EP4076833A1 - Fügen von zwei bauteilen eines feldgeräts der prozess- und automatisierungstechnik - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung (1) bestehend aus mindestens einem ersten (2) und einem zweiten (3) Bauteil, wobei das erste (2) und das zweite Bauteil (3) Komponenten eines Feldgeräts der Prozess- und Automatisierungstechnik sind, welche jeweils an einer Fügefläche (4, 5) mittels einer Fügestelle (6) mechanisch verbindbar sind, mit zwei metallischen Oberflächenschichten (7), welche jeweils mindestens auf der Fügefläche der ersten Bauteils (4) und der Fügefläche des zweiten Bauteils (5) aufgebracht sind, wobei das Metall der Oberflächenschichten (7) von dem Metall des ersten (2) und/oder dem Metall des zweiten Bauteils (3) verschieden ist, und der Fügestelle (6), wobei ein Fügematerial (8) zwischen den jeweiligen Fügeflächen der beiden Bauteile (4, 5) aufgetragen ist, wobei das Fügematerial (8) mindestens Partikeln umfasst, welche mindestens teilweise aus einem Metall bestehen, wobei das Metall des Fügematerials (8) mit dem Metall der Oberflächenschichten (7) übereinstimmt, wobei das Fügen der beiden Bauteile (2, 3) bei einer Fügetemperatur unter 300°C erfolgt.

Description

Fügen von zwei Bauteilen eines Feldgeräts der Prozess- und Automatisierungstechnik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung bestehend aus mindestens einem ersten und einem zweiten Bauteil, wobei das erste und das zweite Bauteil Komponenten eines Feldgeräts der Prozess- und Automatisierungstechnik sind, welche jeweils an einer Fügefläche mittels einer Fügestelle mechanisch verbindbar sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung. Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Feldgeräte bekannt geworden, die in industriellen Anlagen zum Einsatz kommen. In der Prozessautomatisierungstechnik ebenso wie in der Fertigungsautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen erfassen und/oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Bestimmung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Bestimmung von Prozessgrößen dienen Messgeräte, bzw. Sensoren. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung, Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, pH-Messung, Füllstandmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktoren verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Messgeräten und Aktoren werden unter Feldgeräten auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Feldgeräte können dabei an Behältern montiert oder in Schaltschränken oder Schaltwarten verbaut sein. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben.

In der Regel weisen Feldgeräte Bauteile auf, welche eine hohe Empfindlichkeit gegenüber der Prozessgröße und/oder Parametern, welche für die Bestimmung der Prozessgröße entscheidend sind, aufweisen. Derartig empfindliche Bauteile weisen typischerweise gut definierte physikalische Eigenschaften auf, um die Prozessgröße zuverlässig und reproduzierbar bestimmen zu können. Daher ist es von großer

Bedeutung, dass die Empfindlichkeit dieser Bauteile bei der Montage und während des Prozesses nicht beeinträchtigt wird. Bei der Montage ist besonders darauf zu achten, dass beim Verbinden des empfindlichen Bauteils mit einem weiteren Bauteil oder mehreren weiteren Bauteilen die Eigenschaften des Bauteils nicht korrumpiert werden. Beispielsweise werden zur Grenzstandserfassung vibronische Messgeräte mit einer zu mechanischen Schwingungen anregbaren schwingfähigen Einheit eingesetzt. Die schwingfähige Einheit kann als Schwinggabel mit zwei an einer Membran befestigten Stäben ausgestaltet sein oder als Einstäbe mit nur einem Stab als Resonator. Typischerweise befindet sich auf der Rückseite der üblicherweise dünnen Membran ein piezoelektrischer oder magnetoelektrischer Antrieb, welche die schwingfähige Einheit auf ihre Resonanzfrequenz anregt. Hierbei ist entscheidend, dass die dünne und empfindliche Membran derart in der schwingfähigen Einheit befestigt wird, dass eine gute Schwingungsübertragung stattfinden kann.

