwischen der ersten Trennmembrane 5a und der ersten Überlastmembrane 6a ist eine erste Druckkammer 7a und zwischen der ersten Überlastmembrane 6a und dem Grundkörper 9a eine erste Zusatzdruckkammer 8a bzw. Überdruckkammer 8a ausgebildet. Weiterhin ist zwischen der zweiten Trennmembrane 5b und der zweiten Überlastmembrane 6b eine zweite Druckkammer 7b und zwischen der zweiten Überlastmembrane 6b und dem Grundkörper 9a eine zweite Zusatzdruckkammer 8b bzw. eine zweite Überdruckkammer 8b ausgebildet.The two double diaphragms 4a, 4b each consist of a process diaphragm 5a, 5b or a separating diaphragm 5a, 5b and an overload diaphragm 6a, 6b arranged behind the separating diaphragm 5a, 5b in the direction of the pressure effect. A first pressure chamber 7a is formed between the first separating membrane 5a and the first overload membrane 6a, and a first additional pressure chamber 8a or overpressure chamber 8a is formed between the first overload membrane 6a and the base body 9a. Furthermore, a second pressure chamber 7b is formed between the second separating membrane 5b and the second overload membrane 6b and a second additional pressure chamber 8b or a second overpressure chamber 8b is formed between the second overload membrane 6b and the base body 9a.

Der ersten Zusatzdruckkammer 8a ist eine erste Verbindungskapillare 10a und der zweiten Zusatzdruckkammer 8b ist eine zweite Verbindungskapillare 10b zugeordnet. Der ersten Druckkammer 7a ist eine erste Hilfskapillare 11a zugeordnet. Der zweiten Druckkammer 7b ist eine zweite Hilfskapillare 11 b zugeordnet. Die druckübertragende Kopplung/Kreuzung zwischen der ersten Hilfskapillare 11a und der zweiten Verbindungskapillare 10b bzw. zwischen der zweiten Hilfskapillare 11b und der ersten Verbindungskapillare 10a ist in dem Messwerk 2 zwischen den Doppelmembranen 4a, 4b und der Wandlerkammer 3 realisiert.The first additional pressure chamber 8a is assigned a first connecting capillary 10a and the second additional pressure chamber 8b is assigned a second connecting capillary 10b. A first auxiliary capillary 11a is assigned to the first pressure chamber 7a. A second auxiliary capillary 11b is assigned to the second pressure chamber 7b. The pressure-transmitting coupling/crossing between the first auxiliary capillary 11a and the second connecting capillary 10b or between the second auxiliary capillary 11b and the first connecting capillary 10a is realized in the measuring unit 2 between the double membranes 4a, 4b and the converter chamber 3.

Die Druckübertragung und die Begrenzung des Überdrucks auf ein Maß, durch das das drucksensitive Messelement 13 nicht beschädigt bzw. zerstört wird, arbeiten bei der gezeigten Lösung parallel, wobei druckdynamisch sichergestellt ist, dass der Überdruck PeÜL begrenzt ist, bevor er das in der Druckmesszelle 12 angeordnete drucksensitive Messelement 13 erreicht. Die Begrenzung des Überdrucks PeÜL erfolgt über eine entsprechend vorgegebene Vorspannung der Überlastmembranen 6a, 6b. Diese sind so vorgespannt, dass sie im normalen Messbetrieb vollflächig und formschlüssig an dem Grundkörper 9, insbesondere in dem entsprechenden Bett des Grundkörpers 9, anliegen und sich erst dann von dem Grundkörper 9 abheben, wenn der vorgegebene kritische Grenzdruck überschritten wird. Bis zu diesem Grenzdruck ist eine Unversehrtheit des drucksensitiven Messelements 13 sichergestellt.The pressure transmission and the limitation of the overpressure to a level that does not damage or destroy the pressure-sensitive measuring element 13 work in parallel in the solution shown, with pressure-dynamics ensuring that the overpressure PeÜL is limited before it reaches the pressure measuring cell 12 arranged pressure-sensitive measuring element 13 is reached. The overpressure PeÜL is limited via a correspondingly predetermined prestressing of the overload diaphragms 6a, 6b. These are prestressed in such a way that during normal measuring operation they are in full contact with the base body 9 and form-fittingly, in particular in the corresponding bed of the base body 9, and only lift off from the base body 9 when the specified critical limit pressure is exceeded. The integrity of the pressure-sensitive measuring element 13 is ensured up to this limit pressure.

Im regulären Messbetrieb liegen - wie bereits erwähnt - die Überlastmembranen 6a, 6b am Grundkörper 9 des Messwerks 2 im Wesentlichen vollflächig an. Die Anlage ist bevorzugt weitgehend formschlüssig, die Überlastmembranen 6a, 6b sind entsprechend vorgespannt. Der Messdruck p1, p2 gelangt über die Trennmembranen 5a, 5b, die Druckkammern 7a, 7b, die Verbindungskapillaren 10a, 10b und die Hilfskapillaren 11a, 11b an die Rückseite der Zusatzdruckkammern 8a, 8b und parallel zu der Wandler-Kammer 3 bzw. zu dem drucksensitive Messelement 13.As already mentioned, in regular measuring operation the overload diaphragms 6a, 6b are in contact with the base body 9 of the measuring mechanism 2 essentially over their entire surface. The system is preferably largely form-fitting, the overload membranes 6a, 6b are correspondingly prestressed. The measured pressure p1, p2 reaches the rear of the additional pressure chambers 8a, 8b and parallel to the converter chamber 3 or to the pressure-sensitive measuring element 13.

Die Überlastmembranen 6a, 6b und das drucksensitive Messelement 13 liegen hydraulisch parallel, es wirkt daher an beiden jeweils der gleiche Druck. An den Überlastmembranen 6a, 6b und dem Messelement 13 bildet sich der Differenzdruck dp aus p1-p2. Das drucksensitive Messelement 13 lenkt sich in Abhängigkeit von dem Differenzdruck aus. Da die Überlastmembranen 6a, 6b vorgespannt sind, wird ihre Auslenkung bis zu einem festgelegten Wert zwangsweise verhindert. Natürlich ist die Vorspannung auch größer als der Messbereich des Differenzdruckmessaufnehmers.The overload diaphragms 6a, 6b and the pressure-sensitive measuring element 13 are hydraulically parallel, so the same pressure acts on both. At the overload diaphragms 6a, 6b and the measuring element 13, the differential pressure dp is formed from p 1 -p 2 . The pressure-sensitive measuring element 13 deflects depending on the differential pressure. Since the overload membranes 6a, 6b are prestressed, their deflection is prevented up to a specified value. Of course, the preload is also larger than the measuring range of the differential pressure sensor.

Das drucksensitive Messelement 13 erhält über die Druckkammer 7b und die Verbindungskapillaren 11b, 10a die Druckinformation für die Plusseite - erster hydraulischer Pfad 26a. Über die Druckkammer 7a und die Verbindungskapillaren 11a, 10b wird die Druckinformation zur Minusseite des drucksensitiven Messelementes 13 übertragen - zweiter hydraulischer Pfad 26b. Die Wirkung der Parallelpfade über die Zusatzdruckkammern 8a, 8b sind aufgrund der vorgespannten und der näherungsweisen formschlüssigen Auflage der Überlastmembranen 6a, 6b auf dem Grundkörper 9a des Messwerks 2 nahezu vernachlässigbar.The pressure-sensitive measuring element 13 receives the pressure information for the plus side—first hydraulic path 26a—via the pressure chamber 7b and the connecting capillaries 11b, 10a. The pressure information is transmitted to the minus side of the pressure-sensitive measuring element 13 via the pressure chamber 7a and the connecting capillaries 11a, 10b—second hydraulic path 26b. The effect of the parallel paths via the additional pressure chambers 8a, 8b is almost negligible due to the prestressed and approximately form-fitting contact of the overload membranes 6a, 6b on the base body 9a of the measuring mechanism 2.

