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DE102020133358A1 - Verfahren zur druck- und gasdichten Trennung von einem ersten und einem zweiten hydraulischen Pfad in einem Differenzdrucksensor - Google Patents

Verfahren zur druck- und gasdichten Trennung von einem ersten und einem zweiten hydraulischen Pfad in einem Differenzdrucksensor Download PDF

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Publication number
DE102020133358A1
DE102020133358A1 DE102020133358.7A DE102020133358A DE102020133358A1 DE 102020133358 A1 DE102020133358 A1 DE 102020133358A1 DE 102020133358 A DE102020133358 A DE 102020133358A DE 102020133358 A1 DE102020133358 A1 DE 102020133358A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure
pressure sensor
hydraulic
hydraulic path
component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020133358.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Kristine Bedner
Thomas Uehlin
Alexander Beck
Michael Noack
Florian Gutmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Priority to DE102020133358.7A priority Critical patent/DE102020133358A1/de
Priority to PCT/EP2021/083083 priority patent/WO2022128398A1/de
Publication of DE102020133358A1 publication Critical patent/DE102020133358A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G01L13/025Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms
    • G01L13/026Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements using diaphragms involving double diaphragm

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur druck- und gasdichten Trennung von einem ersten und einem zweiten hydraulischen Pfad (26a, 26b) in einem Drucksensor (1), wobei der erste hydraulische Pfad (26a) einen ersten Druck (p1) zu einer ersten Druckbeaufschlagungsfläche (13a) eines drucksensitiven Messelements (13) überträgt, wobei der zweite hydraulische Pfad (26b) einen zweiten Druck (p2) zu einer zweiten Druckbeaufschlagungsfläche (13b) eines drucksensitiven Messelements (13) überträgt, wobei ein erster Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) in einer ersten Komponente (2; 9a1) des Drucksensors (1) und wobei ein zweiter Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) in einer zweiten Komponente (3; 9a2) des Drucksensors (1) angeordnet ist, wobei die erste Komponente (2; 9a1) und die zweite Komponente (3; 9a2) derart zueinander positioniert werden, dass die beiden Teilbereiche des zumindest einen hydraulischen Pfades (26a, 26b) aneinandergrenzen, wobei mittels eines Strahlschweißverfahrens eine umlaufende Schweißnaht im Bereich der aneinandergrenzenden Flächen der beiden Komponenten (2, 3; 9a1, 9a2) des Drucksensors (1) geschweißt wird, wobei der Schweißstrahl zum Verbinden der beiden Komponenten (2, 3; 9a1, 9a2) im Wesentlichen quer durch zumindest einen der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) geführt wird, so dass sich die Schweißnaht zu beiden Seiten des zumindest einen hydraulischen Pfades (26a, 26b) erstreckt, ohne den hydraulischen Pfad (26a, 26b) zu verschließen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur druck- und gasdichten Trennung von einem ersten und einem zweiten hydraulischen Pfad in einem Differenzdrucksensor. Desweiteren betrifft die Erfindung einen Differenzdrucksensor, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt ist. Bei dem Differenzdrucksensor kann es sich um einen koplanaren oder eine bipolaren Differenzdrucksensor handeln.
  • In der Automatisierungstechnik kommen unterschiedliche Ausgestaltungen von Drucksensoren in unterschiedlichen Anwendungen zum Einsatz. Bei Absolutdrucksensoren wird ein zu messender Druck absolut, d. h. als ein Druckunterschied gegenüber dem Vakuum erfasst. Mit einem Relativdruckmessaufnehmer wird ein zu messender Druck in Form eines Druckunterschiedes gegenüber einem Referenzdruck bestimmt - bei vielen Anwendungen ist dies der Atmosphärendruck am Einsatzort. Es wird also bei Absolutdruckmessanordnungen ein zu messender Druck bezogen auf einen festen Bezugsdruck, den Vakuumdruck, und bei Relativdruckmessanordnungen ein zu messender Druck bezogen auf einen variablen Bezugsdruck, z. B. den Umgebungsdruck, erfasst.
  • Eine Differenzdrucksensor erfasst die Differenz zwischen zwei Prozessdrücken. Differenzdruckmessaufnehmer kommen beispielsweise in Tanks zur Füllstandsmessung oder in Rohrleitungen zur Durchflussmessung zum Einsatz. Auch ist es bekannt, bei z.B. einem Differenzdrucksensor zusätzlich den Absolutdruck zu bestimmen, um Messfehler aufgrund des statischen Drucks kompensieren zu können. Eine Vielzahl unterschiedlicher Drucksensoren wird von der Anmelderin z.B. unter der Bezeichnung CERABAR oder DELTABAR angeboten und vertrieben.
  • Aus der DE 3 222 620 A1 ist ein Druckdifferenzmessgerät bekannt geworden, das eine vor Überlastung geschützte Druckmessaufnehmereinrichtung aufweist. Das Messgerät hat einen zentralen Aufnahmekörper, der an zwei gegenüberliegenden Seiten zwischen einem Membranbett und einer Trennmembrane jeweils eine Vorkammer ausbildet. In dem Aufnahmekörper ist jeweils hinter der vom Membranbett abgewandten Seite eine Zusatzkammer vorgesehen, die durch eine vorgespannte Zusatzmembrane begrenzt wird. Innerhalb des Aufnahmekörpers befindet sich weiterhin eine Messkammer, die durch die Druckmessaufnehmereinrichtung in zwei Teilkammern unterteilt ist. Jede der beiden Teilkammern der Messkammer ist über jeweils einen Verbindungskanal mit einer der beiden Vorkammern verbunden. Über jeweils einen Zusatzkanal ist jeder der beiden Verbindungskanäle an eine der beiden Zusatzkammern angeschlossen.
  • Ist das Gerät einem Differenzdruck unterhalb oder im Bereich des Differenzdruck-Nennwertes ausgesetzt, dann wird dieser Differenzdruck der Druckmessaufnehmereinrichtung über die Verbindungskanäle übermittelt. Die Zusatzmembranen entfalten eine geringe Wirkung, die in erster Näherung vernachlässigbar ist. Übersteigt die Druckdifferenz infolge einer Überlast den Druckdifferenz-Nennwert um einen vorgegebenen Wert, dann wird bei der Trennmembrane auf der Hochdruckseite die unter ihr befindliche Druckvermittler-Flüssigkeit in die ihr zugeordnete Vorkammer gedrückt. Die herausgedrückte Flüssigkeit gelangt über den Verbindungskanal und den Zusatzkanal zur Zusatzmembrane auf der Niederdruckseite und veranlasst diese, sich abzuheben. Somit befindet die sich auf der Hochdruckseite unter der Trennmembrane herausgedrückte Flüssigkeit im Überlastfall unter der sich abhebenden Zusatzmembrane auf der Niederdruckseite. Eine Überlastung der Druckmessaufnehmereinrichtung wird folglich vermieden. Die Wandlerkammer ist bei der Deutschen Patentanmeldung in das Messwerk integriert.