Ein weiteres Beispiel betrifft Druckmessgeräte, welche in Richtung des Prozesses eine druckempfindliche Membran aufweisen, welche mittels eines Druckaufnehmers einen von der Prozessseite einwirkenden Druck an einen Drucksensor übertragen. Unter der vom Prozess abgewandten Seite der Membran ist eine Druckkammer zwischen der Membran und einem Träger eingeschlossen. Durch den Träger hindurch verläuft eine Bohrung, welche die Druckkammer mit einer Druckmesskammer verbindet, in welcher der Drucksensor angeordnet ist. Zusätzlich sind Druckkammer, Bohrung und Druckmesskammer mit einer den Druck übertragenden Flüssigkeit befüllt, die den von der Prozessseite auf die Membran einwirkenden Druck auf den Drucksensor überträgt. Je nach Bauweise des Druckmessgeräts kann die Druckmesskammer räumlich nahe zur Druckkammer oder entfernt von ihr angeordnet sein. Im letzteren Fall werden Druckaufnehmer auch als Druckmittler bezeichnet und verbinden die Druckkammer mittels einer Druckübertragungsleitung mit dem Drucksensor. Diese Bauweise ist besonders für Hochtemperaturprozesse wichtig, da durch die räumliche Distanz zwischen Druckkammer und Drucksensor der Drucksensor vor den hohen Prozesstemperaturen geschützt wird.

Die Membran eines Druckmessgeräts ist in der Regel sehr dünn ausgestaltet, um die nötige Druckempfindlichkeit zu gewährleisten. Typische Membranstärken liegen zwischen 25 pm und 150 gm. Der Verbindung von Membran und Träger kommt daher besondere

Bedeutung zu, dass die Membran aufgrund ihrer geringen Stärke sehr anfällig für Verbiegungen und Verspannungen ist. Im Folgenden sollen bekannte Fügeverfahren und deren Problematiken anhand des Beispiels des Druckaufnehmers diskutiert werden. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Druckaufnehmern mit einer metallischen Membran und einem metallischen Träger sind Membran und Träger über eine Fügestelle miteinander verbunden. Dabei werden zum Fügen der beiden metallischen Bauteile aus der Metallverarbeitung bekannte Verfahren, wie das Löten oder Schweißen eingesetzt. Sowohl beim Löten als auch beim Schweißen ist jedoch die Auswahl der Werkstoffe oder Werkstoffkombinationen, die durch das jeweilige Verfahren miteinander verbunden werden können, begrenzt.

Ein heute zum Fügen von metallischen Trägern und metallischen Membranen eingesetztes Schweißverfahren ist das Laserstrahlschweißen. Hierüber lassen sich hochwertige, druckfeste Fügestellen zwischen Trägern aus Edelstahl und Membranen aus Edelstahl oder aus Nickellegierungen, wie z.B. unter dem Markennamen Hastelloy bekannte Legierungen, erzeugen. Beim Laserstrahlschweißen entstehende Schweißnähte weisen jedoch eine vergleichsweise hohe Oberflächenrauigkeit auf. Druckaufnehmer mit rauen Oberflächen können in der Regel nicht in Anwendungen eingesetzt werden, in denen hohe Anforderungen an die Hygiene und die Reinigbarkeit des Aufnehmers bestehen. Darüber hinaus erhöhen Schweißnähte die Gefahr von Korrosion, die auf Dauer im schlimmsten Fall sogar zum Ausfall des Druckaufnehmers führen kann.

Diesem Problem kann in aus dem Stand der Technik bekannter Weise dadurch abgeholfen werden, dass die Membran flächig auf den Träger aufgelötet wird. Hierzu wird ein zur Fügung der Werkstoffe von Membran und Träger geeignetes Lot, in der Regel eine Speziallegierung auf Silber-, Kupfer- oder Nickelbasis, als Lotschicht zwischen die Fügeflächen von T räger und Membran eingebracht und unter Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre aufgeschmolzen. Mit diesem Verfahren lassen sich Druckaufnehmer mit sehr glatten und damit hohe Hygieneanforderungen erfüllende, mediumsberührende Oberflächen erzeugen.

Lötungen können jedoch nur dann eingesetzt werden, wenn Träger und Membran gleiche oder zumindest ähnliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Der Grund hierfür besteht darin, dass beim Löten von Bauteilen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufgrund der erforderlichen hohen Löttemperatur thermomechanische Spannungen entstehen, die zu bleibenden Verspannungen der Membran führen. Die Löttemperatur ist abhängig von der Wahl des Lotes und kann bei heute gängigen Loten ohne Weiteres im Bereich von ca. 700°C bis 1100°C liegen. Bei diesen hohen Temperaturen können bereits vergleichsweise geringe Unterschiede der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu Verformungen und zu bleibenden Verspannungen der Membran führen, die deren Druckübertragungseigenschaften nachhaltig beeinträchtigen.

