DE2341188A1 - Explosionssicherer messuebertrager - Google Patents

Description

DHBSSER INDUSTRIES, IHTG. , Dallas/Texas - USA Explosionssicherer Meßübertrager

Die Erfindung bezieht sich auf eine neue Form eines explosionssicherern Meßübertragers im allgemeinen und auf einen eingekapselten Meßübertrager für die Verwendung mit entweder einem permanenten oder abnehmbaren Anzeigegerät im besonderen. Bei einer solchen Konstruktion ist der Übertrager vollständig in sich selbst tragend und somit funktionell unabhängig vom anzeigenden Meßgerät, das mit ihm zusammen benutzt wird. Dies erfolgt gemäß der Erfindung durch eine im allgemeinen abgeschlossene Kapsel, die eine Bourdonröhre enthält, die an beiden Enden abgedichtet und von einer Füllung mit einer nicht-zusammendrückbaren Flüssigkeit umgeben ist. In der Gehäusewandung ist eine biegsame Membrane befestigt, die zu einer angeschlossenen Druckquelle gerichtet ist. Schwankungen im Druck werden über die Membrane geleitet und über die die Bourdonröhre umgebende Flüssigkeit übertragen. Ein Magnet, de/ mit den Biegungsausschlägen des freien Endes der Rö^tre bewegt werden kann, ergibt eine feststehende Anzeige zum Ablesen des Meßgerätes. Dadurch wird eine maximale Jsolation der einzelnen Teile erzielt und Explosionsgefahren werden so klein wie möglich gehalten, während gleichzeitig die Kosten des Gerätes durch Wegfall von permanenten Meßanzeigern fühlbar gesenkt werden.

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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen explosionssicheren Meßübertrager anzugeben, der selbsttragend und funktionell vom zugeordneten Anzeigegerät unabhängig ist.

Gegenstand der Erfindung ist ein explosionssicherer Meßübertrager entsprechend der genannten Aufgabe, der die Gefahr und das Risiko einer Explosion verringert, während die Kosten im Vergleich mit Geräten für ähnliche Zwecke bekannter Art wesentlich verringert sind.

Es wird Bezug genommen auf die USA-Anmeldung "Overload Protected Bourdon Tube", die gleichzeitig mit der Prio— ritätsanmeldung in den USA auf den Namen des Erfinders Robert D. Bissell eingereicht worden ist.

Das Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, enthält die Meß- und Prüftechnik insbesondere von druckempfindlichen Geräten und deren Konstruktion. Anwendungen von Druckmeßgeraten und dergl. für explosionsgefahrdete Zwecke sind beispielsweise in den USA-Patentschriften 3,176,515; 3,177,722 und 3,338,1o1 beschrieben. Das grundsätzliche Ziel solcher Meßgeräte ist es, die Wahrscheinlichkeit einer von der Druckquelle über das Meßgerät auf die Umgebung übertragenen Explosion und die damit verbundenen Gefahren so klein wie möglich zu halten, sollte eine Explosion trotzdem auftreten. Hierfür ist es üblich, eine stärkere Wandung als bei der normalen Konstruktion zu verwenden, wie sie mit der Rohrleitungsanlage oder dem in dieser verwendeten Druckgefäß verglichen werden kann. Gleichzeitig werden mehr oder weniger Teile voneinander isoliert, um das Risiko einer Explosion oder der sich daraus ergebenden Gefahren so klein wie möglich zu halten. Während sehr viele solcher Geräte hierfür im Handel erhältlich und einige wirksamer als

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andere beim Erreichen dieser Ziele sind, ist die Explosions sicherheit aller dieser Geräte diejenige des Gesamtinstruments, das im Vergleich mit ähnlichen Geräten ohne das Merkmal der Explosionssicherheit sehr teuer ist.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Zeichnungen. In diesen ist:

1 eine Schnittöarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Übertragergerätes nach der Erfindung;

2 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Figur 3 eine schematische Darstellung des Verfahrens zum Begrenzen der Belastungs-Vorkonditionierung der Bourdonröhre; und die

Figuren 4a, b und c sind Schnitte an den Linien 4-4 der Figur 3 bei verschiedenen angezeigten Drücken, die von außen an die Bourdonröhre gelegt sind.