  • Aus der WO 2018/165122 A1 ist ein koplanar aufgebauter Differenzdruckmessaufnehmer bekannt geworden, bei dem die Druckeingänge mit Trennmembrane und Überlastmembrane in einer Ebene - und zwar im dem Prozess zugewandten Endbereich - angeordnet sind und nicht auf gegenüberliegenden, parallelen Ebenen wie in der zuvor genannten Deutschen Patentanmeldung. Es handelt sich um ein sog. Doppelmembransystem. Hier kann auf die druckbelastete Mittenmembranschweißung verzichtet werden, so dass das Messwerk einteilig ausgeführt werden kann.
  • Kritisch bei den bekannten Ausgestaltungen ist die gas- und druckdichte Trennung der beiden unterschiedlichen hydraulischen Pfade: im Falle des Differenzdrucksensors muss die Hochdruckseite (Plusseite) von der Niederdruckseite (Minusseite) gas- und druckdicht getrennt werden. Bei einem Relativdrucksensor bzw. Absolutdrucksensor ist gleichfalls eine gas- und druckdichte Trennung von Messdruckseite und Relativdruckseite bzw. Messdruckseite und Absolutdruckseite/Vakuum erforderlich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Fertigung eines Differenzdrucksensors vorzuschlagen. Weiterhin wird ein einfach zu fertigender Differenzdrucksensor vorgeschlagen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur druck- und gasdichten Trennung von einem ersten und einem zweiten hydraulischen Pfad in einem Drucksensor, wobei der erste hydraulische Pfad einen ersten Druck zu einer ersten Druckbeaufschlagungsfläche eines drucksensitiven Messelements überträgt, wobei der zweite hydraulische Pfad einen zweiten Druck zu einer zweiten Druckbeaufschlagungsfläche eines drucksensitiven Messelements überträgt. Ein erster Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade ist in einer ersten Komponente des Drucksensors und ein zweiter Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade ist in einer zweiten Komponente des Drucksensors angeordnet. Die erste Komponente und die zweite Komponente werden derart zu einander positioniert, dass die beiden Teilbereiche des zumindest einen hydraulischen Pfades aneinandergrenzen. Mittels eines Strahlschweißverfahrens - üblicherweise von außen - wird eine umlaufende Schweißnaht im Bereich der aneinandergrenzenden Flächen der beiden Komponenten des Drucksensors geschweißt. Der Schweißstrahl zum Verbinden der beiden Komponenten wird im Wesentlichen quer durch zumindest einen der beiden hydraulischen Pfade geführt, so dass sich die Schweißnaht zu beiden Seiten des zumindest einen hydraulischen Pfades erstreckt, ohne den hydraulischen Pfad zu verschließen.
  • Es wird also durch den hydraulischen Pfad hindurchgeschweißt. Als Schweißstrahl wird bevorzugt ein Elektronen- oder ein Laserstrahl -durchaus auch im Vakuum- verwendet.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, mit -in vielen Fällen- einer einzigen umlaufenden Schweißnaht die erste und die zweite Komponente druck- und gasdicht miteinander zu verbinden. Mittels des Strahlschweißverfahrens ist es möglich, durch einen hydraulischen Pfad hindurchzuschweißen, ohne diesen zu verschließen. Falls erforderlich, können die aufeinandertreffenden Teilbereiche eines hydraulischen Pfades in den Grenzbereichen aufgeweitet werden. Möglich ist z.B. eine Aufweitung in Form einer entsprechend dimensionierten Stufenbohrung. Weiterhin können Fasen vorgesehen sein, die zur Aufnahme von überflüssigem Schweißgut dienen.
  • Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Energie bzw. die Leistung des Schweißstrahl auf die für die Schweißnaht erforderliche Schweißtiefe abgestimmt wird. Alternativ oder additiv wird die Energie bzw. die Leistung des Schweißstrahls über die Tiefe der Schweißnaht variiert. So wird die Energiezufuhr insbesondere im Bereich des hydraulischen Pfades reduziert. Allgemein lässt sich sagen, dass die Energie bzw. Leistung des Schweißstrahls so abgestimmt ist, dass der Innendurchmesser des hydraulischen Pfades bzw. der Kapillarbohrung auch im Bereich der Schweißnaht im Wesentlichen den gleichen Innendurchmesser aufweist wie der restliche hydraulische Pfad bzw. die restliche Kapillarbohrung.
  • Im Prinzip gibt es zwei Möglichkeiten der Anordnung der Wandlerkammer: Entweder ist die Wandlerkammer in den Grundkörper des Messwerks integriert, also in eine korrespondierende Ausnehmung im Messwerk eingefügt, oder die Wandlerkammer schließt sich an den vom Prozess abgewandten Bereich des Messwerks an. Bevorzugt ist übrigens der Grundkörper des Messwerks als Prozessanschluss ausgestaltet. Der Prozessanschluss ist mit einem Gehäuseadapter gas- und druckdicht verbunden.
  • Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die umlaufende Schweißstrahl zum Verbinden der beiden Komponenten bei der Integration der Wandlerkammer in das Messwerk axial - und zwar bevorzugt von oben - geführt wird. Alternativ wird die umlaufende Schweißnaht zum Verbinden der beiden Komponenten radial geführt. Diese Ausgestaltung kommt bevorzugt bei dem Aufsetzen der Wandlerkammer auf das Messwerk zur Anwendung. Welche Schweißnahtführung angewendet wird, hängt von der Ausgestaltung von erster und zweiter Komponente und der Anbindung der hydraulischen Pfade an die Druckmesszelle bzw. an das drucksensitive Messelement ab. Bevorzugt erfolgt pro hydraulischem Pfad maximal eine Durchschweißung quer zur Ausrichtung des hydraulischen Pfads. Muß durch beide hydraulischen Pfade durchgeschweißt werden, so sind die hydraulischen Pfade bevorzugt derart orientiert, dass in einem umlaufenden Schweißprozess durch beide hydraulischen Pfade hindurchgeschweißt wird.
  • Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigte Differenzdrucksensor weist einen ersten hydraulischen Pfad, über den ein erster Druck zu einer ersten Druckbeaufschlagungsfläche eines drucksensitiven Messelements übertragen wird. Weiterhin hat er einen zweiten hydraulischen Pfad, über den ein zweiter Druck zu einer zweiten Druckbeaufschlagungsfläche eines drucksensitiven Messelements übertragen wird. Ein erster Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade ist in einer ersten Komponente des Drucksensors angeordnet; ein zweiter Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade ist in einer zweiten Komponente des Drucksensors angeordnet ist. Eine gas- und druckdichte Trennung des ersten hydraulischen Pfades von dem zweiten hydraulischen Pfad erfolgt über eine durch ein Schweißverfahren erzeugte umlaufende Schweißnaht, wobei der Schweißstrahl im Bereich der beiden aneinander grenzenden Flächen bzw. der miteinander zu verbindenden Flächen von erster Komponenten und zweiter Komponente durch zumindest einen der beiden hydraulischen Pfade im Wesentlichen quer hindurchgeführt wird. Die Schweißung erfolgt als quer durch den zumindest einen hydraulischen Pfad hindurch. Die Energie bzw. die Leistung des Schweißstrahls ist so bemessen, dass durch die Schweißung der zumindest eine hydraulische Pfad nicht verschlossen wird.
