DE19946234C1 - Pressure sensor membrane has central region coupled to tensioning edge via several concentric annular zones offset in alternating radial directions relative to membrane plane - Google Patents

Pressure sensor membrane has central region coupled to tensioning edge via several concentric annular zones offset in alternating radial directions relative to membrane plane

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Abstract

The membrane (3) has a circular central region (3d) and a tensioning edge (3e) joined together by several relatively offset concentric annular zones (3a-3c), which are angled in alternating radial directions relative to the membrane plane, with a stepped edge (8) between each 2 adjacent annular zones. An Independent claim for a pressure sensor with a pressure membrane is also included.

Description

Die Erfindung betrifft eine Membran für einen Druckmittler, die eine kreisförmige Zentralfläche und am Rand eine Randfläche zum Einspannen hat, die beide über konzentrisch zueinander angeordnete und in Achsrichtung zueinander versetzte Ringflächen in Form von Sicken miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft auch einen Druckmittler mit einem Grundkörper, der auf der einen Seite ein Mem­ branbett und auf der anderen Seite einen Druckfühler aufweist, mit einer vor dem Membranbett angeordneten Membran und einer Druckmittlerflüssigkeit zwischen Membranbett und Membran, wobei der Druckfühler über einen den Grundkörper durchsetzenden Kanal mit der Druckmittlerflüssigkeit in Verbindung steht.The invention relates to a membrane for a diaphragm seal, which is a circular Has central surface and at the edge an edge surface for clamping, both of which arranged concentrically to each other and offset in the axial direction Ring surfaces in the form of beads are interconnected. The invention relates also a diaphragm seal with a base body that has a mem and has a pressure sensor on the other side, with one in front of the Membrane bed arranged membrane and a diaphragm seal liquid between Membrane bed and membrane, the pressure sensor over a the main body penetrating channel is in communication with the diaphragm seal liquid.

Solche Druckmittlermembranen und Druckmittler sind allgemein bekannt. Um die Nachgiebigkeit der Membran und damit die Empfindlichkeit zu vergrößern, ist diese sickenförmig ausgebildet. Solche sickenförmigen Membranen oder auch sog. Wellmembranen sind aus verschiedenen Druckschriften bekannt, z. B. DE-PS28 49 138, DE-OS 39 19 299, DE-PS 41 04 811, US-PS 4 046 010 und DE-PS 40 31 509. Bei Temperaturänderungen ergeben sich unterschiedliche Wärmeausdeh­ nungen von Grundkörper und Membran in radialer Richtung in Folge unterschiedli­ cher Materialpaarungen, was zu Verspannungen und Wärmefehlern führt. Ist die Membran eben, so führen Temperaturänderungen zu undefinierten Bewegungen der Membran und entsprechenden Volumenänderungen der Übertragungsflüssigkeit zwischen Membran und Membranbett. Ist die Membran konkav geformt, so führt eine Temperaturerhöhung zu einer undefinierten Volumenzunahme, während bei konvexer Membranform es zu einer undefinierten Volumenabnahme in dem ge­ schlossenden System führt.Such diaphragm seals and diaphragm seals are generally known. To the Resilience of the membrane and thus increasing the sensitivity is this beaded. Such bead-shaped membranes or so-called. Corrugated membranes are known from various publications, e.g. B. DE-PS28 49 138, DE-OS 39 19 299, DE-PS 41 04 811, US-PS 4 046 010 and DE-PS 40 31 509. There are different thermal expansions when the temperature changes Differences between base body and membrane in the radial direction in succession cher material pairings, which leads to tension and heat errors. Is the Membrane, temperature changes lead to undefined movements of the  Membrane and corresponding volume changes in the transmission fluid between membrane and membrane bed. If the membrane is concave, it leads a temperature increase to an undefined increase in volume, while at convex membrane shape there is an undefined decrease in volume in the ge closing system leads.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Membran für einen Druckmittler derart auszubilden, dass sich bei hoher Nachgiebigkeit der Membran aufgrund der Sickenform keine sich hierdurch addierenden Temperaturfehler ergeben.The present invention has for its object the membrane for one Design diaphragm seals in such a way that the membrane is highly flexible due to the shape of the beads, there are no temperature errors surrender.

Gemäß der Erfindung ist die Membran für einen Druckmittler gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Ringflächen gegenüber einer Ebene parallel zur Membranebene in Radialrichtung abwechselnd in verschiedenen Richtungen geneigt sind, und daß jede der Ringflächen mit einem Radius abgerundet über eine Stufe zur nächsten Ringfläche übergeht. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass bei Temperaturänderungen die Membran sich definiert in axialer Richtung bewegt, und sich die Temperaturabhängigkeiten der einzelnen Ringflächen gegenseitig aufheben.According to the invention, the membrane for a diaphragm seal according to the Oberbe Handle of claim 1, characterized in that the individual ring surfaces alternating with a plane parallel to the membrane plane in the radial direction are inclined in different directions, and that each of the ring surfaces with a Radius rounded over one step to the next ring surface. Through this Measure is achieved that the membrane changes with temperature changes defined in the axial direction, and the temperature dependencies of the cancel each other ring surfaces.