Um eine noch größere Sicherheit zu haben, dass der Überdruck begrenzt wird, bevor er den sensitiven Bereich des Druckchips erreicht, haben die Verbindungskapillaren 10a,10b ebenso wie die Hilfskapillaren 11a, 11b bevorzugt entsprechend angepasste Kapillargeometrien, die in Richtung des druckempfindlichen Chips 13 eine Bremsfunktion erfüllen. Insbesondere sind die üblicherweise als Kapillarbohrungen ausgeführten Verbindungs- und Hilfskapillaren 10a, 10b, 11a, 11b im Grundkörper 9a von Messwerk 2 und im Grundkörper 9b von der Wandlerkammer 3 geeignet in Länge und Durchmesser dimensioniert. Im dargestellten Fall ist den beiden Druckbeaufschlagungsflächen 13a, 13b des drucksensitiven Messelements alternativ oder zusätzlich jeweils eine Dynamikbremse 18 vorgeschaltet. Die Dynamikbremsen 18 sind in den Kapillarbohrungen angeordnet, bevorzugt relativ nahe an dem drucksensitiven Messelement 13. Die Dynamikbremsen 18 verzögern die Weiterleitung des Drucks, insbesondere eines Überdrucks PeÜL. Sie schützen das drucksensitive Messelement 13 vor im Prozess auftretenden Druckspitzen.In order to have even greater certainty that the overpressure is limited before it reaches the sensitive area of the pressure chip, the connecting capillaries 10a, 10b as well as the auxiliary capillaries 11a, 11b preferably have appropriately adapted capillary geometries, which have a braking function in the direction of the pressure-sensitive chip 13 fulfill. In particular, the connection and usually designed as capillary bores Auxiliary capillaries 10a, 10b, 11a, 11b in the base body 9a of the measuring mechanism 2 and in the base body 9b of the converter chamber 3 are suitably dimensioned in terms of length and diameter. In the case shown, a dynamic brake 18 is connected upstream of the two pressure-loading surfaces 13a, 13b of the pressure-sensitive measuring element as an alternative or in addition. The dynamic brakes 18 are arranged in the capillary bores, preferably relatively close to the pressure-sensitive measuring element 13. The dynamic brakes 18 delay the transmission of the pressure, in particular an overpressure PeÜL. They protect the pressure-sensitive measuring element 13 from pressure peaks occurring in the process.

Bei den Dynamikbremsen 18 kann es sich um Sintermetalleinsätze handeln. Bei einem Einsatz des Differenzdruckmessaufnehmers 1 im explosionsgefährdeten Bereich werden die Dynamikbremsen 18 aus einem nicht leitfähigen Material gefertigt. In diesem Fall erfüllen die Dynamikbremsen 18 dann also eine Doppelfunktion: Eine verzögerte Weiterleitung des Drucks und einen Explosionsschutz, der entsprechend der benötigten Explosionsschutzart ausgestaltet ist.The dynamic brakes 18 can be sintered metal inserts. If the differential pressure sensor 1 is used in a potentially explosive area, the dynamic brakes 18 are made from a non-conductive material. In this case, the dynamic brakes 18 then fulfill a dual function: delayed transmission of the pressure and explosion protection, which is designed according to the required type of explosion protection.

Weiterhin sind die Befüllungsbohrungen 14a, 14b zu sehen. Über diese Befüllungsbohrungen 14a, 14b wird das Kapillarsystem des Differenzdruckmesssaufnehmers 1 mit einer hydraulischen Übertragungsflüssigkeit 16 befüllt. Die Befüllungsbohrungen 14a, 14b verlaufen seitlich im Messwerk 2. In den gezeigten Ausgestaltungen verlaufen die Befüllungsbohrungen 14a, 14b im Wesentlichen parallel zur Grundfläche des Prozessanschlusses 21 bzw. des Messwerks 2. Die Befüllungsbohrungen 14a, 14b sind durch Verschlusselemente 15a, 15b abgedichtet. Die Endbereiche der Befüllungsbohrungen 14a, 14b sind im montierten Differenzdruckmessaufnehmer 1 durch den Gehäuseadapter 22 korrosionsgeschützt. Das üblicherweise erforderliche Verkappen der Befüllungsbohrungen 14a, 14b zur Umwelt hin kann aufgrund der Abdeckung durch den Gehäuseadapter 22 entfallen.Furthermore, the filling holes 14a, 14b can be seen. The capillary system of the differential pressure sensor 1 is filled with a hydraulic transmission fluid 16 via these filling bores 14a, 14b. The filling bores 14a, 14b run laterally in the measuring mechanism 2. In the configurations shown, the filling bores 14a, 14b run essentially parallel to the base of the process connection 21 or the measuring mechanism 2. The filling bores 14a, 14b are sealed by closure elements 15a, 15b. The end regions of the filling bores 14a, 14b are protected against corrosion in the mounted differential pressure sensor 1 by the housing adapter 22. The capping of the filling bores 14a, 14b to the environment, which is usually required, can be omitted due to the covering by the housing adapter 22.

Um den Bedarf an Hydraulikflüssigkeit gering zu halten, sind die Verschlusselemente 15a, 15b möglichst nahe an den Kreuzungspunkten der Kapillaren 10a, 10b, 11a, 11b vorgesehen. Eventuell werden auch zwecks Ölminimierung noch Füllelemente in die Befüllungsbohrungen 14a, 14b eingebracht. Als druckdichter, gas- oder zumindest flüssigkeitsdichter Verschluss ist jeweils ein bevorzugt kugelförmiges Verschlusselement 15a, 15b vorgesehen, das in die jeweilige Befüllungsbohrung 14a, 14b gedrückt und anschließend verstemmt wird. Prinzipiell stehen auch andere Verfahren zum Verschließen der Öffnungen zur Verfügung. Schweißen wird allerdings insofern als kritisch angesehen, da infolge der Temperaturerhöhung negative Rückwirkungen auf die definierten Eigenschaften der Übertragungsflüssigkeit 16 auftreten können.In order to keep the need for hydraulic fluid low, the closure elements 15a, 15b are provided as close as possible to the crossing points of the capillaries 10a, 10b, 11a, 11b. Filling elements may also be introduced into the filling bores 14a, 14b for the purpose of minimizing oil. A preferably spherical closure element 15a, 15b is provided as a pressure-tight, gas-tight or at least liquid-tight closure, which is pressed into the respective filling bore 14a, 14b and then caulked. In principle, other methods for closing the openings are also available. However, welding is regarded as critical insofar as negative repercussions on the defined properties of the transmission liquid 16 can occur as a result of the temperature increase.

Im vom Prozess abgewandten Endbereich des Grundkörpers 9a des Messwerks 2 befindet sich die Wandlerkammer 3. Sie ist in eine entsprechende Ausnehmung möglichst passgenau eingefügt. Die beiden Druckbeaufschlagungsflächen 13a, 13b des drucksensitiven Messelements 13 der Druckmesszelle 12 sind in Längsrichtung L des Differenzdruckmessaufnehmers 1 hintereinander angeordnet. Durch diese Anordnung lässt sich auf eine einfache Art und Weise eine Plus-Minus-Trennung der ersten Druckbeaufschlagungsfläche 13a von der zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 13b erreichen.The converter chamber 3 is located in the end region of the base body 9a of the measuring mechanism 2 facing away from the process. It is inserted into a corresponding recess with as precise a fit as possible. The two pressure application surfaces 13a, 13b of the pressure-sensitive measuring element 13 of the pressure measuring cell 12 are arranged one behind the other in the longitudinal direction L of the differential pressure measuring sensor 1 . With this arrangement, a plus-minus separation of the first pressurizing surface 13a from the second pressurizing surface 13b can be achieved in a simple manner.