Darüber hinaus besteht beim Löten die Gefahr, dass während des Lötvorgangs flüssiges Lot in die Druckkammer eindringt. Eindringendes Lot führt zu einer unkontrollierten Reduktion des Innenvolumens der Druckkammer, zu einer unbestimmten Veränderung der Membranflexibilität und kann unter Umständen zu Einschränkungen oder Beeinträchtigungen der Auslenkungen führen, die die Membran in Abhängigkeit von einem darauf einwirkenden Druck erfährt. Ein weiterer Nachteil flächiger Lötungen besteht darin, dass sich zwischen den Fügeflächen von Träger und Membran aufgrund von Gaseinschlüssen Gasblasen im flüssigen Lot ausbilden können. Gasblasen können dazu führen, dass nach dem Abkühlen innerhalb der Fügestelle Hohlräume bestehen bleiben, die die Qualität der Fügestelle beinträchtigen.

Für manche Metalle ist Löten als Fügeverfahren auch deshalb nicht anwendbar, da Metalle wie Duplex- und Superduplexstahl bei Temperaturen über280-300°C ihre Korrosionsbeständigkeit verlieren. Bauteile dieser Metalle können alternativ geklebt werden. Jedoch ist die geklebte Fügestelle nicht sehr robust hinsichtlich sich schnell ändernder Prozessbedingungen, wie beispielsweise ein Temperaturschock.

Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise metallische oder intermetallische Fügestellen aus der DE 102016112198 A1 und der DE 102016112200 A1 bekannt geworden. Hier werden metallische Fügemittel auf die jeweilige Fügefläche von Membran und Träger aufgebracht und anschließend die Membran und der Träger an ihren Fügeflächen durch eine Thermokompressionsbondung oder durch reaktives Bonden gefügt. In beiden Schriften sind Fügetemperaturen unter 300°C offenbart, sofern mindestens eins der auf Membran oder T räger aufgebrachten Fügemittel Zinn enthält. Die vergleichsweise niedrige Fügetemperatur reduziert Spannungen in der Membran und der Fügestelle. Jedoch sind insbesondere intermetallische Fügestellen mit Zinn in der Regel spröde, da Zinn bei diesen Fügetemperaturen oder während der Lagerung in Luft teilweise oxidiert und dadurch eine homogene Schichtbildung verhindert.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung einen Druckaufnehmer, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, der die vorgenannten Probleme überwindet.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 14.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus mindestens einem ersten und einem zweiten Bauteil, wobei das erste und das zweite Bauteil Komponenten eines Feldgeräts der Prozess- und Automatisierungstechnik sind, welche jeweils an einer Fügefläche mittels einer Fügestelle mechanisch miteinander verbunden sind, erhältlich durch ein Verfahren, welches die folgenden Schritte aufweist:

Beschichten von jeweils mindestens der Fügefläche des ersten und des zweiten Bauteils mit einer metallischen Oberflächenschicht, wobei das Metall der Oberflächenschichten von dem Metall des ersten und/oder dem Metall des zweiten Bauteils verschieden ist,

Aufträgen eines Fügematerials zwischen die jeweiligen Fügeflächen der beiden Bauteile, wobei das Fügematerial mindestens Partikeln umfasst, welche mindestens teilweise aus einem Metall bestehen, wobei das Metall des Fügematerials mit dem Metall der Oberflächenschichten übereinstimmt, und

Fügen des ersten und zweiten Bauteils an ihrer jeweiligen Fügefläche durch Erwärmen bei einer Fügetemperatur unter 300°C.

