DE102021126057A1

DE102021126057A1 - Körper für eine Druckmessanordnung, Druckmessanordnung und Herstellungsverfahren für den Körper

Info

Publication number: DE102021126057A1
Application number: DE102021126057.4A
Authority: DE
Inventors: Igor Grbic; Jochen Steigert
Original assignee: Gebr Mueller Apparatebau GmbH and Co KG
Current assignee: Gebr Mueller Apparatebau GmbH and Co KG
Priority date: 2021-10-07
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2023-04-13
Also published as: WO2023057546A1

Abstract

Es wird ein Körper (2) für eine Druckmessanordnung bereitgestellt, welcher umfasst: einen Hauptkörper (4) mit einer Druckmesskammer (6) für Prozessfluid, wobei die Druckmesskammer (6) mit wenigstens einem Fluidanschluss des Hauptkörpers (4) fluidführend verbunden ist, und wobei die Druckmesskammer (6) eine nach außen gerichtete Öffnung (8) aufweist; und eine Druckübertragungsmembran (10), wobei ein lateraler Abschnitt (12) der Druckübertragungsmembran (10) stoffschlüssig und fluiddicht mit einem die äußere Öffnung (8) der Druckmesskammer (6) umgebenden Abschnitt (14) des Hauptkörpers (4) verbunden ist, und wobei die Druckübertragungsmembran (10) die nach außen gerichtete Öffnung (8) der Druckmesskammer (6) verschließt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Körper für eine Druckmessanordnung, eine Druckmessanordnung sowie ein Herstellungsverfahren.
Es werden Fortschritte im Bereich Fluidtechnik beschrieben.
Die Probleme des Standes der Technik werden durch einen Körper gemäß dem Anspruch 1, durch eine Druckmessanordnung gemäß einem weiteren Anspruch sowie durch ein Verfahren zur Herstellung des Körpers gemäß einem weiteren Anspruch gelöst.
Ein Aspekt der Beschreibung betrifft den folgenden Gegenstand: Einen Körper für eine Druckmessanordnung umfassend einen Hauptkörper mit einer Druckmesskammer für Prozessfluid, wobei die Druckmesskammer mit wenigstens einem Fluidanschluss des Hauptkörpers fluidführend verbunden ist, und wobei die Druckmesskammer eine nach außen gerichtete Öffnung aufweist; und eine Druckübertragungsmembran, wobei ein lateraler Abschnitt der Druckübertragungsmembran stoffschlüssig und fluiddicht mit einem die äußere Öffnung der Druckmesskammer umgebenden Abschnitt des Hauptkörpers verbunden ist, und wobei die Druckübertragungsmembran die nach außen gerichtete Öffnung der Druckmesskammer verschließt.
Durch die fest mit dem Hauptkörper verbundene Druckübertragungsmembran vereinfacht sich nicht nur der Einbau in der Anlage. Weitergehend wird auch das Kontaminationsrisiko für das Prozessfluid reduziert.
Über die nach außen dichtende Druckübertragungsmembran wird der Druck des Prozessfluids in der Druckmesskammer an den zugehörigen Drucksensor weitergegeben. Vorteilhaft können Drucksensor und Körper voneinander entfernt werden, ohne dass aus dem Körper Prozessfluid austritt oder dieses kontaminiert wird.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Druckmesskammer über einen Abgriff mit einem Fluidkanalfluidführend verbunden ist, wobei der Fluidkanal wenigstens zwei Fluid-Anschlüsse fluidführend miteinander verbindet.
Der Körper stellt somit eine Durchflussmöglichkeit für das Prozessfluid bereit.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Druckübertragungsmembran und der Hauptkörper aus einem thermoplastischen Elastomer, insbesondere Polypropylen oder Polyethylen oder einer Mischung aus Polypropylen und Polyethylen, gefertigt sind.
Vorteilhaft wird damit das Prozessmedium nicht verunreinigt.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Druckübertragungsmembran und der Hauptkörper zuschlagstofffrei ausgeführt sind.
Vorteilhaft wird damit das Prozessmedium nicht verunreinigt.
Ein zweiter Aspekt der Beschreibung betrifft den folgenden Gegenstand: Eine Druckmessanordnung umfassend den Körper gemäß dem ersten Aspekt, wobei ein Drucksensor eine distale Messoberfläche, welche insbesondere von einer Messmembran des Drucksensors bereitgestellt wird, aufweist, wobei die Messoberfläche der Druckübertragungsmembran zugewandt ist, und wobei der Drucksensor dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem von der Druckübertragungsmembran an die distale Messoberfläche des Drucksensors weitergegebenen Druck des Prozessfluids in der Druckmesskammer ein Sensorsignal zu erzeugen.
Der Drucksensor kann somit von dem Körper entfernt werden, ohne dass Prozessmedium austritt.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass eine zum Drucksensor orientierte trockenseitige Druckübertragungsfläche der Druckübertragungsmembran wenigstens in einem unbelasteten Zustand der distalen Messoberfläche folgt.
Damit wird die Druckübertragung verbessert.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass eine Befestigungseinrichtung sich an dem Körper abstützt und den Drucksensor lösbar an dem Körper befestigt.
Durch die lösbare Befestigung kann der Körper gewechselt werden und der Sensor fest in der Anlage verbleiben.
Ein dritter Aspekt der Beschreibung betrifft den folgenden Gegenstand: Ein Verfahren zum Herstellen des Körpers gemäß dem ersten Aspekt umfassend Herstellen des Grundkörpers; und materialschlüssiges Fügen des lateralen Abschnitts der Druckübertragungsmembran mit dem die äußere Öffnung umgebenden Abschnitt des Hauptkörpers.
Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass das Verfahren umfasst: Aufdrücken eines transparenten Niederhalters auf den lateralen Abschnitt der Druckübertragungsmembran, welche an dem die äußere Öffnung umgebenden Abschnitt des Hauptkörpers anliegt; und wobei das Fügen ein Laserfügen der beiden Abschnitte umfasst, wobei ein von einem Fügelaser erzeugter Laserstrahl durch den transparenten Niederhalter geführt wird.
In der Zeichnung zeigen:

