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Die
Erfindung betrifft einen Rohrdruckmittler, insbesondere für kleine
Nennweiten, bestehend aus einem rohrförmigen Gehäuse mit einer innenliegenden
Membran, welche endseitig gasdicht mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei zwischen
der Membran und der Gehäuseinnenwand
zumindest teilweise eine Druckkammer ausgebildet ist, welche zur
Aufnahme eines Druckmediums vorgesehen ist.
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Gattungsgemäße Rohrdruckmittler
bestehen aus einem Gehäuse
mit einer Druckkammer und einem hieran angeschlossenen Messgerät. Rohrdruckmittler
werden überall
dort eingesetzt, wo das eigentliche Druckmessgerät nicht mit dem Messstoff in
Berührung
kommen darf. Beispielweise wenn der Messstoff korrosiv ist, zur
Polymerisation neigt oder hochviskos ist. Im Falle eines korrosiven
Messstoffes würde
ein direkter Kontakt mit dem Messgerät dieses zerstören, während bei
hochviskosen Messstoffen die Druckweiterleitung in das Messgeräte behindert würde. Für den Fall,
dass der Messstoff zur Kristallisation oder Polymerisation neigt,
könnten
Anschlussleitungen zum Messgerät
verstopft werden oder für den
Fall, dass der Messstoff eine relative hohe Temperatur besitzt,
könnte
ebenfalls das Messgerät durch
die Temperaturbelastung zerstört
werden. Aus den vorgenannten Gründen
werden daher Druckmittler eingesetzt, die in ihrem Gehäuse, getrennt
durch eine innenliegende Membran, einen Transport des Messstoffes
ermöglichen,
während über eine
Druckkammer und einen Verbindungskanal zum Messgerät eine Messung
des Druckwertes erfolgt. Durch die Trennung von Druckmedium und
Messstoff wird eine Vermischung und insofern sichergestellt, dass
eine lange Lebensdauer gewährleistet
ist.
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Aus
der
EP 0 629 846 B1 ist
beispielweise ein Rohrdruckmittler mit einem rohrförmigen Gehäuse und
einer dünnwandigen
rohrförmigen
Membran aus einem metallischen Werkstoff bekannt. Zwischen der Membran
und dem Gehäuse
ist eine Druckkammer ausgebildet, die mit dem Druckmedium befüllt ist,
wobei die Membran im Bereich der Druckkammer bei Druckgleichheit
zwischen Messraum und Kammer ein kreisringförmiges Querschnittsprofil besitzt und
die Membran im Bereich der Druckkammer durch einen relative höheren Druck
in der Druckkammer als im Messraum derart elastisch verformbar ist, dass
das Volumen der Druckkammer aufgrund der Verformung größer als
bei der Druckgleichheit ist. Durch den höheren Druck in der Druckkammer
wird die Membran hierbei elastisch in derart verformt, dass das
Querschnittsprofil von der Kreisringform abweicht und unrund wird.
Durch eine Druckerhöhung im
Messraum wird die durch den Überdruck
in der Druckkammer bewirkte Verformung der Membran teilweise rückgängig gemacht,
sodass die Membran ständig
einer sehr starken plastischen Verformung unterliegt und insbesondere
innerhalb des runden Druckmittlergehäuses eine ständige Stauchung
hin zu einem geringeren Durchmesser als der Nenndurchmesser eintritt,
wodurch eine vorzeitige Materialermüdung eintreten kann und die
Linerarität
auf Dauer nicht mehr gewährleistet
ist. Zudem ist die Herstellung derartiger Membranen sehr aufwändig und
kann durch Materialermüdungen
zu Undichtigkeiten führen,
wodurch der Rohrdruckmittler unbrauchbar wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Zugrundelegung einer
einfachen Membrangeometrie bei gleichbleibender oder verbesserter
Linerarität
eine längere
Standzeit und die Reinigung des kompletten Geräts durch einen Autoklave bei
Temperaturen von 134° zu
ermöglichen.
