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Die Erfindung betrifft ein Druckmessgerät und eine Messanordnung.
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Druckmessgeräte können beispielsweise als kapazitive Druckmessgeräte ausgeführt sein. Ein kapazitives Druckmessgerät weist zwei Elektroden auf, die gemeinsam einen elektrischen Kondensator bilden. Durch eine Druckänderung wird ein Abstand zwischen den Elektroden geändert, sodass sich eine Kapazität des Kondensators ändert. Die Kapazität des Kondensators kann durch das Druckmessgerät bestimmt und daraus ein Außendruck abgeleitet werden. Die aus dem Stand der Technik bekannten kapazitiven Druckmessgeräte weisen ein Gehäuse auf, in das eine Sensormesszelle eingebracht ist. In der Sensormesszelle sind die Elektroden angeordnet. Zur Umgebung schließt die Sensormesszelle mit einer deformierbaren Membran, beispielsweise aus Metall oder Keramik, ab.
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Die Membran muss gegenüber dem Gehäuse abgedichtet sein. Andernfalls können beispielsweise Gase oder Feuchtigkeit in das Druckmessgerät eindringen, wodurch Messergebnisse verfälscht werden können. Gemäß dem Stand der Technik werden Dichtungen aus Elastomermaterialien verwendet, um eine ausreichende Abdichtung zu erreichen. Dichtungen aus Elastomermaterialien können beispielsweise als Flachdichtung in Rechteckform, als O-Ring oder als Formdichtung, zum Beispiel mit Hinterschnitt, hergestellt werden. Eine Formdichtung mit Hinterschnitt hat den Vorteil, dass diese unverlierbar angebracht werden kann. O-Ringe haben den Vorteil, dass diese in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt werden und deshalb gut verfügbar sind. Flachdichtungen in Rechteckform weisen den Vorteil auf, dass diese einfach und schnell hergestellt werden können, zum Beispiel mit Hilfe eines Stanzwerkzeugs. Elastomermaterialien sind allerdings nur begrenzt chemisch beständig und verlieren teilweise bei tiefen Temperaturen ihre Elastizität. Ferner muss beachtet werden, dass es Elastomermaterialien gibt, die aufgrund darin enthaltener Zusatzstoffe zur Einstellung der Materialeigenschaften nicht den geltenden Anforderungen für den Einsatz im Zusammenhang mit Lebensmitteln entsprechen.
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Ferner sind Messgeräte für die Prozessmesstechnik mit metallischen Dichtungen bekannt. Ein Vorteil metallischer Dichtungen besteht darin, dass eine sehr gute Beständigkeit gegeben ist. Insbesondere aber bei mehrmaliger Montage können sich unerwünschte Spalte bilden, beispielsweise aufgrund von Schneidspuren. In solchen Spalten können sich Keime ansammeln.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Druckmessgerät mit einer verbesserten Dichtung bereitzustellen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Messanordnung bereitzustellen, die ein Druckmessgerät mit einer verbesserten Dichtung aufweist. Die Aufgaben werden gelöst durch Bereitstellung des Druckmessgeräts nach Anspruch 1 und der Messanordnung nach Anspruch 13. Die Unteransprüche betreffen verschiedene voneinander unabhängige, vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung, deren Merkmale vom Fachmann im Rahmen des technisch Sinnvollen frei miteinander kombiniert werden können.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Druckmessgerät vorgeschlagen, mit einem Gehäuseteil und mit einer kapazitiven Sensormesszelle, die in einer Öffnung des Gehäuseteils angeordnet ist, wobei die kapazitive Sensormesszelle eine Membran aufweist, die einer Umgebung des Druckmessgeräts zugewandt ist, wobei das Druckmessgerät ein äußeres Dichtungselement aufweist, das eine Dichtwirkung zwischen dem Gehäuseteil und der Sensormesszelle herstellt, und wobei das äußere Dichtungselement ein federelastischer Vorsprung aus einem Kunststoffmaterial ist. Der federelastische Vorsprung dichtet ein Inneres des Druckmessgeräts gegenüber der Umgebung auf eine neuartige Weise ab. Die Membran kann insbesondere einer Kavität eines Behälters, eines Rohrs oder dergleichen zugewandt sein, dessen Innendruck durch das Druckmessgerät erfasst wird.