Der an der Trennmembrane 5a anliegende Druck p1 wird über die Hilfskapillare 11a und die mit ihr koppelnde Verbindungskapillare 10b hydraulisch zur Minusseite bzw. zur zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 13b übertragen. Der an der zweiten Trennmembrane 5b anliegende Druck p2 wird über die Hilfskapillare 11b und die Kopplung zur Verbindungskapillare 10a unmittelbar durch eine Öffnung in der Stirnseite der Wandlerkammer 3 zur Plusseite bzw. zur ersten Druckbeaufschlagungsfläche 13a des drucksensitiven Messelements 13 übertragen. Die Kapillaren 10a, 10b, 11a, 11b und die entsprechenden Verbindungen / Kopplungen verlaufen nahezu vollständig im monolithisch aufgebauten Grundkörper 9a des Messwerks 2. Somit sind in dem Grundkörper 9a des Messwerks 2 vier Längsbohrungen und zwei koppelnde Querbohrungen vorgesehen. Die Querbohrungen befinden sich bevorzugt im schmäler dimensionierten Hals des Messwerks 2.The pressure p1 applied to the separating membrane 5a is transmitted hydraulically via the auxiliary capillary 11a and the connecting capillary 10b which is coupled to it to the minus side or to the second pressure application surface 13b. The pressure p2 applied to the second separating membrane 5b is transmitted via the auxiliary capillary 11b and the coupling to the connecting capillary 10a directly through an opening in the end face of the converter chamber 3 to the plus side or to the first pressure application surface 13a of the pressure-sensitive measuring element 13. The capillaries 10a, 10b, 11a, 11b and the corresponding connections/couplings run almost completely in the monolithically constructed base body 9a of the measuring unit 2. Four longitudinal bores and two coupling transverse bores are thus provided in the base body 9a of the measuring unit 2. The cross bores are preferably located in the narrower neck of measuring unit 2.

In der Wandlerkammer 3 verläuft lediglich eine Kapillarbohrung 26b, die im gezeigten Fall aus einer Querbohrung und einer Längsbohrung besteht. Über die Kapillarbohrung 26b wird der Druck p1 zur zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 13b übertragen. Für alle gezeigten Ausgestaltungen gilt: Durch die geringe Anzahl an Kapillarbohrungen wird die Fertigung erheblich vereinfacht. Das benötigte Ölvolumen ist aufgrund der geringen Dimensionierung der Längs- und Querbohrungen gering bzw. minimiert.Only one capillary bore 26b runs in the converter chamber 3, which in the case shown consists of a transverse bore and a longitudinal bore. The pressure p1 is transmitted to the second pressure application surface 13b via the capillary bore 26b. The following applies to all the configurations shown: the small number of capillary bores considerably simplifies production. The oil volume required is small or minimized due to the small dimensioning of the longitudinal and transverse bores.

Der als Prozessanschluss 21 des Differenzdruckmessaufnehmers 1 ausgestaltete Grundkörper 9a des Messwerks 2 ist mit dem Gehäuseadapter 22 über die umlaufende Schweißverbindung bzw. Fügung 20 druck- und gasdicht verbunden. Im Falle einer Schweißung erfolgt diese bevorzugt radial von der Seite her, indem die Schweißapparatur und die zu schweißenden Komponenten relativ zueinander gedreht werden.The base body 9a of the measuring mechanism 2, designed as a process connection 21 of the differential pressure sensor 1, is connected to the housing adapter 22 via the circumferential welded connection or joint 20 in a pressure-tight and gas-tight manner. In the case of a weld, this is preferably done radially from the side by rotating the welding apparatus and the components to be welded relative to one another.

Die Wandlerkammer 3 ist in einer Ausnehmung 29 des Grundkörpers 9a des Messwerks 2 angeordnet und dort mittels einer umlaufenden axialen Schweißnaht 19 druck- und gasdicht befestigt. Bevorzugt weist die Kapillarbohrung 11b, 26b, die vom Grundkörper 9a des Messwerks 2 in den Grundkörper 9b der Wandlerkammer 3 und von dort zur zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 13b führt, zumindest im Übergangsbereich von Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 einen vergrößerten Durchmesser auf. Im gezeigten Fall ist die Kapillarbohrung 26b in der Wandlerkammer 3 zu einer Stufenbohrung 19 aufgeweitet. Alternativ wird keine Aufweitung verwendet. Möglich ist auch die Verwendung einer Fase, in der überschüssiges Schweißmaterial aufgenommen wird.The converter chamber 3 is arranged in a recess 29 in the base body 9a of the measuring mechanism 2 and is fastened there in a pressure-tight and gas-tight manner by means of a peripheral axial weld seam 19 . Preferably, the capillary bore 11b, 26b, which leads from the base body 9a of the measuring unit 2 into the base body 9b of the converter chamber 3 and from there to the second pressurization surface 13b, has an enlarged diameter at least in the transition area between the measuring unit 2 and the converter chamber 3. In the case shown, the capillary bore 26b in the converter chamber 3 is widened to form a stepped bore 19 . Alternatively, no expansion is used. It is also possible to use a chamfer in which excess welding material is absorbed.

Die Verschweißung erfolgt mittels eines Strahlschweißprozesses, bevorzugt wird Elektronenstrahlschweißen oder Laserschweißen eingesetzt, und zwar von der vom Prozess abgewandten Stirnseite des Messwerks 2 her. Die Schweißung von oben erfolgt axial über einen direkten Zugang im seitlichen Randbereich von Wandlerkammer 3 und angrenzender Seitenwand der Ausnehmung zur Aufnahme der Wandlerkammer 3 im Grundkörper 9a des Messwerks 2. Der Schweißstrahl wird im gezeigten Fall quer durch die gestufte Kapillarbohrung 26b bzw. die Stufenbohrung 19 bzw. die Kapillarbohrung 26b hindurchgeführt. Alternativen bei allen beschriebenen Ausgestaltungen sind: die Stufenbohrung entfällt, oder es ist eine Fase vorgesehen, in der überschüssiges Material aufgenommen werden kann.The welding takes place by means of a beam welding process, electron beam welding or laser welding is preferably used, specifically from the front side of the measuring unit 2 facing away from the process. The welding from above takes place axially via direct access in the lateral edge area of the converter chamber 3 and the adjacent side wall of the recess for receiving the converter chamber 3 in the base body 9a of the measuring mechanism 2. In the case shown, the welding beam is directed transversely through the stepped capillary bore 26b or the stepped bore 19 or passed through the capillary bore 26b. Alternatives in all the configurations described are: the stepped bore is omitted, or a chamfer is provided in which excess material can be accommodated.