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Erfindungsgemäß ist zur
Lösung
der Aufgabe vorgesehen, dass die Membran zumindest im mittleren
Abschnitt im Querschnitt gesehen einen Kreisringumfang aufweist,
der durch wenigstens einen Sekantenabschnitt unterbrochen ist. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der
wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
mit der gewählten
Kreisringform und zumindest einem Sekantenabschnitt die Fertigung
der Rohrhülse
wesentlich vereinfacht wird, da beispielweise einteilige Lösungen verwendet
werden können
und somit eine Reduzierung der Herstellungskosten für das Mantelteil
möglich
ist. Des Weiteren wird durch einen nahezu kreisringförmigen Querschnitt
der Hülse
eine gute Entleerungsmöglichkeit
des jeweiligen Druckmittlers gewährleistet,
wobei insbesondere ein verbesserter K-Faktor bei der Rundversion
als bei anderen alternative auf dem Markt erhältlichen Versionen erzielbar
ist. Hierdurch wird beispielweise auch ein kleinerer Temperaturfehler
ermöglicht,
wobei eine gute Nullpunktreproduzierbarkeit nach einem Reinigungsprozess
durch einen Autoklave zum Beispiel bei 135° Celsius erreicht wird. Durch
eine minimale Abweichung des Offset-Wertes nach der Behandlung mit
einem Autoklave oder einem Cip-Sip-Prozess wird die Gebrauchsfähigkeit
des Rohrdruckmittlers gewährleistet.
Darüber
hinaus wird durch den Sekantenabschnitt ein ausreichendes Volumen
des Druckraumes für
das verwendete Druckmedium geschaffen, wobei die hierdurch entstandene
Planfläche
eine ausgesprochen hohe Elastizität aufweist. Die Planfläche kann elastisch
sowohl zum Zentrum der Rohrmembran als auch in entgegengesetzter
Richtung elastisch federn, ohne dass eine plastische Verformung
aufgrund der Geometrie eintritt und somit die Linerarität negativ beeinflusst
wird. Durch die einfache Geometrie wird darüber hinaus sichergestellt,
dass nur äußerst geringe
Turbolenzen im Membranrohr auftreten.
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Die
erfindungsgemäße Form
hat sich besonders bei kleinen Nennweiten bewährt, weil die Linearität über einen
großen
Bereich vorhanden ist. Gerade bei kleinen Nennweiten würde eine
plastische Verformung der Membran zu einer übermäßigen Beanspruchung des verwendeten
Materials führen.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Sekantenabschnitte über den Umfang
der Membran verteilt angeordnet sind, um beispielweise das Volumen
des Druckraumes zu erhöhen
oder eine Variation der Sekantenlänge zu ermöglichen. Vorzugsweise wird
eine Membran verwendet, die zumindest im mittleren Bereich im Querschnitt
gesehen zwei Sekantenabschnitte aufweist und nahezu tropfenförmig ausgebildet
ist. Durch die Tropfenform ist die Entleerung wesentlich vorteilhafter
als bei einer Kreisform. Hierbei liegen die beiden Sekantenabschnitte
gegebenenfalls symmetrisch gegenüber
einem Anschlussstutzen mit einem Messkanal zum Anschluss eines Druckmessgerätes. Die
Sekantenabschnitte können über 30 bis
50% des Umfanges ausgebildet sein und aus mehreren einzelnen Sekantenabschnitten
bestehen, während
die Membran selbst über
einen Umfang von cirka 180 Grad kreisrund ausgebildet ist, sodass
eine Reduzierung der lichten Weite des vorhandenen Querschnittes
nur in geringem Umfang eintritt. Die Membran ist hierbei hinsichtlich
ihres kreisringförmigen
Umfanges an den Innendurchmesser des Gehäuses angepasst, sodass zwischen
der Gehäusewand
und dem kreisrunden Umfangsbereich der Membran ein nur äußerst geringer
Druckraum entsteht. Je nach zu überwachenden
Druckbereich kann dieser geringe Druckraum insbesondere hinsichtlich
einer Aufweitung der Membran nicht ausreichend sein. Aus diesem
Grunde wird der Sekantenabschnitt oder die Sekantenabschnitte so
gewählt,
dass das größte Volumen
hinter den Sekantenabschnitten ausgebildet ist und somit eine Ausweichmöglichkeit
der Membran beziehungsweise des Membranrohrs im Bereich der Sekantenfläche sowohl
nach innen als auch nach außen
möglich
ist.
