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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Druckmittler
sowie einen Verschluss dafür.
Aus dem Stand der Technik sind Druckmittler bekannt, mit einem Druckmittlerkörper und
einem flexiblen Verformungskörper,
der einen Druckeingang eines hydraulischen Pfades an einer Oberfläche des Druckmittlerkörpers abschließt, wobei
sich der hydraulische Pfad mindestens durch den Druckmittlerkörper bis
zu einem Druckausgang erstreckt, an dem ein Druckempfänger, beispielsweise
eine Druckmesszelle oder ein zweiter Verformungskörper angeschlossen
oder anschließbar
ist.
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Der
erste und der zweite Verformungskörper können beispielsweise ebene Trennmembranen
oder verformbare Rohrmembranen umfassen. Der hydraulische Pfad kann
Kapillarleitungen, sowie Kanäle,
Kammern, oder Bohrungen umfassen, die in dem Druckmittlerkörper oder
ggf. einem oder mehreren weiteren Übertragungskörpern ausgebildet
sind. Das Volumen des hydraulischen Pfads ist zur Druckübertragung
mit einer Übertragungsflüssigkeit
befüllt.
Bei Geräten
nach dem Stand der Technik kommuniziert der hydraulische Pfad über einen
Befüllkanal
mit einer Befüllungsöffnung in
einem Oberflächenabschnitt des
Druckmittlerkörpers
oder eines ggf. vorgesehenen Übertragungskörpers, wobei
die Befüllungsöffnung mit
einem Verschlusselement druckdicht verschließbar bzw. verschlossen ist,
welches nach dem Befüllen
von außen,
d. h. aus der Richtung des Oberflächenabschnitts in die Befüllöffnung eingebracht bzw.
einbringbar ist, um die Befüllöffnung druckdicht zu
verschließen.
Wenngleich diese Lösung
generell funktioniert, ist sie für
die Befüllung
des hydraulischen Pfades unter schwer zugänglichen Bedingungen, beispielsweise
bei erhöhten
Temperaturen nicht geeignet, da die mechanische Handhabung eines derartigen
Verschlusselementes unter solchen Bedingungen beeinträchtigt sein
kann.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
102 34 754 A1 offenbart einen Differenzdrucksensor mit
symmetrischem Trennkörperfehler,
welcher einen konstruktiv asymmetrischen Aufbau aufweist, auf den
es im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung jedoch nicht ankommt.
Gemäß einem
Gesichtspunkt des dort offenbarten Druckmittlers wird das Volumen
der Füllflüssigkeit
im hydraulischen Pfad mittels eines Verschlusselements kontrolliert.
Hierzu weißt
der hydraulische Pfad bei seiner Befüllöffnung eine Aufnahme für Füllkörper definierten
Volumens auf, wobei die Füllkörper mittels
eines Verschlusskörpers
in der Aufnahme gesichert werden.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
101 577 61 A1 offenbart einen Druckaufnehmer mit einem
hydraulischen Pfad, welcher eine Befüllöffnung aufweist, die mit einem
Verschlusselement verschließbar
ist. Das Verschlusselement umfasst einen Verschlusskörper, der
in einem Sackloch eingesetzt und mit einer Art Keil gespreizt wird,
wodurch der Verschlusskörper mittels
radialer Einspannkräfte
zwischen der Wand des Sacklochs und seiner Mantelfläche dichtend
in dem Sackloch gesichert ist.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
43 15 962 A1 offenbart einen Drucksensor und ein Verfahren
zur Einkapselung des Sensors, wobei zum Verschließen eines
hydraulischen Pfades des Drucksensors ein Verschlussbolzen in einem
Kanal des hydraulischen Pfades getrieben wird, sodass der Verschlussbolzen
in Presspassung dichtend gehalten wird.
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Für die in
den genannten Offenlegungsschriften beschriebenen Lösungen gilt
ebenfalls, dass Sie grundsätzlich
zum Verschließen
eines hydraulischen Pfades geeignet sind, dass aber eine Befüllung unter
schwer zugänglichen
Bedingungen, beispielsweise bei erhöhten Temperaturen, Schwierigkeiten
bereitet, da die mechanische Handhabung der beschriebenen Verschlüsselelemente
unter solchen Bedingungen beeinträchtigt sein kann.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckmittler
bereitzustellen, der die Nachteile des beschriebenen Standes der
Technik überwindet.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
den Druckmittler gemäß dem unabhängigen Patentanspruch
1.
