DE20320540U1

DE20320540U1 - Pressure signal transmission device has connection to pressure vessel leading to chamber with membrane and pressure fluid connected to pressure sensing instrument

Info

Publication number: DE20320540U1
Application number: DE20320540U
Authority: DE
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2003-09-08
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2013-09-09

Abstract

The pressure signal transmission device has a connection (22,23) to a pressure vessel e.g. for a chemical process. The channel (21) leading from the pressure vessel enters a chamber under a membrane (30). Pressure fluid on the other side of the membrane is connected via a channel (11) to a screw connection (17) and a pressure sensing instrument. The membrane holder (10) and the lower part (20) connected to the pressure vessel are welded together (24).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckmittler zur hydraulischen Übertragung eines Mediendrucks. Druckmittler umfassen gewöhnlich eine mit einem Mediendruck beaufschlagbare Trennmembran und einen Druckmittlerkörper mit einem Membranträgerkörper, der eine Membranträgerfläche aufweist, mit der die Trennmembran entlang mindestens einer ersten umlaufenden Naht verbunden ist, wobei zwischen der Trennmembran und der Membranträgerfläche eine Druckkammer ausgebildet ist, die mit einem hydraulischen Pfad kommuniziert, der sich von der Druckkammer durch den Membranträgerkörper zu einer zweiten Oberfläche erstreckt. Weiterhin umfaßt der Druckmittlerkörper einen Prozeßanschlußkörper, der eine Medienöffnung aufweist, durch welche die Trennmembran mit einem Medium beaufschlagbar ist, wobei der Prozeßanschlußkörper die Trennmembran überdeckt und mit dem Membranträgerkörper druckdicht verbunden ist. Die druckdichte Verbindung zwischen dem Membranträgerkörper und dem Prozeßanschlußkörper wird idealerweise durch eine Schweißnaht realisiert, jedoch ist diese Lösung bisher nicht für alle Varianten von Druckmittlern verfügbar. Insbesondere bei Druckmittlern für hohe Temperaturen und hohe Drücke lassen die bisherigen Alternativen zu wünschen übrig. So weist beispielsweise der Membrandruckmittler der Standardbauart PN 250 Typ 990.10 der Firma WIKA eine Verschraubung mit acht Bolzen zwischen dem Membranträgerkörper und dem Prozeßanschlußkörper auf. Dies ist insofern nachteilhaft, als der Montageaufwand sehr groß ist. Zudem nehmen die Bolzen bzw. der Randbereich des Druckmittlers, durch den die Bolzen geführt sind, den größten Teil der Querschnittsfläche des Druckmittlers ein. Dies bedeutet, daß bei einer vorgegebenen Baugröße des Druckmittlers nur eine vergleichsweise kleine Trennmembran eingesetzt werden kann. Kleine Trennmembranen bewirken jedoch ein verhältnismäßig großen temperaturabhängigen Druckmeßfehler, da zur Aufnahme eines bestimmten temperaturabhängigen Volumens der Übertragungsflüssigkeit in der Druckkammer unter der Trennmembran, die Trennmembran stärker verformt werden muß.The The present invention relates to a diaphragm seal for hydraulic transmission a media print. Diaphragm seals usually include one with media pressure pressurized separating membrane and a diaphragm seal with a membrane support body, the has a membrane support surface, with which the separation membrane along at least a first circumferential Seam is connected, with a between the separating membrane and the membrane support surface Pressure chamber is formed, which communicates with a hydraulic path, which extends from the pressure chamber through the membrane support body to a second surface. Also includes the diaphragm seal body a process connection body, the has a media opening, through which the separating membrane can be acted upon by a medium, the process connection body the Separation membrane covered and pressure-tight with the membrane carrier body connected is. The pressure-tight connection between the membrane support body and the process connection body ideally by a weld realized, but this solution is not yet for all types of diaphragm seals available. Especially with diaphragm seals for high Temperatures and high pressures the previous alternatives leave something to be desired. For example the diaphragm seal of the standard type PN 250 type 990.10 from the company WIKA a screw connection with eight bolts between the membrane carrier body and the process connection body. This is disadvantageous in that the assembly effort is very large. moreover take the bolts or the edge area of the diaphragm seal through which the bolts led are most of the Cross sectional area of the diaphragm seal. This means that for a given size of the diaphragm seal only a comparatively small separation membrane can be used. Small separating membranes, however, cause a relatively large temperature-dependent pressure measurement error, since to take up a certain temperature-dependent volume of the transmission liquid in the pressure chamber under the separation membrane, the separation membrane deformed more must become.

