WO2018114282A1 - Dichtring und druckmessaufnehmer mit mindestens einem solchen dichtring - Google Patents

Dichtring und druckmessaufnehmer mit mindestens einem solchen dichtring Download PDF

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WO2018114282A1
WO2018114282A1 PCT/EP2017/081129 EP2017081129W WO2018114282A1 WO 2018114282 A1 WO2018114282 A1 WO 2018114282A1 EP 2017081129 W EP2017081129 W EP 2017081129W WO 2018114282 A1 WO2018114282 A1 WO 2018114282A1
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sealing ring
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ring
sealing
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PCT/EP2017/081129
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Kristine Bedner
Markus Brogle
Felix Fuhrler
Michael Hügel
Thomas Uehlin
Miriam Volz
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Endress+Hauser SE+Co. KG
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    • G—PHYSICS
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/147—Details about the mounting of the sensor to support or covering means

Definitions

  • the invention relates to a sealing ring and a
  • Pressure transducer with at least one such sealing ring.
  • Fluoropolymers such as PTFE, FEP or PFA used.
  • Conditions of the intended site in particular the pressure applied to the process, adapt.
  • a very high process pressure requires that a prestressing of the components to be sealed withstand at least this process pressure. This can lead to breakage of the ceramic in the case where a ceramic gasket is used. Typically, the fracture takes place only after the inert plastic has already flowed and thus no bumps due to the break can be compensated more.
  • the object is achieved by the sealing ring according to claim 1 and the Druckmessaufsacrificing according to the claim 9.
  • the object is achieved by a sealing ring
  • Cross section second middle height wherein the outer ring body the inner ring body closely encloses and the second average height is greater than the first average height.
  • This two-part core structure provides that the two annular bodies have a height difference, so that the forces on the higher outer metallic ring body store. This makes it possible to greatly reduce the risk of breakage in comparison to the known sealing rings with a one-piece ceramic core structure without height difference. Likewise, the mechanical requirements on the inner ceramic ring body are no longer so great, since the inner ring body is mechanically less stressed.
  • An advantageous embodiment of the sealing ring according to the invention further comprises an annular inner shell and the outer annular body at least partially enclosing polymer shell.
  • the embodiment can provide that the polymer shell is designed such that it at least partially, preferably completely dressed and / or that the polymer shell is a Flourpolymer, in particular at least one step, which results from the different first average height and the second average height PTFE, FEP or PFA, and the polymer shell
  • the embodiment can provide that the polymer shell has a fluoropolymer, in particular PTFE, FEP or PFA, and the polymer shell preferably has a mean thickness in the flowed or
  • the polymer shell substantially completely clad the step, i.e., completely fill the polymer.
  • a further advantageous embodiment of the sealing ring according to the invention provides that the inner and the outer ring body are connected to each other via a fit, wherein the fit is preferably designed such that the inner ring body at least partially a convex shape in cross section at an outer surface facing the outer ring body and the outer ring body at least partially has a concave shape in cross section at an inner surface facing the inner ring body.
  • the embodiment can provide that the fit is designed in such a way that the inner and outer ring bodies are arranged relative to one another such that a first step results between the inner and outer ring bodies on an upper side and a second side faces away from the upper side Stage yields, wherein preferably the first stage and the second stage substantially the same
  • an advantageous embodiment of the sealing ring according to the invention provides that the outer ring body comprises titanium.
  • the task is by a
  • Pressure sensor solved which comprises at least the following:
  • ceramic pressure measuring cell having a base body and at least one measuring membrane which is connected along a circumferential joint to the base body and can be acted upon with a medium, wherein the measuring membrane has in its edge region an annular measuring membrane sealing surface;
  • At least one ificatanInstitutmaschineper having a preferably annular medium opening through which the measuring membrane is acted upon by the medium, wherein the medium opening is surrounded by a process connection body sealing surface annularly; - at least one Dichthng after a previously described
  • An advantageous embodiment of the pressure measuring transducer further comprises a housing body in which the pressure measuring cell, the Prozeßan gleichkoper and the at least one sealing ring are arranged, and a
  • the embodiment can provide that the clamping device comprises at least one threaded ring and at least one plate spring, wherein the at least one plate spring between a measuring membrane facing away from the base body and a stop surface of the threaded ring is arranged so that the defined axial biasing force is adjustable by the threaded ring, wherein preferably a ceramic ring is arranged between the plate spring and the base body.
  • the pressure measuring transducer provides that the axial prestressing force is determined on the basis of a specified nominal pressure range and / or a specified overload range of the pressure measuring transducer.
  • the embodiment can provide that the axial preload force is chosen such that it is not below 200 N and above 50 kN, preferably not below 250 N and above 40 kN, more preferably not below 500 N and above 20 kN is located.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a pressure measuring transducer with a sealing ring according to the invention in the clamped state.