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Bevorzugt ist als Kunststoffmaterial ein Duroplast, insbesondere PEEK. Es können jedoch auch andere Kunststoffmaterialien verwendet werden. Erfindungsgemäß sollte es sich bei dem Kunststoffmaterial nicht um ein Elastomer handeln. Der federelastische Vorsprung sollte so dimensioniert sein, dass er elastisch verformbar ist. Davon abgesehen kann der federelastische Vorsprung aber prinzipiell eine beliebige Form aufweisen. Unter dem Gehäuseteil ist ein Element eines Gehäuses des Druckmessgeräts zu verstehen, das entweder einen Abschnitt des Gehäuses bildet oder auch das Gehäuse vollständig bilden kann.
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Die Sensormesszelle weist bevorzugt eine durch die Membran gebildete Grundfläche auf, sowie mindestens eine Seitenfläche. Die Sensormesszelle kann beispielsweise zylinderförmig ausgebildet sein, es sind aber auch abweichende Bauformen denkbar. Die Membran der Sensormesszelle kann erfindungsgemäß durch ein Metall, durch ein Keramikmaterial oder durch ein anderes Material gebildet sein. Die Sensormesszelle weist vorzugsweise in ihrem Inneren zwei voneinander beabstandete Elektroden auf. In dem Druckmessgerät kann erfindungsgemäß ferner eine Messelektronik vorgesehen sein, die eine Kapazität eines durch die Elektroden gebildeten Kondensators bestimmen kann.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Gehäuseteil und der federelastische Vorsprung einstückig ausgebildet sind. Das Gehäuseteil und der federelastische Vorsprung bilden dann ein einstückiges Bauteil, das beispielsweise in einem Gussschritt hergestellt werden kann. Der federelastische Vorsprung muss somit nicht gesondert gegenüber dem Gehäuseteil abgedichtet werden. Außerdem ist die Kombination aus dem Gehäuseteil und dem federelastischen Vorsprung im Fall einer einstückigen Ausführung besonders stabil.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird das Gehäuseteil durch das Kunststoffmaterial gebildet. Wie vorangehend beschrieben, können das Gehäuseteil und der federelastische Vorsprung einstückig ausgebildet sein, es sind aber auch Ausführungsformen möglich, bei denen das Gehäuseteil und der federelastische Vorsprung lediglich materialschlüssig miteinander verbunden sind. Gemäß alternativer Ausführungsformen der Erfindung ist es allerdings auch möglich, dass das Gehäuseteil durch ein anderes Material gebildet wird als der federelastische Vorsprung.
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Der federelastische Vorsprung weist bevorzugt einen Endabschnitt auf, der an der Membran anliegt. Es sind Ausführungsformen des Druckmessgeräts möglich, bei denen sich der federelastische Vorsprung in Richtung des Endabschnitts verbreitert. Es kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass sich der federelastische Vorsprung unter Vorspannung befindet, sodass der Endabschnitt dichtend an der Membran anliegt. Der federelastische Vorsprung übt somit eine Anpresskraft auf die Membran aus. Um dies zu erreichen, kann der federelastische Vorsprung so ausgebildet sein, dass er in Abwesenheit der Sensormesszelle in einen Bereich hineinragt, in dem die Sensormesszelle bestimmungsgemäß in dem Druckmessgerät anzuordnen ist. Beim Zusammenbau des Druckmessgeräts wird die Sensormesszelle in das Gehäuseteil eingesetzt, sodass die Membran auf den federelastischen Vorsprung eine Kraft ausübt und diesen verformt. Dies führt dazu, dass der federelastische Vorsprung vorgespannt wird. Die Sensormesszelle wird in dem Gehäuseteil fixiert und der federelastische Vorsprung befindet sich nun dauerhaft unter Vorspannung.
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Der Endabschnitt des federelastischen Vorsprungs weist vorzugsweise mindestens eine in Richtung der Membran hervorstehende erste Rippe auf. Bei der ersten Rippe handelt es sich bevorzugt um eine längliche Ausformung, die sich aus dem Endabschnitt herauswölbt. Der Endabschnitt bildet aufgrund der ersten Rippe eine reduzierte Anpressfläche. Dies führt zu einer Verstärkung einer durch den federelastischen Vorsprung ausgeübten Flächenpressung, sodass sich eine verbesserte Dichtwirkung ergibt. Es ist erfindungsgemäß möglich, dass der Endabschnitt mehr als eine erste Rippe aufweist. Unter ersten Rippen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Rippen am Endabschnitt des federelastischen Vorsprungs zu verstehen.