Durch die Erweiterung der Kapillarbohrung 26b bzw. durch die Stufenbohrung 19 lässt sich im Bereich der Schweißnaht 17 vermeiden, dass die Kapillarbohrung 26b durch den Schweißprozess verschlossen wird. Insbesondere ist die Kapillarbohrung 26b bzw. im gezeigten Fall mit Stufenbohrung 19 so ausgestaltet und/oder dimensioniert, dass der Innendurchmesser der Kapillarbohrung 11b, 26b nach dem druck- und gasdichten Schweißen auch im Bereich der miteinander verbundenen Kapillarbohrungen 11 b, 26b von Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 zumindest näherungsweise dem Innendurchmesser der gekoppelten Kapillarbohrungen 11b, 26 entspricht. Durch die Erweiterung der Kapillarbohrung 26b im Messwerk 2 wird auch ein Volumenausgleich für die Minusseite geschaffen. Zudem steht mit der Zugangsbohrung 24, die nachfolgend mit einem Verschlusselement 25 abgedichtet wird, ein weiterer Befüllzugang für die Befüllung des Kapillarsystems mit Hydraulikflüssigkeit 16 zur Verfügung. Weitere interessante Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind aus der parallel eingereichten Anmeldung der Anmelderin zu entnehmen. Diese sind dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung hinzuzurechnen.The enlargement of the capillary bore 26b or the stepped bore 19 makes it possible in the area of the weld seam 17 to prevent the capillary bore 26b from being closed by the welding process. In particular, the capillary bore 26b or, in the case shown, with the stepped bore 19 is designed and/or dimensioned in such a way that the inner diameter of the capillary bore 11b, 26b after the pressure-tight and gas-tight welding is also in the area of the interconnected capillary bores 11b, 26b of measuring unit 2 and Converter chamber 3 at least approximately corresponds to the inner diameter of the coupled capillary bores 11b, 26. By expanding the capillary bore 26b in the measuring mechanism 2, volume compensation is also created for the minus side. In addition, a further filling access for filling the capillary system with hydraulic fluid 16 is available with the access hole 24 , which is subsequently sealed with a closure element 25 . Further interesting advantages of the method according to the invention can be found in the applicant's parallel filed application. These are to be added to the disclosure content of the present patent application.

Die in den nachfolgenden Figuren 2, 3 und 4 gezeigten Differenzdruckmessaufnehmer 1 unterschieden sich von der in 1 gezeigten Ausgestaltungen in der Anordnung von Wandlerkammer 3 und Messwerk 2. Während die Wandlerkammer 3 in der Ausgestaltung der 1 in das Messwerk 2 integriert ist, ist sie in den weiteren Ausgestaltungen an die vom Prozess abgewandte Stirnfläche des Grundkörpers 9a des Messwerks 2 angebaut, quasi ist die Wandlerkammer 3 auf das Messwerk 2 aufgesetzt. Hierbei ist das Messwerk 2 im Bereich Kontaktfläche verjüngt, so dass das erfindungsgemäße Verschweißen von Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 problemlos möglich ist. Die Druckmesszelle 12 ist in dem Endbereich (Plusseite), der dem Messwerk 2 zugewandt ist, durch eine verschweißbare Kappe 27 druckfest verschlossen. Die Kappe 27 dient insbesondere dem Schutz der Druckmesszelle 12 während des Fertigungsvorgangs. Sie ist in den gezeigten Fällen übrigens an die Wandlerkammer 3 angeschweißt. Die Schweißnaht 31 ist in den Figuren dargestellt. Besteht die Kappe 27 aus einem isolierenden Material, z.B. Keramik, mit einer schweißbaren Beschichtung, so kann sie darüber hinaus auch zum elektrischen Isolieren von Plus- und Minusseite dienen. Zum Außenraum hin ist die Wandlerkammer 3 durch den Gehäuseadapter 22 geschützt.Those in the following figures 2 , 3 and 4 shown differential pressure sensor 1 differ from the in 1 shown configurations in the arrangement of converter chamber 3 and measuring unit 2. While the converter chamber 3 in the embodiment of 1 is integrated into the measuring unit 2, in the further configurations it is attached to the end face of the base body 9a of the measuring unit 2 facing away from the process, the converter chamber 3 is quasi placed on the measuring unit 2. In this case, the measuring mechanism 2 is tapered in the area of the contact surface, so that the welding of the measuring mechanism 2 and the converter chamber 3 according to the invention is possible without any problems. The pressure measuring cell 12 is sealed in a pressure-tight manner by a weldable cap 27 in the end region (plus side) which faces the measuring unit 2 . The cap 27 serves in particular to protect the pressure measuring cell 12 during the manufacturing process. Incidentally, in the cases shown, it is welded to the converter chamber 3 . The weld 31 is shown in the figures. If the cap 27 consists of an insulating material, for example ceramics, with a weldable coating, it can also be used to electrically insulate the plus and minus sides. The converter chamber 3 is protected by the housing adapter 22 from the outside.

Die erfindungsgemäße Verschweißung von Wandlerkammer 3 und Messwerk erfolgt bevorzugt mittels Laserstrahl oder E-Beam. Sie erfolgt bei den in den Figuren 2, 3 und 4 gezeigten Ausgestaltungen nicht - wie bei der in 1 gezeigten Ausgestaltung - von oben, sondern von der Seite her. Die Schweißtiefe ist so bemessen, dass die Schweißnaht 17 auf der Höhe der Umfangsfläche der Kappe 27 liegt und durch die Kapillarbohrungen bzw. die Stufenbohrungen 19 hindurchreicht.The welding of the converter chamber 3 and the measuring mechanism according to the invention is preferably carried out by means of a laser beam or e-beam. It takes place in the figures 2 , 3 and 4 configurations shown are not - as in the case of 1 shown configuration - from above, but from the side. The weld depth is dimensioned such that the weld seam 17 is level with the peripheral surface of the cap 27 and extends through the capillary bores or the stepped bores 19 .

Bei der in 2 gezeigten Lösung setzen sich die im Wesentlichen parallel zur Längsachse L des Differenzdruckmessaufnehmers 1 verlaufenden Kapillarbohrungen 10a, 10b im Grundkörper 9a des Messwerks 2 in den Kapillarbohrungen 26a, 26b im Grundkörper 9b der Wandlerkammer 3 fort. Am Übergang von Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 sind die Kapillarbohrungen 10a, 10b, 26a, 26b aufgeweitet. Im gezeigten Fall erfolgt die Aufweitung bevorzugt über Stufenbohrungen 19. Wiederum sind die Leistung des Laserstrahls und die Aufweitung der Kapillarbohrungen 10a, 10b, 26a, 26b so aufeinander abgestimmt, dass der Innendurchmesser der Kapillarbohrungen 10a, 10b, 26a, 26b durch den Schweißvorgang nicht verschlossen wird. Die beiden Zugänge 24 zu den Querbohrungen 26a, 26b, die zur Minusseite und zur Plusseite führen, sind wiederum jeweils durch ein Verschlusselement 25 abgedichtet.At the in 2 In the solution shown, the capillary bores 10a, 10b running essentially parallel to the longitudinal axis L of the differential pressure sensor 1 in the base body 9a of the measuring mechanism 2 continue in the capillary bores 26a, 26b in the base body 9b of the converter chamber 3. At the transition from measuring mechanism 2 and converter chamber 3, the capillary bores 10a, 10b, 26a, 26b are widened. In the case shown, the widening preferably takes place via stepped bores 19. Again, the power of the laser beam and the widening of the capillary bores 10a, 10b, 26a, 26b are coordinated in such a way that the inner diameter of the capillary bores 10a, 10b, 26a, 26b is not closed by the welding process becomes. The two entrances 24 to the transverse bores 26a, 26b, which lead to the minus side and to the plus side, are in turn each sealed by a closure element 25.