1 einen schematischen Schnitt eines Körpers zur Druckmessung;
2 eine Explosionsschnittansicht einer Druckmessanordnung;
3 die Druckmessanordnung in montiertem Zustand; und
4 ein schematisches Ablaufdiagramm, das die Herstellungsschritte des Körpers illustriert.

1 zeigt in einem schematischen Schnitt einen Körper 2 für eine Druckmessanordnung. Ein Hauptkörper 4 umfasst eine Druckmesskammer 6 für Prozessfluid, wobei die Druckmesskammer 6 mit wenigstens einem Fluidanschluss C#1 des Hauptkörpers 4 fluidführend verbunden ist. Die Druckmesskammer 6 ist über einen Abgriff 16 mit einem Fluidkanal 18 für das Prozessfluid fluidführend verbunden. Der Abgriff 16 weist einen kleineren Querschnitt auf als der Fluidkanal 18. Insbesondere ist Querschnitt des Abgriffs 16 kleiner als die Hälfte des Querschnitts des Fluidkanals 18. Der Fluidkanal 18 verbindet beispielsweise wenigstens zwei Fluid-Anschlüsse fluidführend miteinander. Der Körper 2 kann neben der Druckmessanordnung selbstverständlich noch weitere Sensorik enthalten und darüberhinausgehend auch Teil eines Ventilblocks oder Ventilkörpers sein.
Die Druckmesskammer 6 weist eine nach außen gerichtete Öffnung 8 auf, welche durch eine Druckübertragungsmembran 10 verschlossen ist. Die Druckübertragungsmembran 10 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Achse A ausgebildet. Die Druckmesskammer 6 ist beispielsweise als flachkegelförmige Ausnehmung im Hauptkörper 4 ausgebildet. Ein lateraler Abschnitt 12 der Druckübertragungsmembran 10 ist stoffschlüssig und fluiddicht mit einem die äußere Öffnung 8 der Druckmesskammer 6 umgebenden Abschnitt 14 des Hauptkörpers 4 verbunden.
Der proximale Bereich des lateralen Abschnitts 12 der Druckübertragungsmembran 10 und der distale Bereich des lateralen Abschnitts 14 des Hauptkörpers 4 umfassen ineinandergreifende Strukturen. Im vorliegenden Beispiel greift ein kreisringförmiger proximaler Vorsprung der Druckübertragungsmembran 10 in eine kreisringförmige distale Nut des Hauptkörpers 4 ein. Der laterale Abschnitt 14 ist als Flansch ausgebildet und verjüngt sich in proximaler Richtung.
Die Druckübertragungsmembran 10 umfasst auf der Trockenseite T eine laterale kreisringförmige Kontur 40, welche in eine Gegenkontur eines Sensors eingreift. Vorliegend ist die Kontur 40 als im Schnitt halbkugelförmige Erhebung ausgebildet. Selbstverständlich kann die Kontur 40 auch nach innen ragen oder anders ausgebildet sein.
Ein Druckübertragungsabschnitt 50 der Druckübertragungsmembran 10 ist von dem lateralen Abschnitt 12 umgeben und umfasst eine trockenseitige Druckübertragungsfläche 52. Eine laterale Anlagefläche 54 ist gegenüber der Druckübertragungsfläche 52 erhaben. Die Anlagefläche 54 schließt sich an die Kontur 40 nach innen an.
Die Druckübertragungsmembran 10 und der Hauptkörper 4 sind aus einem thermoplastischen Elastomer, insbesondere Polypropylen oder Polyethylen oder einer Mischung aus Polypropylen und Polyethylen, gefertigt. Die Druckübertragungsmembran 10 und der Hauptkörper 4 sind zuschlagstofffrei ausgeführt.