  • Als bevorzugte Verbindungstechnik wird das Strahlschweißen, insbesondere ein Laser- oder auch ein Elektronenstrahlschweißen - je nach Ausgestaltung radial von außen oder axial von oben - angesehen.
  • Bevorzugt handelt es sich bei der ersten Komponente um ein Messwerk und bei der zweiten Komponente um eine Wandlerkammer. Das drucksensitive Messelement ist in der Wandlerkammer angeordnet ist. Der Ölbedarf innerhalb der Wandlerkammer lässt sich erheblich reduzieren, wenn das drucksensitive Messelement in einen im Wesentlichen komplementär ausgestalteten Füllkörper eingebettet wird.
  • Insbesondere wird vorgeschlagen, dass es sich bei den hydraulischen Pfaden im Grundkörper des Messwerks und der Wandlerkammer um Kapillarbohrungen handelt, wobei korrespondierende Kapillarbohrungen im Bereich ihrer aufeinandertreffenden Grenzflächen von z.B. Grundkörper des Messwerks und Grundkörper der Wandlerkammer zu Stufenbohrungen bzw. zu vergrößerten Bohrungen erweitert sind. Bevorzugt sind die Kapillarbohrungen oder die Stufenbohrungen oder die aufgeweiteten Kapillarbohrungen so ausgestaltet und/oder dimensioniert sind, dass die Innendurchmesser der Kapillarbohrungen nach einem druck- und gasdichten Strahlverschweißen von Messwerk und Wandlerkammer auch im Bereich der miteinander verbundenen Kapillarbohrungen zumindest näherungsweise dem Innendurchmesser der Kapillarbohrungen von Messwerk und Wandlerkammer entsprechen. Durch die Aufweitung der Kapillarbohrungen, z.B. zu Stufenbohrungen, im Bereich der angrenzenden Kapillarbohrungen wird das Verbinden / Verschweißen der aneinanderstoßenden Kapillarbohrungen erleichtert.
  • Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drucksensors schlägt vor, dass die beiden Druckbeaufschlagungsflächen des drucksensitiven Messelements in Längsrichtung des Drucksensors gesehen hintereinanderliegend angeordnet sind. Hierdurch wird es beispielsweise möglich, einen der beiden hydraulischen Pfade unmittelbar auf der ersten der beiden Druckbeaufschlagungsflächen enden zu lassen. Hierdurch entfällt es, den ersten hydraulischen Pfad durch die Gehäusewandung in die Wandlerkammer hineinzuführen. Folglich entfällt auch das Durchschweißen durch den entsprechenden hydraulischen Pfad hindurch.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
    • 1: einen koplanaren Differenzdrucksensor mit Überlastschutz, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigt ist,
    • 2: eine schematische Darstellung einer ersten Anordnung, bei der die Wandlerkammer an das Messwerk angebaut ist,
    • 3: eine schematische Darstellung einer zweiten Anordnung, bei der die Wandlerkammer an das Messwerk angebaut ist,
    • 4: eine schematische Darstellung einer dritten Anordnung, bei der die Wandlerkammer an das Messwerk angebaut ist,
    • 5a, 5b, 5c, 5d: unterschiedliche Anordnungen von Wandlerkammer und Messwerk bei einem bipolaren Differenzdrucksensor ohne Überlastschutz,
    • 6a, 6b, 6c, 6d: unterschiedliche Anordnungen von Wandlerkammer und Messwerk bei einem bipolaren Differenzdrucksensor mit Überlastschutz im Messwerk,
    • 7: eine Ausgestaltung eines bipolaren Differenzdrucksensors mit ringförmiger Überlastmembrane im Messwerk,
    • 8a, 8b, 8c, 8d: unterschiedliche Anordnungen von Wandlerkammer und Messwerk bei einem bipolaren Differenzdrucksensor mit Überlastschutz im Messwerk,
    • 9a, 9b, 9c, 9d: unterschiedliche Anordnungen von Wandlerkammer und Messwerk bei einem bipolaren Differenzdrucksensor mit Überlastschutz im Messwerk,
    • 10a, 10b, 10c, 10d, 10e: unterschiedliche Anordnungen von Wandlerkammer und Messwerk bei einem bipolarer Differenzdrucksensor mit Überlastschutz im Messwerk.
  • 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung eines koplanaren Differenzdruckmessaufnehmers 1 mit einer direkt bzw. unmittelbar in den vom Prozess abgewandten Endbereich des Grundkörpers 9a des Messwerks 2 integrierten Wandlerkammer 3. Der Differenzdruckmessaufnehmer 1 dient zur Bestimmung des Differenzdrucks von zwei Drücken p1, p2. Zur Anwendung kommt die Messung des Differenzdruckes zweier Drücke p1, p2 z.B. in einer Rohrleitung zur Durchflussbestimmung. Ein weiterer Anwendungsfall eines Differenzdruckmessaufnehmers 1 ist beispielsweise die Bestimmung des Füllstandes eines in einem Tank befindlichen fluiden Mediums.
  • Wesentliche Komponenten des Differenzdruckmessaufnehmers 1 sind das Messwerk 2 und die Wandlerkammer 3. An oder in einem vom Prozess zugewandten Endbereich des Grundkörpers 9a des Messwerks 2 ist ein koplanares Doppelmembransystem mit zwei Doppelmembranen 4a, 4b vorgesehen. Im entgegengesetzten Endbereich des Messwerks 2 ist die Wandlerkammer 3 in einer Ausnehmung des Grundkörpers 9a des Messwerks 2 fixiert. In der Wandlerkammer 3 ist eine Differenzdruckmesszelle 12 mit einem drucksensitiven Messelement 13 angeordnet, wobei das drucksensitive Messelement 13 eine erste Druckbeaufschlagungsfläche 13a und eine zweite Druckbeaufschlagungsfläche 13b aufweist. Das Messwerk 2 mit integrierter Wandlerkammer 3 bildet den Prozessadapter 21.
  • Die beiden Doppelmembranen 4a, 4b bestehen jeweils aus einer Prozessmembrane 5a, 5b bzw. einer Trennmembrane 5a, 5b und einer in Richtung der Druckwirkung hinter der Trennmembrane 5a, 5b angeordneten Überlastmembrane 6a, 6b. Zwischen der ersten Trennmembrane 5a und der ersten Überlastmembrane 6a ist eine erste Druckkammer 7a und zwischen der ersten Überlastmembrane 6a und dem Grundkörper 9a eine erste Zusatzdruckkammer 8a bzw. Überdruckkammer 8a ausgebildet. Weiterhin ist zwischen der zweiten Trennmembrane 5b und der zweiten Überlastmembrane 6b eine zweite Druckkammer 7b und zwischen der zweiten Überlastmembrane 6b und dem Grundkörper 9a eine zweite Zusatzdruckkammer 8b bzw. eine zweite Überdruckkammer 8b ausgebildet.