Eine weitgehend vollständige Kompensation bei Temperaturänderungen ist dann gewährleistet, wenn Neigungswinkel und Flächenverhältnisse der Ringflächen so ausgebildet sind, dass die durch Wärmeausdehnungen bedingten Bewegungen der Membran in Achsrichtung und die hieraus resultierenden Volumenänderungen sich gegenseitig kompensieren. Vorzugsweise liegen die Neigungswinkel der Ring­ flächen gegenüber der Membranebene im Bereich von 0,1°-3°. Die Zentralfläche läuft vorzugsweise parallel zur Membranebene.A largely complete compensation for temperature changes is then guaranteed if the angle of inclination and area ratios of the ring surfaces so are designed so that the movements caused by thermal expansion Membrane in the axial direction and the resulting volume changes compensate each other. The angles of inclination of the ring are preferably areas in relation to the membrane plane in the range of 0.1 ° -3 °. The central area preferably runs parallel to the membrane plane.

Ein erfindungsgemäßer Druckmittler entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 5 ist mit der erfindungsgemäßen Membran, wie definiert, und einem an die Form der Membran entsprechend angepassten Membranbett ausgestattet.A diaphragm seal according to the invention according to the preamble of the claim 5 is with the membrane according to the invention as defined and one to the shape the membrane bed is adapted to the membrane.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung ist eine Hälfte eines Druckmittlers gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. The invention is described below using an exemplary embodiment with reference to the attached drawing explained. In the drawing, one half is one Diaphragm seal according to the invention shown schematically.  

Der in der Zeichnung gezeigte Druckmittler weist einen Grundkörper 1 auf, der auf der einen Seite ein Membranbett 2 und auf der entgegengesetzten Seite einen Druckfühler 4 hat. Zwischen dem Membranbett 2 und einer darüber angeordneten Membran 3 ist eine Druckmittlerflüssigkeit vorhanden, die über einen den Grund­ körper 1 durchsetzenden Kanal 5 auf den Druckfühler 4 einwirkt.The diaphragm seal shown in the drawing has a base body 1 which has a membrane bed 2 on one side and a pressure sensor 4 on the opposite side. Between the membrane bed 2 and a membrane 3 arranged above, a diaphragm seal liquid is present, which acts on the pressure sensor 4 via a channel 5 passing through the base body 1 .

Die Membran 3 weist eine Reihe von konzentrisch zueinander angeordneten Ringflächen 3a-3c sowie eine Zentralfläche 3d und eine Randfläche 3e auf, die über Stufen 8 abgerundet ineinander übergehen. Dies bedeutet also, daß die einzelnen Ringflächen 3a-3c sowie die Zentralfläche 3d und die Randfläche 3e in Achsrich­ tung 7 in verschiedenen Ebenen liegen, also sickenförmig zueinander angeordnet sind. Darüberhinaus sind die einzelnen Ringflächen 3a-3c gegenüber einer Ebene 6, die parallel zur Membranebene verläuft, um Winkel α, β bzw. γ in Radialrichtung geneigt, um bei Wärmeausdehnungen eine definierte Bewegung in Achsrichtung 7 zu verursachen. Die Zentralfläche 3d verläuft im vorliegenden Ausführungsbeispiel parallel zur Ebene 6 bzw. zur Membranebene.The membrane 3 has a series of concentrically arranged annular surfaces 3 3 a-c and a central surface 3 d and 3 e an edge surface on which merge via steps 8 rounded into each other. So this means that the individual annular surfaces 3 3 a-c as well as the central area 3 d and the boundary face 3 e in Achsrich tung 7 lie in different planes are arranged so sick shaped toward each other. Moreover, the individual annular surfaces 3 3 a-c to a level 6, which extends parallel to the diaphragm plane, to α angle, β or γ inclined in the radial direction to cause thermal expansion at a defined movement in the axial direction. 7 In the present exemplary embodiment, the central surface 3 d runs parallel to the plane 6 or to the membrane plane.

Damit sich die aufgrund von Temperaturänderungen ergebenden Bewegungen der einzelnen Bereiche der Membranen in Achsrichtung 7 nicht addieren sondern aufheben, sind die Ringflächen 3a-3c gegenüber der Ebene abwechselnd in ver­ schiedene Richtungen geneigt, wie aus der Zeichnung zu ersehen ist. Eine weitge­ hend volle Temperaturkompensation wird dann erreicht, wenn die Neigungswinkel α, β und γ und die Flächenverhältnisse der Ringflächen 3a-3c so aufeinander abgestimmt sind, daß die durch Wärmeausdehnungen bedingten Bewegungen der Membran 3 in Achsrichtung und die hieraus resultierenden Volumenänderungen sich gegenseitig kompensieren. Die Neigungswinkel α, β und γ der Ringflächen 3a-3c gegenüber der Ebene 6 liegen vorzugsweise im Bereich von 0,1° bis 3°.So that the movements resulting from temperature changes of the individual areas of the membranes in the axial direction 7 do not add up but cancel each other, the annular surfaces 3 a - 3 c are inclined alternately in different directions in ver, as can be seen from the drawing. A weitge starting full temperature compensation is achieved if the inclination angles α, β and γ and the area ratios of the annular surfaces 3 a- 3 c are matched so that the due to thermal expansion movements of the membrane 3 in the axial direction and the resulting changes in volume are mutually compensate. The inclination angles α, β and γ of the annular surfaces 3 3 a-c to the plane 6 are preferably in the range of 0.1 ° to 3 °.

