-
Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckmessumformer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus der
DE 196 08 321 C2 ist bereits ein Differenzdruckmessumformer mit einem Messwerkgehäuse bekannt, das zum Schutz eines Sensors vor Überlast im Wesentlichen aus zwei Gehäusehälften besteht. Eine erste Messkammer, die mit einem Druckmittler befüllt und in der ersten Gehäusehälfte angeordnet ist, wird durch eine zwischen den beiden Gehäusehälften angeordnete Überlastmembran begrenzt. Im Wesentlichen spiegelbildlich dazu ist eine zweite Messkammer in der zweiten Gehäusehälfte angeordnet, die ebenfalls mit einem Druckmittler befüllt und durch die Überlastmembran begrenzt ist. Zur Vermeidung einer Übertragung mechanischer Spannungen vom Messwerkgehäuse auf den Sensor ist dieser in einer seitlichen Ausnehmung der ersten Gehäusehälfte angeordnet und auf einer mehrpoligen, ein Bauteil bildenden elektrischen Durchführung aufgebaut. Die Ausnehmung wird durch die elektrische Durchführung deckel- oder pfropfenartig verschlossen. Die eine Seite des Sensors ist in der Ausnehmung von dem in der ersten Messkammer befindlichen Druckmittler umspült. Die für die Differenzdruckmessung erforderliche Verbindung der anderen Seite des Sensors mit der zweiten Messkammer ist durch ein Rohr hergestellt, welches durch die Durchführung hindurch geführt und außerhalb der beiden Gehäusehälften an der Überlastmembran vorbei geführt ist. Der Anschluss des Rohrs an die zweite Messkammer erfolgt mittels einer Schweißhülse und einer Schweißverbindung an einen Kanal, mit welchem die zweite Messkammer zur Außenseite der zweiten Gehäusehälfte herausgeführt ist. Nachteilig dabei ist, dass das Verbindungsrohr gebogen, mit der Schweißhülse versehen und eingeschweißt werden muss. Zum einen können bei dem Biegevorgang und dem Schweißen im Sensor unerwünschte mechanische Spannungen entstehen, zum anderen sind diese Vorgänge bei der Montage mit erheblichem Aufwand und einem gewissen Fehlerrisiko behaftet.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Differenzdruckmessumformer zu schaffen, der mit einem geringeren Herstellungsaufwand verbunden ist, sowie ein geeignetes Verfahren zu dessen Herstellung zu finden.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue Differenzdruckmessumformer der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, in Anspruch 6 ein Verfahren zur Herstellung eines Differenzdruckmessumformers beschrieben.
-
Die Erfindung hat den Vorteil, dass nach dem Einsetzen und Verschweißen des Sensorträgers, der gleichzeitig druckdichte Leitungsdurchführung ist, lediglich noch das einstückige, zur Verbindung einer Anschlussöffnung an der ersten Gehäusehälfte mit einer Anschlussöffnung an der zweiten Gehäusehälfte vorgefertigte Bauteil auf die beiden Gehäusehälften aufgesetzt und mit diesen verschweißt werden muss. Durch die Verwendung von Anschlusskappen sind in vorteilhafter Weise keine zusätzlichen Vorarbeiten an den Anschlussöffnungen vor dem Aufsetzen der Kappen erforderlich. Weitere Montageschritte, wie Biegen eines Rohrs oder Versehen des Rohrs mit einer Schweißhülse, können nun entfallen. Das vorgefertigte Bauteil ist vergleichsweise günstig herstellbar und das Risiko einer fehlerhaften Montage äußerst gering.
-
Wenn die erste Anschlussöffnung, mit welcher eine Anschlusskappe des vorgefertigten Bauteils verschweißt wird, direkt am Sensorträger angeordnet ist, hat dies den Vorteil, dass in der ersten Gehäusehälfte kein zusätzlicher Kanal zur Verbindung der Referenzdruckseite des Sensors mit der ersten Anschlussöffnung erforderlich ist. Der Sensorträger dient dann gleichzeitig als Durchführung für den Druckmittler und zur Verbindung der Referenzdruckseite des Sensors mit der zweiten Messkammer.