  • the cylindrical pressure measuring transducer shown in longitudinal section in FIG. 1 comprises, in principle, a cylindrical ceramic pressure measuring cell which operates according to a capacitive measuring principle, a process connection body and the sealing ring according to the invention, which is axially clamped in a housing.
  • the cylindrical ceramic pressure measuring cell has an oxide-ceramic material, such as, for example, aluminum oxide.
  • the inventive sealing ring 1 shown in cross-section in FIG. 1 in this case comprises a cylindrical ceramic inner ring body 2 having a first average height, and a cylindrical outer metallic, preferably titanium ring body 3 having a second average height, which closely surrounds the inner ring body 2.
  • first and second average height of the annular body 2 and 3 are selected so that the second average height is greater than the first average height, so that there is at least one step with a height difference between the inner and outer ring body.
  • a difference in height in the range of 50 to 150 ⁇ between the mean height of the outer and the inner ring body has proven.
  • the outer and the inner ring body 2 and 3 can, as shown in Fig. 1, be connected to each other via a fit 5.
  • the fit 5 is preferably formed such that the inner ring body 2 on an outer lateral surface in cross-section an at least partially convex shape and the outer ring body 3 on an inner circumferential surface in
  • Cross-section has an at least partially concave shape, so that the inner ring body 2 engages over the convex shape in the concave shape of the outer ring body 3.
  • the fit can also be designed in such a way that the outer and inner annular bodies are arranged relative to each other such that a second step forms on an upper side and a second step on a rear side facing away from the upper side, which ideally has substantially the same height difference. In this case, a height difference of approximately 50 ⁇ for both the first and the second stage has been found to be particularly suitable.
  • the sealing ring shown in Fig. 1 further comprises a polymer sheath 4, which surrounds the inner and the outer ring body 2 and 3 at least partially, preferably completely.
  • the polymer shell 4 comprises a fluoropolymer, for example PTFE, FEP or PFA, which has a certain resistance to media and temperature.
  • the polymer shell 4 is adapted in terms of their average strength to the at least one stage such that the shell at least partially, preferably fully dressed, the step in the clamped state. In the case that the shell 4, the at least one stage fully clothed, so no gap or crack is no longer available, which is one of several requirements for use in hygienic
  • the sealing ring Represents applications. Are the other requirements for use in hygienic applications, such. that the polymer sheath is not allowed to "flow" in the process, the sealing ring can in principle be used in such applications.It is self-evident that in the case that the sealing ring 1 has a first and a second stage, the
  • Polymer shell 4 is designed such that it covers both the first and the second stage at least partially, preferably completely.
  • the polymer shell 4 has an average thickness in the unfired state or non-aged state of not less than 20 ⁇ and not more than 1000 ⁇ , preferably not less than 20 ⁇ and not more than 500 ⁇ on.
  • the average thickness of the polymer shell should be greater than the height difference between the first and second stages.
  • the polymer shell 4 has an average thickness of not less than 1 ⁇ m and not more than 1000 ⁇ m, more preferably not less than 5 ⁇ m and not more than 200 ⁇ m, very particularly preferably not less than 10 ⁇ m more than 150 ⁇ on.
  • the difference in height between the inner and outer ring bodies 2 and 3 interacts with the mean thickness of the polymer sheath 4. This requires that the
  • Section between the inner ring body and the counter body is still functional or remains.
  • the sealing ring 1 according to the invention is axially clamped in a housing (not shown in FIG. 1) of the pressure measuring transducer 6.
  • the housing usually has a metallic material, which preferably
  • the pressure measuring cell 7, the sealing ring 1 according to the invention and a process connection body 1 1 are arranged in the axial direction.
  • the process connection body 1 1 has an annular medium opening, through which the measuring membrane 9 of the pressure measuring cell 7 can be acted upon by a medium, so that a media pressure of the medium can be measured.
  • Process connection body 1 1 on an outer circumferential surface a thread, via which it engages in a located on a first end face of the housing first internal thread of the housing.
  • the process connection body 1 1 includes no thread, but is flush mounted via a clamping mechanism (clamp-on).
  • the process connection body 1 1 defines an annular
  • the measuring diaphragm 9 has a first material with a first thermal expansion coefficient and the metallic outer
  • the pressure transducer 6 also has a first and the second coefficient of thermal expansion, wherein the first and the second coefficient of thermal expansion are adapted to each other such that the first and the second coefficient of thermal expansion not more than 20%, preferably not more than 15%, especially preferably not more than 13% differ.
  • the pressure transducer 6 also has a first and the second coefficient of thermal expansion not more than 20%, preferably not more than 15%, especially preferably not more than 13% differ.
