DE2911349C2 - Unterdruckschutzvorrichtung und -verfahren für einen Wirkdruckgeber - Google Patents

Description

mens zwischen den Trennmembranen eines Wirkdruckgebers ermöglichen. Die Vorrichtung soll dabei auch automatisch rückstellbar sein.

Die genannte Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 und im Patentanspruch 16 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß ist ein vergleichsweise steifer oder starrer Wirkdruckwandler, der durch eine inkompressible Flüssigkeit und weiche, flexible Trennmembranen richtung in ihrer Nullstellung, in welcher sowohl die Feder als auch der Balgen unter Zugspannung stehen.

F i g. 1 veranschaulicht in Teilschnittdarstellung einen üblichen Wirkdruckgeber bzw. -Übertrager 10 mit einem elektrischen Druckwandler 12 und einer Überdruckschutzvorrichtung 14.

Der Aufbau des Wirkdruckgebers 10 ist an sich bekannt und braucht daher nur allgemein beschrieben zu werden, um eine Grundlage für das Verständnis der

gegenüber der Umgebung getrennt ist, vor Überdrük- io Überdruckschutzvorrichtung 14 zu bieten. Der Wirk

ken, d. h. Druckbereichsüberschreitungen, durch einen einzigen, vorbelasteten Balgen geschützt, der durch ein vorbelastetes Anschlagmittel, vorzugsweise mit einer vorbelasteten oder vorgespannten mechanischen Feder, begrenzt ist Der parallel zum Wandler angeordnete Balgen verbleibt in einem unausgelenkten Zustand, solange der Wirkdruckgeber mit einem im sicheren Bereich liegenden Wirkdruck beaufschlagt wird. Je nach der Vorbelastung von Feder und Balgen dehnt sich letzterer jedoch in der einen oder anderen Richtung aus, wenn der Wirkdruckgeber bestimmten Wirkdruckpegeln ausgesetzt ist Die Verschiebung des Balgens ermöglicht eine Verdrängung von Flüssigkeit von der Rückseite einer der Trennmembranen zur anderen.

druckgeber 10 umfaßt zwei symmetrische, starre Einlaßdeckel 16 und 18, die an einer Trag- oder Stützplatte 20 montiert und mit Verfahrensdruckeinlässen 22 bzw. 24 in Form von Gewindebohrungen versehen sind. Der Einlaß 22 kommuniziert dabei mit einer Hochdruck-Verfahrensmediumkammer 26, die durch die Innenfläche des Deckels 16 und eine weiche, elastische, gewellte Trennmembran 28 festgelegt wird. Letztere ist zwischen der Innenfläche des Einlaßdeckels 16 und der gewellten Fläche 30 der Tragplatte 20 verspannt.

Die Niederdruckseite des Wirkdruckgebers 10 enthält eine entsprechende Niederdruck-Verfahrensmediumkammer 32, die durch die Innenfläche des Deckels 18 und eine weitere weiche, flexible, gewellte Trennmem-

Wenn sich eine derTrennniembranen an die zugeordne- 25 bran 34 festgelegt wird, die ihrerseits zwischen der Inte Stützplatte anlegt, kann keine weitere Flüssigkeits- nenfläche des Einlaßdeckels 18 und der gewellten Flä-

übertragung mehr stattfinden, wodurch ein weiterer Wirkdruckaufbau bzw. -anstieg verhindert wird. Nach Aufhebung des Überdruckzustands kehren das vorbelastete Anschlagmittel und der Balgen automatisch in ihre normalerweise unbelastete Null-Stellung zurück.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Darstellung eines Wirkdruckgebers mit einer Überdruckschutzvorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilschnittansicht der Schutzvorrichtung nach F i g. 1 in ihrem normalen Betriebszustand,

F i g. 3 eine F i g. 2 ähnelnde Darstellung, welche jedoch die Stellung der Schutzvorrichtung im Fall einer positiven Druckbereichsüberschreitung zeigt

F i g. 4 eine F i g. 2 ähnelnde Darstellung, welche jedoch die Stellung der Schutzvorrichtung bei einer negativen Druckbereichsüberschreitung zeigt

Fig.5 eine graphische Darstellung der Auslenkung des Balgens der Schutzvorrichtung bei positiven und negativen Wirkdrücken,

ehe 36 der Tragplatte 20 verspannt ist. Die Tragplattenflächen 30 und 36 begrenzen die Bewegung der flexiblen Trennmembranen 28 bzw. 34, wenn übermäßige Bereichsüberschreitungsdrücke über die Einlasse 22 bzw. 24 auf den Wirkdruckgeber einwirken.