Andererseits war es bisher nicht möglich, verschweißte Druckmittler für hohe Drücke herzustellen, bei denen die Trennmembranen einen größeren Teil der Querschnittsfläche des Druckmittlers einnehmen, weil das Verschweißen mit einer hinreichend starken Schweißnaht die Trennmembran zerstört hat.on the other hand it was previously not possible to use welded diaphragm seals for high pressures to manufacture, in which the separating membranes a larger part the cross-sectional area of the diaphragm seal, because the welding with a sufficiently strong Weld the separation membrane destroyed Has.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Druckmittler bereitzustellen, der die Nachteile des Stands der Technik überwindet.It is therefore the object of the present invention a diaphragm seal to provide, which overcomes the disadvantages of the prior art.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Druckmittler gemäß Patentanspruch 1. Der erfindungsgemäße Druckmittler umfaßt eine Trennmembran und einen Druckkörper mit einem Membranträgerkörper, der eine Membranträgerfläche aufweist, mit der die Trennmembran entlang mindestens einer ersten umlaufenden Naht verbunden ist, wobei zwischen der Trennmembran und der Membranträgerfläche eine Druckkammer ausgebildet ist, die mit einem hydraulischen Pfad kommuniziert, der sich von der Druckkammer durch den Membranträgerkörper zu einer zweiten Oberfläche erstreckt; und einen Prozeßanschlußkörper, der eine Medienöffnung aufweist, durch welche die Trennmembran mit einem Medium beaufschlagbar ist, wobei der Prozeßanschlußkörper die Trennmembran überdeckt und mit dem Membrankörper entlang einer zweiten umlaufenden Naht druckdicht verschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite umlaufende Naht außerhalb der Ebene der ersten umlaufenden Naht verläuft.The The object is achieved by the diaphragm seal according to claim 1. The diaphragm seal according to the invention comprises a separating membrane and a pressure body with a membrane support body, the has a membrane support surface, with which the separation membrane along at least a first circumferential Seam is connected, with a between the separating membrane and the membrane support surface Pressure chamber is formed, which communicates with a hydraulic path, extending from the pressure chamber through the membrane support body to a second surface; and a process connector body that a media opening has, through which the separating membrane can be acted upon by a medium is, the process connection body Separation membrane covered and with the membrane body is welded pressure-tight along a second circumferential seam, characterized in that the second circumferential seam outside the level of the first circumferential seam.

In einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Membranträgerkörper einen zentralen Vorsprung, der von einem umlaufenden Randbereich umgeben ist, und der gegenüber dem Randbereich hervorsteht, wobei der Vorsprung die Membranträgerfläche mit der ersten Naht umfaßt, und die zweite Naht in dem Randbereich verläuft.In In a currently preferred embodiment, the membrane carrier body comprises one central projection, which is surrounded by a peripheral edge area is, and the opposite protrudes from the edge area, the projection also having the membrane support surface the first seam includes and the second seam runs in the edge area.