  • Der ersten Zusatzdruckkammer 8a ist eine erste Verbindungskapillare 10a und der zweiten Zusatzdruckkammer 8b ist eine zweite Verbindungskapillare 10b zugeordnet. Der ersten Druckkammer 7a ist eine erste Hilfskapillare 11a zugeordnet. Der zweiten Druckkammer 7b ist eine zweite Hilfskapillare 11 b zugeordnet. Die druckübertragende Kopplung/Kreuzung zwischen der ersten Hilfskapillare 11a und der zweiten Verbindungskapillare 10b bzw. zwischen der zweiten Hilfskapillare 11b und der ersten Verbindungskapillare 10a ist in dem Messwerk 2 zwischen den Doppelmembranen 4a, 4b und der Wandlerkammer 3 realisiert.
  • Die Druckübertragung und die Begrenzung des Überdrucks auf ein Maß, durch das das drucksensitive Messelement 13 nicht beschädigt bzw. zerstört wird, arbeiten bei der gezeigten Lösung parallel, wobei druckdynamisch sichergestellt ist, dass der Überdruck PeÜL begrenzt ist, bevor er das in der Druckmesszelle 12 angeordnete drucksensitive Messelement 13 erreicht. Die Begrenzung des Überdrucks PeÜL erfolgt über eine entsprechend vorgegebene Vorspannung der Überlastmembranen 6a, 6b. Diese sind so vorgespannt, dass sie im normalen Messbetrieb vollflächig und formschlüssig an dem Grundkörper 9, insbesondere in dem entsprechenden Bett des Grundkörpers 9, anliegen und sich erst dann von dem Grundkörper 9 abheben, wenn der vorgegebene kritische Grenzdruck überschritten wird. Bis zu diesem Grenzdruck ist eine Unversehrtheit des drucksensitiven Messelements 13 sichergestellt.
  • Im regulären Messbetrieb liegen - wie bereits erwähnt - die Überlastmembranen 6a, 6b am Grundkörper 9 des Messwerks 2 im Wesentlichen vollflächig an. Die Anlage ist bevorzugt weitgehend formschlüssig, die Überlastmembranen 6a, 6b sind entsprechend vorgespannt. Der Messdruck p1, p2 gelangt über die Trennmembranen 5a, 5b, die Druckkammern 7a, 7b, die Verbindungskapillaren 10a, 10b und die Hilfskapillaren 11a, 11b an die Rückseite der Zusatzdruckkammern 8a, 8b und parallel zu der Wandler-Kammer 3 bzw. zu dem drucksensitive Messelement 13.
  • Die Überlastmembranen 6a, 6b und das drucksensitive Messelement 13 liegen hydraulisch parallel, es wirkt daher an beiden jeweils der gleiche Druck. An den Überlastmembranen 6a, 6b und dem Messelement 13 bildet sich der Differenzdruck dp aus p1-p2. Das drucksensitive Messelement 13 lenkt sich in Abhängigkeit von dem Differenzdruck aus. Da die Überlastmembranen 6a, 6b vorgespannt sind, wird ihre Auslenkung bis zu einem festgelegten Wert zwangsweise verhindert. Natürlich ist die Vorspannung auch größer als der Messbereich des Differenzdruckmessaufnehmers.
  • Das drucksensitive Messelement 13 erhält über die Druckkammer 7b und die Verbindungskapillaren 11b, 10a die Druckinformation für die Plusseite - erster hydraulischer Pfad 26a. Über die Druckkammer 7a und die Verbindungskapillaren 11a, 10b wird die Druckinformation zur Minusseite des drucksensitiven Messelementes 13 übertragen - zweiter hydraulischer Pfad 26b. Die Wirkung der Parallelpfade über die Zusatzdruckkammern 8a, 8b sind aufgrund der vorgespannten und der näherungsweisen formschlüssigen Auflage der Überlastmembranen 6a, 6b auf dem Grundkörper 9a des Messwerks 2 nahezu vernachlässigbar.
  • Um eine noch größere Sicherheit zu haben, dass der Überdruck begrenzt wird, bevor er den sensitiven Bereich des Druckchips erreicht, haben die Verbindungskapillaren 10a,10b ebenso wie die Hilfskapillaren 11a, 11b bevorzugt entsprechend angepasste Kapillargeometrien, die in Richtung des druckempfindlichen Chips 13 eine Bremsfunktion erfüllen. Insbesondere sind die üblicherweise als Kapillarbohrungen ausgeführten Verbindungs- und Hilfskapillaren 10a, 10b, 11a, 11b im Grundkörper 9a von Messwerk 2 und im Grundkörper 9b von der Wandlerkammer 3 geeignet in Länge und Durchmesser dimensioniert. Im dargestellten Fall ist den beiden Druckbeaufschlagungsflächen 13a, 13b des drucksensitiven Messelements alternativ oder zusätzlich jeweils eine Dynamikbremse 18 vorgeschaltet. Die Dynamikbremsen 18 sind in den Kapillarbohrungen angeordnet, bevorzugt relativ nahe an dem drucksensitiven Messelement 13. Die Dynamikbremsen 18 verzögern die Weiterleitung des Drucks, insbesondere eines Überdrucks PeÜL. Sie schützen das drucksensitive Messelement 13 vor im Prozess auftretenden Druckspitzen.
  • Bei den Dynamikbremsen 18 kann es sich um Sintermetalleinsätze handeln. Bei einem Einsatz des Differenzdruckmessaufnehmers 1 im explosionsgefährdeten Bereich werden die Dynamikbremsen 18 aus einem nicht leitfähigen Material gefertigt. In diesem Fall erfüllen die Dynamikbremsen 18 dann also eine Doppelfunktion: Eine verzögerte Weiterleitung des Drucks und einen Explosionsschutz, der entsprechend der benötigten Explosionsschutzart ausgestaltet ist.
  • Weiterhin sind die Befüllungsbohrungen 14a, 14b zu sehen. Über diese Befüllungsbohrungen 14a, 14b wird das Kapillarsystem des Differenzdruckmesssaufnehmers 1 mit einer hydraulischen Übertragungsflüssigkeit 16 befüllt. Die Befüllungsbohrungen 14a, 14b verlaufen seitlich im Messwerk 2. In den gezeigten Ausgestaltungen verlaufen die Befüllungsbohrungen 14a, 14b im Wesentlichen parallel zur Grundfläche des Prozessanschlusses 21 bzw. des Messwerks 2. Die Befüllungsbohrungen 14a, 14b sind durch Verschlusselemente 15a, 15b abgedichtet. Die Endbereiche der Befüllungsbohrungen 14a, 14b sind im montierten Differenzdruckmessaufnehmer 1 durch den Gehäuseadapter 22 korrosionsgeschützt. Das üblicherweise erforderliche Verkappen der Befüllungsbohrungen 14a, 14b zur Umwelt hin kann aufgrund der Abdeckung durch den Gehäuseadapter 22 entfallen.
