DE2656898C3 - Meßwertumformer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwertumformer, insbesondere einen Differenzdruc! jmformer, mit einem ) > einseitig in einen Druckraum hereinreichenden Waagebalken, der mit einem im Druckraum angeordneten Meßwerk in Wirkverbindung steht und von diesem in einer durch seine Längsachse laufenden Betätigungsebene hin- und herbewegbar ist, mit einer am Rand des Druckraumes eingespannten Durchführungsmemebran, die sowohl das Schwenklager für den Waagebalken als auch die Abdichtung des Druckraumes gegenüber dem Außenraum bildet und mit mindestens einer ringförmigen Sicke zur Erhöhung der Elastizität versehen ist. 4

Es ist bekannt, bei kraftkompensierten Differenzdruckumformern die durch ein Meßwerk erzeugte Meßkraft aus dem Druckraum über einen in der Art eines Waagebalkens ausgebildeten Hebel herauszuführen, der an der Austrittsstelle gegenüber dem Druckraum durch eine in der Regel als Durchführungsmembran ausgebildete Biegewand abgedichtet ist. Die bekannten Anordnungen (US-PS 39 39 712) sehen zu diesem Zweck kreisrunde Membranen vor, die in der Mitte dicht an dem Waagebalken und am Außenrand mit einem Flansch gegen das Gehäuse des Umformers gespannt sind. Diese Membran dichtet dabei den Druckraum gegen die Atmosphäre ab, nimmt die statischen Druckkräfte auf und bildet den Lagerpunkt für den Waagebalken, der ein Düsenprallplattensystem betätigt, so daß abhängig von dem Differenzdfück an der im Druckraum angeordneten Doppelmembran, die als Meßwerk fungiert, ein bestimmter Ausgangsdruck erzielt werden kann. Es sind auch Meßwertumformer Her eingangs genannten Art bekannt (DE-OS 23 06 830), fti die einen in einen ersten Druckraum hereinragenden und von einer Meßmembran betätigten Waagebalken aufweisen. Die von einer Druckdifferenz beaufschlagte Meßmembran unterteilt dabei einen Raum in den ersten und einen weiteren Druckraum. Der Waagebalken betätigt ein Düsen-Prallplattensystem. Er wird über eine mit einer Sicke versehene Durchführungsmembran aus dem ersten Druckraum herausgeführt Auch hier dient die Durchführungsmembran als Lagerstelle für den Waagebalken. Es ist schließlich auch bekannt, ähnliche Anordnungen für Differenzdruckumformer zu wählen (Foxboro Technical Information 39-13e v. 1 11.1968), bei denen der durch ein pneumatisch wirkendes Meßwerk bedingte Ausschlag des Waagebalkens ein elektrisches Signal erzeugt Auch bei diesen Ausführungen ist aber eine Durchführungsmembran vorgesehen, die den Druckraum gegenüber Atmosphäre abdichtet und gleichzeitig als Lagerpunkt für den Waagebalken dient.

Wegen der Doppelfunktion dieser Durchführungsmembranen treten im allgemeinen Schwierigkeiten sowohl bei der Herstellung als auch beim Einbau auf. Das ist teils darauf zurückzuführen, daß die druckbedingte Beanspruchung solcher Membranen sehr hoch ist, die Membranen aber trotzdem die notwendige Elastizität aufweisen müssen, um eine Übertragung ohne Meßfehler bewirken zu können. Das führt dazu, daß solche Durchführungsmembranen in ihrem Durchmesser nicht beliebig klein gewählt werden können, so daß die auf sie uid auf die Waagebalkenanordnung wirkenden Druckkräfte wegen der relativ großen Membranfläche auch relativ groß sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertumformer, insbesondere Differenzdruckumformer, zu schaffen, dessen Durchführungsmembran unter Beibehaltung ihrer elastischen Eigenschaften die durch Druckkräfte ausgelösten Belastungen gut aufnehmen kann. Die Erfindung besteht bei einem Meßwertumformer der eingangs genannten Art darin, daß die ringförmige Sicke, in der Draufsicht gesehen, ein Oval bildet, dessen längere Ausdehnung in Richtung der Betätigungsebene des Waagebalkens gelegt ist. Es hat sich gezeigt, daß durch diese Ausgestaltung die Membran in Richtung der Betätigungsebene die gleichen oder nahezu die gleichen elastischen Eigenschaften aufweisen kann, daß sie aber in der dazu senkrechten Richtung wesentlich stabiler gestaltet ist und so auch insgesamt den auf sie wirkenden Druckkräften besser standhalten kann. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist es möglich und zweckmäßig, die Durchführungsmembran jeweiis bis zum Rand der Sicke fest am Rand des Druckraumes einzuspannen, so daß die gesamte druckbeaufschlagte Fläche der Membran wesentlich geringer wird, ohne daß jedoch die für die Funktion des Meßwertumformers notwendige Nachgiebigkeit in Betätigungsrichtung des Waagebalkens beeinflußt wird. Die Durchführungsmembran des erfindungsgemäßen Meßwertumformers kann daher — im Vergleich zum Stand der Technik — bei gleichen Drücken eine höhere Lebensdauer aufweisen, da ihre Belastung geringer wird, oder sie kann höheren Drücken ausgesetzt werden.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