Die Hochdruck-Trennmembran 28 und die Tragplattenfläche 30 bilden gemeinsam eine Hochdruck-Strömungsmittelkammer 38, die über einen Durchgang 40 mit der Hochdruckseite 42 des elektrischen Wandlers 12 sowie mit der Hochdruckseite 44 der Überdruckschutzvorrichtung 14 in Verbindung steht, die ihrerseits in einer zentralen Ausnehmung 45 angeordnet ist. Auf ähnliche Weise bilden die Niederdruck-Trennmembran 34 und die Tragplattenfläche 36 eine Niederdruck-Strömungsmittelkammer 46, die über einen Durchgang 48 mit der Niederdruckseite 50 des Wandlers 12 sowie mit der Niederdruckseite 52 der Schutzvorrichtung 14 in Verbindung steht.

Es können die Hochdruck- und Niederdruckseiten auch die gegenüber F i g. 1 umgekehrte Anordnung besitzen. Ersichtlicherweise können außerdem die an die Schutzvorrichtung 14 anzulegenden Drucksignale auch über die Trennmembranen oder andere Druckbegren-

F i g. 6 eine schematische Teilschnittdarstellung einer 50 Zungseinrichtungen zugeführt werden,
abgewandelten Ausführungsform der Schutzvorrich- Gemäß Fig.2 umfaßt die Überdruckschutzvorrich

tung 14 einen einzigen vorbelasteten Balgen 54 und eine vorbelastete bzw. vorgespannte Feder 56. Der Balgen 54 ist dabei am einen Ende gegen ein Basis- oder Sockelelement 58 hydraulisch abgedichtet Das andere Ende des Balgens ist unter hydraulischer Abdichtung mit einer Platte 60 verbunden. Eine mit ihrem einen Ende an der Platte 60 befestigte, bewegbare Stange 62 erstreckt sich gemäß F i g. 2 in Aufwärtsrichtung durch eine Boh-

tung, bei welcher sowohl Balgen als auch Feder in der Nullstellung unter Druckspannung stehen,

F i g. 7 eine schematische Teilschnittdarstellung noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei welcher in der Nullstellung die Feder unter Druckspannung und der Balgen unter Zugspannung stehen,

F i g. 8 eine F i g. 7 ähnelnde Dars*ellung noch einer
anderen Ausführungsform der Schutzvorrichtung, bei
welcher in der Nullstellung die Feder unter Druckspan- 60 rung 64 im Sockelelement 58. Dieses Ende der Stange 62 nung und der Balgen unter Zugspannung stehen, ist mit einer Gewindebohrung zur Aufnahme einer

F i g. 9 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Schraube 66 versehen.

weiteren Ausführungsform der Schutzvorrichtung, bei Zur besseren Verdeutlichung der Arbeitsweise der

welcher sich in der Nullstellung die Feder unter Zug- Überdruckschutzvorrichtung 14 ist diese in F i g. 2 in spannung und der Balgen unter Druckspannung befin- 65 ihrem unter Normalbedingungen eingenommenen Zuden, und stand veranschaulicht Der Balgen 54 ist dabei so vorge-

Fig. 10 eine schematische Teilschnittdarstellung spannt daß er gemäß Fig.2 über die Stange 62 eine noch einer weiteren Ausführungsform der Schutzvor- abwärts gerichtete Kraft Fb ausübt Diese Kraft wird

wiederum über einen Kopf 70 der Schraube 66 auf eine freibewegliche Hülse 68 übertragen. Die vorgespannte Feder 56 übt dagegen eine aufwärts gerichtete Kraft F₁ auf die freibewegliche Hülse 68 aus. Bei dieser Konstruktion ist die Kraft F_s größer als die Kraft Fb. Die Hülse 68 wird daher gegen einen Anschlag 72 angedrückt, der gegenüber dem Basis- bzw. Sockelelement 58 festgelegt ist. Ersichtlicherweise bilden die vorgespannte Feder 56, die Platte bzw. der Schraubenkopf 60, die Stange 62, die Hülse 68 und der Anschlag 72 gemeinsam eine vorbelastete Anschlageinrichtung 73 für den Balgen 54.

Die Hülse 68 liegt nicht nur am Anschlag 72, sondern auch an der Unterseite des Schraubenkopfes 70 an. Der Anschlag 72 und die Unterseite des Schraubenkopfes 70 bilden genau festgelegte Sitzflächen für die freibewegliche Hülse 68, wodurch ein genaues und wiederholbares Wiederanlegen der Hülse bei der Rückbewegung nach einem Überdruckzustand gewährleistet wird. Eine solche genaue und wiederholbare Rückstellung der Bauteile ist wünschenswert, um ein vorbestimmtes Volumenverhältnis zwischen Hochdruck- und Niederdruck-Strömungsmittelkammer 38 bzw. 46 aufrechtzuerhalten. Abweichungen dieses Kammervolumenverhältnisses führen zu Eichfehlern.