-
Eine Entstehung mechanischer Verspannungen im Sensor durch Temperatureintrag bei der Herstellung der Schweißverbindung zwischen der ersten Anschlussöffnung und der dieser zugeordneten Anschlusskappe kann in vorteilhafter Weise nahezu vollständig ausgeschlossen werden, wenn als Schweißverfahren Kondensatorentladungsschweißen verwendet wird. Dabei wird die Energie von zuvor aufgeladenen Kondensatoren beim Schweißvorgang auf die Schweißstelle übertragen. Vorteile dieses Verfahrens sind sehr hohe Schweißströme, der steile Stromanstieg, die kurze Schweißzeit und somit die durch Energiekonzentration vergleichsweise kleine Wärmeeinflusszone um den Bereich der Schweißstelle, da kurze Schweißzeiten die Hitzeentwicklung in der Umgebung minimieren. Zudem ermöglicht dieses Verfahren das sichere Verschweißen von hochfesten Stählen, die nun mit Vorteil als Material für die druckdichte Durchführung im Sensorträger zum Einsatz kommen können. Dadurch wird eine geringere Dicke des Sensorträgers ermöglicht und eine kürzere Leitungsdurchführung, wodurch ebenfalls die Herstellungskosten des Differenzdruckmessumformers verringert werden.
-
Damit über das vorgefertigte Bauteil, welches den Kanal zwischen den beiden Anschlussöffnungen realisiert, keine mechanischen Spannungen in den Sensorträger eingeleitet werden, kann der Teilabschnitt des Kanals vorteilhaft als biegsames Kapillarrohr ausgeführt werden.
-
Eine Herstellung des Bauteils durch Spritzgießen hat dagegen den Vorteil, dass es vergleichsweise kostengünstig herstellbar ist, insbesondere wenn große Stückzahlen benötigt werden.
-
Es ist zu bemerken, dass ein Differenzdruckmessumformer, bei welchem als Referenzdruck Vakuum oder Umgebungsdruck verwendet wird, ebenso als Absolutdruckmessumformer oder einfach als Druckmessumformer bezeichnet werden kann. Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 einen Ausschnitt eines Schnittbilds von einem Differenzdruckmessumformer,
-
2 ein vorgefertigtes Bauteil, bei welchem ein Teilabschnitt eines Kanals als biegsames Kapillarrohr ausgeführt ist,
-
3 ein Schnittbild eines ersten, als Spritzgussteil ausgeführten Bauteils und
-
4 ein Schnittbild eines zweiten, als Spritzgussteil ausgeführten Bauteils.
-
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Ein Messwerkgehäuse besteht gemäß dem in 1 dargestellten Teil eines Schnittbilds im Wesentlichen aus einer ersten Gehäusehälfte 1 und einer zweiten Gehäusehälfte 2, zwischen welchen eine Überlastmembran 3 liegt und die im Umfangsbereich miteinander verschweißt sind. Eine erste Messkammer 4 in der ersten Gehäusehälfte 1 und eine zweite Messkammer 5 in der zweiten Gehäusehälfte 2 sind jeweils mit Druckmittler, beispielsweise einem Silikonöl, befüllt. In einer Ausnehmung 6 in der ersten Gehäusehälfte 1 ist ein Sensorträger 7 mit einem Sensor 8 eingesetzt. Die eine, untere Seite des Sensors ist von dem in der ersten Messkammer 4 befindlichen Druckmittler umspült. Der anderen, oberen Seite des Sensors 8 wird ein Referenzdruck durch ein Rohr 9 hindurch zugeführt. Bei dem Sensorträger 7 handelt es sich um einen Träger des Typs TO, der den Sensor 8 im Wesentlichen frei von mechanischen Spannungen aufnimmt. Der TO-Träger bildet die spannungsarme mechanische Basis für den aufgeklebten und/oder gelöteten Drucksensor 8. In der Figur nicht näher dargestellte, elektrische Verbindungen, die zur Kontaktierung von auf dem Sensor 8 befindlichen Sensorelementen erforderlich sind, werden durch Bonddrähte zwischen Anschlussflächen, so genannten Pads, auf dem Sensor 8 und konzentrisch angeordneten, elektrisch isolierten Pins 10 hergestellt. Eine flexible Leiterplatte 11 stellt die weitere elektrische Verbindung