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Bevorzugt bildet das Gehäuseteil einen Prozessanschluss des Druckmessgeräts. Ein Prozessanschluss erlaubt es, das Druckmessgerät unmittelbar an eine Vorrichtung, bei der eine Druckmessung erfolgen soll, anzuschließen, zum Beispiel an einen Tank, an ein Rohr oder dergleichen. Der Prozessanschluss kann hierzu beispielsweise ein Gewinde aufweisen, einen Flansch oder sonstige Kontaktierungs- und/oder Verbindungsmittel.
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Es ist vorteilhaft, wenn zu einer Seite des federelastischen Vorsprungs, die der Umgebung des Druckmessgeräts abgewandt ist, ein inneres Dichtungselement angeordnet ist, das eine Dichtwirkung zwischen dem Gehäuseteil und der Sensormesszelle herstellt. Somit weist das Druckmessgerät ein zusätzliches Dichtungselement auf, das eine verbesserte Abdichtung ermöglicht. Sollte beispielsweise die durch den federelastischen Vorsprung bereitgestellte Dichtung versagen, dann wird durch das innere Dichtungselement eine weitere Barriere gebildet, die Materialien am Eindringen in ein Inneres des Druckmessgeräts hindert. Das innere Dichtungselement kann geometrisch beliebig ausgebildet sein, erfindungsgemäß kann es sich aber zum Beispiel um einen Dichtring handeln.
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Es ist vorteilhaft, wenn das innere Dichtungselement durch ein anderes Material gebildet wird als das Gehäuseteil. So kann das innere Dichtungselement beispielsweise aus einem Elastomer bestehen. Es kann zur Herstellung einer verbesserten Gesamtdichtung vorteilhaft sein, wenn das innere Dichtungselement ein Dichtungsprinzip verwirklicht, das von einem Dichtungsprinzip des äußeren Dichtungselements abweicht. Gemäß anderer Ausführungsformen kann das innere Dichtungselement hingegen auch federelastischer Vorsprung sein. Es ist ferner möglich, dass das innere Dichtungselement einstückig mit dem Gehäuseteil ausgebildet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in dem Druckmessgerät zwischen dem inneren Dichtungselement und dem äußeren Dichtungselement ein Hohlraum gebildet. Der Hohlraum wird bevorzugt durch das äußere Dichtungselement, das innere Dichtungselement und die Sensormesszelle begrenzt. In dem Hohlraum kann sich in dem Fall, dass das äußere Dichtungselement versagt, von außen eindringendes Material ansammeln. Bei kompakteren Bauformen des Druckmessgeräts muss aber nicht zwangsläufig der vorgenannte Hohlraumvorhanden sein.
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Das Gehäuseteil weist bevorzugt einen Gehäusekanal auf, der zu dem Hohlraum und zu einer Außenoberfläche des Gehäuseteils öffnet. Durch den Gehäusekanal kann beispielsweise eine Flüssigkeit, welche das äußere Dichtungselement beziehungsweise den federelastischen Vorsprung passieren konnte, aus dem Druckmessgerät abfließen. Es ist vorteilhaft, wenn der Gehäusekanal so verläuft, dass er bei bestimmungsgemäßer Befestigung oder Aufstellung des Druckmessgeräts ein Gefälle aufweist. Somit kann beispielsweise eine Flüssigkeit, die sich in dem Hohlraum angesammelt hat, leichter aus diesem Abfließen. Wenn eine Flüssigkeit aus dem Gehäusekanal abfließt, dann kann von außen festgestellt werden, dass das äußere Dichtungselement versagt hat.
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Das Druckmessgerät wird bevorzugt mit einem Prozesselement wie einem Behälter, einem Rohr oder dergleichen verbunden und kann somit einen Innendruck des Prozesselements messen. So kann das Druckmessgerät beispielsweise in einen Aufnahmekorpus eines Prozesselements eingeschraubt sein. Es kann dann mit einer Außenoberfläche, in die der Gehäusekanal öffnet, an dem Aufnahmekorpus anliegen. In dem Aufnahmekorpus kann als ein weiterer Kanal ein Korpuskanal vorgesehen sein, der eine Flüssigkeit aus dem Gehäusekanal weiter abführen kann.