  • Um den Bedarf an Hydraulikflüssigkeit gering zu halten, sind die Verschlusselemente 15a, 15b möglichst nahe an den Kreuzungspunkten der Kapillaren 10a, 10b, 11a, 11b vorgesehen. Eventuell werden auch zwecks Ölminimierung noch Füllelemente in die Befüllungsbohrungen 14a, 14b eingebracht. Als druckdichter, gas- oder zumindest flüssigkeitsdichter Verschluss ist jeweils ein bevorzugt kugelförmiges Verschlusselement 15a, 15b vorgesehen, das in die jeweilige Befüllungsbohrung 14a, 14b gedrückt und anschließend verstemmt wird. Prinzipiell stehen auch andere Verfahren zum Verschließen der Öffnungen zur Verfügung. Schweißen wird allerdings insofern als kritisch angesehen, da infolge der Temperaturerhöhung negative Rückwirkungen auf die definierten Eigenschaften der Übertragungsflüssigkeit 16 auftreten können.
  • Im vom Prozess abgewandten Endbereich des Grundkörpers 9a des Messwerks 2 befindet sich die Wandlerkammer 3. Sie ist in eine entsprechende Ausnehmung möglichst passgenau eingefügt. Die beiden Druckbeaufschlagungsflächen 13a, 13b des drucksensitiven Messelements 13 der Druckmesszelle 12 sind in Längsrichtung L des Differenzdruckmessaufnehmers 1 hintereinander angeordnet. Durch diese Anordnung lässt sich auf eine einfache Art und Weise eine Plus-Minus-Trennung der ersten Druckbeaufschlagungsfläche 13a von der zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 13b erreichen.
  • Der an der Trennmembrane 5a anliegende Druck p1 wird über die Hilfskapillare 11a und die mit ihr koppelnde Verbindungskapillare 10b hydraulisch zur Minusseite bzw. zur zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 13b übertragen. Der an der zweiten Trennmembrane 5b anliegende Druck p2 wird über die Hilfskapillare 11b und die Kopplung zur Verbindungskapillare 10a unmittelbar durch eine Öffnung in der Stirnseite der Wandlerkammer 3 zur Plusseite bzw. zur ersten Druckbeaufschlagungsfläche 13a des drucksensitiven Messelements 13 übertragen. Die Kapillaren 10a, 10b, 11a, 11b und die entsprechenden Verbindungen / Kopplungen verlaufen nahezu vollständig im monolithisch aufgebauten Grundkörper 9a des Messwerks 2. Somit sind in dem Grundkörper 9a des Messwerks 2 vier Längsbohrungen und zwei koppelnde Querbohrungen vorgesehen. Die Querbohrungen befinden sich bevorzugt im schmäler dimensionierten Hals des Messwerks 2.
  • In der Wandlerkammer 3 verläuft lediglich eine Kapillarbohrung 26b, die im gezeigten Fall aus einer Querbohrung und einer Längsbohrung besteht. Über die Kapillarbohrung 26b wird der Druck p1 zur zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 13b übertragen. Für alle gezeigten Ausgestaltungen gilt: Durch die geringe Anzahl an Kapillarbohrungen wird die Fertigung erheblich vereinfacht. Das benötigte Ölvolumen ist aufgrund der geringen Dimensionierung der Längs- und Querbohrungen gering bzw. minimiert.
  • Der als Prozessanschluss 21 des Differenzdruckmessaufnehmers 1 ausgestaltete Grundkörper 9a des Messwerks 2 ist mit dem Gehäuseadapter 22 über die umlaufende Schweißverbindung bzw. Fügung 20 druck- und gasdicht verbunden. Im Falle einer Schweißung erfolgt diese bevorzugt radial von der Seite her, indem die Schweißapparatur und die zu schweißenden Komponenten relativ zueinander gedreht werden.
  • Die Wandlerkammer 3 ist in einer Ausnehmung 29 des Grundkörpers 9a des Messwerks 2 angeordnet und dort mittels einer umlaufenden axialen Schweißnaht 19 druck- und gasdicht befestigt. Bevorzugt weist die Kapillarbohrung 11b, 26b, die vom Grundkörper 9a des Messwerks 2 in den Grundkörper 9b der Wandlerkammer 3 und von dort zur zweiten Druckbeaufschlagungsfläche 13b führt, zumindest im Übergangsbereich von Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 einen vergrößerten Durchmesser auf. Im gezeigten Fall ist die Kapillarbohrung 26b in der Wandlerkammer 3 zu einer Stufenbohrung 19 aufgeweitet. Alternativ wird keine Aufweitung verwendet. Möglich ist auch die Verwendung einer Fase, in der überschüssiges Schweißmaterial aufgenommen wird.
  • Die Verschweißung erfolgt mittels eines Strahlschweißprozesses, bevorzugt wird Elektronenstrahlschweißen oder Laserschweißen eingesetzt, und zwar von der vom Prozess abgewandten Stirnseite des Messwerks 2 her. Die Schweißung von oben erfolgt axial über einen direkten Zugang im seitlichen Randbereich von Wandlerkammer 3 und angrenzender Seitenwand der Ausnehmung zur Aufnahme der Wandlerkammer 3 im Grundkörper 9a des Messwerks 2. Der Schweißstrahl wird im gezeigten Fall quer durch die gestufte Kapillarbohrung 26b bzw. die Stufenbohrung 19 bzw. die Kapillarbohrung 26b hindurchgeführt. Alternativen bei allen beschriebenen Ausgestaltungen sind: die Stufenbohrung entfällt, oder es ist eine Fase vorgesehen, in der überschüssiges Material aufgenommen werden kann.
  • Durch die Erweiterung der Kapillarbohrung 26b bzw. durch die Stufenbohrung 19 lässt sich im Bereich der Schweißnaht 17 vermeiden, dass die Kapillarbohrung 26b durch den Schweißprozess verschlossen wird. Insbesondere ist die Kapillarbohrung 26b bzw. im gezeigten Fall mit Stufenbohrung 19 so ausgestaltet und/oder dimensioniert, dass der Innendurchmesser der Kapillarbohrung 11b, 26b nach dem druck- und gasdichten Schweißen auch im Bereich der miteinander verbundenen Kapillarbohrungen 11 b, 26b von Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 zumindest näherungsweise dem Innendurchmesser der gekoppelten Kapillarbohrungen 11b, 26 entspricht. Durch die Erweiterung der Kapillarbohrung 26b im Messwerk 2 wird auch ein Volumenausgleich für die Minusseite geschaffen. Zudem steht mit der Zugangsbohrung 24, die nachfolgend mit einem Verschlusselement 25 abgedichtet wird, ein weiterer Befüllzugang für die Befüllung des Kapillarsystems mit Hydraulikflüssigkeit 16 zur Verfügung. Weitere interessante Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind aus der parallel eingereichten Anmeldung der Anmelderin zu entnehmen. Diese sind dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung hinzuzurechnen.