Figur 1 zeigt einen eingekapselten Übertrager 1o nach der Erfindung zum Betrieb mit einem wahlweise abnehmbar oder permanent angebrachten anzeigenden Meßgerät 11. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der Übertrager 1o aus. einem einstückigen zylindrischen rohrförmigen Gehäuse 15 mit einen Innenlängsbohrung 18. Das Gehäuse besteht aus einem nahtlosen handelsüblichen Rohrstück, das Drücken widersteht, die mit denen der zugehörigen Rohrleitung oder des Druckgefäßes vergleichbar sind. An seinem oberen Ende 16 ist das Gehäuse vollständig verschlossen, während es am unteren Ende 17 offen ist und ein Gewinde 2o für die Befestigung des Übertragers in eine spitze Öffnung des aufnehmenden Gerätes oder Systems trägt. Die flachen Seiten an und nahe dem oberen Teil sind vorzugs-

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weise quadratisch, um das Anzeigegerät 11 aufzunehmen, während die Außenseiten 22 unmittelbar unter den Seiten 21 entsprechende Anflächungen zum Ansetzen eines Schlüssels enthalten. Ein Zapfen mit einer gebohrten Innenöffnung 25 verläuft koaxial von der Bohrung 18 nach oben und dient als Lagerung für einen drehbaren Stift 26. Am unteren Ende geht die Bohrung 18 in eine Versenkung 27 über, die eine ringförmige perforierte Scheibe 28 und einen Verschlußring 29 aufnimmt, zwischen denen sich eine biegsame nicht-perforierte Membran befindet. An der Innenfläche 28 der Scheibe 28 ist ein zylindrischer Bund 34 befestigt, mit dem das untere Ende der schraubenförmigen Bourdonröhre 35 fest verbunden ist. Das obere oder freie Ende der Bourdonröhre ist an einem axial schwimmenden zylindrischen Bund 36 befestigt, der zusammen mit einem ringförmigen Magneten 37 über den Stift 26 in der öffnung 23 drehbar gehalten wird.

Die Bourdonröhre 35 ist selbstverständlich an beiden Enden verschlossen und vollständig in eine nicht-zusammendrückbare Flüssigkeit 19» z.B. Silikon oder dergl., eingetaucht oder von dieser umgeben, die die Bohrung ausfüllt. Dadurch ist der Anlagendruck, wie der Ffeil 38 zeigt, durch die Ringbohrung 39 zur Unterseite der Membran 39 gerichtet. Druckschwankungen an der Membran werden über mehrere, winkelig versetzte kleine öffnungen 4o in der Scheibe 28 auf die Flüssigkeitsfüllung 19 in der Bohrung 18 übertragen. Schwankende DrÜGke an der Flüssigkeit werden wiederum außen gegen die abgedichtete Bourdonröhre ausgeübt, wodurch diese sich mit einer Auf- und Abwicklungsbewegung krümmt, was eine entsprechende Winkelverschiebung des Magneten 37 bewirkt. Deshalb soll die Membran 30 eine ausreichende Flüssigkeitsmenge bewegen können, die die Bourdonröhre durch mindestens ihren normalen Arbeitsbereich krümmt» Vorzugsweise ist der Innendurchmesser der Bour-

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donröhre 35 etwas größer als der Außendurchmesser der Bunde 34 und 36. Dadurch kann der Höhreninnendurchmesser entsprechend der xlufwickelbewegung verringert werden, so daß bei maximalem Arbeitsdruck der Röhreninnendurchmesser und der Bundaußendurchmesser praktisch übereinstimmen. Diese Anordnung ergibt somit wegen ihrer Isolierung von den Wirkungen der atmosphärischen Druckschwankungen eine fast absolute Meßdruckempfindlichkext. Die Verwendung einer wahlweisen Membran 41 in der Gehäusewandung, die den Atmosphärendruck mit der Flüssigkeitsfüllung führt, oder eine entsprechende öffnung der Röhre innerhalb der Atmosphäre kann'das Gerät so umwandeln, daß die Druckempfindlichkeit, wenn notwendig, gemessen werden kann.