Weiterhin erweist es sich als zweckmäßig, wenn der Randbereich zwischen der ersten und der zweiten Naht einen ersten konkaven Abschnitt aufweist. Unter einem konkaven Abschnitt ist ein Abschnitt zu verstehen, der in radialer Richtung ein konkaves Profil aufweist. So kann der erste konkave Abschnitt beispielsweise einen umlaufenden Graben umfassen, wobei die Sohle des Grabens einen größeren Abstand von der Ebene der ersten Naht aufweist als die zweite Naht. Ein solcher Graben gewährleistet, daß der Wärmeleitungspfand zwischen der zweiten Naht und der ersten Naht nicht direkt verläuft, sondern um den Graben. Auf diese Weise ist die erste Naht von der Hitze geschützt, die beim Erzeugen der zweiten Naht auftritt.Farther it proves useful if the edge area between the first and the second seam a first has concave portion. Below is a concave section to understand a section that is a concave in the radial direction Has profile. For example, the first concave section comprise a circumferential trench, the bottom of the trench being one greater distance from the plane of the first seam than the second seam. On such a ditch ensures that the Heat conduction pledge does not run directly between the second seam and the first seam, but instead around the ditch. This way the first seam is from the heat protected, that occurs when the second seam is created.

Der erste konkave Abschnitt weist in radialer Richtung vorzugsweise zumindest abstandsweise ein gerundetes Profil auf. Das gerundete Profil bewirkt, daß in seinem Bereich keine Kerbspannungen auftreten können.The first concave section preferably faces in the radial direction at least from time to time a rounded profile. The rounded one Profile causes in no notch stresses can occur in its area.

Gleichermaßen ist es derzeit bevorzugt, daß die der Trennmembran zugewandte Oberfläche des Prozeßanschlußkörpers zumindest abschnittsweise in radialer Richtung ein gerundetes konkaves Profil aufweist.Is alike it is currently preferred that the at least the surface of the process connection body facing the separating membrane has a rounded concave profile in sections in the radial direction.

Die erste Naht umfaßt eine Metallische Fügung, die beispielsweise als Lotnaht, Hartlotnaht oder als Schweißnaht ausgebildet ist.The includes first seam a metallic joint, which are designed, for example, as a solder seam, braze seam or as a weld seam is.

Derzeit ist es bevorzugt, die zweite Naht als zweilagige Schweißnaht auszuführen. Hierzu wird zunächst der Membranträgerkörper mit dem Prozeßanschlußkörper mit einer energiearmen umlaufenden geschlossenen Schweißnaht verbunden. Diese Schweißnaht dient unter anderem als thermische Abschirmung des Innenraums des Druckmittlerkörpers gegen die Wärme, die beim Anbringen der zweiten Lage der tragenden Schweißnaht auftritt. Bei Druckmittlern für hohe Drücke, beispielsweise 400 bar, bzw. 700 bar kann die zweite Naht eine Elektronenstrahlschweißnaht mit einer Stärke von beispielsweise 8 mm umfassen.Currently it is preferred to design the second seam as a two-layer weld. For this will first the membrane carrier body with the process connection body with connected to a low-energy all-round closed weld. This weld serves, among other things, as a thermal shield for the interior of the Diaphragm seal against the heat, that occurs when attaching the second layer of the load-bearing weld. For diaphragm seals for high pressures, For example, 400 bar or 700 bar, the second seam can be an electron beam weld a strength of, for example, 8 mm.

Die erfindungsgemäß gefertigten Druckmittler sind geeignet, die Druckkräfte zu erhalten, die auch bei großen Membrandurchmessern von mindestens 40 mm, vorzugsweise 50 mm bei Nenndrücken von mindestens 100 bar, vorzugsweise mindestens 150 bar, bzw. für Hochdruckanwendungen bei mindestens 400 bar oder vorzugsweise mindestens 700 bar auftreten. Bei einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung beträgt der Membrandurchmesser 58 mm, wobei der Druckmittler den genannten Drücken standhält.The manufactured according to the invention Diaphragm seals are suitable to maintain the pressure forces, which are also at huge Diaphragm diameters of at least 40 mm, preferably 50 mm nominal pressures of at least 100 bar, preferably at least 150 bar, or for high pressure applications occur at at least 400 bar or preferably at least 700 bar. In a currently preferred embodiment, the membrane diameter is 58 mm, whereby the diaphragm seal withstands the pressures mentioned.