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Damit
die Membran gasdicht mit dem Gehäuse
verbunden werden kann, weist diese endseitig jeweils eine kreiszylindrische
Anlagefläche
auf, welche an einer korrespondierenden Ringfläche des Gehäuses anliegt und mit dieser
verbunden ist. Im Wesentlichen weist die Innenfläche des Gehäuses im Bereich der Druckkammer
beziehungsweise der Membran eine kreiszylindrische Form auf, sodass
bei Druckgleichheit zwischen Messraum und Druckraum die Membran
mit ihrem kreisrunden Ringabschnitt an der Innenfläche des
Gehäuses
anliegt.
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Zur
kostengünstigen
Produktion des Gehäuses
ist vorgesehen, dass dieses aus einem einstöckigen Rohr besteht. Als Werkstoff
sowohl für
das Gehäuse
als auch für
die Membran wird ein metallischer Werkstoff aufgrund der hohen Druckbelastungen
eingesetzt, wobei an die Anforderungen der Membran hinsichtlich
ihres Linearitätsfaktors
und Standzeit erhöhte
Anforderungen bestehen und somit hochwertige Materialien zum Einsatz
gelangen.
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Der
wesentliche Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin,
eine einfache Geometrie für
eine Membran aufzuzeigen, um eine sehr gute Linearität des Druckmittlers
zu erzielen, wobei auf eine übermäßige plastische
Verformung der innenliegenden Membran weitestgehend verzichtet und
stattdessen auf die Elastizität
von Teilflächen
von Sekantenabschnitten der Membran abgestellt wird, die infolge
ihrer Eigenelastizität
sowohl nach innen als auch nach außen elastisch zurückweichen
können.
Die Sekantenabschnitte verhindern eine Nullpunktabweichung nach
dem Reinigungsprozess bei 134°,
welcher durch die Volumenzunahme während der Temperaturerhöhung entsteht,
was jedoch bei Raumtemperatur nicht von Bedeutung wäre. Darüber hinaus
wird bei der einfachen Geometrie ein kostengünstiges Herstellungsverfahren
und insbesondere die Anfertigung einer einstückigen Version des Gehäuses ermöglicht.
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Die
Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren nochmals erläutert.
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Es
zeigt
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1 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Rohrdruckmittlers,
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2 einen
Schnitt gemäß der Verbindungslinie
A-A durch den Rohrdruckmittler gemäß 1,
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3 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsvariante
eines erfindungsgemäßen Rohrdruckmittlers
und
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4 einen
Schnitt gemäß der Verbindungslinie
A-A durch die zweite Ausführungsvariante.
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1 zeigt
in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Rohrdruckmittler 1,
welcher aus einem rohrförmigen
Gehäuse 2 mit
seitlichen Anschlussstutzen 3, 4 und einer Anschlussverschraubung 5 für ein nicht
dargestelltes Messgerät
besteht.
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Das
Gehäuse 2 besitzt
endseitig jeweils eine Eindrehung 6, 7, die zur
Aufnahme der Anschlussstutzen 3, 4 vorgesehen
sind. Der Durchmesser des Gehäuses 2 ist
so gewählt,
dass dieser geringfügig größer ausgebildet
ist als in den Anschlussstutzen 3, 4, damit zwischen
dem Gehäuse 2 und
einer innenliegenden Membran 8 ein Zwischenraum entsteht, der
als Druckkammer 9 zur Aufnahme eines Druckmediums vorgesehen
ist. Das Gehäuse 2 ist
hierbei durch eine Schweißnaht 10, 11 mit
den Anschlussstutzen 3, 4 verbunden, ungefähr in der
Mitte des Gehäuses 2 ist
eine Ausnehmung 12 vorhanden sowie eine Bohrung 13,
welche eine Verbindung zur Druckkammer 9 ermöglicht.
In der Ausnehmung 12 ist eine Anschlussverschraubung 5 eingesetzt
und ebenfalls mit dem Gehäuse 2 durch
eine Schweißnaht 14 verbunden.
Ein Druckkanal 15 mündet
in die Bohrung 13 und wird innerhalb der Anschlussverschraubung 5 fortgeführt, sodass
das Druckmedium einem Druckmessgerät zugeführt werden kann. Üblicherweise wird
das Druckmessgerät
unmittelbar durch eine Überwurfmutter 16 mit
der Anschlussverschraubung 5 verbunden.