Als wahlweises Merkmal kann die axiale Länge des Bundes 34, wie gestrichelt dargestellt, zu einer Begrenzung neben der Fläche des Bundes 36 verlängert werden, was einen Spalt 44 in der Größenordnung von ο,12 mm ergibt. Der längere Bund ergibt mehrere verschiedene Vorteile im Vergleich mit dem verhältnismäßig kurzen Bund. Einer der Vorteile ist die größere viskose Dämpfung und ein anderer Vorteil ist die zusätzliche Halterung über der ganzen axialen Länge der Röhre. Im Fall eines versehentlichen Überdrucks an der Röhre wirkt der Bund als Begrenzung des Röhren-innendurchmessers, die eine Überlastungsbegrenzung ergibt. Gleichzeitig begrenzt auch ein definierter Spalt 44 die Axialbewegung sowohl der Röhre als auch des Magneten, um eine axiale Zerstörung der Röhre zu vermeiden, die sonst eintreten könnte. Ein noch anderer Vorteil ist eine wirksame Form der Temperaturkompensation. Sollten Temperatüränderungen, denen der Übertrager ausgesetzt ist, die Wirkung der sich ändernden Flüssigkeitsmenge bei einem anderen oder größeren Maß als die Menge der Bohrung 18 besitzen, so führt die Federung der Membran 3o eine Temperatur der auf die Röhre aufgedrückten Druckdifferenz ein.

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Durch Ersetzen der Flüssigkeitsmenge mit einer größeren
Menge des Bundes 34 und einer Herstellung des Bundes
aus einem Material wie ^uarz mit einem kubischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der wesentlich niedriger als der des Gehäuses ist, ist die auf den Fehler bezogene V/irkung der Temperatur praktisch beseitigt. Dies kann in gleicher 7/eise auf einen begrenzten Umfang durch Halten
der Menge der Bohrung 18 auf einem Minimum erreicht werden, das zur Aufnahme der Flüssigkeitsfüllung um die
Bourdonröhren herum notwendig ist. Somit kann eine größere Bundlänge Volumenschwankungen zwischen der Flüssigkeit
und den umgebenden Teilen ausgleichen, so daß das reine
an der Membran als Temperaturfaktor wirkende Volumen
praktisch Hull wird.

Das Anzeigegerät 11 ist, wie Figur 1 zeigt, von üblichem Aufbau, enthält aber einen rechteckigen Bund 45, der auf dem Eopf des Übertragers 1o gleitet und durch einen Satz Schrauben 46 befestigt werden kann. Ein napfförmiges Gehäuse 48 ist durch Paßflansche 47 starr befestigt und
hermetisch abgedichtet. Vor dem Gehäuse (oben, wie dargestellt) befindet sich ein transparenter Kristall 5o, der über einer Ringdichtung 51 liegt und durch einen Ring 52 am Gehäuse befestigt ist. Ein axial angeordneter Stift
55» äer drehbar in der Lageröffnung 56 gehalten wird,
trägt einen Zapfen 57, an dem sich eine Buchse 58 befindet, an der ein Magnet 59 und eine Federscheibe 6o angebracht sind, die mit einer Mutter 61 einen drehbaren Zeiger 62 tragen, der sich relativ zur Skalenscheibe 63
bewegt.

Das zweite Ausführungsbeispiel eines Übertragers zur Aufnahme einer C—förmigen Bourdonröhre wird anhand der Figur 2,beschrieben. Bei dieser Konstruktion besteht das Gehäuse 7o aus zwei halb-ovalen Abschnitten 7"¹· und 72, die

