DE3204242A1 - Druckmesser - Google Patents
DruckmesserInfo
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- DE3204242A1 DE3204242A1 DE19823204242 DE3204242A DE3204242A1 DE 3204242 A1 DE3204242 A1 DE 3204242A1 DE 19823204242 DE19823204242 DE 19823204242 DE 3204242 A DE3204242 A DE 3204242A DE 3204242 A1 DE3204242 A1 DE 3204242A1
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
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- G01L7/00—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements
- G01L7/02—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges
- G01L7/04—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges in the form of flexible, deformable tubes, e.g. Bourdon gauges
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Description
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Paiert-tänWätte: D'ipt'-lri^. Curt Wallach
Dipl.-Ing. Günther Koch
. Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach
? Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp
D-8000 München 2 ■ Kaufingerstraße 8 -Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d
Datum: 8. Februar 1982
Unser Zeichen: 17 389 - K/Sa
Anmelder:
Dwyer Instruments, Inc.
P.O. Box 373 Junction Indiana Route and U.S. Route
Michigan City, Indiana 463Ö0
U.S.A.
Titel:
'Druckmesser"
Priorität;
232 988 · U.S.A.
9- Februar
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckmeßgerät und insbesondere
auf einen Differentialdruckmesser mit abgedichteter Kapsel, wie er in den US-PSen 3 645 140, 4 011 759
und 4 030 365 beschrieben ist. Bei diesen bekannten Geräten
ist eine flexible Membran vorgesehen, die den Differentialdrücken ausgesetzt wird, um ihre Bewegung auf
einen Zeiger innerhalb der Kapsel zu übertragen.
Hierbei hat die Bewegungsübertragungsvorrichtung die Gestalt einer schwenkbar gelagerten Schraubwendel, die mit
dem Magneten zusammenarbeitet, um Differentialdrücke und Änderungen hiervon durch Bewegung des Magneten anzuzeigen,
wobei ein Gestänge eine Verbindung mit der Membran herstellt. Diese Patentschriften veranschaulichen verschiedene
Wege der Lagerung der Schraubwendel und es ist eine Bereichsfeder-Lageranordnung für den Magneten vorgesehen,
die eine Einstellgabel und eine Lageranordnung für die Schraubwendel besitzt, wodurch eine Nulleihstellung
ermöglicht wird. Eine ähnliche Anordnung zeigt die US-PS 3. 862 416, die sich auf ein Druckanzeigegerät und eine
Schaltanordnung bezieht.
Die Schraubwendel, die üblicherweise benutzt wird, um die Bewegung zu übertragen, weist im allgemeinen eine Spindel
auf, die einen oder mehrere schraubenlinienförmig verlaufende Flansche besitzt, die entweder mit einem Hufeisenmagneten
zusammenwirken, der die Schraubwendel umgibt, oder es ist ein plattenartiger Magnet vorgesehen, der
einen Polschuh aufweist, welcher mit einem Rand der Schraubwendel zusammenwirkt. Da die Masse der
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Schraubwendel und die Orientierung der magnetischen Kraftlinien kritische Eigenschaften im Hinblick auf die
Empfindlichkeit darstellen, ist es wichtig, daß diese Bauteile so angeordnet sind, daß die Empfindlichkeit möglichst
groß wird.
Bei derartigen Meßgeräten muß vermieden werden, daß die
Schraubwendel und der Zeiger unter Differentialdrücken arbeiten, die höher sind als jene, für die das Meßgerät
ausgelegt ist, und demgemäß sind Schraubwendel und Steuermagnet gelegentlich in der Niederdruckkammer des
Meßgerätes angeordnet, wie dies beispielsweise in der TJS-PS 3 645 140 beschrieben ist. Wenn jedoch das Meßgerät
benutzt werden soll, um Gesamtdrücke zwischen 6,9 bar und 103 bar zu messen, dann stehen beide Seiten des Meßgerätes
unter relativ hohen Drücken, und dies erfordert eine spezielle Montage der Schraubwendel, um diese in einer
Druckatmosphäre zu halten und trotzdem eine maximale Empfindlichkeit und Genauigkeit zu gewährleisten.