  • the pressure transducer 6 also has a
  • Measuring membrane sealing surface and the process connection body surface is clamped on.
  • an axial biasing force in response to a nominal pressure range for which the pressure transducer is provided set.
  • the clamping device is indicated by an arrow in FIG. 1 by way of example.
  • the axial preload force is determined by the jig such that this principle in one
  • Pressure sensor with a pressure range of 100 mbar and a second range of about 4.95 kN to 5.05 kN for a pressure transducer with a pressure range of 100 bar proven.
  • a pressure transducer with a pressure range of 100 bar proven.
  • Pressure transducer which is intended for a nominal pressure range up to 100 mbar, an axial preload in the range of about 750 N to 1050 N, and a pressure transducer 6, which is provided for a nominal pressure range up to 100 bar, an axial preload in the range of 4.95 kN to 5.05 kN.
  • the jig may include a threaded ring and at least one cup spring (not shown in FIG. 1).
  • Threaded ring may have a thread on an outer circumferential surface, via which it engages in a second internal thread of the housing located on a second end face remote from the first end face.
  • the sealing ring is biased with the axial biasing force.
  • the clamping device additionally has a ceramic ring, which is arranged in the housing between the base body and the plate spring, to adapt the thermal in the clamped state

Abstract

Dichtring(1) zum Dichten im axial eingespannten Zustand,umfassend: -einen ringförmigen keramischen inneren Ringkörper (2) miteiner im Querschnitt ersten mittleren Höhe, und -einen ringförmigen metallischen äußeren Ringkörper (3) mit einer im Querschnitt zweiten mittleren Höhe, wobei der äußere Ringkörper (3) deninneren Ringkörper (2) eng umschließt und die zweite mittlere Höhe größer als die erste mittlere Höhe ist.

Description

Dichtring und Druckmessaufnehmer mit mindestens einem solchen
Dichtring
Die Erfindung bezieht sich auf einen Dichtring und einen
Druckmessaufnehmer mit mindestens einem solchen Dichtring.
In der Prozessindustrie werden u. a. Medien sowohl bei tiefen als auch bei hohen Temperaturen verarbeitet, bei denen gängige Elastomere nur bedingt standhalten. Es ist daher in solchen Fällen üblich, auf derartige Elastomere zu verzichten. Stattdessen werden inerte Kunststoffe, insbesondere
Fluorpolymere, wie beispielsweise PTFE, FEP oder PFA eingesetzt.
Konstruktionen der gegeneinander zu dichtenden Bauteile sind dann den besonderen Eigenschaften der Dichtmaterialien sowie den speziellen
Bedingungen des angedachten Einsatzortes, insbesondere des am Prozess angelegten Druck, anzupassen. So erfordert beispielsweise ein sehr hoher Prozessdruck, dass eine Vorspannung der zu dichtenden Bauteile zumindest diesem Prozessdruck standhält. Dies kann, in dem Fall, dass eine keramische Dichtung eingesetzt wird, zu einem Bruch der Keramik führen. Typischerweise findet der Bruch erst statt, nachdem der inerte Kunststoff bereits geflossen ist und somit keine Unebenheiten aufgrund des Bruches mehr ausgeglichen werden können.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Dichtring und einen
Druckmessaufnehmer mit einem solchen Dichtring vorzuschlagen, der bei einer größeren Vorspannung einspannbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Dichtring gemäß dem Patentanspruch 1 sowie dem Druckmessaufnehmer gemäß dem Patentanspruch 9. Hinsichtlich des Dichtrings wird die Aufgabe durch einen Dichtring zum
Dichten im axial eingespannten Zustand gelöst, welcher Dichtring umfasst:
- einen ringförmigen keramischen inneren Ringkörper mit einer im
Querschnitt ersten mittleren Höhe, und
- einen ringförmigen metallischen äußeren Ringkörper mit einer im
Querschnitt zweiten mittleren Höhe, wobei der äußere Ringkörper den inneren Ringkörper eng umschließt und die zweite mittlere Höhe größer als die erste mittlere Höhe ist.