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Der
erfindungsgemäße Druckmittler,
umfasst einen Druckmittlerkörper;
einen hydraulischen Pfad, der sich von einem Druckeingang in einer
Oberfläche des
Druckmittlerkörpers
mindestens durch den Druckmittlerkörper bis zu einem Druckausgang
erstreckt, an dem ein Druckempfänger
angeschlossen oder anschließbar
ist, wobei das Volumen des hydraulischen Pfads zur Druckübertragung
mit einer Übertragungsflüssigkeit
befüllt
oder befüllbar
ist; einen flexiblen Verformungskörper, der den Druckeingang
des hydraulischen Pfades abschließt; eine Befüllungsöffnung in
einem Oberflächenabschnitt
des Druckmittlerkörpers
oder eines ggf. vorgesehenen Übertragungskörpers, welche
mit dem hydraulischen Pfad über
einen Befüllkanal
kommuniziert; und ein Verschlusselement, wobei die Befüllungsöffnung mit dem
Verschlusselement druckdicht verschließbar bzw. verschlossen ist,
dadurch gekennzeichnet dass der Befüllkanal eine erste Dichtfläche aufweist,
die dem Oberflächenabschnitt
des Druckmittlerkörpers bzw.
des Übertragungskörpers abgewandt
ist, und das Verschlusselement eine zweite Dichtfläche aufweist,
die zum Verschließen
des Befüllkanals
an der ersten Dichtfläche
anliegt, wobei die zweite Dichtfläche dem Oberflächenabschnitt
zugewandt ist, und die erste Dichtfläche zugleich als Sicherungsfläche für das Verschlusselement
dient, mit welcher das Verschlusselement formschlüssig in
dem Befüllkanal gehalten
wird.
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Die
erste Dichtfläche
ist dann dem Oberflächenoberabschnitt
abgewandt, wenn die Projektionen der Oberflächennormalenvektoren der Dichtfläche auf
die Achse der von der Dichtfläche
umgebenen Öffnung
von dem Oberflächenabschnitts
weg zeigt. Dementsprechend ist die zweite Dichtfläche dann
dem Oberflächenoberabschnitt
zugewandt, wenn die Projektionen der Oberflächennormalenvektoren der Dichtfläche auf
die Achse der von der Dichtfläche
umgebenen Öffnung
in Richtung des Oberflächenabschnitts
zeigt.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Druckmittler ein elastisches
Element, beispielsweise eine Stahlfeder, mit welcher das Verschlusselement
gegen die erste Dichtfläche
vorgespannt ist.
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Die
genaue Gestalt der Dichtflächen
kann im Rahmen der vorangegangenen Definitionen variiert werden.
Beispielsweise kann die zweite Dichtfläche an einer Stirnfläche des
Füllkörpers ausgebildet
sein. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verschlusselement
einen kegelstumpfförmigen
Abschnitt, dessen Mantelfläche
als zweite Dichtfläche
dient. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das
Verschlusselement eine Kugel, deren Oberfläche zumindest abschnittsweise als
zweite Dichtfläche
dient.
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Die
erste Dichtfläche
ist jeweils komplementär
zur zweiten Dichtfläche
gestaltet, so dass einerseits eine hinreichende Dichtwirkung erzielt
wird und andererseits das Verschlusselement sicher in dem Befüllungskanal
gehalten wird.
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Das
Verschlusselement kann weiterhin Sicherungsmittel aufweisen, mit
denen es gesichert werden kann, wenn es mit seiner zweiten Dichtfläche an der
ersten Dichtfläche
anliegt. Die Sicherungsmittel können
beispielsweise ein Gewinde auf einer Mantelfläche des Verschlusselements
umfassen, welches in ein komplementäres Gewinde in dem Befüllkanal
eingreift. In einer anderen Ausgestaltung können die Sicherungsmittel einen
Vorsprung umfassen, der sich durch eine Lücke im Zentrum der ringförmig ausgebildeten
ersten Dichtfläche
in Richtung des Oberflächenabschnitts
erstreckt, wobei der Vorsprung an dem Druckmittlerkörper bzw. Übertragungskörper befestigt
ist. Die Befestigung kann beispielsweise durch Verschweißen oder
Verlöten
erfolgen. Weiterhin können
beliebige andere Verschlusselemente, beispielsweise kugelförmige Verschlusselemente
entlang des Innenrandes der ringförmigen ersten Dichtfläche mit
dem Druckmittlerkörper
verschweißt
oder verlötet
werden.