Wenn der Wirkdruckgeber gemäß F i g. 3 mit einem positiven Wirkdruck beaufschlagt wird, wird dieser positive bzw. hohe Druck über die Hochdruck-Trennmembran 28 und die aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren nicht gezeigte Füllung der inkompressiblen Flüssigkeit zur Hochdruckseite 44 der Schutzvorrichtung 14 und zur Außenseite des Balgens 54 übertragen. Auf ähnliche Weise wird ein Niederdruck zur Innenbzw. Niederdruckseite 52 des Balgens übertragen. Durch Multiplikation des positiven Wirkdrucks mit der Effektivfläche des Balgens 54 kann die durch diesen Druck erzeugte Kraft berechnet werden, welche der Vorspannkraft Fb des Balgens entgegenwirkt. Solange die durch den Druck induzierte Kraft kleiner ist als Fb, erfährt somit der Balgen 54 keine Auslenkung. Wenn diese Kraft jedoch die Größe Fb übersteigt, zieht sich der Balgen zusammen, wobei sich der Schraubenkopf 70 gemäß F i g. 3 von der Hülse 68 trennt. Mit zunehmendem positiven Wirkdruck zieht sich der Balgen weiter zusammen, bis sich die Hochdruck-Trennmembran 28 an die Tragplattenfläche 30 anlegt. An diesem Punkt kann kein weiteres Strömungsmittel der Füllung mehr aus dem Bereich hinter den Trennmembran verdrängt werden, und die Bewegung des Balgens wird beendet, wodurch der über den Wandler einwirkende WirkdrUck auf einen sicheren Wert begrenzt wird.

Wenn der den Druckbercich überschreitende positive Wirkdruck zu bestehen aufhört, dehnt sich der verkürzte Balgen 54 wieder in seine normale vorgespannte Stellung gemäß F i g. 2 aus. Hierdurch wird eine automatische Rückstellung der Schutzvorrichtung nach Überschreitung des Druckbereichs im Sinne eines positiven Wirkdrucks gewährleistet Wie erwähnt, nimmt die Unterseite des Schraubenkopfes 70 genau und wiederholbar ihre Relativstellung gegenüber der Hülse 68 ein.

F i g. 4 veranschaulicht den umgekehrten Fall, in welchem ein negativer Bereichsüberschreitungs-Wirkdruck auf den Balgen 54 einwirkt Der Balgen bleibt dabei unausgelenkt, bis die an ihm durch den negativen Wirkdruck induzierte Kraft dem Unterschied zwischen der Federkraft F_s und der Balgenvorspannungskraft Fb gleich ist Bei einem weiteren Anstieg des negativen Wirkdrucks dehnt sich der Balgen aus, wobei die freibewegliche Hülse 68 vom Anschlag 72 freikommt. Eine weitere Ausdehnung des Balgens führt zu einer gleichzeitigen weiteren Zusammendrückung der Feder Feder 56 gemäß F i g. 4. Wenn der negative Wirkdruckzustand zu bestehen aufhört, kehrt der nunmehr ausgedehnte Balgen in seinen normalen, vorgespannten Zustand gemäß F i g. 2 zurück, wodurch eine automatische und genaue Rückstellung der Schutzvorrichtung nach einer Überschreitung des Druckbereichs durch einen negativen Wirkdruck gewährleistet wird.

In F i g. 5 ist die Leistung bzw. Arbeitsweise der Überdruckschutzvorrichtung 14 in graphischer Form zusammengefaßt. Dabei bezieht sich die .X-Achse auf die Auslenkung des Balgens 54, während auf der K-Achse der den Balgen beaufschlagende Differential- bzw. Wirkdruck aufgetragen ist. Aus F i g. 5 geht hervor, daß der Balgen 54 unausgelenkt bleibt, bis er von einem positiven bzw. Überdruck ΔΡ\ beaufschlagt wird, woraufhin sich der Balgen verkürzt, bis der Wirkdruck ΔΡι erreicht ist, welcher das Anlegen der Hochdruck-Trennmembran 28 an die Tragplattenfläche 30 anzeigt. Die Anstiegsgröße oder -geschwindigkeit des Wirkdrucks in Abhängigkeit von der Balgenverkürzung wird lediglich durch die Federkennung des Balgens bestimmt und kann beliebig eingestellt werden. Bei einer niedrigeren Federkennung bzw. -konstante verringert sich folglich der Wirkdruckanstieg über AP\ hinaus.