  • Die in den nachfolgenden Figuren 2, 3 und 4 gezeigten Differenzdruckmessaufnehmer 1 unterschieden sich von der in 1 gezeigten Ausgestaltungen in der Anordnung von Wandlerkammer 3 und Messwerk 2. Während die Wandlerkammer 3 in der Ausgestaltung der 1 in das Messwerk 2 integriert ist, ist sie in den weiteren Ausgestaltungen an die vom Prozess abgewandte Stirnfläche des Grundkörpers 9a des Messwerks 2 angebaut, quasi ist die Wandlerkammer 3 auf das Messwerk 2 aufgesetzt. Hierbei ist das Messwerk 2 im Bereich Kontaktfläche verjüngt, so dass das erfindungsgemäße Verschweißen von Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 problemlos möglich ist. Die Druckmesszelle 12 ist in dem Endbereich (Plusseite), der dem Messwerk 2 zugewandt ist, durch eine verschweißbare Kappe 27 druckfest verschlossen. Die Kappe 27 dient insbesondere dem Schutz der Druckmesszelle 12 während des Fertigungsvorgangs. Sie ist in den gezeigten Fällen übrigens an die Wandlerkammer 3 angeschweißt. Die Schweißnaht 31 ist in den Figuren dargestellt. Besteht die Kappe 27 aus einem isolierenden Material, z.B. Keramik, mit einer schweißbaren Beschichtung, so kann sie darüber hinaus auch zum elektrischen Isolieren von Plus- und Minusseite dienen. Zum Außenraum hin ist die Wandlerkammer 3 durch den Gehäuseadapter 22 geschützt.
  • Die erfindungsgemäße Verschweißung von Wandlerkammer 3 und Messwerk erfolgt bevorzugt mittels Laserstrahl oder E-Beam. Sie erfolgt bei den in den Figuren 2, 3 und 4 gezeigten Ausgestaltungen nicht - wie bei der in 1 gezeigten Ausgestaltung - von oben, sondern von der Seite her. Die Schweißtiefe ist so bemessen, dass die Schweißnaht 17 auf der Höhe der Umfangsfläche der Kappe 27 liegt und durch die Kapillarbohrungen bzw. die Stufenbohrungen 19 hindurchreicht.
  • Bei der in 2 gezeigten Lösung setzen sich die im Wesentlichen parallel zur Längsachse L des Differenzdruckmessaufnehmers 1 verlaufenden Kapillarbohrungen 10a, 10b im Grundkörper 9a des Messwerks 2 in den Kapillarbohrungen 26a, 26b im Grundkörper 9b der Wandlerkammer 3 fort. Am Übergang von Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 sind die Kapillarbohrungen 10a, 10b, 26a, 26b aufgeweitet. Im gezeigten Fall erfolgt die Aufweitung bevorzugt über Stufenbohrungen 19. Wiederum sind die Leistung des Laserstrahls und die Aufweitung der Kapillarbohrungen 10a, 10b, 26a, 26b so aufeinander abgestimmt, dass der Innendurchmesser der Kapillarbohrungen 10a, 10b, 26a, 26b durch den Schweißvorgang nicht verschlossen wird. Die beiden Zugänge 24 zu den Querbohrungen 26a, 26b, die zur Minusseite und zur Plusseite führen, sind wiederum jeweils durch ein Verschlusselement 25 abgedichtet.
  • Bei der in 3 gezeigten Ausgestaltung eines Differenzdruckmessaufnehmers 1 entfällt die zuvor beschriebene, die Druckmesszelle 12 schützende Kappe 27. Um eine Schädigung der temperaturempfindlichen Komponenten der Druckmesszelle 12 während des Schweißprozesses zu vermeiden, ist die Differenzdruckmesszelle 12 bezüglich der dem Messwerk 2 zugewandten Stirnfläche des Grundkörpers 9b der Wandlerkammer 3 versetzt angeordnet. Die Plusseite der Differenzdruckzelle 12 ist bezüglich der Stirnfläche des Grundkörpers 9b der Wandlerkammer 3 um eine vorgegebene Strecke nach oben - relativ zur Längsachse verschoben; die Differenzdruckzelle 12 ist also in Bezug zur Stirnfläche des Grundkörpers 9b in die Wandlerkammer 3 eingerückt bzw. der Grundkörper 9b der Wandlerkammer 3 steht über die Differenzdruckzelle 12 über.
  • Bei der in 4 gezeigten Ausgestaltung ist die Plusseite der Differenzdruckzelle 12 bezüglich der Stirnfläche des Grundkörpers 9b der Wandlerkammer 3 um eine vorgegebene Strecke nach unten, also in Richtung des Prozesses, verschoben. Die Differenzdruckmesszelle 12 befindet sich vorzugsweise außerhalb des Grundkörpers 9b der Wandlerkammer 3. In beiden Fällen erfolgt das Strahlschweißen radial von der Seite her. Im Gegensatz zur vorherigen Variante ist die Schweißnaht 17 bei dieser Ausgestaltung drucktragend. Da die Druckmesszelle 12 während des Schweißprozesses unterhalb oder oberhalb des Schweißstrahls liegt, kann sie durch den Schweißprozess nicht beschädigt werden.
  • Es versteht sich von selbst, dass die zuvor genannten Ausgestaltungen des koplanaren Differenzdrucksensors 1 mit Überlastschutz auch ohne Überlastschutz im Messwerk 2 ausgestaltet sein können. Bevorzugt wird dann der Überlastschutz über das drucksensitive Messelement 13, also den Druckchip, realisiert.
  • In den Figuren 5a, 5b, 5c, 5d sind unterschiedliche Anordnungen der Wandlerkammer 3 zum einteilig ausgestalteten Messwerk 2 bei einem bipolaren Differenzdrucksensor 1 ohne Überlastschutz dargestellt. Die unterschiedliche Anordnung von Wandlerkammer 3 und Messwerk 2 erfolgt analog zu den Anordnungen, die in den Figuren 1, 2, 3 und 4 zu sehen sind. Auf eine nochmalige Beschreibung wird daher verzichtet. Bei dem bipolaren Differenzdrucksensor 1 sitzen die beiden Trennmembranen 5a, 5b symmetrisch in zwei gegenüberliegenden Bereichen des Messwerks 2 bzw. des Gehäuses 9a des Messwerks 2. Das Zusammenfügen der beiden Komponenten, Messwerk 2 und Wandlerkammer 3 bzw. Gehäuse 9a des Messwerks 2 und Gehäuse 9b der Wandlerkammer 3, in denen die beiden korrespondierenden Teilbereichen von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade 26a, 26b vorgesehen sind, erfolgt in Abhängigkeit von der Anordnung der Wandlerkammer 3 zum Messwerk 2 - über eine axial verlaufende oder eine radial verlaufende Schweißnaht 17. Erfindungsgemäß wird der Schweißstrahl (Laserstrahl, Elektronenstrahl, ..) während des Strahlschweißprozesses im Bereich der aneinandergrenzenden Flächen der beiden Komponenten 2, 3 durch zumindest einen hydraulischen Pfad 26a; 26b, sprich durch die Kapillarbohrung, hindurchgeführt, und zwar so, dass der hydraulische Pfad 26a; 26b durch das Schweißen nicht verschlossen wird. Um das Zusammenfügen zu erleichtern, sind die hydraulischen Pfade 26a, 26b in den aneinandergrenzenden Bereichen ggf. aufgeweitet, z.B. durch Stufenbohrungen. Alternativ ist der Durchmesser der Kapillarbohrungen bzw. der Stufenbohrungen 19 so bemessen, dass es nicht zu einem Verschluss des hydraulischen Pfades 26a, 26b durch den Fügeprozess kommt. Nach dem Schweißprozess sind die beiden Komponenten 2, 3 druck- und gasdicht miteinander verbunden und die beiden hydraulischen Pfade 26a, 26b sind druck- und gasdicht voneinander getrennt.