Erfindungsgemäß wird also ein zweiteiliger Aufbau eines Kerns eines
Dichtringes vorgeschlagen. Dieser zweiteilige Kernaufbau sieht vor, dass die beiden Ringkörper einen Höhenunterschied aufweisen, sodass die Kräfte auf dem höheren äußeren metallischen Ringkörper lagern. Hierdurch lässt sich im Vergleich zu den bekannten Dichtringen mit einem einteiligen keramischen Kernaufbau ohne Höhenunterschied die Bruchgefahr sehr stark vermindern. Gleichfalls sind die die mechanischen Anforderungen an den inneren keramischen Ringkörper nicht mehr so groß, da der innere Ringkörper mechanisch weniger belastet wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dichtrings umfasst ferner eine ringförmige den inneren und den äußeren Ringkörper zumindest teilweise umschließende Polymerhülle. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die Polymerhülle derartig ausgebildet ist, dass sie zumindest eine Stufe, die sich aufgrund der unterschiedlichen ersten mittleren Höhe und der zweiten mittleren Höhe ergibt, zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig bekleidet und/oder dass die Polymerhülle ein Flourpolymer, insbesondere PTFE, FEP oder PFA, aufweist und die Polymerhülle
vorzugsweise eine mittlere Stärke im nicht geflossenen bzw. nicht gealterten Zustand von nicht weniger als 20 μιτι (Mikrometern) und nicht mehr als 1000 μιτι, besonders bevorzugt nicht weniger als 20 μιτι und nicht mehr als 500 μιτι, ganz besonders bevorzugt nicht weniger als 30 μιτι und nicht mehr als 200 μιτι aufweist. Ebenfalls kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die Polymerhülle ein Flourpolymer, insbesondere PTFE, FEP oder PFA, aufweist und die Polymerhülle vorzugsweise eine mittlere Stärke im geflossenen bzw.
gealterten Zustand von nicht weniger als 1 μιτι und nicht mehr als 1000 μιτι, besonders bevorzugt nicht weniger als 5 μιτι und nicht mehr als 200 μιτι, ganz besonders bevorzugt nicht weniger als 10 μιτι und nicht mehr als 150 μιτι aufweist. Aufgrund des äußeren höheren Ringkerns lasten im eingespannten Zustand die mechanischen Kräfte im Wesentlichen auf diesem. In dem Fall, dass an dieser Stelle die überzogene Polymerhülle defekt ist, bspw. dadurch, dass diese zerflossen oder zerrieben ist, findet eine„zweite" Dichtung im Bereich der wenigstens einen Stufe statt, da an dieser Stelle die Hülle mechanisch weniger belastet ist und somit in der Regel noch in Takt ist.
Voraussetzung damit die„zweite Dichtung" funktioniert ist allerdings, dass die Polymerhülle die Stufe im Wesentlichen vollständig bekleidet, d.h. vollständig mit dem Polymer ausgefüllt ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dichtrings sieht vor, dass der innere und der äußere Ringkörper über eine Passung miteinander verbunden sind, wobei die Passung vorzugsweise derartig ausgebildet ist, dass der innere Ringkörper an einer zum äußeren Ringkörper gewandten Außenfläche im Querschnitt zumindest teilweise eine konvexe Form und der äußere Ringkorper an einer zum inneren Ringkörper gewandten Innenfläche im Querschnitt zumindest teilweise eine konkave Form aufweist. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die Passung derartig ausgeführt ist, dass der innere und der äußere Ringkörper so zueinander angeordnet sind, dass sich an einer Oberseite eine erste Stufen zwischen dem inneren und dem äußeren Ringkörper ergibt und an einer der Oberseite abgewandten Rückseite eine zweite Stufe ergibt, wobei vorzugsweise die erste Stufe und die zweite Stufe im Wesentlichen einen gleichen
Höhenunterschied aufweisen.
Wiederum eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dichtrings sieht vor, dass der äußere Ringkörper Titan umfasst. Hinsichtlich des Druckmessaufnehmers wird die Aufgabe durch einen
Druckmessaufnehmer gelöst, welcher zumindest folgendes umfasst:
- eine, insbesondere keramische Druckmesszelle mit einem Grundkörper und zumindest einer Messmembran, die entlang einer umlaufenden Fügestelle mit dem Grundkörper verbunden und mit einem Medium beaufschlagbar ist, wobei die Messmembran in ihrem Randbereich eine ringförmige Messmembrandichtfläche aufweist;
- mindestens einen Prozessanschlussköper, welcher eine vorzugsweise ringförmige Mediumsöffnung aufweist, durch welche die Messmembran mit dem Medium beaufschlagbar ist, wobei die Mediumsöffnung von einer Prozessanschlusskörperdichtfläche ringförmig umgeben ist; - mindestens einen Dichthng nach einer zuvor beschriebenen
Ausgestaltung, wobei der mindestens eine Dichtring zwischen der Messmembrandichtfläche und der Prozessanschlusskörperdichtfläche angeordnet und axial eingespannt ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Druckmessaufnehmers umfasst ferner einen Gehäusekörper in dem die Druckmesszelle, der Prozessanschlusskoper und der mindestens eine Dichtring angeordnet sind, und eine
Einspannvorrichtung über die der Dichtring zwischen der