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Die
Anschlussstutzen 3, 4 besitzen einen abgesetzten
Vorsprung 17, 18, der in der Eindrehung 6, 7 hinein
ragt. Stirnseitig weisen die Anschlussstutzen 3, 4 eine
Kontur 19 auf, die unter anderem auch zur Aufnahme eines
Dichtungsringes ausgebildet ist. Über nicht dargestellte Verschraubungen
kann das Gehäuse 2 über die
angeschweißten
Anschlussstutzen 3, 4 mit weiteren Rohrleitungen
verbunden werden, welche zum Transport des Messstoffes vorgesehen
sind.
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Die
Membran 8 beziehungsweise das Membranrohr weist einen Außendurchmesser
auf, der dem Innendurchmesser 20 der Anschlussstutzen 3, 4 entspricht.
Durch die ringförmige
Anlagefläche 21 der Membran 8 und
des Innendurchmessers 20 der Anschlussstutzen 3, 4 wird
eine gasdichte Verbindung geschaffen, wenn die Membran 8 mit
den Anschlussstutzen 3, 4 beispielweise verlötet wurde.
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Die
Membran 8 weist darüber
hinaus eine Sekantenfläche 22 auf,
die zu den Enden hin konisch geformt ausläuft. Durch die Sekantenfläche 22 wird die
Druckkammer 9 zwischen dem Gehäuse 2 und der Membran 8 einerseits
vergrößert und
andererseits kann sich die Sekantenfläche 22 elastisch in beide
Richtungen ungehindert bewegen, sodass eine Verformung im Wesentlichen
innerhalb der Sekantenfläche 22 stattfindet,
ohne dass eine Verformung des ringförmigen Abschnittes der Membran 8 eintritt.
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2 zeigt
in einer geschnittenen Darstellung entlang des Schnittes A-A den äußeren Ring
eines Anschlussstutzen 3, 4 sowie das Gehäuse 2 mit einem
inneren und äußeren Durchmesser.
Innerhalb des Gehäuses 2 befindet
sich die Membran 8, welche einen gegenüber dem Innendurchmesser des
Gehäuses 2 geringfügig reduzierten
Radius aufweist. Zwischen die Membran 8 und dem Gehäuse wird
insofern eine Druckkammer 9 ausgebildet, die besonders
groß hinter
den Sekantenflächen 22 ist.
Wie aus dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 ersichtlich, weist
die dargestellte Membran 8 zwei Sekantenflächen 22 auf,
die symmetrisch gegenüber
der Anschlussverschraubung 5 angeordnet sind und durch je
einen Sekantenabschnitt entstehen.
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3 zeigt
ebenfalls einen erfindungsgemäßen Rohrdruckmittler 30 in
einer teilweise geschnittenen Seitenansicht, der aus einem Gehäuse 2,
zwei Anschlussstutzen 3, 4 und einer Anschlussverschraubung 5 besteht.
Sämtliche
vorgenannten Komponenten des Rohrdruckmittlers 30 entsprechen der
Ausführungsvariante
gemäß 1.
Lediglich die innenliegende Membran 31 ist im Querschnitt
gesehen abweichend ausgebildet.
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Wie
aus 4, einem Schnitt entlang der Verbindungslinie
B-B aus 3 ersichtlich ist, sind die
Sekantenflächen 32 größer ausgebildet,
sodass die Druckkammer 9 hinter den Sekantenflächen 32 ein
vergrößertes Volumen
aufweist. Über
cirka 180 Grad besitzt die Membran 31 ein nahezu kreisringförmiges Profil,
während
die beiden Sekantenflächen 32 cirka
50% des Umfanges einnehmen.
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- 1
- Rohrdruckmittler
- 2
- Gehäuse
- 3
- Anschlussstutzen
- 4
- Anschlussstutzen
- 5
- Anschlussschraube
- 6
- Eindrehung
- 7
- Eindrehung
- 8
- Membran
- 9
- Druckkammer
- 10
- Schweißnaht
- 11
- Schweißnaht
- 12
- Ausnehmung
- 13
- Bohrung
- 14
- Schweißnaht
- 15
- Druckkanal
- 17
- Vorsprung
- 18
- Vorsprung
- 19
- Kontur
- 20
- Innendurchmesser
- 21
- Anlagefläche
- 22
- Sekantenfläche
- 30
- Rohrdruckmittler
- 31
- Membran
- 32
- Sekantenfläche