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Vorzugsweise weist die Außenoberfläche ein- und/oder beidseitig zu einer Öffnung des Gehäusekanals auf der Außenoberfläche mindestens eine zweite Rippe auf. Damit wird erreicht, dass das Gehäuseteil des Druckmessgeräts mit einer erhöhten Flächenpressung an dem Aufnahmekorpus anliegt. Somit kann eine effektive Abdichtung eines Übergangsbereichs zwischen dem Gehäusekanal und dem Korpuskanal erfolgen, sodass beispielsweise eine Flüssigkeit aus dem Übergangsbereich nicht in das Prozesselement eindringen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Messanordnung mit dem vorangehend beschriebenen Druckmessgerät und mit einem Prozesselement wie einem Behälter, einem Rohr oder dergleichen vorgeschlagen. Das Prozesselement der erfindungsgemäßen Messanordnung weist einen Aufnahmekorpus mit einer Öffnung auf, in der das Druckmessgerät zumindest abschnittsweise angeordnet ist, und der Aufnahmekorpus weist einen Korpuskanal auf, der eine Verbindung zwischen dem Druckmessgerät und einer Umgebung des Prozesselements herstellt. Das Druckmessgerät ist somit an dem Prozesselement befestigt. Mit einem Aufbau dieser Art kann beispielsweise ein Druck innerhalb des Behälters, eines Rohrs oder dergleichen bestimmt werden. Eine Besonderheit der Messanordnung besteht darin, dass durch den Korpuskanal beispielsweise Flüssigkeiten, die das äußere Dichtungselement überwunden haben und sich dahinter angesammelt haben, durch den Korpuskanal aus dem Prozesselement abfließen können. Bei der erfindungsgemäßen Messanordnung weist das Gehäuseteil des Druckmessgeräts bevorzugt den vorangehend beschriebenen Gehäusekanal auf. In diesem Fall ist der Korpuskanal vorzugsweise so in dem Aufnahmekorpus angelegt, dass er eine Verbindung zwischen dem Gehäusekanal und der Umgebung des Prozesselements herstellt.
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Die Zeichnungen stellen vorteilhafte Varianten der Erfindung beispielhaft dar. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Messanordnung gemäß einer ersten Variante der Erfindung mit einem Druckmessgerät und mit einem Prozesselement in einer Teilschnittansicht,
- 2 eine schematische Darstellung der Messanordnung gemäß 1 unter vergrößerter Ansicht eines Gehäuseteils des Druckmessgeräts und eines Aufnahmekorpus des Prozesselements,
- 3 eine schematische Darstellung einer Messanordnung mit einem Druckmessgerät und mit einem Prozesselement gemäß einer zweiten Variante der Erfindung in einer Teilschnittansicht, wobei das Druckmessgerät und das Prozesselement einen Gehäusekanal beziehungsweise einen Korpuskanal aufweisen,
- 4 eine schematische Darstellung der Messanordnung gemäß 3 unter vergrößerter Ansicht eines Gehäuseteils des Druckmessgeräts und eines Aufnahmekorpus des Prozesselements und
- 5 eine schematische Darstellung der Messanordnung gemäß 3 und 4 unter vergrößerter Ansicht des Gehäuseteils des Druckmessgeräts.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Messanordnung 1 gemäß einer ersten Variante der Erfindung mit einem Druckmessgerät 2 und mit einem Prozesselement 3 in einer Teilschnittansicht. Das Druckmessgerät 2 weist ein Gehäuseteil 4 auf. Ferner weist das Druckmessgerät 2 eine Sensormesszelle 5 auf, die in einer Öffnung des Gehäuseteils 4 angeordnet ist. In der Sensormesszelle 5 sind zwei Elektroden voneinander beabstandet angeordnet, sodass sie einen Kondensator bilden. Wenn ein veränderlicher Umgebungsdruck auf eine Membran 6 der Sensormesszelle 5 einwirkt, dann ändert sich ein Abstand zwischen den Elektroden. Folglich ändert sich eine Kapazität des Kondensators. Das Druckmessgerät 2 kann die Kapazität mit Hilfe einer Messelektronik bestimmen, um den Druck zu ermitteln. Das Druckmessgerät 2 sitzt in einem Aufnahmekorpus 7 des Prozesselements 3. Bei dem hier nur abschnittsweise dargestellten Prozesselement 3 handelt es sich um einen Behälter, dessen Innendruck mittels des Druckmessgeräts 2 ermittelt werden soll.