Ein herkömmlicher Druckfühler, wie
er in 1 gezeigt ist,
besteht aus einem Einsatz 10, einem Gehäuse 11 und einer kreisförmigen Membran 12.
Der Einsatz 10 hat ein Außengewinde 101, das mit
einem Innengewinde 111 des Gehäuses 11 verschraubbar
ist. Der Einsatz 10 ist mit einer Ringnut 102 versehen,
die ein Rechteckprofil hat, und das Gehäuse 11 ist mit einer
Ringnut 112 versehen, die ebenfalls ein Rechteckprofil
hat. Die Ringnut 102 des Einsatzes 10 liegt der
Ringnut 112 des Gehäuses 11 gegenüber. Die
kreisförmige
Membran 12 hat einen Ringwulst 14 mit einem runden
Querschnitt, welcher zwischen der Ringnut 102 des Einsatzes 10 und
der Ringnut 112 des Gehäuses 11 angeordnet
ist. Die Membran 12 ist durch den Strömungsmitteldruck auslenkbar.
Wenngleich diese Art von Druckfühler sich
als erfolgreich erwiesen hat, hat sie jedoch einige Nachteile:
- 1) Wenn der Einsatz 10 mit dem Gehäuse 11 verschraubt
ist, kommt es lediglich zu einem Linienkontakt zwischen der Ringwulst 14 und
der Ringnut 112 des Gehäuses 11 bzw.
Der Ringnut 102 des Einsatzes 10, wie in 2 zu sehen ist. Der auf die
Ringwulst 14 wirkende Druck ist ungleichmäßig, so
dass die Ringwulst 14 der Membran 12 durch die
von den Ringnuten 102, 112 erzeugten Drehkraft
ungleichmäßig zusammengedrückt wird.
Dies hat eine geringfügige
Verformung der Ringwulst 14 zur Folge, was wiederum zu
einer entsprechenden Verformung der Membran 12 führt. Die
Membran 12 führt
daher unter der Wirkung des Strömungsmitteldrucks
eine anormale Bewegung aus, so dass die Druckmessung nicht sehr
präzise
ist.
- 2) Der herkömmliche
Druckfühler
hat eine scharfe Kante 15 am oberen Rand der Ringnuten 102, 112.
Dieser scharfe Rand 15 drückt sich in die Ringwulst 14 der
Membran 12 ein, wenn die beiden Ringnuten 102, 112 sich
gegeneinander bewegen, um die Ringwulst 14 dazwischen einzuspannen.
Die Dichtungswirkung der Ringwulst 14 geht dann verloren,
und das Problem kann dann nur durch Auswechseln der Membran 12 gelöst werden.
- 3) Die Breite der Ringnuten 102, 112 des herkömmlichen
Druckfühlers
ist kleiner als die der Ringwulst 14. Wenn daher die beiden
Ringnuten 102, 112 aufgrund der Verschraubung
gegeneinander bewegt werden, um die Ringwulst 14 darin einzuspannen,
rutscht die Ringwulst 14 unter dem Einfluss der Drehkraft
seitlich in den Ringnuten 102, 112. Dies zerstört nicht
nur die Abdichtungswirkung des Druckfühlers, sondern beeinträchtigt auch
die Gleichförmigkeit
der Spannung der Membran 12.
Durch die vorliegende Erfindung sollen
diese Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll eine Membranbefestigungsanordnung
für einen
Druckfühler
geschaffen werden, bei der praktisch kein Zwischenraum an der Kontaktfläche zwischen
der Ringnut des Einsatzes und dem Ringwulst der Membran bzw. zwischen
der Ringnut des Gehäuses
und der Ringwulst der Membran vorhanden ist, so dass eine ausgezeichnete
Dichtungswirkung erzielt wird. Ferner soll eine Membranbefestigungsanordnung
für einen
Druckfühler
geschaffen werden, bei der der Verschleiß der Ringwulst der Membran
minimiert wird, um die Lebensdauer der Membran zu maximieren.
Die Erfindung ist in dem einzigen
Patentanspruch definiert.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Membranbefestigungsanordnung
hat ein Gehäuse,
einen Einsatz und eine kreisförmige
Membran. Das Gehäuse
und der Einsatz haben jeweils eine Ringnut in ihren einander zugewandten
Stirnflächen.
Die Membran hat eine Ringwulst mit einem runden Querschnitt, die
zwischen der Ringnut des Einsatzes und der Ringnut des Gehäuses angeordnet
ist. Die Ringnuten haben jeweils einen abgerundeten Querschnitt, dessen
Krümmungsradius
an den der Ringwulst angepasst ist.
Anhand der Zeichnungen werden weitere Einzelheiten
der Erfindung erläutert.
Es zeigt:
1 eine
teilweise geschnittene Explosionsdarstellung eines herkömmlichen
Druckfühlers;
2 eine
teilweise geschnittene Detailansicht des herkömmlichen Druckfühlers in
vergrößertem Maßstab, um
die Anordnung der Ringwulst der Membran in den Ringnuten zu veranschaulichen;
3 eine
der 1 entsprechende Ansicht eines
erfindungsgemäß ausgebildeten
Druckfühlers;
4 eine
teilweise geschnittene Ansicht des erfindungsgemäß ausgebildeten Druckfühlers der 3 im zusammengebauten Zustand;
und
5 eine
geschnittene Detailansicht des Druckfühlers in den 3 und 4 im
vergrößerten Maßstab, um
die Anordnung der Ringwulst der Membran in den Ringnuten zu veranschaulichen.