  • Eine weitere Ausführungsform eines bipolaren einteiligen Differenzdrucksensors 1 mit Doppelmembranen 4a, 4b und Überlastschutz im Messwerk 2 ist in den Figuren 6a, 6b, 6c, 6d zu sehen. Die Ausgestaltungen in den einzelnen Figuren unterscheiden sich wieder nur durch die Anordnung der Wandlerkammer 3 zum Messwerk 2. Der Überlastschutz funktioniert analog zum koplanaren Differenzdrucksensor 1, der in der 1 dargestellt ist. Bezüglich der Differenzdrucksensoren 1 mit Überlastschutz kennzeichnet die gestrichelte Linie jeweils eine Überlastmembran 6a, 6b. zwischen der Trennmembran 5a, 5b und der Überlastmembran 6a, 6b befindet sich die Druckkammer; die Zusatzdruckkammer ist zwischen der Überlastmembrane 6a, 6b und dem Grundkörper 9a des Messwerks 2 angeordnet.
  • In den nachfolgenden Figuren 7 bis 11 sind unterschiedliche Ausgestaltungen von bipolaren Differenzdrucksensoren 1 dargestellt, bei denen der Überlastschutz durch ein Mittenmembransystem 6 im mittleren Innenbereich des Messwerks 2 realisiert wird. Die beiden schwarzen Striche zu beiden Seiten der Überlastmembrane 6 kennzeichnen die Zusatzdruckkammern. Bei diesen Ausgestaltungen ist das Messwerk 2 zweiteilig ausgeführt. Die beiden Teile des Messwerks 2 tragen in den Grenzbereichen der beiden miteinander verbundenen Teile die Überlastmembrane 6. Je nach Ausgestaltung handelt es sich um ein Scheibensystem (heute realisiert bei einen Drucksensor der Anmelderin, der unter der Bezeichnung SD7 mit randgefügter Überlastmembrane angeboten wird oder unter der Bezeichnung SD5 mit rand- und mittengefügter Überlastmembrane) oder um ein Topfsystem mit randgefügter kreisförmiger oder rand- und mittengefügter ringförmiger Überlastmembrane, z.B. DC01 der Anmelderin).
  • Ein einseitig z.B. an der Trennmembrane 5b auftretender Überdruck, der zur Schädigung des drucksensitiven Messelements 13 führen würde, wird mittels einer hydraulischen Übertragungsflüssigkeit 16 auf die Rückseite der auf der Gegenseite liegenden Überlastmembrane 6b übertragen. Diese hebt von ihrem Bett am Gehäuse 9a des Messwerks 2 ab, und die aus der Druckkammer 7a hinausbewegte Übertragungsflüssigkeit 16 wird in die Zusatzdruckkammer 8b verschoben. Hierdurch wird sichergestellt, dass an der ersten Druckbeaufschlagungsfläche 13a des drucksensitiven Messelements 13 somit auch im Überlastfall nur der maximal zulässige Druck anliegt. Gegebenenfalls sind auch noch Dynamikbremsen in den bzw. die hydraulischen Pfade 26a, 26b eingebaut. Diese sind in den Figuren nicht gesondert eingezeichnet.
  • 7 zeigt eine Ausgestaltung eines bipolaren zweiteiligen Differenzdrucksensors 1 mit einem ringförmig ausgestalteten Mittenmembransystem, das als Überlast- bzw. Überdruckschutz ausgestaltet ist. Bei dieser Ausgestaltung ist der hydraulische Pfad 26a von der Trennmembrane 5a zu der Überlastmembrane 6a und von dort durch den mittleren zusammengefügten Bereich des Mittenmembransystems hindurch zu der Druckbeaufschlagungsfläche 13a des drucksensitiven Messelements 13 geführt. Die bevorzugt kreisförmige Mittenmembran ist im Randbereich und im mittleren Bereich geschweißt. Obwohl die Durchführung eines hydraulischen Pfades 26a durch den Zentralbereich des mittig angeordneten Überlastmembrane nur für die Ausgestaltung gezeigt ist, bei der die Wandlerkammer 3 in eine Ausnehmung des Messwerks 2 integriert ist, ist sie analog bei allen anderen Anordnungen anwendbar, bei denen die Wandlerkammer 3 an das Messwerk 2 angebaut ist.
  • Die in den 8a, 8b, 8c, 8d gezeigten Ausgestaltungen eines bipolaren Differenzdrucksensors mit Überlastschutz unterscheiden sich lediglich in der Anordnung von Wandlerkammer 3 und Messwerk 2. Bei allen Ausgestaltungen kommt bevorzugt das sog. Topfsystem zum Einsatz. Topfsystem bedeutet hierbei, dass eine der beiden Komponenten, also entweder das erste Gehäuseteil 9a1 des Messwerks 2 oder - wie in den Figuren dargestellt - das zweite Gehäuseteil 9a2 des Messwerks 2, eine topfförmige Ausnehmung aufweist, in der das zweite Gehäuseteil 9a2; 9a1 druck- und gasdicht eingesetzt wird. Bei der Ausgestaltung in 8a sind die Membranträger 9a1, 9a2 mit den Mittenmembranen bzw. Überlastmembranen 6a, 6b getrennt geschweißt. Gleiches gilt für die drei weiteren Ausgestaltungen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird zum Verbinden von Wandlerkammer 3 und Messwerk 2 eingesetzt.
  • Die in den 9a, 9b, 9c, 9d gezeigten Ausgestaltungen eines bipolaren Differenzdrucksensors 1 mit mehrteiligem Messwerk 2 und mit Überlastschutz unterscheiden sich wie zuvor in der Anordnung von Wandlerkammer 3 und Messwerk 2. Bei allen Ausgestaltungen sind die Membranträger/Gehäuseteile 9a1, 9a2 mit den Mittenmembranen bzw. Überlastmembranen 6a, 6b gemeinsam geschweißt. Es wird bei diesen Ausgestaltungen -im Wesentlichen quer- durch mehrere Kapillaren hindurchgeschweißt, ohne dass diese durch den Schweißstrahl verschlossen werden: Einerseits kommt das axial von oben Verscheißen zum Einsatz und andererseits das radial Verschweißen von der Seite her.
  • In den Figuren 10a, 10b, 10c und in den Figuren 10d, 10e sind unterschiedliche Anordnungen der Wandlerkammer 3 bei einem alternativen bipolarer Differenzdrucksensor mit mehrteiligem Messwerk 2 und Überlastschutz gezeigt. Die beiden Gehäuseteile 9a1, 9a2 des Messwerks 2 sind flächig aneinandergefügt. Es handelt sich hierbei um ein sog. Scheibensystem - anders als bei den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen mit dem Topfsystem. Das Mittenmembransystem und die Membranträger/Gehäuseteile 9a1, 9a2 des Messwerks 2 sind in der 10a gemeinsam geschweißt; in den Figuren 10b und 10c erfolgt die Verschweißung getrennt.