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Soweit
das Verschlusselement mit einem elastischen Element vorgespannt
ist, kann es mit einem geeigneten Werkzeug, welches beispielsweise durch
die Befüllöffnung einführbar ist,
so weit gegen die Kraft des elastischen Elementes in den Befüllkanal
hinein gedrückt
werden, dass die Befüllung
an dem elastischen Element vorbei erfolgen kann.
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Hinsichtlich
anderer Einzelheiten von Druckmittlern, sind sämtliche dem Fachmann geläufigen Ausgestaltungen
zur Realisierung der Erfindung möglich.
Beispielsweise können
die Verformungskörper
gewellte oder nicht gewellte ebene Trennmembranen oder Rohrmembranen
umfassen. Der hydraulische Pfad kann Kapillarleitungen, sowie Kanäle, Kammern,
oder Bohrungen umfassen, die in dem Druckmittlerkörper oder
ggf. einem oder mehreren weiteren Übertragungskörpern ausgebildet
sind.
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Die
Erfindung wird nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
erläutert.
Es zeigt:
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1:
einen Längsschnitt
durch die Befüllvorrichtung
eines ersten erfindungsgemäßen Druckmittlers;
und
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2:
einen Längsschnitt
durch die Befüllvorrichtung
eines zweiten erfindungsgemäßen Druckmittlers.
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Der
in 1 dargestellte Abschnitt eines Druckmittlerkörpers 1 umfasst
einen hydraulischen Pfad 2, der sich zwischen einer (hier
nicht dargestellten) Trennmembran, und einer Druckmesszelle bzw. einem
Druckausgang erstreckt, welcher beispielsweise eine weitere Trennmembran
umfassen kann.
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Der
hydraulische Pfad 2 schneidet einen Befüllkanal 3, über den
der hydraulische Pfad mit einer Übertragungsflüssigkeit
befüllt
bzw. befüllbar
ist. In dem Befüllkanal
ist ein Verschlusselement 4 angeordnet, welches an eine
erste Dichtfläche 5 des
in einem Endabschnitt des Befüllkanals 3 mit
einer zweiten Dichtfläche 6 anliegt.
Die zum Dichten erforderliche Flächenpressung
zwischen der ersten und der zweiten Dichtfläche wird mittels einer elastischen Vorspannung
des Verschlusselements gewährleistet. Hierzu
ist eine Stahlfeder 7 vorgesehen, die zwischen einer axialen
Anschlagfläche
am Verschlusselement und einem rückseitigen
Stützkörper 9 eingespannt
ist. Der Stützkörper dient
zweckmäßig zugleich
als Dichtstopfen mit dem eine rückseitige Öffnung des
Befüllkanals
verschlossen ist. Der Dichtstopfen ist mit dem Druckmittlerkörper 1 verschweißt.
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Im
Einzelnen weist das Verschlusselement 4 die folgende Form
auf. Es hat einen zylindrischen Schaft 8 dessen Durchmesser
geringer ist als der Durchmesser des Befüllkanals 3. Somit
kann die Übertragungsflüssigkeit
an dem Schaft beim Befüllen vorbeifließen. Gleichermaßen wird
die Druckübertragung über den
hydraulischen Pfad 2 durch den Schaft 8 nicht
beeinträchtigt.
An den Schaft 8 schließt ein
kegelstumpfförmiger
Dichtkopf, an dessen Mantelfläche 6 als
zweite Dichtfläche
dient. Die erste Dichtfläche 5 ist
entsprechend als kegelstumpfförmige
Innenwand ausgebildet, an welcher die Mantelfläche dichtend anliegt. In einer
derzeit bevorzugten Ausgestaltung beträgt der Öffnungswinkel, gemessen zwischen
der Längsachse
des Verschlusselements und der Mantelfläche des kegelstumpfförmigen Dichtkopfes
weniger als 30°.