Bei der in 3 gezeigten Ausgestaltung eines Differenzdruckmessaufnehmers 1 entfällt die zuvor beschriebene, die Druckmesszelle 12 schützende Kappe 27. Um eine Schädigung der temperaturempfindlichen Komponenten der Druckmesszelle 12 während des Schweißprozesses zu vermeiden, ist die Differenzdruckmesszelle 12 bezüglich der dem Messwerk 2 zugewandten Stirnfläche des Grundkörpers 9b der Wandlerkammer 3 versetzt angeordnet. Die Plusseite der Differenzdruckzelle 12 ist bezüglich der Stirnfläche des Grundkörpers 9b der Wandlerkammer 3 um eine vorgegebene Strecke nach oben - relativ zur Längsachse verschoben; die Differenzdruckzelle 12 ist also in Bezug zur Stirnfläche des Grundkörpers 9b in die Wandlerkammer 3 eingerückt bzw. der Grundkörper 9b der Wandlerkammer 3 steht über die Differenzdruckzelle 12 über.At the in 3 In the configuration of a differential pressure measuring transducer 1 shown, the cap 27 described above, which protects the pressure measuring cell 12, is omitted. In order to avoid damage to the temperature-sensitive components of the pressure measuring cell 12 during the welding process, the differential pressure measuring cell 12 is offset with respect to the end face of the base body 9b of the converter chamber 3 facing the measuring mechanism 2 arranged. The positive side of the differential pressure cell 12 is relative to the longitudinal axis with respect to the end face of the base body 9b of the converter chamber 3 by a predetermined distance upwards; the differential pressure cell 12 is thus indented in relation to the end face of the base body 9b in the converter chamber 3 or the base body 9b of the converter chamber 3 projects beyond the differential pressure cell 12 .

Bei der in 4 gezeigten Ausgestaltung ist die Plusseite der Differenzdruckzelle 12 bezüglich der Stirnfläche des Grundkörpers 9b der Wandlerkammer 3 um eine vorgegebene Strecke nach unten, also in Richtung des Prozesses, verschoben. Die Differenzdruckmesszelle 12 befindet sich vorzugsweise außerhalb des Grundkörpers 9b der Wandlerkammer 3. In beiden Fällen erfolgt das Strahlschweißen radial von der Seite her. Im Gegensatz zur vorherigen Variante ist die Schweißnaht 17 bei dieser Ausgestaltung drucktragend. Da die Druckmesszelle 12 während des Schweißprozesses unterhalb oder oberhalb des Schweißstrahls liegt, kann sie durch den Schweißprozess nicht beschädigt werden.At the in 4 In the configuration shown, the plus side of the differential pressure cell 12 is shifted downwards by a predetermined distance, ie in the direction of the process, with respect to the end face of the base body 9b of the converter chamber 3 . The differential pressure measuring cell 12 is preferably located outside of the base body 9b of the converter chamber 3. In both cases, the beam welding takes place radially from the side. In contrast to the previous variant, the weld seam 17 is pressure-bearing in this embodiment. Since the pressure measuring cell 12 is above or below the welding beam during the welding process, it cannot be damaged by the welding process.

Es versteht sich von selbst, dass die zuvor genannten Ausgestaltungen des koplanaren Differenzdrucksensors 1 mit Überlastschutz auch ohne Überlastschutz im Messwerk 2 ausgestaltet sein können. Bevorzugt wird dann der Überlastschutz über das drucksensitive Messelement 13, also den Druckchip, realisiert.It goes without saying that the aforementioned configurations of the coplanar differential pressure sensor 1 with overload protection can also be configured without overload protection in the measuring unit 2 . The overload protection is then preferably implemented via the pressure-sensitive measuring element 13, ie the pressure chip.

In den Figuren 5a, 5b, 5c, 5d sind unterschiedliche Anordnungen der Wandlerkammer 3 zum einteilig ausgestalteten Messwerk 2 bei einem bipolaren Differenzdrucksensor 1 ohne Überlastschutz dargestellt. Die unterschiedliche Anordnung von Wandlerkammer 3 und Messwerk 2 erfolgt analog zu den Anordnungen, die in den Figuren 1, 2, 3 und 4 zu sehen sind. Auf eine nochmalige Beschreibung wird daher verzichtet. Bei dem bipolaren Differenzdrucksensor 1 sitzen die beiden Trennmembranen 5a, 5b symmetrisch in zwei gegenüberliegenden Bereichen des Messwerks 2 bzw. des Gehäuses 9a des Messwerks 2. Das Zusammenfügen der beiden Komponenten, Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 bzw. Gehäuse 9a des Messwerks 2 und Gehäuse 9b der Wandlerkammer 3, in denen die beiden korrespondierenden Teilbereichen von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade 26a, 26b vorgesehen sind, erfolgt in Abhängigkeit von der Anordnung der Wandlerkammer 3 zum Messwerk 2 - über eine axial verlaufende oder eine radial verlaufende Schweißnaht 17. Erfindungsgemäß wird der Schweißstrahl (Laserstrahl, Elektronenstrahl, ..) während des Strahlschweißprozesses im Bereich der aneinandergrenzenden Flächen der beiden Komponenten 2, 3 durch zumindest einen hydraulischen Pfad 26a; 26b, sprich durch die Kapillarbohrung, hindurchgeführt, und zwar so, dass der hydraulische Pfad 26a; 26b durch das Schweißen nicht verschlossen wird. Um das Zusammenfügen zu erleichtern, sind die hydraulischen Pfade 26a, 26b in den aneinandergrenzenden Bereichen ggf. aufgeweitet, z.B. durch Stufenbohrungen. Alternativ ist der Durchmesser der Kapillarbohrungen bzw. der Stufenbohrungen 19 so bemessen, dass es nicht zu einem Verschluss des hydraulischen Pfades 26a, 26b durch den Fügeprozess kommt. Nach dem Schweißprozess sind die beiden Komponenten 2, 3 druck- und gasdicht miteinander verbunden und die beiden hydraulischen Pfade 26a, 26b sind druck- und gasdicht voneinander getrennt.In the figures 5a , 5b , 5c , 5d different arrangements of the converter chamber 3 for the one-piece measuring mechanism 2 are shown in a bipolar differential pressure sensor 1 without overload protection. The different arrangement of the converter chamber 3 and measuring unit 2 is analogous to the arrangements in the figures 1 , 2 , 3 and 4 you can see. A repeated description is therefore omitted. In the bipolar differential pressure sensor 1, the two separating membranes 5a, 5b sit symmetrically in two opposite areas of the measuring mechanism 2 or the housing 9a of the measuring mechanism 2. The joining of the two components, measuring mechanism 2 and converter chamber 3 or housing 9a of the measuring mechanism 2 and housing 9b of the converter chamber 3, in which the two corresponding partial areas of at least one of the two hydraulic paths 26a, 26b are provided, takes place depending on the arrangement of the converter chamber 3 to the measuring mechanism 2 - via an axially running or a radially running weld seam 17. According to the invention, the Welding beam (laser beam, electron beam, ..) during the beam welding process in the area of the adjoining surfaces of the two components 2, 3 through at least one hydraulic path 26a; 26b, i.e. through the capillary bore, passed in such a way that the hydraulic path 26a; 26b is not closed by the welding. In order to facilitate assembly, the hydraulic paths 26a, 26b may be widened in the adjoining areas, for example by stepped bores. Alternatively, the diameter of the capillary bores or the stepped bores 19 is dimensioned such that the hydraulic path 26a, 26b is not closed by the joining process. After the welding process, the two components 2, 3 are connected to one another in a pressure-tight and gas-tight manner, and the two hydraulic paths 26a, 26b are separated from one another in a pressure-tight and gas-tight manner.