  • Bei den in den Figuren 10a und 10b gezeigten Ausgestaltungen ist das erfindungsgemäße Verschweißen auch zweimal ausgeführt. Hier liegen die Schweißnähte 17 radial gesehen nebeneinander. Eine Schweißnaht 17 dient zum Verbinden der beiden Komponenten 9a1, 9a2 des Messwerks 2, die zweite Schweißnaht 17 verbindet Messwerk 2 und Wandlerkammer 3.
  • In den Figuren sind die Einfüllbohrungen und die entsprechenden Verschlusselemente beispielhaft und schematisch eingezeichnet. Die Lage der Einfüllbohrungen kann unterschiedlich sein. Eine fachlich qualifizierte Person weiß, wo diese Einfüllbohrungen vorteilhafterweise - also unter der Prämisse: so weinig Ölvorlage wie möglich - anzuordnen sind.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Differenzdruckmessaufnehmer
    2
    Messwerk
    3
    Wandlerkammer
    4
    Doppelmembransystem
    4a, 4b
    erste Doppelmembrane, zweite Doppelmembrane
    5a, 5b
    erste Trennmembrane, zweite Trennmembrane
    6a, 6b
    erste Überlastmembrane, zweite Überlastmembrane
    7a, 7b
    erste Druckkammer, zweite Druckkammer
    8a, 8b
    erste Zusatzdruckkammer, zweite Zusatzdruckkammer
    9a
    Grundkörper des Messwerks
    9b
    Grundkörper der Wandlerkammer
    10a, 10b
    erste Verbindungskapillare, zweite Verbindungskapillare
    11a, 11b
    erste Hilfskapillare, zweite Hilfskapillare,
    12
    Differenzdruckmesszelle
    13
    drucksensitives Messelement
    14a, 14b
    Befüllungsbohrung
    15a, 15b
    Verschlusselement
    16
    Übertragungsflüssigkeit
    17
    Schweißung
    18
    Dynamikbremse
    19
    Stufenbohrung
    20
    Fügung
    21
    Prozessanschluss
    22
    Gehäuseadapter
    23
    Stromdurchführung
    24
    Zugangsbohrung zu Kapillarbohrung
    25
    Verschlusselement der Zugangsbohrung
    26a
    Kapillarbohrung im Grundkörper des Messwerks
    26b
    Kapillarbohrung im Grundkörper der Wandlerkammer
    27
    Kappe, insbesondere isolierende Kappe
    28
    Sensorelektronik
    29
    Ausnehmung im Grundkörper des Messwerks
    30
    Füllkörper
    31
    Schweißnaht
    32
    Schweißnaht für Verbindung von mittlerer Überlastmembrane 6 und der rechten Komponente des Messwerks
    33
    Schweißnaht für die Schweißung der linken Komponente des Messwerks (Membranträger) mit der rechten Komponente des Messwerks (Membranträger
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 3222620 A1 [0004]
    • WO 2018/165122 A1 [0006]

Claims (10)

  1. Verfahren zur druck- und gasdichten Trennung von einem ersten und einem zweiten hydraulischen Pfad (26a, 26b) in einem Drucksensor (1), wobei der erste hydraulische Pfad (26a) einen ersten Druck (p1) zu einer ersten Druckbeaufschlagungsfläche (13a) eines drucksensitiven Messelements (13) überträgt, wobei der zweite hydraulische Pfad (26b) einen zweiten Druck (p2) zu einer zweiten Druckbeaufschlagungsfläche (13b) eines drucksensitiven Messelements (13) überträgt, wobei ein erster Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) in einer ersten Komponente (2; 9a1) des Drucksensors (1) und wobei ein zweiter Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) in einer zweiten Komponente (3; 9a2) des Drucksensors (1) angeordnet ist, wobei die erste Komponente (2; 9a1) und die zweite Komponente (3; 9a2) derart zueinander positioniert werden, dass die beiden Teilbereiche des zumindest einen hydraulischen Pfades (26a, 26b) aneinandergrenzen, wobei mittels eines Strahlschweißverfahrens eine umlaufende Schweißnaht im Bereich der aneinandergrenzenden Flächen der beiden Komponenten (2, 3; 9a1, 9a2) des Drucksensors (1) geschweißt wird, wobei der Schweißstrahl zum Verbinden der beiden Komponenten (2, 3; 9a1, 9a2) im Wesentlichen quer durch zumindest einen der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) geführt wird, so dass sich die Schweißnaht zu beiden Seiten des zumindest einen hydraulischen Pfades (26a, 26b) erstreckt, ohne den hydraulischen Pfad (26a, 26b) zu verschließen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Schweißstrahl ein Elektronen- oder ein Laserstrahl verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Energie bzw. die Leistung des Schweißstrahl auf die Tiefe der Schweißnaht (17) abgestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energie bzw. die Leistung des Schweißstrahls über die Tiefe der Schweißnaht (17) variiert wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der umlaufende Schweißstrahl zum Verbinden der beiden Komponenten (2, 3; 9a1, 9a2) axial geführt wird.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der umlaufende Schweißstrahl zum Verbinden der beiden Komponenten (2, 3; 9a1, 9a2) radial geführt wird.
  7. Drucksensor (1) mit einen ersten hydraulischen Pfad (26a), über den ein erster Druck (p1) zu einer ersten Druckbeaufschlagungsfläche (13a) eines drucksensitiven Messelements (13) übertragen wird, mit einem zweiten hydraulischen Pfad (26b), über den ein zweiter Druck (p2) zu einer zweiten Druckbeaufschlagungsfläche (13b) eines drucksensitiven Messelements (13) übertragen wird, wobei ein erster Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) in einer ersten Komponente (2, 9a2) des Drucksensors (1) (1) angeordnet ist, wobei ein zweiter Teilbereich von zumindest einem der beiden hydraulischen Pfade (26a, 26b) in einer zweiten Komponente (3; 9a2) des Drucksensors (1) angeordnet ist, wobei eine Trennung des ersten hydraulischen Pfades (26a) von dem zweiten hydraulischen (26b) Pfad über ein Verfahren erfolgt, wie es in zumindest einem der Ansprüche 1-6 beschrieben ist.
  8. Drucksensor nach Anspruch 7, wobei es sich bei der ersten Komponente um ein Messwerk (2) handelt, und wobei es sich bei der zweiten Komponente um eine Wandlerkammer (3) handelt, in der die Druckmesszelle (12) mit dem drucksensitiven Messelement (13) angeordnet ist.
  9. Drucksensor nach Anspruch 7 oder 8, wobei die beiden Druckbeaufschlagungsflächen (13a, 13b) des drucksensitiven Messelements (13) in Längsrichtung (L) des Drucksensors (1) gesehen hintereinanderliegend angeordnet sind.
  10. Drucksensor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 7-9, wobei einer der beiden hydraulischen Pfade (26a) unmittelbar auf der ersten der beiden Druckbeaufschlagungsflächen (13a) endet.
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