Fig. I einen Schnitt durch eine schematische Darstellung eines Meßwertumformers,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch die schematische Darstellung der Fig. 1 längs der Linie H-Il,

Fig. 3 die vergrößerte Darstellung eines Schnittes durch den F.inbaubereich der Durchführungsmembran

der Fig. 1 und2,

Fig.4 die Ansicht der Durchführungsmembran der Fig. 3 von unten und

Fig.5 den Schnitt durch die Anordnung der Fig.3 und 4 längs der Linie V-V.

In den F i g. 1 und 2 ist ein Differenzdruckumformer schematisch dargestellt, bei dem innerhalb eines durch eine Membran 1 getrennten Druckgehäuses 2 zwei Druckräume 3 und 4 gebildet sind, die jeweils mit verschiedener Eingangsdrücken £Ί, £2 beaufschlagbar sind. Mit der Membran 1 in Wirkverbindung steht ein Waagebalken 5, der aus dem Druckraum 3 nach außen herausgeführt ist und mit seinem oberen Ende, an dem eine Prallplatte 6 angeordnet ist, mit einer Düse 7 zusammenwirkt, die den Druck in einem den Ausgangsdruck A bestimmenden Raum 8 bestimmt, der gleichzeitig mit dem Zuluftdruc'x Pbeaufschlagt ist

Der Waagebalken 5 ist an der Durchirittsstelle durch das Gehäuse 2, das zur Einspannung der Membran 1 im übrigen aus zwei Teilen bestehen kann, mit einer Durchführungsmembran 9 fest verbunden, die den unleren Teil 5a des Waagebalkens 5 von dem oberen Teil 5b trennt. Diese Durchführungsmembi an 9, deren Form im einzelnen noch beschrieben werden wird, dient gleichzeitig als Lagerung und als Schwenkachse für den Waagebalken 5, wenn dieser von der Membran 1 in Richtung der Pfeile 10 in der Zeichenebene, die in F i g. 1 seine durch die Längsachse gehende Betätigungsebene darstellt, hin- und herbewegt wird. Bei dieser Bewegung wird die Düse 7 mehr oder weniger verschlossen, so daß in Abhängigkeit von der Differenz der Eingangsdrücke E], Ei der Ausgangsdruck A verändert wird. Wie aus F i g. 2 im übrigen hervorgeht, besitzt der Waagebalken 5 an seinem oberen Teil 5b ein das Ende überbrückendes Joch 11, das ebenso wie die Teile 7, 8 und 5b innerhalb des Gehäuseteiles 12 angeordnet ist. Dieses Joch 11 steht mit zwei schmalen Metallbändern 13 in Verbindung, die parallel zur Achse des Waagebalkens 5 verlaufen und am Boden des Gehäuseteiles 12 angelenkt sind. Diese Bänder nehmen die vom statischen Druck im Raum 3 ausgeübten Axialkräfte im wesentlichen auf, die den Waagebalken 5 nach oben zu schieben versuchen, wenn der Druck im Raum 3 höher ist als der Druck innerhalb des Gehäuseteiles 12. Da im Gehäuseteil 12 im allgemeinen der Atmosphärendruck herrscht, treten beim Betrieb des Meßwertumformers die nach oben gerichteten Axialkräfte auf, die durch die Bänder 13 aufgenommen werden können.