Messmembrandichtfläche und der Prozessanschlusskörperdichtfläche mit einer definierten axialen Vorspannkraft eingespannt ist. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die Einspannvorrichtung zumindest einen Gewindering und wenigstens eine Tellerfeder umfasst, wobei die wenigstens eine Tellerfeder zwischen einer der Messmembran abgewandten Seite des Grundkörpers und einer Anschlagsfläche des Gewinderings angeordnet ist, sodass die definierte axiale Vorspannkraft durch den Gewindering einstellbar ist, wobei vorzugsweise zwischen der Tellerfeder und dem Grundkörper ein Keramikring angeordnet ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Druckmessaufnehmers sieht vor, dass die axiale Vorspannkraft anhand eines spezifizierten Nenndruckbereichs und/oder eines spezifizierten Überlastbereichs des Druckmessaufnehmers festgelegt ist. Insbesondere kann die Ausgestaltung vorsehen, dass die axiale Vorspannkraft derartig gewählt ist, dass diese nicht unterhalb von 200 N und oberhalb von 50 kN, bevorzugt nicht unterhalb von 250 N und oberhalb von 40 kN, besonders bevorzugt nicht unterhalb von 500 N und oberhalb von 20 kN liegt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : einen Längsschnitt durch einen Druckmessaufnehmer mit einem erfindungsgemäßen Dichtring im eingespannten Zustand. Der in Figur 1 im Längsschnitt gezeigte zylindrische Druckmessaufnehmer umfasst prinzipiell eine zylindrische keramische Druckmesszelle, die nach einem kapazitiven Messprinzip arbeitet, einen Prozessanschlusskörper und den erfindungsgemäßen Dichtring, der in einem Gehäuse axial eingespannt ist. Die zylindrische keramische Druckmesszelle weist einen oxidkeramischen Werkstoff, wie bspw. Aluminiumoxid, auf.
Der in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte erfindungsgemäße Dichtring 1 umfasst hierbei einen zylindrischen keramischen inneren Ringkörper 2 mit einer ersten mittleren Höhe, und einen den inneren Ringkörper 2 eng umschließenden zylindrischen äußeren metallischen, vorzugsweise Titan aufweisenden Ringkörper 3 mit einer zweiten mittleren Höhe.
Erfindungsgemäß sind die erste und zweite mittlere Höhe der Ringkörper 2 und 3 so gewählt, dass die zweite mittlere Höhe größer als die erste mittlere Höhe ist, so dass sich zumindest eine Stufe mit einem Höhenunterschied zwischen dem inneren und äußeren Ringkörper ergibt. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Höhenunterschied im Bereich von 50 bis 150 μιτι zwischen der mittleren Höhe des äußeren und des inneren Ringkörpers erwiesen.
Der äußere und der innere Ringkörper 2 und 3 können, wie in Fig. 1 dargestellt, über eine Passung 5 miteinander verbunden sein. Die Passung 5 ist dabei vorzugsweise derartig ausgebildet, dass der innere Ringkörper 2 an einer äußeren Mantelfläche im Querschnitt eine zumindest teilweise konvexe Form und der äußere Ringkörper 3 an einer inneren Mantelfläche im
Querschnitt eine zumindest teilweise konkave Form aufweist, so dass der innere Ringkörper 2 über die konvexe Form in die konkave Form des äußeren Ringkörpers 3 eingreift. Die Passung kann ferner derartig ausgeführt sein, dass der äußere und innere Ringkörper so zueinander angeordnet sind, dass sich an einer Oberseite eine erste Stufe und an einer der Oberseite abgewandten Rückseite eine zweite Stufe ausbildet, welche idealerweise im Wesentlichen einen gleichen Höhenunterschied aufweisen. Hierbei hat sich ein Höhenunterschied von in etwa 50 μιτι sowohl für die erste als auch die zweite Stufe als besonders geeignet herausgestellt. Der in Fig. 1 dargestellte Dichtring umfasst ferner eine Polymerhülle 4, welche den inneren und den äußeren Ringkörper 2 und 3 zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig umgibt. Die Polymerhülle 4 weist ein Flourpolymer, beispielsweise PTFE, FEP oder PFA, welches eine gewisse Medien- und Temperaturbeständigkeit besitzt, auf. Die Polymerhülle 4 ist hinsichtlich ihrer mittleren Stärke derartig an die zumindest eine Stufe angepasst, dass die Hülle die Stufe im eingespannten Zustand zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig bekleidet. In dem Fall, dass die Hülle 4 die zumindest eine Stufe vollständig bekleidet, ist somit kein Spalt bzw. keine Ritze mehr vorhanden, was eine von mehreren Anforderungen für den Einsatz in hygienischen
Anwendungen darstellt. Sind die weiteren Anforderungen für den Einsatz in hygienischen Anwendungen, wie z.B. dass die Polymerhülle nicht in den Prozess„fließen" darf, erfüllt, kann der Dichtring in solchen Anwendungen prinzipiell eingesetzt werden. Es versteht sich von selbst, dass in dem Fall, dass der Dichtring 1 eine erste und eine zweite Stufe aufweist, die
Polymerhülle 4 derartig ausgeführt ist, dass diese sowohl die erste als auch die zweite Stufe zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig bedeckt.