2 zeigt in einer schematischen Explosionsansicht die Druckmessanordnung 20 umfassend den Körper 2. Ein Drucksensor 22 umfasst eine distale Messoberfläche 24, welche insbesondere von einer Messmembran des Drucksensors 22 bereitgestellt wird, aufweist. Die Messoberfläche 24 ist im montierten Zustand der Druckübertragungsmembran 10 zugewandt und liegt beispielsweise im Betrieb an dieser an. Der Drucksensor 22 ist dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem von der Druckübertragungsmembran 10 an die distale Messoberfläche 24 des Drucksensors 22 weitergegebenen Druck des Prozessfluids in der Druckmesskammer 6 ein Sensorsignal S zu erzeugen, das diesen Druck charakterisiert.
Die zum Drucksensor 22 hin orientierte trockenseitige Druckübertragungsfläche 52 der Druckübertragungsmembran 10 folgt wenigstens in einem unbelasteten Zustand dem Verlauf der distalen Messoberfläche 24. Vorliegend folgen die Druckübertragungsfläche 52 und die Messoberfläche 24 im Wesentlichen jeweiligen Ebenen.
Eine Befestigungseinrichtung 26 stützt sich an dem Körper 4 ab und legt den Drucksensor 22 lösbar zu dem Körper 4 fest. Beispielsweise ist die Befestigungsvorrichtung 26 als Klemmschelle ausgebildet und umfasst einen Aufnahmeraum 28, innerhalb dem der laterale Abschnitt 14 des Körpers 2 und ein Flanschabschnitt 34 des Drucksensors 2 aufgenommen und zueinander festgelegt werden. Selbstverständlich kann die Befestigungsvorrichtung 26 auch anders ausgebildet sein.
3 zeigt einen schematischen Schnitt der Druckmessanordnung 20 in einem montierten Zustand. Ein lateraler Abschnitt des Drucksensors 22, der nicht drucksensitiv ist, drückt auf den lateralen Abschnitt 12 der Druckübertragungsmembran 10. Der laterale Abschnitt 12 umfasst die gegenüber der innenliegenden Druckübertragungsfläche 52 erhabene laterale Anlagefläche 54. Dadurch ergibt sich im unbelasteten Zustand der Druckübertragungsmembran 10 ein Raum 60 zwischen der trockenseitigen Druckübertragungsfläche 52 der Druckübertragungsmembran 10 und der Messoberfläche 24 des Drucksensors 22.
Die Messoberfläche 24 liegt nach der Montage nicht an der Druckübertragungsfläche 52 an. So liefert der Drucksensor 22 bei geringen Drücken keine Werte bzw. Atmosphärendruck. Bei Drücken des Prozessmediums, welche höher als der Atmosphärendruck liegen, wird der Druckübertragungsabschnitt 50 der Druckübertragungsmembran 10 in Richtung der Messoberfläche 24 bewegt, so dass die Druckübertragungsfläche 52 an der Messoberfläche 24 anliegt. Damit die Luft aus dem Raum 60 nach der Montage und im Betrieb entweichen kann, ist ein nicht gezeigter zumindest abschnittsweise radial verlaufender Stich bzw. Schlitz an der Trockenseite der Druckübertragungsmembran 10 vorhanden, der den Raum 60 mit dem Außenraum der Druckmessanordnung 200 verbindet.
4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm zur Herstellung des Körpers 2 aus 1. Ein Schritt 402 umfasst ein Herstellen des Grundkörpers. Der Grundkörper wird beispielsweise aus einem vollen Block des gewählten Materials gefräst.
Ein Schritt 404 umfasst ein Aufdrücken eines transparenten Niederhalters auf den lateralen Abschnitt der Druckübertragungsmembran, welche an dem die äußere Öffnung umgebenden Abschnitt des Hauptkörpers anliegt.
Ein Schritt 406 umfasst ein materialschlüssiges Fügen des lateralen Abschnitts der Druckübertragungsmembran mit dem die äußere Öffnung der Druckmesskammer umgebenden Abschnitt des Hauptkörpers. Das Fügen im Schritt 406 umfasst ein Laserfügen der beiden Abschnitte 12, 14 aus den vorigen Figuren, wobei ein von einem Fügelaser erzeugter Laserstrahl durch den transparenten Niederhalter geführt wird.