Auf ähnliche Weise beginnt sich der Balgen auszudehnen, wenn ein die Größe ΔΡι übersteigender negativer Wirkdruck anliegt. Der maximale negative Wirkdruck entspricht ΔΡι,, wobei sich an diesem Punkt die Niederdruck-Trennmembran 34 an die Tragplattenfläche 36 anlegt. Das Ausmaß, in welchem der negative Druck bzw. Unterdruck mit der Balgenausdehnung über ΔΡ% hinaus zunimmt, bestimmt sich durch die Summe aus c!cn Federkonstanten sowohl der Feder als auch des Balgens. Diese Größe kann beliebig eingestellt werden. Zusätzlich kann durch Verringerung der Vorspannung der Feder die Größe Δρι auf einen sehr kleinen Wert reduziert werden, falls eine solche Charakteristik wünschenswert ist Wahlweise kann die Größe AP\ auf einen sehr geringen Wert reduziert werden, wenn eine entsprechende Charakteristik gewünscht wird.

Aus den folgenden Ausführungen geht hervor, daß bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1—4 der vorgespannte Balgen bei einem den Druckbereich überschreitenden positiven Wirkdruck zusammengedrückt bzw. verkürzt wird, während die vorgespannte Feder unbeeinflußt bleibt Unter negativen Wirkdruckbedingungen werden sowohl die Feder als auch der Balgen beeinflußt. Dabei wird der Balgen »ausgedehnt«, d. h. von seiner Vorspannung entlastet, während die Feder weiter zusammengedrückt wird.

In den Fig.6—10 sind weitere Ausführungsformen der Schutzvorrichtung 14 dargestellt

Fig.6 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei welcher die Feder 56 außerhalb des Balgens 54 angeordnet ist Wie im Fall der Ausführungsform gemäß den F i g. 1 —4 stehen sowohl die Feder als auch der Balgen in der Nullposition unter einer Druckspannung. Die Feder 56 übt gemäß F i g. 6 eine aufwärts gerichtete Kraft gegen eine Platte 74 aus, die an einer Stange 62 befestigt ist und an der Balgenplatte 60 anliegt Die Aufwärtsbewegung der Stange 62 wird durch einen an einem Anschlag 76 anstoßenden Schraubenkopf 70 begrenzt Die Druckübertragung zum Inneren des Balgens 54 erfolgt über einen Durchgang 78 über die als »Masse« wirkende Basis 58.

ίο

Wenn ein den Druckbereich überschreitender Überdruck auf die Außenseite des Balgens 54 einwirkt, wird dieser weiter zusammengedrückt, so daß sich die Platten 60 und 74 voneinander trennen. Es ist zu beachten, daß in diesem Zustand die Feder in der Stellung gemäL) F i g. 6 verbleibt.

Wenn ein den Druckbereich überschreitender Unterdruck an der Außenfläche des Balgens 54 anliegt, dehnt sich der Balgen unter weiterer Zusammendrückung der Feder 56 aus. Nach Beendigung der jeweiligen Druckbereichsüberschreitung, sowohl im positiven als auch im negativen Sinne, kehrt die Schutzvorrichtung selbstverständlich automatisch in ihre Nullpositic-n gemäß F i g. 6 zurück.

Die in F i g. 7 dargestellte Ausführungsform verwendet eine andere Vorbelastungs- bzw, Vorspannanordnung für Feder und Balgen. Gemäß F i g. 7 steht die Feder 56 in der Nullstellung unter einer Druckvorspannung, während der Balgen 54 unter einer Zugvorspannung steht. Wenn ein positiver Wirkdruck bzw. Überdruck auf die Außenseite des Baigens 54 einwirkt, wird die Zugspannung des Balgens verringert, während die Feder zwischen der Basis bzw. »Masse« 58 und der Platte 74 weiter zusammengedrückt wird. Im umgekehrten Fall, d. h. bei einem die Außenseite des Balgens 54 beaufschlagenden negativen Wirkdruck bzw. Unterdruck, bleibt die Federdruckspannung unbeeinflußt, während sich die Zugspannung am Balgen 54 vergrößert Wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 6 können nach Aufhebung des Bereichsüberschreitungszustands die Feder und/oder der Balgen in den normalen vorgespannten Zustand in der Nullstellung gemäß F i g. 7 zurückkehren.