Der große Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Fügestelle zwischen den beiden Bauteilen bei vergleichsweise niedrigen Fügetemperaturen erreicht wird. So werden Spannungen in den beiden Bauteilen und an der Fügestelle vermieden oder zumindest stark reduziert. Dies gilt insbesondere, wenn die beiden Bauteile aus Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen. Die vor dem Fügen definierten physikalischen Eigenschaften der Bauteile bleiben nach dem Fügen der beiden Bauteile erhalten. Im Gegensatz zu einem Schweißprozess wird beim erfindungsgemäßen Druckaufnehmers eine Fügestelle erhalten, welche keine hohe Oberflächenrauigkeit, sondern eine glatte Oberflächenstruktur aufweist. Dadurch ist der erfindungsgemäße Druckaufnehmer auch für hygienische Anwendungen geeignet.

Durch den Einsatz desselben Metalls bei Fügematerial und den Oberflächenschichten können die Metallatome sowohl zwischen den einzelnen Partikeln diffundieren, als auch zwischen den Partikeln und den Oberflächenschichten. Dadurch wird eine gleichmäßige Verteilung der Metallatome und damit eine homogene Fügestelle und eine gute Haftung erreicht. Eine Delamination des Fügematerials ist damit ausgeschlossen. Der Fügeprozess kann durch ein Vorspannen der beiden Bauteile bei 1-50 MPa beschleunigt werden. Die Oberflächenschicht kann nur auf der Fügefläche von jeweils dem ersten und dem zweiten Bauteil aufgebracht sein oder es kann beispielsweise auch das zweite Bauteil komplett mit einer Oberflächenschicht versehen sein.

In einer möglichen Ausgestaltung betrifft die Vorrichtung einen Druckaufnehmer, wobei das erste Bauteil ein metallischer Träger und das zweite Bauteil eine unter Einschluss einer Druckkammer auf dem metallischen Träger angeordnete metallische Membran ist. Hier ist das Fügen bei niedrigen Fügetemperaturen besonders vorteilhaft, da die Membran sehr dünn und damit anfällig für Verspannungen ist.

In einer Ausgestaltung weisen die Partikeln Silber oder Kupfer oder Gold als Metall auf. Gold ist in hohem Maße korrosionsbeständig. Silberoxide und Silbersalze werden bei Temperaturen über 200-250°C zu metallischem Silber reduziert. Sollte die Fügestelle aus Silber mit der Zeit an der Oberfläche anfangen zu oxidieren, würde das entstandene Silberoxid bei einem Prozess, welcher von Temperaturen über200°C begleitet wird, in metallisches Silber zurückgeführt werden. Somit wird eine Form von Selbstreinigung der Silberfügestelle bei entsprechenden Temperaturen erhalten. Wie bereits beschrieben, weist auch die Oberflächenschicht den Partikeln entsprechend Silber, Kupfer oder Gold auf. Die Oberflächenschicht kann sich dabei auch über das gesamte Bauteil ziehen. Eine dünne Goldschicht beispielsweise aus einem Bauteil, welches ein Medium berührt, schützt das Bauteil vor Korrosion und bildet eine sehr wirksame Diffusionssperre gegenüber Wasserstoff. Wasserstoff, welcher beispielsweise in einen Druckaufnehmer oder genauer in die Flüssigkeit im Druckaufnehmer diffundiert, verändert die

Druckübertragungseigenschaften des Druckaufnehmers und kann im schlimmsten Fall sogar zum Ausfall des Druckaufnehmers führen. Auch eine Oberflächenschicht aus Silber schützt effektiv vor einem Eindringen von Wasserstoff in den Druckaufnehmer. In einerweiteren Ausgestaltung umfassen die Partikeln insbesondere Silbernitrat, Silberacetat, Silbercarbonat oder Silberoxid. We bereits beschrieben, führen Temperaturen über 200°C zu einer Reduktion von Silber, ausgehend von Silbersalzen und Silberoxid. Daher führt der Einsatz von Partikeln mit Silbersalzen oder Silberoxid zur Freistellung von Silber während des Fügens.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Partikeln eine Silber-, Kupfer- oder Goldlegierung aufweisen.