Hierzu weist die Polymerhülle 4 eine mittlere Stärke im nicht geflossenen Zustand bzw. nicht gealterten Zustand von nicht weniger als 20 μιτι und nicht mehr als 1000 μιτι, bevorzugt nicht weniger als 20 μιτι und nicht mehr als 500 μιτι auf. Als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Dichteffizienz hat sich in Kombination mit dem zuvor angegebenen Höhenunterschied im Bereich von 50 bis 150 μιτι eine mittlere Stärke von nicht weniger als 50 μιτι, vorzugsweise weniger als 30 μιτι, besonders bevorzugt nicht weniger als 20 μιτι und eine mittlere Stärke von nicht mehr als 200 μιτι herausgestellt. Für eine besonders effektive Dichtung sollte die mittlere Stärke der Polymerhülle größer sein als der Höhenunterschied zwischen der ersten und zweiten Stufe. Im geflossenen bzw. gealterten Zustand weist die Polymerhülle 4 eine mittlere Stärke von nicht weniger als 1 μιτι und nicht mehr als 1000 μιτι, besonders bevorzugt nicht weniger als 5 μιτι und nicht mehr als 200 μιτι, ganz besonders bevorzugt nicht weniger als 10 μιτι und nicht mehr als 150 μιτι auf. Zusammenfassend lässt sich somit festhalten, dass der Höhenunterschied zwischen dem inneren und äußeren Ringkörper 2 und 3 in Wechselwirkung zu der mittleren Stärke der Polymerhülle 4 steht. Dies bedingt, dass der
Höhenunterschied zwischen der ersten und zweiten mittleren Höhe der Ringkörper 2 und 3 und die Stärke der Polymerhülle 4 derartig zueinander angepasst sind, dass nach einem Fließvorgang der Polymerhülle 4 unter einer Temperatur und Pressung sowohl der Abschnitt zwischen dem äußeren Ringkörper 3 und einem Gegenkörper als auch der Abschnitt zwischen dem inneren Ringkörper und dem Gegenkörper zur Dichtung beitragen. Auf diese Weise kann eine Undichtigkeit bzw. Leckage vermieden werden, da auch in dem Fall, dass im mechanisch stärker beanspruchten Abschnitt zwischen dem äußeren Ringkörper 3 und dem Gegenkörper die Dichtung versagen sollte, z.B. aufgrund von starkem Fließen der Polymerhülle 4, die Dichtung im
Abschnitt zwischen dem inneren Ringkörper und dem Gegen körper trotzdem funktionstauglich ist bzw. bleibt.
Der erfindungsgemäße Dichtring 1 ist in einem Gehäuse (nicht dargestellt in Fig. 1 ) des Druckmessaufnehmers 6 axial eingespannt. Das Gehäuse weist für gewöhnlich ein metallisches Material, welches vorzugsweise
korrosionsbeständig ist, beispielsweise Edelstahl, auf. In dem Gehäuse sind in axialer Richtung die Druckmesszelle 7, der erfindungsgemäße Dichtring 1 und ein Prozessanschlusskörper 1 1 angeordnet. Der Prozessanschlusskörper 1 1 weist eine ringförmige Mediumsöffnung auf, durch welche die Messmembran 9 der Druckmesszelle 7 mit einem Medium beaufschlagbar ist, so dass ein Mediendruck des Mediums messbar ist. Typischerweise umfasst der
Prozessanschlusskörper 1 1 an einer äußeren Mantelfläche ein Gewinde, über welches er in ein an einer ersten Stirnseite des Gehäuses befindliches erstes Innengewinde des Gehäuses eingreift. Alternativ, bspw. bei hygiensichen Anwendungen, umfasst der Prozessanschlusskörper 1 1 kein Gewinde, sondern wird frontbündig über ein Klemmmechanismus (Clamp-on) befestigt. Ferner definiert der Prozessanschlusskörper 1 1 eine ringförmige
Prozessanschlusskörperdichtfläche auf der der erfindungsgemäße Dichtring 1 aufsitzt, so dass ein Innenraum des Gehäuses gegen die Mediumsöffnung abgedichtet ist. Vorzugsweise weist die Messmembran 9 ein erstes Material mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten und der metallische äußere
Ringkörper 3 des Dichtrings 1 ein zweites Material mit einem zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, wobei der erste und der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient derartig aneinander angepasst sind, dass der erste und der zweite thermische Ausdehnungskoeffizient nicht mehr als 20%, bevorzugt nicht mehr als 15%, besonders bevorzugt nicht mehr als 13% voneinander abweichen. Zum Abdichten weist der Druckmessaufnehmer 6 ferner eine