F i g. 8 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der Schutzvorrichtung, bei welcher die Feder in der Nullstellung unter einer Druckspannung steht, während der Balgen mit einer Zugspannung vorbelastet ist Im Gegensatz zur Anordnung nach F i g. 7 steht jedoch die vorgespannte Feder 56 nicht mit einer Basis oder einem Sockel- bzw. »Masseelement« 58 in Berührung. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 8 ist die Feder 56 zwischen der Balgenplatte 60 und der freibeweglichen Hülse 68 unter einer Druckbelastung vorgespannt Bei dieser Ausführungsform entlastet ein die Außenseite des Balgens 54 beaufschlagender positiver Wirkdruck die Vorbelastungs-Zugspannung am Balgen 54, während gleichzeitig die Feder 56 zwischen der Balgenplatte 60 und der freibeweglichen Hülse 68 weiter zusammengedrückt wird. Der umgekehrte Fall eines negativen Wirkdrucks an der Außenseite des Balgens 54 führt zur Erhöhung der Zugspannung im Balgen 54, jedoch ohne Beeinflussung der Druckspannung der Feder 56. Nach Aufhebung des Drackbereichsüberschreitungszustands kehrt die Schutzvorrichtung automatisch in.die Nullstellung gemäß F i g. 8 zurück.

Bei der in Fig.9 gezeigten Ausführungsform steht die außerhalb des Balgens 54 angeordnete Feder 56 in der Nullstellung unter einer Zugspannung. Die Feder ist dabei auf passende Weise, beispielsweise durch Schweißen, sowohl an der Basis bzw. am Sockel 58 als auch an einer Platte 80 befestigt Die Abwärtsbewegung der Feder 56 wird gemäß Fig.9 durch Anlage der Platte 80 gegen einen Anschlag 82 begrenzt, Der sowohl an der Basis 58 als auch an der Balgenplatte 60 befestigte Balgen 54 steht in der Nullstellung unter einer Druckspannung.

Wenn ein den Druckbereich überschreitender Überdruck die Außenseite des Balgens 54 beaufschlagt wird dieser weiter zusammengedrückt, während die Feder 56 unbeeinflußt bleibt. Die Zusammendrückung des Balgens 54 führt zu einer Abwärtsbewegung der Balgenplatte 60, so daß diese von der Platte 80 abhebt.

Im umgekehrten Fall wird der Balgen 54 an seiner Innenseite über den Durchgang 78 mit einem den Druckbereich überschreitenden positiven Druck beaufschlagt. Dies führt zu einer Ausdehnung des Balgens, d. h. zu einer Entlastung seiner Druckvorbelastung und gleichzeitig zu einer Erhöhung der Zugspannung in der Feder 56, da die Platte 80 vom Anschlag 82 hinweg nach oben gedrängt wird.

In F i g. 10 ist noch eine weitere Ausführungsform der Schutzvorrichtung dargestellt, bei welcher sowohl die Feder als auch der Balgen in der Nullstellung unter einer Zugspannung stehen. Der Balgen 54 ist dabei an der bereits erwähnten Basis 58 und an der Platte 60 befestigt Die Stange 62 ist ihrerseits an der Platte 60 befestigt wobei der Schraubenkopf 70 an der bewegbaren Hülse 68 anliegt. Die Feder 56 ist durch Schweißen oder auf andere Weise an der Hülse 68 und an einem Basis- bzw. »Masseelement« 84 befestigt. Gemäß F i g. 10 wird die Abwärtsbewegung der Hülse 68 durch einen Anschlag 86 begrenzt.

Wenn ein den Druckbereich übersteigender positiver Druck die Außenseite des Balgens 54 beaufschlagt, v-ir-J die vorbelastende Zugspannung im Balgen 54 aufgehoben, während die vorbelastende Zugspannung in der Feder 56 durch die Aufwärtsbewegung der Stange 62 vergrößert wird, während der Schraubenkopf 70 an der Hülse 68 anliegt. Wenn über den Durchgang 78 ein entgegengesetzter Bereichsüberschreitungsdruck auf die Innenfläche des Balgens 54 einwirkt, dehnt sich dieser aus, wobei er die Stange 62 und den Schraubenkopf 70 in Abwärtsrichtung verlagert, wobei sich die Zugspannung im Balgen 54 erhöht. Unter diesen Druckbedingungen bleibt die vorbelastende Zugspannung der Feder 56 unbeeinflußt