Vorteilhafterweise umfasst das Fügematerial neben den zumindest teilweise aus Metall bestehenden Partikeln mindestens eine Flüssigkeit und/oder ein Lösemittel und/oder ein Additiv. Die drei genannten Zusätze dienen zur leichteren Auftragung des Fügematerials auf die jeweiligen Fügeflächen von dem ersten und dem zweiten Bauteil. Das Fügematerial kann durch entsprechende Zusätze beispielsweise eine pastöse Struktur bekommen und dadurch auf die beiden Fügeflächen aufgestrichen werden, ohne dass das Fügematerial von den beiden Fügeflächen auf andere Flächen der beiden Bauteile läuft. Beim Erhitzen des Fügematerials auf die Fügetemperatur werden die Zusätze entweder abgedampft oder zersetzt. Idealerweise ist dabei der Volumenanteil des mindestens eines Zusatzes in dem Fügematerial so niedrig, dass die Desorption oder Zersetzung des Zusatzes den Fügeprozess und die Qualität der Fügestelle nicht beeinträchtigt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Durchmesser der zumindest teilweise aus Metall bestehenden Partikeln kleiner als 1 pm. Metallische Partikeln mit einem derartigen Durchmesser weisen eine hohe Oberflächenenergie auf, weshalb die Partikeln schon bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen, wie bei der Fügetemperatur, sintern. Durch die Diffusion von Metallatomen zwischen den Partikeln entsteht so eine homogene Fügestelle.

In einerweiteren Ausgestaltung ist die erste Bauteil aus Edelstahl, insbesondere Duplexstahl und/oder Superduplexstahl, und/oder unlegierten Stahl und/oder Monel und/oder einer Kupferlegierung fertigbar und das zweite Bauteil aus Edelstahl, insbesondere Duplexstahl und/oder Superduplexstahl, und/oder Hastelloy und/oder Tantal und/oder Monel und/oder Titan und/oder Zirkon und/oder einer Kupferlegierungen und/oder einer Silberlegierungen und/oder einer Goldlegierungen.

Vorteilhafterweise ist die metallische Oberflächenschicht mittels galvanischer Prozesse oder Sputtern auf die Membran und den Träger aufgebracht. Je nach Metall des ersten und des zweiten Bauteils kann oft nur eines der beiden Verfahren zur Aufbringung der metallischen Oberflächenschicht eingesetzt werden. Beispielsweise lassen sich Tantal und Zirkon in wässrigen Lösungen nicht galvanisch beschichten, sondern müssen gesputtert werden. Entscheidend für die Wahl des Verfahrens ist, dass die Oberflächenschicht auf dem jeweiligen Bauteil gut haftet und sich nicht ablöst.

Bevorzugterweise weist die metallische Oberflächenschicht eine Dicke von 2 bis 30 pm auf. Bei dieser Dicke der metallischen Oberflächenschicht wird eine optimale Fügestelle erhalten.

In einer möglichen Ausgestaltung ist zwischen dem ersten Bauteil und der Oberflächenschicht und zwischen dem zweiten Bauteil und der Oberflächenschicht eine zusätzliche Haftschicht aufgetragen, welche die Oberflächenschicht jeweils mit dem ersten und dem zweiten Bauteil verbindet. Diese Haftschichten sind nötig, da nicht alle Metalle der beiden Bauteile direkt mit dem Metall der Oberflächenschicht gut haften. Die Haftschicht dient damit zur Haftung und Verbindung zwischen den beiden Bauteilen und ihrer jeweiligen Oberflächenschicht.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass als Haftschicht insbesondere Haftgold oder Kupfer oder Chrom einsetzbar sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung liegt die Fügetemperatur insbesondere im Bereich von 250°C bis 280°C.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung bestehend aus mindestens einem ersten und einem zweiten Bauteil, wobei das erste und das zweite Bauteil Komponenten eines Feldgeräts der Prozess- und Automatisierungstechnik sind, welche jeweils an einer Fügefläche mittels einer Fügestelle mechanisch verbindbar sind, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Beschichten von jeweils mindestens der Fügefläche des ersten und des zweiten Bauteils mit einer metallischen Oberflächenschicht, wobei das Metall der Oberflächenschichten von dem Metall des ersten und/oder dem Metall des zweiten Bauteils verschieden ist,

Aufträgen eines Fügematerials zwischen die jeweiligen Fügeflächen der beiden Bauteile, wobei das Fügematerial mindestens Partikeln umfasst, welche mindestens teilweise aus einem Metall bestehen, wobei das Metall des Fügematerials mit dem Metall der Oberflächenschichten übereinstimmt, und

Fügen des ersten und zweiten Bauteils an ihrer jeweiligen Fügefläche durch Erwärmen bei einer Fügetemperatur unter 300°C.