Die zweite Oberfläche, zu der sich der hydraulische Pfad erstreckt kann beispielsweise eine Wand einer Meßzellenkammer sein, die in dem Membranträgerkörper oder von diesem abgesetzt ausgebildet sein kann. Gleichermaßen kann die zweite Oberfläche den Anschluß für einen weiteren hydraulischen Pfad umfassen, der mit dem ersten Hydraulischen Pfad kommuniziert. Der zweite hydraulische Pfad kann beispiesweise eine Kapillarleitung umfassen.The second surface, to which the hydraulic path extends, for example a wall of a measuring cell chamber be in the membrane support body or can be formed away from this. Likewise, can the second surface the connection for one include another hydraulic path that with the first hydraulic Path communicates. For example, the second hydraulic path comprise a capillary.

Die Erfindung wird nun anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen erläutert.The Invention is now based on the embodiments shown in the figures explained.

Es zeigt:It shows:

1: Eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Druckmittlers mit teilweise freigelegtem Längsschnitt; und 1 : A side view of a diaphragm seal according to the invention with a partially exposed longitudinal section; and

2: eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Druckmittlers. 2 : A side view of a second embodiment of a diaphragm seal according to the invention.

Der in 1 gezeigte Druckmittler umfaßt einen Membranträgerkörper 10, einen Prozeßanschlußkörper 20 und eine Trennmembran 30. Die genannten Bauteile weisen im wesentlichen eine axiale Symmetrie auf. Der Membranträgerkörper 10 weist eine Stirnfläche 14 auf, in der ein Membranbett 13 ausgebildet ist. Über dem Membranbett 13 ist eine Trennmembran 30 angeordnet, die mit ihrem randumlaufend mit einer ersten Naht mit der Stirnfläche 14 verschweißt ist. Zwischen der Trennmembran 30 und dem Membranbett 13 ist eine Druckkammer ausgebildet, von der sich ein Druckkanal 11 zu einer Sensorkammer 12 im Druckmittlerkörper erstreckt. In der Drucksensorkammer 12 kann ein beliebiger Drucksensor, beispielsweise ein piezoresistiver Drucksensor oder ein kapazitiver Drucksensor angeordnet sein, wobei der Drucksensor mittels eine Fixiervorrichtung, die im Beispiel als Fixierschraube 17 ausgestaltet ist, befestigt ist. Zum Anschluß an einen Prozeß umfaßt der Druckmittler einen Prozeßanschlußkörper 20, der mit dem Membranträgerkörper entlang einer umlaufenden Schweißnaht 24 druckdicht verschweißt ist. Die umlaufende Schweißnaht 24 ist dabei so positioniert, daß die bei ihrer Erzeugung auftretende Wärmestrahlung die Trennmembran 30 und deren Schweißverbindung zum Membranträgerkörper nicht zerstören kann. Im Einzelnen wird dies folgendermaßen gewährleistet:The in 1 Diaphragm seal shown comprises a membrane carrier body 10 , a process connection body 20 and a separation membrane 30 , The components mentioned essentially have an axial symmetry. The membrane support body 10 has an end face 14 on in which a membrane bed 13 is trained. Above the membrane bed 13 is a separating membrane 30 arranged with its circumferential edge with a first seam with the end face 14 is welded. Between the separation membrane 30 and the membrane bed 13 a pressure chamber is formed, from which there is a pressure channel 11 to a sensor chamber 12 extends in the diaphragm seal body. In the pressure sensor chamber 12 Any pressure sensor, for example a piezoresistive pressure sensor or a capacitive pressure sensor, can be arranged, the pressure sensor using a fixing device, which in the example is a fixing screw 17 is designed, is attached. The diaphragm seal comprises a process connection body for connection to a process 20 with the membrane carrier body along a circumferential weld 24 is welded pressure-tight. The all-round weld seam 24 is positioned so that the heat radiation that occurs when it is generated separates the membrane 30 and cannot destroy their welded connection to the membrane carrier body. In detail, this is guaranteed as follows:

Die Membranträgerfläche 14 ist auf einem zentralen axialen Vorsprung 15 angeordnet, der von einem umlaufenden Randbereich 16 umgeben ist. Der Prozeßanschlußkörper 20 weist auf seine den Membranträgerkörper 10 zugewandten Stirnfläche einen axial hervorstehenden umlaufenden Rand 25 auf, der mit dem umlaufenden Randbereich 16 des Membranträgerkörpers 10 fluchtet und auf diesen aufsetzt. Die Mantelfläche des Druckmittlerkörpers weist eine umlaufende Nut auf, in welcher die Ebene der Schweißnaht zwischen dem Membranträgerkörper 10 und dem Prozeßanschlußkörper 20 verläuft. Die Schweißnaht kann zweilagig ausgeführt sein, wobei zuerst in einer ersten Lage die beiden Körper miteinander druckdicht verschweißt werden, ohne daß die Schweißnaht großen Prozeßdrücken standhalten würde. Diese erste Lage dient im wesentlichen dazu, die Körper zueinander zu fixieren und eine Abschirmung des Innenraumes des Druckmittlers mit der Trennmembran 30 gegen die Wärmestrahlung zu bilden, die beim Erzeugen der drucktragenden zweiten Lage der Schweißnaht 24 auftritt. Ein weiterer Schutz der Trennmembran 30 vor der beim Schweißen auftretenden Wärmestrahlung ergibt sich auch durch einen geometrischen Abschaltungseffekt durch die Mantelfläche des axialen Vorsprungs 15. Weiterhin ist zur Vermeidung von direkter Wärmeleitung zwischen der Schweißnaht 24 und der Trennmembran 30 im Randbereich 16 des Membranträgerkörpers 10 ein Graben ausgebildet, welcher der Wärmeleitung entgegensteht.The membrane support surface 14 is on a central axial protrusion 15 arranged by a peripheral edge area 16 is surrounded. The process connection body 20 points to its the membrane support body 10 facing end face an axially protruding peripheral edge 25 on that with the peripheral edge area 16 of the membrane carrier body 10 escapes and touches it. The outer surface of the diaphragm seal body has a circumferential groove in which the plane of the weld seam between the diaphragm support body 10 and the process connection body 20 runs. The weld seam can be made in two layers, with the two bodies first being welded together in a pressure-tight manner in a first layer, without the weld seam being able to withstand high process pressures. This first layer essentially serves to fix the bodies to one another and to shield the interior of the diaphragm seal with the separating membrane 30 to form against the heat radiation that occurs when the pressure-bearing second layer of the weld seam is generated 24 occurs. Another protection of the separation membrane 30 before the thermal radiation occurring during welding, there is also a geometric shutdown effect due to the lateral surface of the axial projection 15 , Furthermore, to avoid direct heat conduction between the weld 24 and the separation membrane 30 at the edge 16 of the membrane carrier body 10 a trench is formed which opposes the heat conduction.

Der Prozeßanschlußkörper 20 weist ansonsten einen Prozeßanschlußstopfen 23 mit einem Schraubgewinde auf seiner Mantelfläche auf, mit dem der Prozeßanschlußkörper in eine Prozeßleitung geschraubt werden kann. Zum Einsatz eines geeigneten Werkzeugs ist oberhalb des Prozeßanschlußstopfens 22 eine Kontur, beispielsweise ein Sechskant vorgesehen. Von der Stirnseite des Prozeßanschlußstopfens erstreckt sich eine als Bohrung 21 ausgebildete Medienöffnung in das Innere des Druckmittlers, durch welche die Trennmembran 30 mit einem Prozeßmedium beaufschlagbar ist.The process connection body 20 otherwise has a process plug 23 with a screw thread on its outer surface, with which the process connection body can be screwed into a process line. To use a suitable tool is above the process connection plug 22 a contour, for example a hexagon, is provided. One extends from the end face of the process connection plug as a bore 21 trained media opening into the interior of the diaphragm seal, through which the separating membrane 30 can be acted upon with a process medium.