Zusammenfassend wird mit der Erfindung somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schütze des Wandlers eines mit Flüssigkeit gefüllten Differentialbzw. Wirkdruckgebers, der Trennmembranen mit begrenztem Ausschlag aufweist, vor der Einwirkung von den Druckbereich überschreitenden Drücken geschaffen. Ein in zwei Richtungen wirkender Überdruckschutz wird durch einen einzigen, vorgespannten Balgen gewährleistet der durch eine vorbelastete Anschlageinrichtung, vorzugsweise mit einer vorgespannten mechanischen Feder, begrenzt wird. Der Balgen bleibt unbeweglich, wenn der Wirkdruckgeber mit einem normalen Betriebswirkdruck beaufschlagt wird. Bei Einwirkung eines vom vorgesehenen Druckbereich abweichenden Drucks dehnt sich der Balgen aus oder zieht sich zusammen, so daß er die von einer der Trennmembranen verdrängte Flüssigkeit aufnimmt und dadurch den Wandler vor dem vom Druckbereich abweichenden Druck schützt Nach Beendigung des Überdruckzustands stellt sich die Schutzvorrichtung selbsttätig zurück.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Überdruckschutzvorrichtung für einen Wirkdruckgeber bzw. -übertrager mit einem Wandler zur Lieferung eines elektrischen Ausgangssignals als Funktion des über den Wandler anliegenden Druckunterschieds, mit einem Gehäuse mit einer zentralen Ausnehmung mit Einlaßmitteln zur Anlegung eines ersten und eines zweiten Drucksignals an den Wandler, einem in zwei Richtungen auslenkbaren, in der zentralen Ausnehmung des Gehäuses angeordneten und zwischen die beiden Drucksignale eingeschalteten Balgen, und mit einer innerhalb der zentralen Ausnehmung des Gehäuses angeordneten, in einer Richtung auslenkbaren, vorgespannten Anschlageinrichtung, wobei der auslenkbare Balgen und die Anschlageinrichtung bei einem ersten Bereichsüberschreitungs-Druckzustand gemeinsam auslenkbar sind, während bei einem zweiten und entgegengesetzten Bereichsüberschreitungs-Druckzustand nur der Balgen auslenkbar ist, und wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, welche den Wirkdruck zwischen erstem und zweitem Drucksignal an einer Überschreitung einer vorbestimmten Wirkdruckgröße hindert, dadurch gekennzeichnet, daß der Balgen (54) vorbelastet ist, und daß die Anschlageinrichtung (z. B. 56,60,62,68,72) unter einer größeren Vorspannung steht als der vorbelastete Balgen (54) und letzterem gegenüber so montiert ist, daß die Vorbelastungskräfte beider Elemente in entgegengesetzte Richtungen wirken und eine Gleichgewichtsstellung für Balgen und Anschlageinrichtung über einen vorbestimmten Bereich von Differential- bzw. Wirkdrücken zwischen erstem und zweitem Drucksignal hinweg einstellen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Balgen (54) als auch die Anschlageinrichtung (56, 68) unter einer Druckvorspannung stehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlageinrichtung eine unter einer Druckvorspannung stehende Feder (56) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Balgen (54) als auch die Anschlageinrichtung (56,68) mit einer Zugspannung vorbelastet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlageinrichtung eine unter einer Zugvorspannung stehende Feder (56) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Balgen (54) mit einer Druckspannung vorbelastet ist und daß die Anschlageinrichtung (56,80) mit einer Zugspannung vorgespannt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlageinrichtung eine unter einer Zugvorspannung stehende Feder (56) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Balgen (54) mit einer Zugspannung vorbelastet ist und daß die Anschlageinrichtung (56, 74) unter einer Druckvorspannung steht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlageinrichtung eine unter einer Druckvorspannung stehende Feder (56) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der auslenkbare Balgen (54) und die Anschlageinrichtung (56) bei einem ersten Bereichsüberschreitungs-Druckzustand in einer ersten Richtung und bei einem zweiten und entgegengesetzten Bereichsüberschreitungs-Druckzustand in einer zweiten, entgegengesetzten Richtung bewegen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auslenkbare Anschlageinrichiung eine vorgespannte Feder (56) aufweist, die zumindest mit einem Abschnitt im auslenkbaren Balgen angeordnet ist

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Anschlageinrichtung eine vorgespannte Feder (56) aufweist die zumindest mit einem Abschnitt außerhalb des Balgens (54) koaxial zu diesem angeordnet ist

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Abschnitt der Feder (56) den Balgen (54) umgibt

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß zumindest ein Abschnitt der Feder (56) in Axialrichtung auf Abstand vom Balgen (54) angeordnet ist

15. Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 14 zum Schütze eines Wirkdruckgebers vor einen bestimmten Druckbereich überschreitenden Drücken, wobei der Wirkdruckgeber zwei Trennmembranen sowie zwei zugeordnete Tragplatten(flächen), die zusammen mit den Trennmembranen Strömungsmittelkaminern festlegen, eine Strömungsmittelfüllung in jeder Kammer und den strömungsmäßig zwischen die Kammern in Reihe geschalteten Wandler aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ersten Bereichsüberschreitungs-Druckzustand zumindest ein Teil der Strömungsmittelfüllung aus der ersten Kammer (38) in die zentrale Ausnehmung (45) verdrängt wird, daß die verdrängte Strömungsmittelfüllung die Außenseite des Balgens (54) beaufschlagt und eine Auslenkung desselben bewirkt, ohne eine Auslenkung der vorgespannten Anschlageinrichtung (56) herbeizuführen, und daß bei einem zweiten und entgegengesetzten Bereichsüberschreitungs-Druckzustand zumindest ein Teil der Strömungsmittelfüllung aus der zweiten Kammer (46) in das Innere des Balgens (54) verdrängt wird, um eine Auslenkung des Balgens und der Anschlageinrichtung (56) herbeizuführen.