Durch das Verwenden von zumindest teilweise aus Metall bestehenden Partikeln wird eine homogene Fügestelle schon bei vergleichsweise niedrigen Fügetemperaturen erhalten, da die Partikeln aufgrund ihrer hohen Oberflächenenergie schon bei niedrigen Temperaturn sintern. Durch die niedrige Fügetemperatur können auch verschiedene Metalle des ersten und des zweiten Bauteils miteinander gefügt werden, ohne dass Spannungen in den Bauteilen und/oder der Fügestelle auftreten. Es wird zudem eine glatte Fügestelle erhalten, welche auch für hygienische Anwendungen einsetzbar ist. Die Oberflächenschicht dient zur Verbindung des Fügematerials mit dem ersten und dem zweiten Bauteil und stellt so sicher, dass keine Delamination auftritt.

Vorteilhafterweise sieht das Verfahren einen zusätzlichen Schritt vor,

Beschichten der Fügefläche des ersten und des zweiten Bauteils mit jeweils einer Haftschicht, welche jeweils zwischen der Oberflächenschicht und dem ersten und zweiten Bauteil angeordnet ist.

Das Metall des Fügematerials und der Oberflächenschicht haftet nicht in allen Fällen ohne weiteres mit dem Metall des ersten und des zweiten Bauteils. Die Haftschicht dient daher zur Verbindung der Oberflächenschicht mit dem ersten und dem zweiten Bauteil.

Die erfindungsgemäße Lösung wird anhand der nachfolgenden Figuren Fig.1-2 näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Druckmessgeräts.

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Druckaufnehmers. Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vielzahl von unterschiedlicher Feldgeräts anwendbar. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit bezieht sich die nachfolgende Beschreibung jedoch der Einfachheit halber auf ein Druckmessgerät, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt. Entsprechende Druckmessgeräte werden von der Anmelderin beispielsweise unter dem Begriff „Cerabar“, „Ceraphant“ und „Deltabar“ hergestellt und vertrieben. Die Überlegungen lassen sich analog auf andere Feldgeräte anwenden, welche mindestens ein Bauteil mit einer hohen Empfindlichkeit gegenüber der Prozessgröße und/oder gegenüber Parametern, welche für die Bestimmung der Prozessgröße entscheidend sind, aufweisen.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines entsprechenden Druckessgeräts 11. Dabei ist die Membran 3 dem Prozess zugewandt und schließt sich an den Träger 2 an. Der Drucksensor 12 befindet sich in einer gewissen Entfernung von Membran 3 und Träger 2. Der auf die Membran 3 einwirkende Druck wird mittels einer Flüssigkeit (nicht gezeigt) an den Drucksensor 12 übertragen.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand eines Druckaufnehmers 1. Die Membran 3 und der Träger 2 sind gegenüberliegend, mit einander zugewandten Fügeflächen 4,5 angeordnet, an welchen Membran 3 und Träger 2 verbindbar sind. Zwischen Membran 3 und Träger 2 ist eine Druckkammer 9 angeordnet, an welche eine durch den Träger 2 verlaufende Bohrung anschließt. Der Träger 2 ist aus Edelstahl, insbesondere Duplexstahl und/oder Superduplexstahl, und/oder unlegierten Stahl und/oder Monel und/oder einer Kupferlegierung fertigbar und die Membran 3 ist aus Edelstahl, insbesondere Duplexstahl und/oder Superduplexstahl, und/oder Hastelloy und/oder Tantal und/oder Monel und/oder Titan und/oder Zirkon und/oder einer Kupferlegierungen und/oder einer Silberlegierungen und/oder einer Goldlegierungen fertigbar.

Auf die jeweilige Fügefläche von Membran und Träger 4,5 ist eine Haftschicht 10 aufgebracht. Die Haftschicht 10 kann aus Haftgold, Kupfer, Chrom oder weiteren Stoffen bestehen. Jeweils mindestens auf die Fügefläche der Membran 5 und der Fügefläche des Trägers 4 ist eine Oberflächenschicht 7 beispielsweise mittels eines galvanischen Prozesses oder mittels Sputtern aufgebracht, wobei das Metall der Oberflächenschichten 7 von dem Metall des Trägers 2 und/oder dem Metall der Membran 3 verschieden ist.