Eine weitere Ausführungsform eines bipolaren einteiligen Differenzdrucksensors 1 mit Doppelmembranen 4a, 4b und Überlastschutz im Messwerk 2 ist in den Figuren 6a, 6b, 6c, 6d zu sehen. Die Ausgestaltungen in den einzelnen Figuren unterscheiden sich wieder nur durch die Anordnung der Wandlerkammer 3 zum Messwerk 2. Der Überlastschutz funktioniert analog zum koplanaren Differenzdrucksensor 1, der in der 1 dargestellt ist. Bezüglich der Differenzdrucksensoren 1 mit Überlastschutz kennzeichnet die gestrichelte Linie jeweils eine Überlastmembran 6a, 6b. zwischen der Trennmembran 5a, 5b und der Überlastmembran 6a, 6b befindet sich die Druckkammer; die Zusatzdruckkammer ist zwischen der Überlastmembrane 6a, 6b und dem Grundkörper 9a des Messwerks 2 angeordnet.A further embodiment of a bipolar one-piece differential pressure sensor 1 with double membranes 4a, 4b and overload protection in the measuring unit 2 is shown in the figures 6a , 6b , 6c , 6d to see. The configurations in the individual figures differ again only in the arrangement of the converter chamber 3 to the measuring unit 2. The overload protection works analogously to the coplanar differential pressure sensor 1, which is shown in FIG 1 is shown. With regard to the differential pressure sensors 1 with overload protection, the dashed line indicates an overload diaphragm 6a, 6b in each case. the pressure chamber is located between the separating membrane 5a, 5b and the overload membrane 6a, 6b; the additional pressure chamber is arranged between the overload membrane 6a, 6b and the base body 9a of the measuring unit 2.

In den nachfolgenden Figuren 7 bis 11 sind unterschiedliche Ausgestaltungen von bipolaren Differenzdrucksensoren 1 dargestellt, bei denen der Überlastschutz durch ein Mittenmembransystem 6 im mittleren Innenbereich des Messwerks 2 realisiert wird. Die beiden schwarzen Striche zu beiden Seiten der Überlastmembrane 6 kennzeichnen die Zusatzdruckkammern. Bei diesen Ausgestaltungen ist das Messwerk 2 zweiteilig ausgeführt. Die beiden Teile des Messwerks 2 tragen in den Grenzbereichen der beiden miteinander verbundenen Teile die Überlastmembrane 6. Je nach Ausgestaltung handelt es sich um ein Scheibensystem (heute realisiert bei einen Drucksensor der Anmelderin, der unter der Bezeichnung SD7 mit randgefügter Überlastmembrane angeboten wird oder unter der Bezeichnung SD5 mit rand- und mittengefügter Überlastmembrane) oder um ein Topfsystem mit randgefügter kreisförmiger oder rand- und mittengefügter ringförmiger Überlastmembrane, z.B. DC01 der Anmelderin).In the following figures 7 until 11 different configurations of bipolar differential pressure sensors 1 are shown, in which the overload protection is realized by a central membrane system 6 in the central inner area of the measuring unit 2 . The two black lines on both sides of the overload diaphragm 6 mark the additional pressure chambers. In these configurations, the measuring unit 2 is designed in two parts. The two parts of the measuring unit 2 carry the overload diaphragm 6 in the border areas of the two parts connected to one another. Depending on the design, it is a disk system (today realized by a pressure sensor from the applicant, which is offered under the designation SD7 with an overload diaphragm attached to the edge or under the Designation SD5 with edge and center jointed overload diaphragm) or a pot system with edge jointed circular or edge and center jointed annular overload diaphragm, eg DC01 of the applicant).

Ein einseitig z.B. an der Trennmembrane 5b auftretender Überdruck, der zur Schädigung des drucksensitiven Messelements 13 führen würde, wird mittels einer hydraulischen Übertragungsflüssigkeit 16 auf die Rückseite der auf der Gegenseite liegenden Überlastmembrane 6b übertragen. Diese hebt von ihrem Bett am Gehäuse 9a des Messwerks 2 ab, und die aus der Druckkammer 7a hinausbewegte Übertragungsflüssigkeit 16 wird in die Zusatzdruckkammer 8b verschoben. Hierdurch wird sichergestellt, dass an der ersten Druckbeaufschlagungsfläche 13a des drucksensitiven Messelements 13 somit auch im Überlastfall nur der maximal zulässige Druck anliegt. Gegebenenfalls sind auch noch Dynamikbremsen in den bzw. die hydraulischen Pfade 26a, 26b eingebaut. Diese sind in den Figuren nicht gesondert eingezeichnet.An overpressure occurring on one side, e.g. This lifts off its bed on the housing 9a of the measuring unit 2, and the transmission liquid 16 that has been moved out of the pressure chamber 7a is pushed into the additional pressure chamber 8b. This ensures that only the maximum permissible pressure is applied to the first pressure application surface 13a of the pressure-sensitive measuring element 13 even in the event of an overload. If necessary, dynamic brakes are also installed in the hydraulic path(s) 26a, 26b. These are not shown separately in the figures.

7 zeigt eine Ausgestaltung eines bipolaren zweiteiligen Differenzdrucksensors 1 mit einem ringförmig ausgestalteten Mittenmembransystem, das als Überlast- bzw. Überdruckschutz ausgestaltet ist. Bei dieser Ausgestaltung ist der hydraulische Pfad 26a von der Trennmembrane 5a zu der Überlastmembrane 6a und von dort durch den mittleren zusammengefügten Bereich des Mittenmembransystems hindurch zu der Druckbeaufschlagungsfläche 13a des drucksensitiven Messelements 13 geführt. Die bevorzugt kreisförmige Mittenmembran ist im Randbereich und im mittleren Bereich geschweißt. Obwohl die Durchführung eines hydraulischen Pfades 26a durch den Zentralbereich des mittig angeordneten Überlastmembrane nur für die Ausgestaltung gezeigt ist, bei der die Wandlerkammer 3 in eine Ausnehmung des Messwerks 2 integriert ist, ist sie analog bei allen anderen Anordnungen anwendbar, bei denen die Wandlerkammer 3 an das Messwerk 2 angebaut ist. 7 1 shows an embodiment of a bipolar, two-part differential pressure sensor 1 with a ring-shaped central membrane system, which is designed as overload or overpressure protection. In this configuration, the hydraulic path 26a is routed from the separating membrane 5a to the overload membrane 6a and from there through the central joined area of the central membrane system to the pressure application surface 13a of the pressure-sensitive measuring element 13 . The central membrane, which is preferably circular, is welded in the edge area and in the central area. Although the passage of a hydraulic path 26a through the central area of the centrally arranged overload diaphragm is only shown for the embodiment in which the converter chamber 3 is integrated into a recess of the measuring mechanism 2, it can be used analogously for all other arrangements in which the converter chamber 3 is measuring unit 2 is attached.

Die in den 8a, 8b, 8c, 8d gezeigten Ausgestaltungen eines bipolaren Differenzdrucksensors mit Überlastschutz unterscheiden sich lediglich in der Anordnung von Wandlerkammer 3 und Messwerk 2. Bei allen Ausgestaltungen kommt bevorzugt das sog. Topfsystem zum Einsatz. Topfsystem bedeutet hierbei, dass eine der beiden Komponenten, also entweder das erste Gehäuseteil 9a1 des Messwerks 2 oder - wie in den Figuren dargestellt - das zweite Gehäuseteil 9a2 des Messwerks 2, eine topfförmige Ausnehmung aufweist, in der das zweite Gehäuseteil 9a2; 9a1 druck- und gasdicht eingesetzt wird. Bei der Ausgestaltung in 8a sind die Membranträger 9a1, 9a2 mit den Mittenmembranen bzw. Überlastmembranen 6a, 6b getrennt geschweißt. Gleiches gilt für die drei weiteren Ausgestaltungen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird zum Verbinden von Wandlerkammer 3 und Messwerk 2 eingesetzt.The in the 8a , 8b , 8c , 8d The configurations shown of a bipolar differential pressure sensor with overload protection differ only in the arrangement of the converter chamber 3 and the measuring unit 2. In all configurations, the so-called pot system is preferably used. Pot system here means that one of the two components, i.e. either the first housing part 9a1 of the measuring unit 2 or - as shown in the figures - the second housing part 9a2 of the measuring unit 2, has a cup-shaped recess in which the second housing part 9a2; 9a1 is used in a pressure-tight and gas-tight manner. When designing in 8a the membrane supports 9a1, 9a2 are welded separately to the center membranes or overload membranes 6a, 6b. The same applies to the three other configurations. The method according to the invention is used to connect the converter chamber 3 and the measuring mechanism 2 .