Einspannvorrichtung, mittels derer der Dichtring zwischen der
Messmembrandichtfläche und der Prozessanschlusskörperfläche eingespannt ist, auf. Über die Einspannvorrichtung wird eine axiale Vorspannkraft in Abhängigkeit eines Nenndruckbereiches für den der Druckmessaufnehmer vorgesehen ist, festgelegt. Die Einspannvorrichtung ist in Fig. 1 exemplarisch durch einen Pfeil angedeutet. Die axiale Vorspannkraft ist dabei durch die Einspannvorrichtung derartig festgelegt, dass diese prinzipiell in einem
Bereich von in etwa 500 N bis 5,5 kN liegt. Als besonders praktikabel haben sich ein erster Bereich von in etwa 750 N bis 1050 N für einen
Druckmessaufnehmer mit einem Druckbereich von 100 mbar und ein zweiter Bereich von in etwa 4,95 kN bis 5,05 kN für einen Druckmessaufnehmer mit einem Druckbereich von 100 bar erwiesen. So kann bspw. ein
Druckmessaufnehmer, welcher für einen Nenndruckbereich bis 100 mbar vorgesehen ist, eine axiale Vorspannung im Bereich von in etwa 750 N bis 1050 N, und ein Druckmessaufnehmer 6, welcher für einen Nenndruckbereich bis 100 bar vorgesehen ist, eine axiale Vorspannung im Bereich von 4,95 kN bis 5,05 kN aufweisen.
Die Einspannvorrichtung kann beispielsweise einen Gewindering und wenigstens eine Tellerfeder (nicht in Fig. 1 dargestellt) umfassen. Der
Gewindering kann an einer äußeren Mantelfläche ein Gewinde, über welches er in ein an einer der ersten Stirnseite abgewandten zweiten Stirnseite befindliches zweites Innengewinde des Gehäuses eingreift, aufweisen. Über den Gewindering und die wenigstens eine Tellerfeder, welche zwischen dem Gewindering und dem Grundkörper angeordnet ist bzw. sind, wird der Dichtring mit der axialen Vorspannkraft vorgespannt.
Als vorteilhaft hat es sich ebenfalls erwiesen, wenn die Einspannvorrichtung zusätzlich auch einen Keramikring aufweist, welcher in dem Gehäuse zwischen dem Grundkörper und der Tellerfeder angeordnet ist, um auch im eingespannten Zustand eine Anpassung der thermischen
Ausdehnungskoeffizienten zu erzielen. Selbstverständlich können auch anstelle des Gewinderings und der Tellerfeder beliebige andere
Einspannmechanismen zum Einsatz kommen.
Bezugszeichenliste
Dichtring
Innerer Ringkörper
Äußerer Ringkörper
Polymerhülle
Passung
Druckmessaufnehmer
Druckmesszelle
Grundkörper
Messmembran
Umlaufende Fügestelle
Prozessanschlussköper

Claims

Patentansprüche
1 . Dichtring (1 ) zum Dichten im axial eingespannten Zustand, umfassend:
- einen ringförmigen keramischen inneren Ringkörper (2) mit einer im
Querschnitt ersten mittleren Höhe, und
- einen ringförmigen metallischen äußeren Ringkörper (3) mit einer im Querschnitt zweiten mittleren Höhe, wobei der äußere Ringkörper (3) den inneren Ringkörper (2) eng umschließt und die zweite mittlere Höhe größer als die erste mittlere Höhe ist.
2. Dichtring nach Anspruch 1 , ferner umfassend:
- eine ringförmige den inneren und den äußeren Ringkörper (2, 3)
zumindest teilweise umschließende Polymerhülle (4).
3. Dichtring nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Polymerhülle (4) derartig ausgebildet ist, dass sie zumindest eine Stufe, die sich aufgrund der unterschiedlichen ersten mittleren Höhe und der zweiten mittleren Höhe ergibt, zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig bekleidet.
4. Dichtring nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Polymerhülle (4) ein Flourpolymer, insbesondere PTFE, FEP oder PFA, aufweist und die Polymerhülle (4) vorzugsweise eine mittlere Stärke im nicht geflossenen bzw. nicht gealterten Zustand von nicht weniger als 20 μιτι und nicht mehr als 1000 μιτι, besonders bevorzugt nicht weniger als 20 μιτι und nicht mehr als 500 μιτι, ganz besonders bevorzugt nicht weniger als 30 μιτι und nicht mehr als 200 μιτι aufweist.