Eine Möglichkeit, die Schraubwendel des Meßgerätes vom Hochdruck fernzuhalten, besteht darin, diese Schraubwendel
in einem getrennten rohrförmigen Gehäuse anzuordnen, welches ein Abteil innerhalb der Druckkammer bildet, in
dem die Schraubwendel arbeitet, ohne dem Druck 3n der
Druckkammer ausgesetzt zu sein. Eine solche Anordnung ist in der US-PS 3 373 614· beschrieben. Anordnungen dieser
Art erfordern jedoch eine getrennte Montage des rohrförmigen Gehäuses und eine Lagerung der Schraubwendel innerhalb
des Gehäuses, und dies erfordert notwendigerweise gesonderte Bauteile und eine zusätzliche Bearbeitung, was
nach Möglichkeit vermieden werden sollte. Außerdem ist es
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nicht möglich, den Magneten in dichte Nachbarschaft zur Schraubwendel zu bringen, weil eine solche Anordnung notwendigerweise
hohe Wandstärken erfordert.
Natürlich ist die Bereichs- und die Nulleinstellung bei
Meßgeräten dieser Art erforderlich, um eine genügende Genauigkeit zu erhalten. Ein schwieriges Problem bei Meßgeräten
dieser Bauart, die für Hochdruckmessungen geeignet sind, besteht darin, daß der Einstellmechanismus infolge
der auftretenden hohen Spannungen, die bei derartigen Drücken zu erwarten sind, infolge von Verbiegungen nachteilig
beeinflußt wird.
Außerdem haben Meßgeräte, die mit Membranen arbeiten,
hinsichtlich ihrer Anwendung Grenzen bezüglich der zu erfassenden Druckdifferentiale, da praktisch Schwierigkeiten
bestehen, die wirksame Fläche der Membran klein zu halten und die Magnetträgerfeder und das Verbindungsgestänge,
welches die Verbindung mit der Membran herstellt, so stabil zu gestalten, daß die Druckdifferentialbereiche
erfaßt werden können. Es ist zwar möglich, Druckdifferentiale von 1,4 bar bis 1,7 bar mit derartigen Membranmeßgeräten
zu erfassen, jedoch besteht ein zunehmendes Bedürfnis nach Meßgeräten, die Druckdifferentiale in der
Größenordnung von 2 bar bis 13 »6 bar und mehr erfassen
können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Druckmeßgerät für Gase und Flüssigkeiten zu schaffen,
welches in der Lage ist, auch hohe Druckdifferentiale mit großer Genauigkeit anzuzeigen. Gemäß der Erfindung wird
als Sensor eine spezielle Ausführung eines Bourdon-Rohres,
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d. h. einer Rohrfeder, benutzt, die ein schraubenlinienförmig aufgewickeltes Rohr aufweist und die Membran, die
Blattfeder und das Verbindungsgestänge ersetzt und ebenso die Blattfedereinstellung und deren Verriegelung. Die
Bohrfeder arbeitet innerhalb der Druckkammer des Meßgerätes und es besteht eine magnetische Kopplung zwischen der
Schraubwendel und der Rohrfeder, wobei die Schraubwendel
zum Zwecke der Anzeige von Druckdifferentialen verschwenkt wird, wobei diese Druckdifferentiale 14- bar oder
mehr betragen können.
Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Differentialdruckmessers,
bei dem eine Rohrfeder als Differentialdrucksensor die üblicherweise verwendete Membran mit
Blattfeder ersetzt, wobei der Magnet Bestandteil der Rohrfeder wird und die gesamte Rohrfederanordnung als
Einheit gegenüber der Schraubwendel justiert werden können.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin,
daß die Empfindlichkeitsbeziehung von Schraubwendelmagnet und Nulleinstellmechanismus aufrechterhalten werden
kann und Drücke bis zu 14 bar und mehr aufgenommen
werden können.
Veiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Differentialdruckmessers,
der insbesondere für höhere Gesamtdrücke geeignet ist, wobei die Schraubwendel und der Zeiger
außerhalb der Druckkammer des Gerätes in einem entlüfteten
Raum arbeiten, ohne daß es erforderlich wäre, die herkömmliche Rohrgehäuseanordnung für die Schraubwendel
vorzusehen.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin,
eine Differentialdruck-Meßeinrichtung für höhere Gesamtdrücke sowohl für Gase als auch für Flüssigkeiten zu
schaffen, die eine verbesserte Empfindlichkeit aufweist, wobei die Schraubwendel außerhalb der Druckkammer in
einem Raum angeordnet ist, der nach der Umgebungsatmosphäre entlüftet ist, ohne daß es erforderlich wäre, getrennte
Bauteile mit einer speziellen Bearbeitung vorzusehen, und wobei eine auslegerartige Lagerung der
Schraubwendel möglich ist, wie dies beispielsweise in . den ÜS-PSen 3 645 140, 3 862 416, 4 011 759 und 4 030 365
beschrieben ist. Außerdem soll das Meßgerät für Einfachdruckmessungen verwendbar sein.
Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer verbesserten magnetischen Bewegungsübertragungskopplung für ein
derartiges Differentialdruck-Meßgerät, wobei eine Rohrfeder
als Differentialdruck-Sensor vorgesehen ist, deren Lagerung eine schnelle Eichung des Meßgerätes ermöglicht,
indem die Rohrfederanordnung als Ganzes gegenüber der Schraubwendel eingestellt wird. Es soll außerdem das
Differentialdruck-Meßgerät bis zu Drücken von 103 bar benutzbar sein, ferner soll es wirtschaftlich hergestellt
werden können, leicht zu installieren sein und eine lange Lebensdauer aufweisen.
Gemäß der Erfindung wird ein Differentialmeßgerät geschaffen, welches sowohl zur Messung von Differentialdrücken
als auch für die Messung von Einzeldrücken geeignet ist, und zwar sowohl für Gase als auch für Flüssigkeiten.
Der Druckmesser weist ein Gehäuse auf, welches die Schraubwendel über Ausleger lagert, wobei diese
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Schraubwendel mit einem Magneten zusammenwirkt, der von
einer Rohrfeder getragen wird. Die Sehraubwendel ist dadurch
gekennzeichnet, daß sie einen einzigen Schraubengang
oder zwei Schraubengänge aufweist, deren Rand mit
dem Magneten zusammenwirkt. Der Hagnet hat die Form eines
Quaders mit einer ebenen Polfläche in einer Ebene parallel zur Schwenkachse der Schraubwendel, während die
Magnetachse senkrecht zur Polfläche verläuft und die Schwenkachse der Schraubwendel rechtwinklig schneidet.
Die Schwenkachse der Schraubwendel und die Magnetachse
liegen in einer gemeinsamen Ebene, in der der Magnet in
linearer. Richtung parallel zur Drehachse der Schraubwendel
verschiebbar ist, um die Schraubwendel zu drehen und die vom Sensor ermittelten Differentialdrücke anzuzeigen.
.
Das Meßgerätgehäuse ist mit einer integralen Druckwand ausgestattet, die zum Teil die Druckkammer definiert und
den Magneten von der Schraubwendel trennt. Der Magnet und
die Schraubwendel sind dicht benachbart zueinander angeordnet,
wobei jener Abschnitt der Druckwand, der zwischen den beiden Teilen liegt, in Form eines Filmes sehr dünn
ausgebildet ist, so daß für den Magnetfluß ein Fenster geschaffen wird, durch das der Magnetfluß auf die
Schraubwendel einwirken kann, wobei diese Wand auf der dem Magneten zugewandten Seite eben ist, während die Wand
auf der der Schraubwendel zugewandten Seite konkav ausgebildet
ist. Die Druckwand definiert einen Druckkammerabschnitt
innerhalb des Gehäuses, worin die Rohrfeder und der Magnet untergebracht sind. Die Gehäusedruckkammer
wird durch das Gehäuse selbst und eine Deckelplatte definiert, und darin ist die Rohrfeder untergebracht.
Die Rohrfeder ist in einem Druckdifferential-Sensor der Bourdon-Bauart untergebracht, die einen einstellbaren
Kreuzteil aufweist, auf dem ein Ende der Rohrfeder verankert ist, und diese Rohrfeder ist an. die Hochdruckquelle
angeschlossen. Die Rohrfeder ist schraubenlinienförmig aufgewickelt und das Rohr ist teilweise abgeflacht und
das aufgewickelte Rohr ist derart angeordnet, daß das andere Ende auf die Magnetachse ausgerichtet ist. Dieses
andere Ende ist abgedichtet und trägt einen Auslegerarm, der in der gemeinsamen Ebene von Schraubwendelachse und
Magnetachse liegt und nach der Schraubwendel vorsteht und einstellbar den Magneten am freien Ende lagert. Die einstellbare
Lagerung des Kreuzkörpers der Rohrfederanordnung ermöglicht eine geradlinige Verschiebung dieser Anordnung
nach der Schraubwendel und von dieser weg, und zwar parallel zu der besagten gemeinsamen Ebene, wodurch
das Meßgerät geeicht werden kann. Das Meßgerätgehäuse kann mit seinem Druckraum an eine Niederdruckquelle angeschlossen
werden, wenn Differentialdrücke zu messen sind, oder es kann nach der Atmosphäre hin entlüftet werden,
wenn Einzeldrücke gemessen werden sollen.