Die in den 9a, 9b, 9c, 9d gezeigten Ausgestaltungen eines bipolaren Differenzdrucksensors 1 mit mehrteiligem Messwerk 2 und mit Überlastschutz unterscheiden sich wie zuvor in der Anordnung von Wandlerkammer 3 und Messwerk 2. Bei allen Ausgestaltungen sind die Membranträger/Gehäuseteile 9a1, 9a2 mit den Mittenmembranen bzw. Überlastmembranen 6a, 6b gemeinsam geschweißt. Es wird bei diesen Ausgestaltungen -im Wesentlichen quer- durch mehrere Kapillaren hindurchgeschweißt, ohne dass diese durch den Schweißstrahl verschlossen werden: Einerseits kommt das axial von oben Verscheißen zum Einsatz und andererseits das radial Verschweißen von der Seite her.The in the 9a , 9b , 9c , 9d The configurations shown of a bipolar differential pressure sensor 1 with a multi-part measuring mechanism 2 and with overload protection differ, as before, in the arrangement of the converter chamber 3 and the measuring mechanism 2. In all configurations, the membrane carrier/housing parts 9a1, 9a2 are welded together with the central membranes or overload membranes 6a, 6b. In these configurations, welding is carried out—essentially transversely—through a plurality of capillaries without these being closed by the welding beam: on the one hand, axial welding from above is used and, on the other hand, radial welding from the side.

In den Figuren 10a, 10b, 10c und in den Figuren 10d, 10e sind unterschiedliche Anordnungen der Wandlerkammer 3 bei einem alternativen bipolarer Differenzdrucksensor mit mehrteiligem Messwerk 2 und Überlastschutz gezeigt. Die beiden Gehäuseteile 9a1, 9a2 des Messwerks 2 sind flächig aneinandergefügt. Es handelt sich hierbei um ein sog. Scheibensystem - anders als bei den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen mit dem Topfsystem. Das Mittenmembransystem und die Membranträger/Gehäuseteile 9a1, 9a2 des Messwerks 2 sind in der 10a gemeinsam geschweißt; in den Figuren 10b und 10c erfolgt die Verschweißung getrennt.In the figures 10a , 10b , 10c and in the figures 10d , 10e different arrangements of the converter chamber 3 are shown in an alternative bipolar differential pressure sensor with a multi-part measuring mechanism 2 and overload protection. The two housing parts 9a1, 9a2 of the measuring unit 2 are joined flat to one another. This is a so-called disk system—unlike the previously described configurations with the pot system. The middle membrane system and the membrane carrier / housing parts 9a1, 9a2 of the measuring unit 2 are in the 10a welded together; in the figures 10b and 10c the welding is done separately.

Bei den in den Figuren 10a und 10b gezeigten Ausgestaltungen ist das erfindungsgemäße Verschweißen auch zweimal ausgeführt. Hier liegen die Schweißnähte 17 radial gesehen nebeneinander. Eine Schweißnaht 17 dient zum Verbinden der beiden Komponenten 9a1, 9a2 des Messwerks 2, die zweite Schweißnaht 17 verbindet Messwerk 2 und Wandlerkammer 3.With the ones in the figures 10a and 10b shown configurations welding according to the invention is also performed twice. Seen radially, the weld seams 17 are next to one another here. A weld seam 17 is used to connect the two components 9a1, 9a2 of the measuring unit 2, the second weld seam 17 connects the measuring unit 2 and the converter chamber 3.

In den Figuren sind die Einfüllbohrungen und die entsprechenden Verschlusselemente beispielhaft und schematisch eingezeichnet. Die Lage der Einfüllbohrungen kann unterschiedlich sein. Eine fachlich qualifizierte Person weiß, wo diese Einfüllbohrungen vorteilhafterweise - also unter der Prämisse: so weinig Ölvorlage wie möglich - anzuordnen sind.In the figures, the filling bores and the corresponding closure elements are drawn in as examples and schematically. The position of the filling holes can be different. A professionally qualified person knows where these filling holes are best to be located - i.e. under the premise: as little oil as possible.

BezugszeichenlisteReference List

11
Differenzdruckmessaufnehmerdifferential pressure sensor
22
Messwerkmeasuring mechanism
33
Wandlerkammerconverter chamber
44
Doppelmembransystemdouble membrane system
4a, 4b4a, 4b
erste Doppelmembrane, zweite Doppelmembranefirst double diaphragm, second double diaphragm
5a, 5b5a, 5b
erste Trennmembrane, zweite Trennmembranefirst separating diaphragm, second separating diaphragm
6a, 6b6a, 6b
erste Überlastmembrane, zweite Überlastmembranefirst overload diaphragm, second overload diaphragm
7a, 7b7a, 7b
erste Druckkammer, zweite Druckkammerfirst pressure chamber, second pressure chamber
8a, 8b8a, 8b
erste Zusatzdruckkammer, zweite Zusatzdruckkammerfirst additional pressure chamber, second additional pressure chamber
9a9a
Grundkörper des Messwerksbody of the measuring mechanism
9b9b
Grundkörper der WandlerkammerMain body of the converter chamber
10a, 10b10a, 10b
erste Verbindungskapillare, zweite Verbindungskapillarefirst connection capillary, second connection capillary
11a, 11b11a, 11b
erste Hilfskapillare, zweite Hilfskapillare,first auxiliary capillary, second auxiliary capillary,
1212
Differenzdruckmesszelledifferential pressure measuring cell
1313
drucksensitives Messelementpressure-sensitive measuring element
14a, 14b14a, 14b
Befüllungsbohrungfilling hole
15a, 15b15a, 15b
Verschlusselementclosure element
1616
Übertragungsflüssigkeittransmission fluid
1717
Schweißungweld
1818
Dynamikbremsedynamic brake
1919
Stufenbohrungstepped bore
2020
Fügungcoincidence
2121
Prozessanschlussprocess connection
2222
Gehäuseadapterhousing adapter
2323
Stromdurchführungcurrent feedthrough
2424
Zugangsbohrung zu KapillarbohrungAccess hole to capillary hole
2525
Verschlusselement der ZugangsbohrungAccess hole closure element
26a26a
Kapillarbohrung im Grundkörper des MesswerksCapillary bore in the body of the measuring element
26b26b
Kapillarbohrung im Grundkörper der WandlerkammerCapillary bore in the body of the converter chamber
2727
Kappe, insbesondere isolierende KappeCap, in particular insulating cap
2828
Sensorelektroniksensor electronics
2929
Ausnehmung im Grundkörper des MesswerksRecess in the body of the measuring mechanism
3030
Füllkörperrandom packing
3131
SchweißnahtWeld
3232
Schweißnaht für Verbindung von mittlerer Überlastmembrane 6 und der rechten Komponente des MesswerksWelding seam for connecting the middle overload diaphragm 6 and the right-hand component of the measuring mechanism
3333
Schweißnaht für die Schweißung der linken Komponente des Messwerks (Membranträger) mit der rechten Komponente des Messwerks (MembranträgerWeld seam for welding the left component of the measuring mechanism (diaphragm support) with the right component of the measuring mechanism (diaphragm support