Die in den 3 und 4 dargestellte
Befestigungsanordnung für
einen Druckfühler
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst einen Einsatz 20, ein Gehäuse 30 und
eine kreisförmige
Membran 40.
Der Einsatz 20 ist rohrförmig ausgebildet
und hat eine Bohrung 22 sowie ein Außengewinde 21. Der
Einsatz 20 hat an einem Ende eine Stirnfläche 23,
die mit einer Ringnut 24 versehen ist. Die Ringnut hat
im Querschnitt ein bogenförmiges
Profil, wobei der obere Rand der Ringnut 24 mit einem glatten
bogenförmigen
Abschnitt 25 versehen ist.
Das Gehäuse 30 hat einen rohrförmigen Abschnitt
mit einem Innengewinde 31, der mit dem Außengewinde 21 des
Einsatzes 20 verschraubbar ist. Eine Druckanzeige 36 ist
mit dem rohrförmigen
Abschnitt des Gehäuses 30 verbunden.
Das Gehäuse 30 hat
eine Stirnfläche 33 mit
einer Ringnut 34, die der Ringnut 24 an der Stirnfläche 23 des
Einsatzes 20 gegenüberliegt.
Die Ringnut 34 hat im Querschnitt 34 ein bogenförmiges Profil.
Der untere Rand der Ringnut 34 ist mit einem glatten bogenförmigen Abschnitt 35 versehen.
Die Ringnut 34 des Gehäuses 30 bildet
mit der Ringnut 24 des Einsatzes 20 einen Aufnahmeraum 37.
Die kreisförmige Membran 40 hat
eine Ringwulst 41 mit einem runden, insbesondere kreisförmigen,
Querschnitt, die zwischen der Ringnut 24 des Einsatzes 20 und
der Ringnut 34 des Gehäuses 30 angeordnet
ist. Der Durchmesser der Ringwulst 41 ist etwas größer als
der des Aufnahmeraums 37, und die Krümmung der Ringwulst 41 ist
die gleiche wie die der Ringnuten 24, 34.
Wie in 5 zu
sehen ist, liegt die Membran 40 zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 32 des
Gehäuses 30 und
der Bohrung 22 des Einsatzes 20. Druckänderungen
in der Bohrung 22 des Einsatzes 20 können daher
von der Membran 40 zu dem rohrförmigen Abschnitt 32 des
Gehäuses 30 übertragen werden,
und von da werden die Druckänderungen
zu der Druckanzeige 36 übertragen,
um den Strömungsmitteldruck
anzuzeigen.
Die Ringwulst 41 der Membran 40 ist
zwischen der Ringnut 34 des Gehäuses 30 und der Ringnut 24 des
Einsatzes 20 angeordnet. Der Durchmesser der Ringwulst 41 ist
näherungsweise
größer als
der des Aufnahmeraums 37, so dass die Ringwulst 41 mit „Passsitz" in den Ringnuten 24, 34 angeordnet
ist. Da ferner die Krümmung
der Ringwulst 41 die gleiche wie die der Ringnuten 24, 34 ist,
wird die auf die Membran 40 wirkende Drehkraft gleichmäßig über der
Fläche
der Ringwulst 41 verteilt, wenn der Einsatz 20 mit
dem Gehäuse 30 verschraubt
wird. Auf diese Weise werden Spannungskonzentrationen an der Membran 40 vermieden,
und es kommt zu keinen entsprechenden Verformungen der Membran 40. Außerdem kann
die auf die Membran 40 wirkende Drehkraft durch die gleiche
Krümmung
der Ringnuten 24, 34 geführt werden, wenn die Membran 40 komprimiert
wird. Außerdem
spricht die Membran 40 aufgrund des von der Ringwulst 41 erzeugten
gleichförmigen
und kontinuierlichen Druck mit hoher Empfindlichkeit auf Druckänderungen
an, und die auf die Druckanzeige 36 übertragenen Druckänderungen werden
mit Hilfe der Membran 40 mit hoher Genauigkeit erfasst.
Besonders hervorzuheben ist, dass
es keine scharfen Kanten zwischen dem Gehäuse 30, dem Einsatz 20 und
der Ringwulst 41 gibt. Außerdem ist die Ringnut 24 des
Einsatzes 20 mit der Stirnfläche 23 des Einsatzes 20 durch
den glatten bogenförmigen
Abschnitt 25 verbunden, und in der gleichen Weise ist die
Ringnut 34 des Gehäuses 30 mit
der Stirnfläche 33 des
Gehäuses 30 durch
den glatten bogenförmigen
Abschnitt 35 verbunden, so dass die Ringwulst 41 der
Membran 40 gegen Verschleiß geschützt ist und eine extrem gute
Dichtungswirkung hat.