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miteinander durch eine RandschweiBung 73 verbunden sind. Radial und von den gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses nach außen gerichtet sind Ansätze 76 zur Aufnahme des zweizinkigen Bundes 77 3.es Anzeigegerätes vorgesehen. Die Bourdonröhre 8o ist von üblicher C-Bauweise und ähnlich wie die Bourdonröhre 35 an beiden Enden abgedichtet, damit die plüssigkeitsfüllung im Innern des Gehäuses von außen gegen die Röhre wirken kann. Hierfür wird das Ende der 3ourdonrchre an der nicht sichtbaren Seite eines Blocks 82 befestigt, während ihr freies Ende (nicht zu sehen) in üblicher V/eise mit einem Meßhebel 83 verbunden ist. Der Hebel 83 enthält ein Ritzel 84, das eine Welle 85 antreibt, an der ein Magnet 86 befestigt ist. Durch die Unterseite des Gehäuses 7o geht ein druckdichter Stöpsel 9o mit einer Bohrung 9"! hindurch, die in eine Yersenkunr 9?. ausläuft. Zwischen dem Stöpsel und einem Sockel 94 mit einem Rohrgewinde 95 ist eine Membrankapsel 96 eingebettet, die dazwischen beispielsweise entsprechend der USA-Patentschrift 5,2o2,o63 druckdicht mittels einer Handhammer 97 befestigt ist. Der Anlagendruck wird bei diesem Äusführungsbeispiel wiederum durch den Pfeil 38 angezeigt und über die Sockelbohrung 1oo übertragen, die mit einer versetzten Bohrung"1o1 in Verbindung steht, die wiederum zur Unterseite der Membrankapsel 96 gerichtet ist.

Beide Bourdonrchren 35 und 8o nach der Erfindung sind vor zugsweise vorkonditioniert, um eine Überlastungsgrenze festzusetzen, über die hinaus die Röhre nicht betrieben werden kann. Ein mechanischer Aufbau für diesen Zweck ist in der deutschen Patentschrift 748,236 beschrieben, während ein bevorzugter Aufbau mit Hilfe der Figuren J und beschrieben werden soll. Bei Ausbildungen der entsprechen den Bourdonröhren ?;ird die vorkonditionierte Röhre 35 vorzugsweise vor ihrem Einsetzen in den Übertragerschacht

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18 geführt, während bei der Röhre 8c die Vorkonditionierung vorzugsweise nach dem Einsetzen in das Gehäuse ^o bewirkt wird, wie in Figur 3 schematisch geneigt ist. Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird die Röhre 8o beim Druck Null und mit einem Querschnitt nach Figur 4a mit einer nicht-zusammendrückbareη Flüssigkeit, wie Silikon oder Glyzerin, über ein Ventil 1o2 gefüllt, das Tor der Füliröhre 1o3 liegt. Die "Röhre liegt über dem Block 82 an der sonst verschlossenen Bourdonröhre. Bei offenem Ventil 1o2 wird nicht-zusammendrückbare Flüssigkeit durch das Ventil 1o4 in den Gehäusehohlraum gegeben, der aie Bourdonröhre umgibt. Der von außen gegen die Röhre 8o wirkende Druck wird dann allmählich erhöht, was das lib'hreninnenvolumen in einem sich ändernden /jierGchnitfc, was von den Figuren 4a zu 4b und 4c darreotell t ist, allmählich abnehmen läßt. Die letzte Darstellung zeigt einen Querschnitt bei einem Druck, der über dem Betriebsbereich, aber unter dem tjberlastungswert liegt, wie z.B. bei 15o % des zulässigen Betriebsdrucks. Während somit das Innenvolumen abnimmt, wird das Ventil 1o2 ständig zum Ausströmen und Freigeben der vorher eingegebenen Flüssigkeit offen gehalten.

Beim Erreichen des Zustandes nach der Figur 4c wird das Ventil 1o2 geschlossen, was ein inneres Flüssigkeitsvolumen genau entsprechend dem kleinsten Volumen einschließt, das nachfolgend entsprechend allen Werten äußeren Überdruck zuzulassen ist/der danach angelegt wird. V/ährend des nachfolgenden normalen Betriebes wird nicht erwartet, daß die Röhre I00 % der berechneten Kapazität überschreitet. Sollte versehentlich oder auf andere 7/eise ein Überdruck angelegt werden, so kann sich die Röhre wegen der inneren Flüssigkeit nur soweit normal krümmen, wie der Druck denjenigen Druck nicht überschreitet, der mit der eingeschlossenen Flüssigkeitsmenge in Verbindung steht.