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 3222620 A1 [0004]DE 3222620 A1 [0004]
  • WO 2018/165122 A1 [0006]WO 2018/165122 A1 [0006]

Claims (10)

Verfahren zur druck- und gasdichten Trennung von einem ersten und einem zweiten hydraulischen Pfad (26a, 26b) in einem Drucksensor (1), wobei der erste hydraulische Pfad (26a) einen ersten Druck (p1) zu einer ersten Druckbeaufschlagungsfläche (13a) eines drucksensitiven Messelements (13) überträgt, wobei der zweite hydraulische Pfad (26b) einen zweiten Druck (p2) zu einer zweiten Druckbeaufschlagungsfläche (13b) eines drucksensitiven Messelements (13) überträgt, wobei ein erster Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) in einer ersten Komponente (2; 9a1) des Drucksensors (1) und wobei ein zweiter Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) in einer zweiten Komponente (3; 9a2) des Drucksensors (1) angeordnet ist, wobei die erste Komponente (2; 9a1) und die zweite Komponente (3; 9a2) derart zueinander positioniert werden, dass die beiden Teilbereiche des zumindest einen hydraulischen Pfades (26a, 26b) aneinandergrenzen, wobei mittels eines Strahlschweißverfahrens eine umlaufende Schweißnaht im Bereich der aneinandergrenzenden Flächen der beiden Komponenten (2, 3; 9a1, 9a2) des Drucksensors (1) geschweißt wird, wobei der Schweißstrahl zum Verbinden der beiden Komponenten (2, 3; 9a1, 9a2) im Wesentlichen quer durch zumindest einen der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) geführt wird, so dass sich die Schweißnaht zu beiden Seiten des zumindest einen hydraulischen Pfades (26a, 26b) erstreckt, ohne den hydraulischen Pfad (26a, 26b) zu verschließen.Method for the pressure-tight and gas-tight separation of a first and a second hydraulic path (26a, 26b) in a pressure sensor (1), the first hydraulic path (26a) applying a first pressure (p1) to a first pressure application surface (13a) of a pressure-sensitive measuring element (13), wherein the second hydraulic path (26b) transmits a second pressure (p2) to a second pressure application surface (13b) of a pressure-sensitive measuring element (13), wherein a first partial area of at least one of the two hydraulic paths (26a, 26b ) in a first component (2; 9a1) of the pressure sensor (1) and wherein a second partial area of at least one of the two hydraulic paths (26a, 26b) is arranged in a second component (3; 9a2) of the pressure sensor (1), wherein the first component (2; 9a1) and the second component (3; 9a2) are positioned relative to one another in such a way that the two partial areas of the at least one hydraulic path (26a, 26b) adjoin one another, wherein a circumferential weld seam in the area of the adjoining surfaces of the two components (2, 3; 9a1, 9a2) of the pressure sensor (1), the welding beam for connecting the two components (2, 3; 9a1, 9a2) being guided essentially transversely through at least one of the two hydraulic paths (26a, 26b), so that the weld seam extends to both sides of the at least one hydraulic path (26a, 26b) without closing the hydraulic path (26a, 26b). Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Schweißstrahl ein Elektronen- oder ein Laserstrahl verwendet wird.procedure after claim 1 , wherein an electron beam or a laser beam is used as the welding beam. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Energie bzw. die Leistung des Schweißstrahl auf die Tiefe der Schweißnaht (17) abgestimmt wird.procedure after claim 1 or 2 , The energy or the power of the welding beam being matched to the depth of the weld seam (17). Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energie bzw. die Leistung des Schweißstrahls über die Tiefe der Schweißnaht (17) variiert wird.Method according to one or more of the preceding claims, in which the energy or the power of the welding beam is varied over the depth of the weld seam (17). Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der umlaufende Schweißstrahl zum Verbinden der beiden Komponenten (2, 3; 9a1, 9a2) axial geführt wird.Method according to one or more of the preceding claims, in which the circulating welding beam is guided axially in order to connect the two components (2, 3; 9a1, 9a2). Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der umlaufende Schweißstrahl zum Verbinden der beiden Komponenten (2, 3; 9a1, 9a2) radial geführt wird.Method according to one or more of the preceding claims, in which the circulating welding beam is guided radially in order to connect the two components (2, 3; 9a1, 9a2). Drucksensor (1) mit einen ersten hydraulischen Pfad (26a), über den ein erster Druck (p1) zu einer ersten Druckbeaufschlagungsfläche (13a) eines drucksensitiven Messelements (13) übertragen wird, mit einem zweiten hydraulischen Pfad (26b), über den ein zweiter Druck (p2) zu einer zweiten Druckbeaufschlagungsfläche (13b) eines drucksensitiven Messelements (13) übertragen wird, wobei ein erster Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) in einer ersten Komponente (2, 9a2) des Drucksensors (1) (1) angeordnet ist, wobei ein zweiter Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) in einer zweiten Komponente (3; 9a2) des Drucksensors (1) angeordnet ist, wobei eine Trennung des ersten hydraulischen Pfades (26a) von dem zweiten hydraulischen (26b) Pfad über ein Verfahren erfolgt, wie es in zumindest einem der Ansprüche 1-6 beschrieben ist.Pressure sensor (1) with a first hydraulic path (26a) via which a first pressure (p1) is transmitted to a first pressure application surface (13a) of a pressure-sensitive measuring element (13), with a second hydraulic path (26b) via which a second Pressure (p2) is transmitted to a second pressure application surface (13b) of a pressure-sensitive measuring element (13), a first partial area of at least one of the two hydraulic paths (26a, 26b) in a first component (2, 9a2) of the pressure sensor (1) (1) is arranged, with a second partial area of at least one of the two hydraulic paths (26a, 26b) being arranged in a second component (3; 9a2) of the pressure sensor (1), with a separation of the first hydraulic path (26a) from the second hydraulic (26b) path takes place via a method as in at least one of Claims 1 - 6 is described. Drucksensor nach Anspruch 7, wobei es sich bei der ersten Komponente um ein Messwerk (2) handelt, und wobei es sich bei der zweiten Komponente um eine Wandlerkammer (3) handelt, in der die Druckmesszelle (12) mit dem drucksensitiven Messelement (13) angeordnet ist.pressure sensor claim 7 , the first component being a measuring unit (2), and the second component being a converter chamber (3) in which the pressure measuring cell (12) with the pressure-sensitive measuring element (13) is arranged. Drucksensor nach Anspruch 7 oder 8, wobei die beiden Druckbeaufschlagungsflächen (13a, 13b) des drucksensitiven Messelements (13) in Längsrichtung (L) des Drucksensors (1) gesehen hintereinanderliegend angeordnet sind.pressure sensor claim 7 or 8th , wherein the two pressure application surfaces (13a, 13b) of the pressure-sensitive measuring element (13) are arranged one behind the other as seen in the longitudinal direction (L) of the pressure sensor (1). Drucksensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 7-9, wobei einer der beiden hydraulischen Pfade (26a) unmittelbar auf der ersten der beiden Druckbeaufschlagungsflächen (13a) endet.Pressure sensor according to at least one of the preceding Claims 7 - 9 , wherein one of the two hydraulic paths (26a) ends directly on the first of the two pressurization surfaces (13a).
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