Die Anzahl der Ringflächen 3a-3c der Membran 3 hängt vom Gesamtdurchmesser der Membran 3 ab, das heißt, eine kleine Membran hat wenige Ringflächen 3a-3c, eine große Membran eine größere Anzahl von Ringflächen 3a-3c.The number of ring areas 3 a - 3 c of the membrane 3 depends on the total diameter of the membrane 3 , that is, a small membrane has few ring areas 3 a - 3 c, a large membrane has a larger number of ring areas 3 a - 3 c.

Wie allgemein bekannt, ist das Membranbett 2 des Grundkörpers 1 des in der Zeichnung dargestellten Druckmittlers an die Form der Membran 3 angepaßt, so daß sich ein weitgehend konstanter Abstand zwischen den einzelnen Abschnitten der Membran 3 und den entsprechenden Abschnitten des Membranbettes 2 ergibt.As is generally known, the membrane bed 2 of the base body 1 of the diaphragm seal shown in the drawing is adapted to the shape of the membrane 3 , so that there is a largely constant distance between the individual sections of the membrane 3 and the corresponding sections of the membrane bed 2 .

Claims (5)

1. Membran (3) für einen Druckmittler, die eine kreisförmige Zentralfläche (3d) und am Rand eine Randfläche (3e) zum Einspannen hat, die beide über konzentrisch zueinander angeordnete und in Achsrichtung (7) zueinander versetzte Ringflächen (3a-3c) in Form von Sicken miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Ringflächen (3a-3c) gegenüber einer Ebene parallel zur Membranebene in Radialrichtung abwechselnd in verschiedenen Richtungen geneigt sind, und daß jede der Ringflächen (3a-3c) mit einem Radius abgerundet über eine Stufe (8) zur nächsten Ringfläche übergeht.1. membrane ( 3 ) for a diaphragm seal, which has a circular central surface ( 3 d) and at the edge an edge surface ( 3 e) for clamping, both of which are arranged concentrically to one another and offset in the axial direction ( 7 ) to each other ( 3 a- 3 c) are connected to one another in the form of beads, characterized in that the individual ring surfaces ( 3 a - 3 c) are inclined alternately in different directions in the radial direction in relation to a plane parallel to the membrane plane, and in that each of the ring surfaces ( 3 a- 3 c) with a radius rounded over a step ( 8 ) to the next ring surface. 2. Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel (α, β, γ) und Flächenverhältnisse der Ringflächen (3a-3c) so ausgebildet sind, daß die durch Wärmeausdehnungen bedingten Bewegungen der Membran (3) in Achsrichtung (7) und die hieraus resultierenden Volumenänderungen sich gegenseitig kompensieren.2. Membrane according to claim 1, characterized in that the inclination angle (α, β, γ) and area ratios of the ring surfaces ( 3 a- 3 c) are designed so that the movements of the membrane ( 3 ) due to thermal expansion in the axial direction ( 7 ) and the resulting volume changes compensate each other. 3. Membran nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel (α, β, γ) der Ringflächen (3a-3c) gegenüber der Ebene (6) im Bereich von 0,1° bis 3° liegen.3. Membrane according to one of the preceding claims, characterized in that the angle of inclination (α, β, γ) of the annular surfaces ( 3 a- 3 c) relative to the plane ( 6 ) are in the range from 0.1 ° to 3 °. 4. Membran nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralfläche (3d) parallel zur Ebene (6) verläuft.4. Membrane according to one of claims 1-3, characterized in that the central surface ( 3 d) runs parallel to the plane ( 6 ). 5. Druckmittler mit einem Grundkörper (1), der auf der einen Seite ein Membran­ bett (2) und auf der anderen Seite einen Druckfühler (4) aufweist, mit einer vor dem Membranbett (2) angeordneten Membran (3) und einer Druckmittlerflüssigkeit zwischen Membranbett (2) und Membran (3), wobei der Druckfühler (4) über einen den Grundkörper (1) durchsetzenden Kanal (5) mit der Druckmittlerflüssigkeit in Verbindung steht, gekennzeichnet durch eine Membran (3) nach einem oder mehreren der vorstehen­ den Ansprüche sowie einem entsprechend an die Form der Membran angepassten Membranbett (2).5. Seal with a basic body (1), one side of a membrane on the bed (2) and having on the other side a pressure sensor (4) having disposed in front of the diaphragm bed (2) membrane (3) and a pressure transmitting liquid between Membrane bed ( 2 ) and membrane ( 3 ), the pressure sensor ( 4 ) being connected to the diaphragm seal liquid via a channel ( 5 ) passing through the base body ( 1 ), characterized by a membrane ( 3 ) according to one or more of the preceding claims and a membrane bed ( 2 ) adapted to the shape of the membrane.
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