zwischen den Pins 10 und einer nicht weiter dargestellten Auswerteeinrichtung des Differenzdruckmessumformers her. Der Sensorträger 7 weist eine Platte aus hochfestem Stahl auf, die in ihrem Umfangsbereich durch Laserschweißen dichtend und druckfest mit dem Rand der Ausnehmung 6 verschweißt ist. Zur Vereinfachung der Montage und zur Verringerung der Herstellungskosten wird ein vorgefertigtes Bauteil zur Herstellung der für die Differenzdruckmessung erforderlichen Verbindung der oberen Sensorseite mit der zweiten Messkammer 5 verwendet, das im Wesentlichen aus zwei Anschlusskappen 12 und 13 sowie einem diese verbindenden Kapillarrohr 14 besteht und einen Teilabschnitt eines Verbindungskanals realisiert. Die Anschlusskappe 12 ist korrespondierend zur Anschlussöffnung am Sensorträger 7, die Anschlusskappe 13 korrespondierend zu einer Anschlussöffnung 15 ausgeführt, welche innerhalb der zweiten Gehäusehälfte 2 mit der zweiten Messkammer 5 verbunden ist. Die beiden Anschlusskappen 12 und 13, deren Unterseite in 2 gut sichtbar ist, sind durch Kondensatorentladungsschweißen mit dem Sensorträger 7 bzw. der zweiten Gehäusehälfte 2 verschweißt. Das hat den Vorteil, dass beim Schweißvorgang Wärme nur in eine vergleichsweise geringe Tiefe der die Schweißstellen umgebenden Materialien eindringt. Die Metallplatte des Sensorträgers 7 ist daher vergleichsweise dünn realisierbar.
-
In 2 ist an der Unterseite der beiden Anschlusskappen 12 und 13 jeweils ein ringförmiger Schweißsteg 16 bzw. 17 erkennbar, der für eine Erhöhung der Stromdichte an der Schweißstelle sorgt und somit die Schweißzeit und die Zeit der Temperatureinwirkung verkürzt. Die 3 und 4 zeigen alternative Bauformen des vorgefertigten Bauteils, dessen Funktion bereits anhand der 1 und 2 erläutert wurde. Bei dem in 3 dargestellten Bauteil 30, 31 handelt es sich um ein Spritzgussteil zur Realisierung des außerhalb des Messwerkgehäuses verlaufenden Teilabschnitts des Kanals, wobei der nach Entfernen der Gießform zunächst offene Teilabschnitt, wie durch die Explosionsdarstellung der Teile 30 und 31 veranschaulicht, durch Aufschweißen einer Platte 31 verschlossen werden muss. Dies geschieht selbstverständlich vor dem Aufschweißen der Anschlusskappen des so vorgefertigten Bauteils 30, 31 auf den Anschlussöffnungen des Messwerkgehäuses. Bei dem Ausführungsbeispiel eines vorgefertigten Bauteils 42 gemäß 4 wird der Teilabschnitt des Kanals 40 nach Entfernen der Gießform durch eine Kugel 41, die nach dem vollständigen Entfernen der Gießform in eine seitliche Öffnung des Bauteils 42 eingepresst wird, verschlossen.
-
Zusammenfassend zeichnet sich die Erfindung somit durch die folgenden Vorteile aus:
- – Reduzierung der erforderlichen Bauteilkomponenten und damit verbundene Kosteneinsparung,
- – druckfeste Verbindungen durch Laser-/ oder Kondensatorentladungsschweißen,
- – geringer Wärmeenergieeintrag,
- – Reduzieren von Spalten und der damit verbundenen Möglichkeit von Lufteinschlüssen, insbesondere vorteilhaft bei Absolutdruckanwendungen,
- – Variation der Länge des mit dem vorgefertigten Bauteil überbrückten Abstands ermöglicht ein modulares Aufbaukonzept von Messumformern für unterschiedliche Druckbereiche mit unterschiedlichen Abständen der zu verbindenden Anschlussöffnungen an den beiden Gehäusehälften des Messwerkgehäuses,
- – einfache elektrische Kontaktierung des Sensors mit kurzen Wegen zur Auswerteelektronik,
- – Ausgleich von Fertigungstoleranzen und/oder Dehnungen bei Wärmeeintrag durch die Möglichkeit der Verformung des vorgefertigten Bauteils und
- – einfache, schnelle und zuverlässige Fertigungstechnik.
-
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
-