Eine mögliche Kombination wäre die Beschichtung von Membran 3 und Träger 2, die beide aus Edelstahl sind, mit einer Schicht aus Silber. Vorteilhafterweise weist die metallische Oberflächenschicht 7 eine Dicke von 2 bis 30 pm auf.

Zwischen den jeweiligen Oberflächenschichten 7 im Bereich der Fügefläche von Membran und Träger 4,5 ist ein Fügematerial 8 aufgetragen, welches mindestens Partikeln umfasst, welche mindestens teilweise aus einem Metall bestehen. Das Metall des Fügematerials 8 stimmt mit dem Metall der Oberflächenschichten 7 überein. Die Partikeln weisen beispielsweise Gold, Kupfer oder Silber, sowie Legierungen dieser Metalle auf oder auch Silbernitrat, Silberacetat, Silbercarbonat oder Silberoxid. Neben den Partikeln besteht das Fügematerial 8 mindestens noch aus einer Flüssigkeit und/oder einem Lösemittel und/oder einem Additiv. Der Durchmesser der Partikeln ist dabei kleiner als 1 pm, wobei andere Möglichkeiten nicht ausgeschlossen werden. Das Fügen erfolgt bei Fügetemperaturen unter 300°C, beispielsweise bei 250-280°C. Eine derartige Vorrichtung 1 wie ein Druckaufnehmer wird mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt, indem zunächst das erste und das zweite Bauteil 2,3 auf mindestens ihrer jeweiligen Fügefläche 4,5 mit einer Oberflächenschicht 7 beschichtet werden. Die Oberflächenschicht 7 weist dabei ein Metall auf, welches von dem Metall des ersten und des zweiten Bauteils 2,3 verschieden ist. Anschließend wird das Fügematerial 8 auf die jeweiligen Fügeflächen der beiden Bauteile 4,5 aufgetragen.

Das Fügematerial 8 umfasst mindestens Partikel, welche mindestens teilweise aus Metall bestehen, wobei das Metall des Fügematerials 8 mit dem Metall der Oberflächenschichten 7 übereinstimmt, so dass eine gute Haftung zwischen dem Fügematerial 8 und der Oberflächenschicht 7 erhalten wird. In einem weiteren Schritt werden die beiden Bauteile 2,3 an ihren jeweiligen Fügeflächen 4,5 bei einer

Fügetemperatur von unter 300°C gefügt. Optional können die Fügeflächen des ersten und des zweiten Bauteils 4,5 vorm Aufträgen der Oberflächenschicht 7 zunächst mit einer Haftschicht 10 beschichtet werden, welche die Oberflächenschicht 7 mit dem ersten und dem zweiten Bauteil 2,3 verbindet.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung bzw. Druckaufnehmer

2 erstes Bauteil bzw. Träger

3 zweites Bauteil bzw. Membran

4 Fügefläche des ersten Bauteil bzw. des Trägers

5 Fügefläche des zweiten Bauteils bzw. der Membran

6 Fügestelle

7 Oberflächenschicht

8 Fügematerial

9 Druckkammer

10 Haftschicht

11 Druckmessgerät

12 Drucksensor

Claims

Patentansprüche

1 . Vorrichtung (1) bestehend aus mindestens einem ersten (2) und einem zweiten (3) Bauteil, wobei das erste (2) und das zweite Bauteil (3) Komponenten eines Feldgeräts der Prozess- und Automatisierungstechnik sind, welche jeweils an einer Fügefläche (4,5) mittels einer Fügestelle (6) mechanisch miteinander verbunden sind, erhältlich durch ein Verfahren, welches die folgenden Schritte aufweist:

Beschichten von jeweils mindestens der Fügefläche (4,5) des ersten und des zweiten Bauteils (2,3) mit einer metallischen Oberflächenschicht (7), wobei das Metall der Oberflächenschichten (7) von dem Metall des ersten und/oder dem Metall des zweiten Bauteils (2,3) verschieden ist,

Aufträgen eines Fügematerials (8) zwischen die jeweiligen Fügeflächen (4,5) der beiden Bauteile (2,3), wobei das Fügematerial (8) mindestens Partikeln umfasst, welche mindestens teilweise aus einem Metall bestehen, wobei das