Claims

Ein Körper (2) für eine Druckmessanordnung (200) umfassend: einen Hauptkörper (4) mit einer Druckmesskammer (6) für Prozessfluid, wobei die Druckmesskammer (6) mit wenigstens einem Fluidanschluss (C#1) des Hauptkörpers (4) fluidführend verbunden ist, und wobei die Druckmesskammer (6) eine nach außen gerichtete Öffnung (8) aufweist; und eine Druckübertragungsmembran (10), wobei ein lateraler Abschnitt (12) der Druckübertragungsmembran (10) stoffschlüssig und fluiddicht mit einem die äußere Öffnung (8) der Druckmesskammer (6) umgebenden Abschnitt (14) des Hauptkörpers (4) verbunden ist, und wobei die Druckübertragungsmembran (10) die nach außen gerichtete Öffnung (8) der Druckmesskammer (6) verschließt.
Der Körper (2) gemäß dem Anspruch 1, wobei die Druckmesskammer (6) über einen Abgriff (16) mit einem Fluidkanal (18) fluidführend verbunden ist, und wobei der Fluidkanal (18) wenigstens einen zwei Fluid-Anschlüsse fluidführend miteinander verbindet.
Der Körper (2) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Druckübertragungsmembran (10) und der Hauptkörper (4) aus einem thermoplastischen Elastomer, insbesondere Polypropylen oder Polyethylen oder einer Mischung aus Polypropylen und Polyethylen, gefertigt sind.
Der Körper (2) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Druckübertragungsmembran (10) und der Hauptkörper (4) zuschlagstofffrei ausgeführt sind.
Eine Druckmessanordnung (20) umfassend den Körper (2) gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei ein Drucksensor (22) eine distale Messoberfläche (24), welche insbesondere von einer Messmembran des Drucksensors (22) bereitgestellt wird, aufweist, wobei die Messoberfläche (24) der Druckübertragungsmembran (10) zugewandt ist, und wobei der Drucksensor (22) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem von der Druckübertragungsmembran (10) an die distale Messoberfläche (24) des Drucksensors (22) weitergegebenen Druck des Prozessfluids in der Druckmesskammer (6) ein Sensorsignal (S) zu erzeugen.
Die Druckmessanordnung (20) gemäß dem Anspruch 5, wobei eine zum Drucksensor (22) orientierte trockenseitige Druckübertragungsfläche (52) der Druckübertragungsmembran (10) wenigstens in einem unbelasteten Zustand der distalen Messoberfläche (24) folgt.
Die Druckmessanordnung (20) gemäß dem Anspruch 5 oder 6, wobei eine Befestigungseinrichtung (26) sich an dem Körper (4) abstützt und den Drucksensor (22) lösbar an dem Körper (4) befestigt.
Ein Verfahren zum Herstellen des Körpers (4) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend Herstellen (402) des Grundkörpers (4); und materialschlüssiges Fügen (406) des lateralen Abschnitts (12) der Druckübertragungsmembran (10) mit dem die äußere Öffnung (8) umgebenden Abschnitt (14) des Hauptkörpers (4).
Das Verfahren gemäß dem Anspruch 8 umfassend: Aufdrücken (404) eines transparenten Niederhalters auf den lateralen Abschnitt (12) der Druckübertragungsmembran (10), welche an dem die äußere Öffnung (8) umgebenden Abschnitt (14) des Hauptkörpers (4) anliegt; und wobei das Fügen (406) ein Laserfügen der beiden Abschnitte (12, 14) umfasst, wobei ein von einem Fügelaser erzeugter Laserstrahl durch den transparenten Niederhalter geführt wird.
Eine Verwendung des Körpers (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, der Druckmessanordnung (4) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7 oder des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9.