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Dann wird ein weiteres Krümmen durch weiteren Druckanstieg, der den Röhrenquerschnitt weiter zu verringern sucht, durch die eingeschlossene Flüssigkeit wirksam verhindert. Folglich kann ein weiteres Krümmen über die gesetzte Flüssigkeitsgrenze hinaus nicht auftreten, so daß eine Drucküberlastung, die wahrscheinlich sonst die Röhre und/oder das Instrument teilweise oder ganz zerstören würde, wirksam verhindert wird. Durch diese Anordnung ist nicht nur die Röhre geschützt, sondern gleichzeitig wird auch ein überlastungsschutz für die Membranen 3o und 36 erhalten. Das heißt, wenn die Röhre keine weitere Krümmung an der Überlastungsgrenze ausführen kann, wird die umgebende Flüssigkeit wahrscheinlich davon abgehalten, weitere Druckanstiege zu übertragen und so die Membran gegen eine weitere Verschiebung halten, die sonst einen höheren Druck-ergeben würde.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 kann der Übertrager so abgeändert werden, daß er die Röhre in der vorhergehenden ^T.7eise vorkonditionierb aufnimmt. Die Röhre wird, wie gezeigt, somit in einer besonderen Kammer für eine ähnliche Yorkonditionierung untergebracht, worauf sie herausgenommen wird, um in die Übertragekapsel· gebracht 2U werden. Hinsichtlich der Yorkondibionierung ist zu beachten, daß die Folge, in der die Flüssigkeit im Innern der Röhre angelegt wird, geändert werden kann. Das heißt, sie kann entweder vor oder nach Erreichen des 15o prozentigen Drucks durch entweder Ablassen oder anfängliches Liefern von Flüssigkeit an diesem Punkt erfolgen, nur ist es wichtig, daß das Flüssigkeitsvolumen und das Röhrenvolumen dem gewünschten Druck entsprechen.

Im Betrieb wird der auf die Unterseite der Membran 3o oder die Membrankapsel 96 gerichtete Anlagendruck über die Flüssigkeit im Gehäusehohlraum von außen gegen die dichte

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Bourdonröhre angelegt. Entsprechend einem Druckanstieg unterliegt das freie Ende der Bourdonröhre einer normalen Krümmung, um den dort befestigten drehbaren Magneten zu bewegen. Wenn das Anzeigegerät 11 sich am Übertrager befindet, bewirkt sein Magnet 59 eine magnetische Kupplung mit dem Übertragermagneten, wodurch der Zeiger 62 relativ zur Skalenscheibe 63 bewegt wird.

Im Vorstehenden ist ein eingekapselter Meßübertrager mit höchstem Explosionsschutz in der zugehörigen Anlage beschrieben worden. Es ist zu ersehen, daß der Übertrager 1o gemäß der Erfindung mit einer Druckquelle, wie Rohrleitungen cder Druckkessel oder ähnlichem, angeschlossen werden kann, um auf Druckänderungen anzusprechen. Der Übertrager ist e:'.,".erseits für die auftretenden Druckschwankungen hochempfindlich und andererseits vollständig vom Anzeigegerät isoliert, wodurch ein Brand in der angeschlossenen Anlage begrenzt wird und weder unmittelbar noch über den Anzeigenmechanismus in die Umgebung sprühen kann. Wegen der sich selbst enthaltenden Bauweise ohne die Notwendigkeit der ständigen Befestigung am Anzeigegerät sind seine Herstellungskosten sehr gering im Vergleich mit ähnlichen Geräten der bisherigen Technik, Gleichzeitig; wird ein vollständiger Überlastungsschutz nicht nur der Röhre, sondern auch gleichseitig dem Druckübertragungsmembran erzielt.

Es sind selbstverständlich Änderungen des beschriebenen Aufbaues möglich, auch sind abweichende Ausführungen der Erfindung ohne Abweichen vom Erfindungap-edanken möglich.