5. Dichtring nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Polymerhülle (4) ein Flourpolymer, insbesondere PTFE, FEP oder PFA, aufweist und die Polymerhülle (4) vorzugsweise eine mittlere Stärke im nicht geflossenen bzw. nicht gealterten Zustand von nicht weniger als 50 μιτι und nicht mehr als 1000 μιτι, besonders bevorzugt nicht weniger als 50 μιτι und nicht mehr als 500 μιτι, ganz besonders bevorzugt nicht weniger als 30 μιτι und nicht mehr als 200 μιτι aufweist.
6. Dichtring nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die
Polymerhülle (4) ein Flourpolymer, insbesondere PTFE, FEP oder PFA, aufweist und die Polymerhülle (4) vorzugsweise eine mittlere Stärke im geflossenen bzw. gealterten Zustand von nicht weniger als 1 μιτι und nicht mehr als 1000 μιτι, besonders bevorzugt nicht weniger als 5 μιτι und nicht mehr als 200 μιτι, ganz besonders bevorzugt nicht weniger als 10 μιτι und nicht mehr als 150 μιτι aufweist.
7. Dichtring nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der innere und der äußere Ringkörper (2, 3) über eine Passung (5)
miteinander verbunden sind, wobei die Passung (5) vorzugsweise derartig ausgebildet ist, dass der innere Ringkörper (2) an einer zum äußeren
Ringkörper (3) gewandten Außenfläche im Querschnitt zumindest teilweise eine konvexe Form und der äußere Ringkörper (3) an einer zum inneren Ringkörper (2) gewandten Innenfläche im Querschnitt zumindest teilweise eine konkave Form aufweist.
8. Dichtring nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Passung derartig ausgeführt ist, dass der innere und der äußere Ringkörper so zueinander angeordnet sind, dass sich an einer Oberseite eine erste Stufen zwischen dem inneren und dem äußeren Ringkörper ergibt und an einer der Oberseite abgewandten Rückseite eine zweite Stufe ergibt, wobei vorzugsweise die erste Stufe und die zweite Stufe im Wesentlichen einen gleichen
Höhenunterschied aufweisen.
9. Dichtring nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der äußere Ringkörper (3) Titan umfasst.
10. Druckmessaufnehmer (6), zumindest umfassend:
- eine, insbesondere keramische Druckmesszelle (7) mit einem
Grundkörper (8) und zumindest einer Messmembran (9), die entlang einer umlaufenden Fügestelle (10) mit dem Grundkörper (8) verbunden und mit einem Medium beaufschlagbar ist, wobei die Messmembran (9) in ihrem Randbereich eine ringförmige Messmembrandichtfläche aufweist; - mindestens einen Prozessanschlussköper (1 1 ), welcher eine
vorzugsweise ringförmige Mediumsöffnung aufweist, durch welche die Messmembran (9) mit dem Medium beaufschlagbar ist, wobei die Mediumsöffnung von einer Prozessanschlusskörperdichtfläche ringförmig umgeben ist;
- mindestens einen Dichtring (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der mindestens eine Dichtring (1 ) zwischen der
Messmembrandichtfläche und der Prozessanschlusskörperdichtfläche angeordnet und axial eingespannt ist.
1 1 . Druckmessaufnehmer nach Anspruch 10, ferner umfassend einen
Gehäusekörper in dem die Druckmesszelle (7), der Prozessanschlussköper (1 1 ) und der mindestens eine Dichtring (1 ) angeordnet sind, und eine
Einspannvorrichtung über die der Dichtring (1 ) zwischen der
Messmembrandichtfläche und der Prozessanschlusskörperdichtfläche mit einer definierten axialen Vorspannkraft eingespannt ist.
12. Druckmessaufnehmer nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Einspannvorrichtung zumindest einen Gewindering und wenigstens eine Tellerfeder umfasst, wobei die wenigstens eine Tellerfeder zwischen einer der Messmembran abgewandten Seite des Grundkörpers (8) und einer
Anschlagsfläche des Gewinderings angeordnet ist, sodass die definierte axiale Vorspannkraft durch den Gewindering einstellbar ist, wobei vorzugsweise zwischen der Tellerfeder und dem Grundkörper ein Keramikring angeordnet ist.
13. Druckmessaufnehmer nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die axiale Vorspannkraft anhand eines spezifizierten Nenndruckbereichs und/oder eines spezifizierten Überlastbereichs des Druckmessaufnehmers festgelegt ist.
14. Druckmessaufnehmer nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die axiale Vorspannkraft derartig gewählt ist, dass diese nicht unterhalb von 200 N und oberhalb von 50 kN, bevorzugt nicht unterhalb von 250 N und oberhalb 40 kN, besonders bevorzugt nicht unterhalb von 500 N und oberhalb von kN liegt.
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