16. Wirkdruckgeber bzw. -übertrager unter Verwendung einer Überdruckschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (16, 18, 20), in welchem die zentrale Ausnehmung (45) mit dem Balgen (54) und der Anschlageinrichtung (56) angeordnet ist, durch zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses montierte und mit diesen Strömungsmittelkammern (38, 46) bildenden Trennmembranen (28, 34), die mit einem ersten bzw, einem zweiten Drucksignal beaufschlagbar sind, durch Strömungsmitteldurchgänge (40, 48) zur Verbindung der Kammern (38, 46) mit der zentralen Ausnehmung (45), durch ein praktisch inkompressibles Strömungsmittel, welches die Ausnehmung (45) und die Kammern (38,46) über die Durchgänge (40, 48) füllt und zur Übertragung der beiden Drucksignale zur Ausnehmung dient, wobei sich die Trennmembranen (28, 34) an das Gehäuse anlegen, wenn der genannte Druckzustand vorbestimmte Grenzwerte übersteigt, und dabei die beiden über-

tragenen Drucksignale auf einen für den Wandler unschädlichen Wirkdruckpegel begrenzen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überdruckschutzvorrichtung für Wirkdruckgeber bzw. -übertrager gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, außerdem auf ein Verfahren und einen Wirkdruckgeber bzw. -übertrager unter Verwendung einer derartigen Oberdruckschutzvorrichtung.

Wirkdruckgeber werden verbreitet bei Verfahrensreglern eingesetzt, wobei sie häufig einen kleinen Differential- bzw. Wirkdruck bei hohen statischen Druckpegeln messen. Beispielsweise wird gewöhnlich ein Wirkdruck von 0,21 bar bei einem statischen Druckpegel von 70,3 bar gemessen. Die meisten elektrischen Wandler, etwa in Form von Halbleiter-Chips, die auf kleine Driikke anzusprechen vermögen, erleiden eine Beschädigung, wenn sie auf einer Seite mit dem vollen statischen Druck beaufschlagt werden. Zur Verhinderung einer solchen Beschädigung enthalten viele Wirkdruckgeber eine Einrichtung, welche den empfindlichen elektrischen Wandler vor Überdrücken, d. h. Druckbereichsüberschreitungen, schützt. Eine übliche Möglichkeit zur Gewährleistung eines solchen Schutzes besteht in der Anordnung von Trennmembranen zwischen dem elektrischen Wandler und dem Verfahrensmedium. Der Raum zwischen den Trennmembranen und dem Wandler ist dabei mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt Üülicherweise wird ein mechanischer Anschlag für die Trennmembran vorgesehen, um das Volumen der von der Hochdruck- zur Niederdruckseite übertragenen Flüssigkeit zu begrenzen. Die meisten Druckwandler und speziell die derzeit gebräuchlichen druckempfindlichen Halbleiter-Chips sind mechanisch zu steif, um die übertragene Flüssigkeit ohne bleibende Beschädigung des Chips aufnehmen zu können. Aus diesem Grund sind Hilfsmaßnahmen vorgeschlagen worden, um den auf den Wandler einwirkenden Wirkdruck auf einen Druckbereich zu begrenzen, der keinen schädlichen Einfluß auf den Wandler hat.

Eine bisherige zusätzliche Schutzmaßnahme ist in der US-PS 30 58 350 beschrieben, wobei der Wandler durch zwei vorbelastete Balgen vor Druckbereichsüberschreitungen geschützt wird. Diese Balgen bleiben unausgelenkt, wenn der Geber mit einem innerhalb des Arbeitsbereichs des Wandlers liegenden Wirkdruck beaufschlagt wird. Sobald jedoch der Wirkdruck an der einen Seite des Gebers einen vorbestimmten, durch die Vorbelastung oder Verspannung des zugeordneten Balgens bestimmten Pegel überschreitet, beginnt sich der zugeordnete Balgen zu bewegen, um die aus dem Bereich hinter der einen Trennmembran bzw. dem einen Balgen verdrängte Flüssigkeit aufzunehmen.