2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckmittlers, die im wesentlichen den gleichen Aufbau hat wie der Druckmittler aus 1. Daher werden auch folgend nur die Unterschiede erläutert. Der Druckmittler in 2 weist einen abgewandelten Membranträgerkörper, 18 auf, welcher keine Sensorkammer umfaßt. Stattdessen ist eine durchgehende Druckleitung 19 vorgesehen, welche sich bis zu einem Anschlußgewinde für eine Kapillarleitung erstreckt. 2 shows a modified embodiment of the diaphragm seal according to the invention, which has essentially the same structure as the diaphragm seal 1 , Therefore, only the differences are explained below. The diaphragm seal in 2 has a modified membrane carrier body, 18 which does not include a sensor chamber. Instead there is a continuous pressure line 19 provided which extends up to a connection thread for a capillary.

Weitere Abwandlungen und Ausgestaltungen des erfinderischen Druckmittlers ergeben sich für den Fachmann in naheliegender Weise ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen.Further Modifications and refinements of the inventive diaphragm seal arise for the skilled person in an obvious manner without the essence of the invention departing.

Im Ergebnis offenbart die vorliegende Erfindung einen Druckmittler, der bei gegebenen äußeren Dimensionen einen maximalen Membrandurchmesser und somit einen minimalen Temperaturfehler aufweist. Zudem erweist der erfindungsgemäße Druckmittler eine erhöhte Temperaturfestigkeit, beispielsweise bis zu 400 Grad Celsius, da keine temperaturanfälligen Dichtelemente zwischen dem Membranträgerkörper und dem Prozeßanschlußkörper mehr erforderlich sind.in the Result, the present invention discloses a diaphragm seal, of given external dimensions a maximum membrane diameter and thus a minimum temperature error having. In addition, the diaphragm seal according to the invention has increased temperature resistance, for example up to 400 degrees Celsius, since there are no temperature-sensitive sealing elements between the membrane support body and the process connection body more required are.

Claims

Diaphragm seal, comprising: a separating membrane ( 30 ); and a diaphragm seal body with a membrane support body ( 10 ), which has a membrane support surface ( 14 ) with which the separating membrane ( 30 ) is connected along at least a first circumferential seam, a pressure chamber being formed between the separating membrane and the membrane support surface, which pressure chamber is connected to a hydraulic path ( 11 ), communicates; extending from the pressure chamber through the membrane support body to a second surface; and a process connection body ( 20 ) opening a media ( 21 ) through which the separating membrane ( 30 ) can be acted upon with a medium, the process connection body ( 10 ) the separating membrane ( 30 ) covered and with the membrane support body ( 10 ) along a second circumferential seam ( 24 ) is welded pressure-tight, characterized in that the second circumferential seam ( 24 ) runs outside the plane of the first circumferential seam.

Diaphragm seal according to claim 1, wherein the membrane support body central projection includes the is surrounded by a circumferential edge area, and opposite to the The edge area protrudes, the protrusion along with the membrane support surface the first seam includes and the second seam runs in the edge area.

Diaphragm seal according to claim 1 or 2, wherein the edge region a first concave section between the first and the second seam having.

Diaphragm seal according to claim 3, wherein the first concave Section has a circumferential trench, the circumferential Bottom of the trench a greater distance from the plane of the first seam than the second seam.

Diaphragm seal according to claim 3 or 4, wherein the first concave section in the radial direction at least in sections has a rounded profile.

Diaphragm seal according to one of the preceding claims, wherein at least one surface of the process connection body facing the separating membrane A rounded concave profile in sections in the radial direction having.

Diaphragm seal according to one of the preceding claims, wherein the nominal pressure of the diaphragm seal is at least 100 bar, preferably at least Is 150 bar.

Diaphragm seal according to one of the preceding claims, wherein the nominal pressure of the diaphragm seal is at least 400 bar, preferably at least Is 700 bar.

Diaphragm seal according to one of the preceding claims, wherein the separation membrane preferably has a diameter of at least 40 mm has at least 50 mm.