Aus den Fig.3 b>s 5 geht hervor, daß die Durchführungsmembran 9 eine Sicke 14 aufweist, die nicht kreisrund ausgebildet ist, sondern die Form eines Ovals aufweist, dessen größere Längsachse in Richtung der Betätigungsebene 15 gelegt ist, die in F i g. 4 mit der Schnittlinie IfI-ITI zusammenfällt. Es ist natürlich auch möglich, die Form der Sicke 14 elliptisch auszubilden. Die Membran 9 ist an ihrem Rand in der Durchführungsöffnung 16 eingespannt, die, wie mit ausgezogenen Linien angedeutet ist, kreisrund ausgebildet sein kann, oder, wie mit den gestrichelten Linien 17 angedeutet, sich dem ovalen Verlauf der Sicke 14 anpassen kann. Im ersten Fall sind die auf die Membran 9 wirkenden Druckkräfte genauso groß wie bei bekannten Ausführungen. Durch die ovale Ausbildung der Sicke ergibt sich jedoch eine wesentliche Versteifung der Membran 9 in der zu der Betätigungsebene 15 senkrechten Richtung, so daß die Membran 9 wesentlich stabiler ist, obwohl sie in Richtung der Betätigungsebene 15 die gleichen Elastizitätseigenschaften aufweist, wie die bekannten Membranen. Im zwei-^i Fall, in dem die Einspannung der Kontur 17 feig! ist auch die verbleibende freie Fläche der eingespannten Membran kleiner, weil die beiden sich zwischen den Konturen 16 und 17 jeweils ergebenden sichelförmigen Bereiche entfalten. Die aufgrund des statischen Druckes im Raum 3 auf die Membran 9 wirkenden Kräfte sind daher wesentlich geringer. In diesem Fall wird zusätzlich eine geringere Belastung der Membran erreicht, ohne daß jedoch die freie Bewegung des Waagebalkens 5 in Richtung der Betätigungsebene 15 beeinflußt wird. Auch die Belastung der Bänder 13 kann dadurch geringer werden.

Die Membran .selbst kann vor der Montage mechanisch oder hydraulisch vorgeprägt werden und dann mit einem Ring verschweißt werden, der entweder die der Kontur 17 entsprechenden Langloch oder Ovalform aufweist oder der Kontur 16 folgend kreisrund ist. Dieser Ring, der in der Fi g. 3 bis 5 mit 18 bezeichnet ist, wird dann in geeigneter Weise in das Gehäuse 2 eingesetzt. Dabei kann die Ausbeulung der SiC-ke 14 entweder, wie gezeichnet, vom Druckraum 3 weggerichtet sein, sie kann aber auch entgegengesetzt angeordnet sein. Da der Ring an die Membran angepaßt werden kann, wird es möglich, die bei Wechsellast im allgemeinen auftretende schädliche Biegespannung stark zu reduzieren, bzw. in Zug- oder Druckspannung umzuwandeln.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Meßwertumformer, insbesondere Differenzdruckumformer, mit einem einseitig in einen Druckraum hineinreichenden Waagebalken, der mit > einem im Druckraum angeordneten Meßwerk in Wirkverbindung steht und von diesem in einer durch seine Längsachse laufenden Betätigungsebene hin- und herbewegbar ist, mit einer am Rand des Druckraumes eingespannten Durchführungsmem- m bran, die sowohl das Schwenklager für den Waagebalken als auch die Abdichtung des Druckraumes gegenüber dem Außenraum bildet und mit mindestens einer ringförmigen Sicke zur Erhöhung der Elastizität versehen ist, dadurch gekenn- '.-> zeichnet, daß die ringförmige Sicke (14) — in der Draufsicht gesehen — ein Oval bildet, dessen längere Ausdehnung in Richtung der Betätigungsebene (15) des Waagebalkens (5) gelegt ist.

2. Meßwertumformer nach Ansprach 1, dadurch ?» gekennzeichnet, daß das Oval eine Ellipse ist.

3. Meßwertumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführungsmembran (9) jeweils bis zum Rand der Sicke (14) fest am Rand des Druckraumes (3) eingespannt ist. r>

4. Meßwertumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, ds.3 die Durchführungsmembran (9) in einen gesonderten Ring (18) eingesetzt ist.