Obgleich die Doppelbalgen-Schutzvorrichtung gemäß dieser US-PS einen zufriedenstellenden Überdruckschutz bietet, erzielt sie diesen Schutz auf Kosten der Gebergenauigkeit aufgrund des von den beiden BaI- ω gen benötigten zusätzlichen Volumens. Typischerweise wird für die den Raum zwischen den beiden Trennmembranen und den beiden Balgen ausfüllende Flüssigkeit Silikonöl verwendet. Da das öl im Gebrauch des Wirkdruckgebers Temperaturschwankungen unterworfen ist, ändert sich das Ölvolumen unter ungleichmäßiger Auslenkung der Trennmembranen. Durch die nichtsymmetrische Auslenkung der beiden Trennmembra nen ergibt sich ein unerwünschter Nullabweichfehler des Wirkdruckgebers.

Um nun diese Ungenauigkeit möglichst klein zu halten, sollte das Strömungsmitielvolumen zwischen den beiden Trennmembranen möglichst klein gehalten werden. Da dieses Volumen das Volumen der Überdruckschutzvorrichtung einschließt, muß folglich auch das Volumen der Schutzvorrichtung auf einer Mindestgrö- ßs gehalten werden. Mit der Doppelbalgenvorrichtung nach der genannten US-PS kann aber das angestrebte minimale Volumen zwischen den Trennmembranen nicht erreicht werden.

Ein anderes Beispiel für eine bisherige Druckbereichsüberschreitungs- bzw. Überdruckschutzvorrichtung findet sich in der US-PS 37 56 085. Dabei ist eine magnetische Ausrückkupplung vorgesehen, welche einen Balgen im normalen Arbeitsdruckbereich des Wirkdruckgebers im wesentlichen steif hält Wenn die auf diese Kupplung wirkende Kraft den Grenzwert übersteigt, wird der Balgen ausgelenkt, so daß er die Übertragung von Flüssigkeit von der Rückseite einer Trennmembran zu einer anderen zuläßt und dabei den Wirkdruck über den Wandler auf einen sicheren Wert begrenzt

Die Verwendung einer solchen magnetischen Kupplung erfordert nicht nur ein unerwünschtes zusätzliches Volumen für die Gewährleistung des Überdruckschutzes, sondern ist auch mit dem Mangel einer fehlenden Rückstellkraft zur Herbeiführung einer automatischen Rückstellung der Schutzvorrichtung behaftet. Bei dieser US-PS ist ein Druck in einer Richtung nötig, um die magnetische Ausrückkupplung in ihre Einrückstellung zurückzuführen. Wenn ein Schutz in zwei Richtungen nötig ist, sollen gemäß dieser US-PS zwei derartige magnetische Kupplungen verwendet werden. Hierdurch wird aber der Aufbau der Schutzvorrichtung weiter kompliziert, und es sind zusätzliche Volumen sowie Drücke in zwei Richtungen zur Hervorbringung der automatischen Rückstellung der Vorrichtung erforderlich. Vom praktischen Standpunkt stellen diese Mängel ein erhebliches Hindernis für die wirtschaftliche oder industrielle Verwendung dieser Vorrichtung dar. Obgleich die zuerst genannte US-PS eine Überdruckschutzvorrichtung mit automatischer Rückstellung aufgrund der Verwendung zweier vorbelasteter Balgen zeigt, wird dieses Merkmal auf Kosten des geringstmöglichen Volumens zwischen den beiden Trennmembranen erreicht.

Die US-PS 40 28 945 beschreibt ein Bereichsüberschreitungs- bzw. Überdruckschutzsystem für Wirkdruckgeber oder -übertrager unter Verwendung einer bewegbaren, zweiseitig zusammendrückbaren, vorgespannten Feder in einem entlasteten Balgen. Im Betrieb legt sich die bewegbare Feder je nach der Richtung der Druckbereichsüberschreitung an verschiedene Flächen an. Jede Ungenauigkeit bezüglich der Anordnung dieser Flächen kann, ebenso wie die mangelnde Wiederholbarkeit der Federanlage an diesen Flächen, zu unannehmbaren Nullabweichungsfehlern führen. Außerdem wird durch die Bewegung der Feder von der einen Anlagefläche zur anderen eine unerwünschte »Hysterese« in das System eingeführt.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer verberserten Vorrichtung zur Gewährleistung eines Druckbereichsüberschreitungs- bzw. Überdruckschutzes für den Wandler eines Wirkdruckgebers ohne Beeinträchtigung seiner Arbeitsgenauigkeit. Die Vorrichtung soll eine Verkleinerung des Flüssigkeitsfüllvolu-