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Die Erfindung bezieht sich auf einen eingekapselten, sich selbst^ tragenden Feß-ütertroger tür Lieferung einer Ausgangsjnforra-ition aus einer Quelle eich ändernden Druckes .n mehrere lusgangsgeräte, z.B. an ein Anzeigegerät. Ein Gehäuse enthält eine an beiden Enden verschlossene Bourdonröhre, die von einer Plüssigkeitsfi3llung von nicht zusammendrückbarer Flüssigkeit umgeben irt. Druckschwankungen werden über eine Membran in der Gehäusewandung über die Flüssigkeitsfüllung mitgeteilt, die von außen gegen die Bourdonröhre ausgeübt werden, üin Magnet ist kraftschlüssig mit dem freien Ende der Bourdonröhre zum drehbaren Bewegen entsprechend der liohrkrümmungen verbunden, die durch Druckänderungen bedingt sind.

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Claims (1)

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   DBESSER INDUSTRIES, INC. , Dallas/Texas - USA-Patentansprüche

   .; Sxplosionssicherer Meßübertrager, gekennzeichnet durch in zum Einkapseln dienendes Gehäuse (15)»

   eine Bourdonröhre (35) im Gehäuse, die an beiden Enden abgedichtet ist, wobei ein erstes Ende (17) fest gegen Bewegung gesichert ist und das zweite, freie Ende (16) sich entsprechend den von außen einwirkenden Druckschwankungen krümmen kann;

   einen Magneten (59)» der mit dem zweiten Röhrenende kraftschlüssig verbunden ist und sich mit der Biegebewegung verschiebt;

   eine .lullung mit einer nicht-zusaminendrückbaren Flüssigkeit, die die Bourdonröhr# (35) im Gehäuse (15) umgibt; und

   eine an einer Seite zur Flüssigkeitsfüllung gerichtete Membran (3o), die an der anderen Fläche durch die Flüssigkeit mit einer geschlossenen Druckquelle verbunden ist, um die Druckschwankungen der Quelle über die Flüssigkeit von außen an die Bourdonröhre zu führen.

   2. Übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bourdonröhre (35) von der C-Bauart ist.

   3. Übertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bourdonröhre (35) im Gehäuse (15) schraubenförmig verläuft.

   4-, übertrager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bourdonröhre (35) am ersten Ende mit einem koaxial

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   angeordneten ringförmigen Bund (36) befestigt ist, dessen Innendurchmesser dem Innendurchmesser der Eöhre entspricht, wenn sie dem maximalen Betriebsdruck ausgesetzt ist.

   5· übertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (36) linear durch die Spule der Bourdonröhre (35) für mindestens einen wesentlichen Teil der Spulenlänge hindurchgeht und die Röhre gegen diametrale Kontraktion hält, wenn sie einem gegebenen überdruck ausgesetzt ist, der den Maximaldruck überschreitet.

   6. Übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetisch betätigtes Wertanzeigegerät (11) mit dem Magneten (59) gekuppelt ist.

   7· übertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät (11) abnehmbar ist.

   8. übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bourdonröhre (35» 8o) mit einem Überlastungsschutz versehen ist und daß die Membran (3o, 96) gegen einen gegebenen Überdruck der Druckquelle geschützt ist.

   9« Übertrager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzeinrichtung eine Krümmungsbegrenzung der Bourdonröhre besitzt und deren Krümmung entsprechend auf einen gegebenen Druckanstieg begrenzt.

   1o. Übertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (15) nahtlos aus einem handelsüblichen Rohrstück mit Bruchcharakteristiken besteht, die praktisch mit der verwendeten Anlage verglichen werden können, und an einem offenen Ende die Membran (3o) trägt.

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   11. übertrager nach Anspruch. 1o, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Membran 0o, 96) und der Flüssigkeitsfüllung im Gehäuse (15t 7°) eine perforierte Scheibe vorgesehen ist und ein Hing die Membran gegen die Scheibe im offenen Ende des Gehäuses hält.

   Dip Wn^M Meissner

   Patentanwalt

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