Der Öffnungswinkel des
Kegels ist vorzugsweise so gering gewählt, dass die vorgegebene Federkraft
ausreicht, um die erforderliche Flächenpressung für einen
dichtenden Verschluss zu gewährleisten.
An dem von dem Schaft 8 abgewandten Ende des Kegelstumpfes
kann ggf. ein Vorsprung, beispielsweise in Form eines Kragrands anschließen, der
sich durch die zentrale Öffnung
der ringförmigen
ersten Dichtfläche
zu einem Oberflächenabschnitt 10 des
Druckmittlerkörpers
erstreckt. Der Vorsprung kann mit dem Druckmittlerkörper 1 im Bereich
des Oberflächenabschnitts
verschweißt
werden, um die Befüllöffnung permanent
zu verschließen.
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Um
den unverschweißten
Verschluss zum Befüllen
des Druckmittlers zu öffnen,
kann ein geeignetes Werkzeug, beispielsweise ein Dorn oder ein Schraubendreher,
das Verschlusselement in den Befüllkanal
hinein zu bewegen, wodurch die Dichtflächen für die Befüllung voneinander getrennt
werden.
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Der
Oberflächenabschnitt 10 weist
vorzugsweise eine Dichtfläche
auf, die mit einer geeigneten Gegenfläche an einer Abfüllvorrichtung
einen dichten Anschluss der Abfüllvorrichtung
an den Druckmittler ermöglicht,
so dass die Befüllung
des Druckmittlers ohne kontaminierende Substanzen aus der Umgebungsluft
erfolgen kann.
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Das
Ausführungsbeispiel
in 2 hat prinzipiell den gleichen Aufbau wie das
zuvor beschriebene Beispiel. In einem Druckmittlerkörper 11 ist
ein hydraulischer Pfad 12 mittels einer durchgehenden Bohrung
realisiert. Der hydraulische Pfad 12 schneidet einen senkrecht
zu ihm verlaufenden Befüllkanal 13,
welcher mit einem kugelförmigen
Verschlusselement 14 druckdicht verschlossen ist. Das Verschlusselement
ist hierzu mit einer Feder 17 elastisch vorgespannt, die
sich auf einem Stützkörper 19 abstützt, welcher
zugleich eine rückseitige Öffnung des
Befüllkanals 13 verschließt, und
mit dem Druckmittlerkörper
verschweißt
ist. Das Verschlusselement wird mittels der Federkraft gegen eine
Dichtfläche 15 in
der Wand des Befüllkanals 13 gedrückt, wobei
die Dichtfläche 15 die
beispielsweise die Form eines ringförmigen Kugelschalensegments
aufweist. Zur Befüllung
kann das Verschlusselement mit einem Stößel gegen die Federkraft verschoben
werden. Im Innern der Feder 17 kann ein Füllkörper 20 angeordnet
sein, der das Volumen des Befüllkanals 13 begrenzt.
Der Füllkörper 20 dient
zugleich als Anschlag für
das Verschlusselement 14, wenn das Verschlusselement zur Befüllung mit
dem Stößel verschoben
wird. Der Füllkörper 20 kann
einstückig
mit dem Stützkörper 19 ausgebildet
sein. Zum Schutz des Verschlusselements vor versehentlichen Zugriffen,
ist die erste Dichtfläche 15 vorzugsweise
um mindestens den doppelten Durchmesser des Verschlusselements von
der Mantelfläche 21 des
Druckmittlerkörpers
in der Umgebung des Befüllkanals
zurückgesetzt.
In dem Kanalabschnitt zwischen der Mantelfläche 21 und der ersten
Dichtfläche 15 kann
weiterhin zumindest ein Abschnitt der Mantelfläche des Befüllkanals ein Gewinde aufweisen,
in welches eine Verschlussschraube 18 eingeschraubt ist,
welche die Dichtung zwischen dem Verschlusselement und dem Befüllkanal
vor Verschmutzung und unbeabsichtigtem Zugriff schützt.