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Messanordnung 1 gemäß 1 unter vergrößerter Ansicht des Gehäuseteils 4 des Druckmessgeräts und des Aufnahmekorpus 7 des Prozesselements. Das Gehäuseteil 4 weist ein äußeres Dichtungselement 8 auf, das eine Dichtwirkung zwischen dem Gehäuseteil 4 und der Sensormesszelle 5 herstellt. Bei dem äußeren Dichtungselement 8 handelt es sich um einen federelastischen Vorsprung aus einem Kunststoffmaterial. Der federelastische Vorsprung liegt mit einem Endabschnitt 9 unter Vorspannung an der Membran 6 der Sensormesszelle 5 an. Das Gehäuseteil 4 ist ebenfalls aus dem Kunststoffmaterial ausgebildet und bildet mit dem federelastischen Vorsprung ein einstückiges Bauteil. Damit bei Versagen des äußeren Dichtungselements 8 ein Inneres des Druckmessgeräts zusätzlich geschützt ist, ist zwischen der Sensormesszelle 5 und dem Gehäuseteil 4 ein inneres Dichtungselement 10 angeordnet, das eine Dichtwirkung zwischen dem Gehäuseteil 4 und der Sensormesszelle 5 herstellt. Das innere Dichtungselement 10 besteht aus einem Elastomer. Zwischen dem äußeren Dichtungselement 8 und dem inneren Dichtungselement 10 wird ein Hohlraum 11 gebildet.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Messanordnung 1 mit einem Druckmessgerät 2 und mit einem Prozesselement 3 gemäß einer zweiten Variante der Erfindung in einer Teilschnittansicht, wobei das Druckmessgerät 2 und das Prozesselement 3 einen Gehäusekanal 12 beziehungsweise einen Korpuskanal 13 aufweisen. Bei diesem Aufbau können beispielsweise Flüssigkeiten, die ein äußeres Dichtungselement des Druckmessgeräts 2 überwinden, über den Gehäusekanal 12 und den Korpuskanal 13 aus der Messanordnung 1 abfließen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der Messanordnung gemäß 3 unter vergrößerter Ansicht eines Gehäuseteils 4 des Druckmessgeräts und eines Aufnahmekorpus 7 des Prozesselements. Das äußere Dichtungselement 8 ist als ein federelastischer Vorsprung ausgebildet. Ein Endabschnitt 9 des äußeren Dichtungselements weist erste Rippen 14 auf. Diese vergrößern eine Flächenpressung zwischen dem äußeren Dichtungselement 8 und einer Membran 6 einer Sensormesszelle 5 des Druckmessgeräts, sodass eine Dichtwirkung des äußeren Dichtungselements 8 erhöht wird. Zwischen dem äußeren Dichtungselement 8 und einem inneren Dichtungselement 10 des Druckmessgeräts wird ein Hohlraum 11 gebildet. In diesem können sich beispielsweise Flüssigkeiten ansammeln, die eine durch das äußere Dichtungselement 8 hergestellt Dichtung überwinden. Diese Flüssigkeiten können sodann über den Gehäusekanal 12 und den Korpuskanal 13 aus der Messanordnung 1 abfließen. So kann man von außen feststellen, dass das äußere Dichtungselement 8 nicht mehr vollständig abdichtet und dies kann behoben werden.
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5 zeigt eine schematische Darstellung der Messanordnung gemäß 3 und 4 unter vergrößerter Ansicht des Gehäuseteils 4 des Druckmessgeräts. Eine Außenoberfläche 15 des Gehäuseteils 4 weist beidseitig zu einer Öffnung des Gehäusekanals 12 auf der Außenoberfläche 15 zweite Rippen 16 auf. Die zweiten Rippen 16 erhöhen eine Flächenpressung zwischen dem Gehäuseteil 4 und dem Aufnahmekorpus 7 des Prozesselements, was zu einer effektiven Abdichtung um einen Bereich zwischen dem Gehäusekanal 12 und dem Korpuskanal 13 führt. Somit wird verhindert, dass beispielsweise Flüssigkeiten, die durch den Gehäusekanal 12 und den Korpuskanal 13 fließen, in ein Inneres des Prozesselements eindringen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messanordnung
- 2
- Druckmessgerät
- 3
- Prozesselement
- 4
- Gehäuseteil
- 5
- Sensormesszelle
- 6
- Membran
- 7
- Aufnahmekorpus
- 8
- Äußeres Dichtungselement
- 9
- Endabschnitt
- 10
- Inneres Dichtungselement
- 11
- Hohlraum
- 12
- Gehäusekanal
- 13
- Korpuskanal
- 14
- Erste Rippe
- 15
- Außenoberfläche
- 16
- Zweite Rippe