Metall des Fügematerials (8) mit dem Metall der Oberflächenschichten (7) übereinstimmt, und

Fügen des ersten und zweiten Bauteils (2,3) an ihrer jeweiligen Fügefläche (4,5) durch Erwärmen bei einer Fügetemperatur unter 300°C.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Vorrichtung einen Druckaufnehmer (1) betrifft, wobei das erste Bauteil ein metallischer Träger (2) und das zweite Bauteil eine unter Einschluss einer Druckkammer (9) auf dem metallischen Träger (2) angeordnete metallische Membran (3) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Partikeln Silber oder Kupfer oder Gold als Metall aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Partikeln insbesondere Silbernitrat, Silberacetat, Silbercarbonat oder Silberoxid umfassen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Partikeln eine Silber-, Kupfer- oder Goldlegierung aufweisen.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, wobei das Fügematerial (8) neben den zumindest teilweise aus Metall bestehenden Partikeln mindestens eine Flüssigkeit und/oder ein Lösemittel und/oder ein Additiv umfasst.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, wobei der Durchmesser der zumindest teilweise aus Metall bestehenden Partikeln kleiner als 1 pm ist.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-7, wobei das erste Bauteil (2) aus Edelstahl, insbesondere Duplexstahl und/oder Superduplexstahl, und/oder unlegierten Stahl und/oder Monel und/oder einer Kupferlegierung fertigbar ist, wobei das zweite Bauteil (3) aus Edelstahl, insbesondere Duplexstahl und/oder Superduplexstahl, und/oder Hastelloy und/oder Tantal und/oder Monel und/oder Titan und/oder Zirkon und/oder einer

Kupferlegierungen und/oder einer Silberlegierungen und/oder einer Goldlegierungen fertigbar ist.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, wobei die metallische Oberflächenschicht (7) mittels galvanischer Prozesse oder

Sputtern auf die beiden Bauteile (2,3) aufgebracht ist.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, wobei die metallische Oberflächenschicht (7) eine Dicke von 2 bis 30 pm aufweist.

11 . Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-10, wobei zwischen dem ersten Bauteil (2) und der Oberflächenschicht (7) und zwischen dem zweiten Bauteil (3) und der Oberflächenschicht (7) eine zusätzliche Haftschicht (10) aufgetragen ist, welche die Oberflächenschicht (7) jeweils mit dem ersten und zweiten Bauteil (2,3) verbindet.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-11 , wobei als Haftschicht (10) insbesondere Haftgold oder Kupfer oder Chrom einsetzbar sind.

13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-12, wobei die Fügetemperatur insbesondere im Bereich von 250°C bis 280°C liegt.

14. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung (1) bestehend aus mindestens einem ersten (2) und einem zweiten Bauteil (3), wobei das erste und das zweite Bauteil

(2,3) Komponenten eines Feldgeräts der Prozess- und Automatisierungstechnik sind, welche jeweils an einer Fügefläche (4,5) mittels einer Fügestelle (6) mechanisch verbindbar sind, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Beschichten von jeweils mindestens der Fügefläche (4,5) des ersten und des zweiten Bauteils (2,3) mit einer metallischen Oberflächenschicht (7), wobei das Metall der Oberflächenschichten (7) von dem Metall des ersten und/oder dem Metall des zweiten Bauteils (2,3) verschieden ist,

Aufträgen eines Fügematerials (8) zwischen die jeweiligen Fügeflächen (4,5) der beiden Bauteile (2,3), wobei das Fügematerial (8) mindestens Partikeln umfasst, welche mindestens teilweise aus einem Metall bestehen, wobei das

Metall des Fügematerials (8) mit dem Metall der Oberflächenschichten (7) übereinstimmt, und

Fügen des ersten und zweiten Bauteils (2,3) an ihrer jeweiligen Fügefläche (4,5) durch Erwärmen bei einer Fügetemperatur unter 300°C.

15. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei zusätzlich folgender Schritt vorgesehen ist:

Beschichten der Fügefläche (4,5) des ersten und des zweiten Bauteils (2,3) mit jeweils einer Haftschicht (10), welche jeweils zwischen der Oberflächenschicht (7) und dem ersten und zweiten Bauteil (2,3) angeordnet ist.