Wenn die Niederdruckkammer des Meßgerätes an eine Niederdruckquelle
und die Rohrfeder an eine Hochdruckquelle angeschlossen werden, dann wird das Rohr proportional zum
Druckdifferential ausgelenkt und verschiebt den Magneten in Längsrichtung der Schraubwendelachse parallel zu dieser
in der gemeinsamen Ebene. Die Wandstärke der Rohrfeder, das Ausmaß der Abflachung, die Spulengröße und die
Zahl der Spulenwindungen können verändert werden, um einen gewünschten Ausschlag bei bestimmten Druckdifferentialen
für den freien Arm des Rohres der Rohrfeder zu
erreichen. Die Bogenbewegung des freien Hohrendes bei
vollem Skalenaueschlag kann relativ klein sein und beispielsweise
im Bereich zwischen 5 "und etwa 7 ° liegen,
was zu einer langen Lebensdauer beiträgt« Wenn der Niederdruckraum
des Meßgerätes entlüftet wird, ergibt sich ein Meßgerät für Einzeldrucke, wobei die Hochdruckquelle
gegenüber dem äußeren atmosphärischen Druck gemessen
wird, was praktisch wiederum auf eine Differentialdruckmessung hinausläuft»
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
anhand der Zeichnung":beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Ansieht eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Differentialdrück-.messers, ·
Fig. 2 eine Rückansicht bei abgenommenem Deckel, betrachtet
in Richtung der Pfeile 2-2 gemäß Fig. 4·, wobei der Bourdon-Rohraufbau ersichtlich
ist,
Fig. 3 eine Ansicht in Richtung der Pfeile 3-3 gemäß Fig. 4, wobei die Gehäuseabdeckung, das Ziffernblatt
und der Zeiger sowie der Zifferablättträger und weitere zugeordnete Teile entfernt
sind, so daß man den Magnet und die Schraubenwendel in ihrer Arbeitsstellung schematisch dargestellt
sieht, und wobei die Druckwand im Schnitt gezeichnet ist,
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48
Fig. 3Α eine schematische Ansicht des Bourdon-Rohres,
des hiervon getragenen Magnetstützarms und des
Magneten, entsprechend der Darstellung in Fig. 2, jedoch in größerem Maßstab,
Fig. 3B eine der Fig. 3 entsprechende Ansicht mit einer
abgewandelten Ausführungsform der Schraubwen-.
del,
Fig. 4- einen Schnitt nach der Linie 4—4- gemäß Fig. 1 in
größerem Maßstab,
Fig. 5 einen Schnitt des Meßgerätegehäuses, geschnitten
nach der Linie 5-5 gemäß Fig. 3*
Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Ansicht, geschnitten
nach der Linie 6-6 gemäß Fig. 3»
Fig. 7 eine Ansicht der oberen bzw. der inneren Seite der Grundplatte, betrachtet in Richtung der
Pfeile 7-7 gemäß Fig. 4,
Fig. 8 eine Teilansicht des Magneten mit seinem Lagerträger, der seinerseits an dem vom Bourdon-Rohr
getragenen Arm abgestützt ist, wobei diese Darstellung in größerem Maßstab gezeichnet ist,
Fig. 9 eine Seitenansicht zu Fig. 8, woraus Magnet und zugeordnete Teile erkennbar sind.
In den Fig. 1 und 4 ist mit dem Bezugszeichen 10 allgemein
der erfindungsgemäße Druckmesser bezeichnet, der sowohl
als Differentialdruckmesser als auch als einfacher Druckmesser verwendbar ist. Dieser Druckmesser weist ein Gehäuse
12 mit einem Gehäuseteil 14 auf, an dessen Vorderseite ein Deckelglas 16 angeordnet ist, durch das die
Skalenplatte 20 mit dem Zeiger 19 sichtbar ist. Dieser Zeiger hat die Form einer Schneide 22. Die Skalenplatte
20 weist eine geeignete Skala 21 mit Null-Markierung 23 in der Mitte auf (diese Null-Markierung kann natürlich
relativ zur Skala 21 verschoben sein, je nach der Anwendung).
Auf der Bückseite des Gehäuseteils 14 ist ein Deckel 24
aufgesetzt, der einen Teil des Gehäuses 12 bildet. Der Gehäuseteil 14 und die Deckelplatte 24 sind als getrennte
Gußteile hergestellt und sie können durch Schrauben 26 verbunden werden, die durch öffnungen 27 des Deckels geführt
und in Gewindeöffnungen 29 des Gehäuseteils eingeschraubt sind. Das Deckelglas 16 ist, wie bei 28 in Fig.
4 dargestellt, über einen Gewindering am Gehäuse befestigt.
Der Gehäuseteil 14 und der Deckel 24 entsprechen in ihrem
Aufbau den entsprechenden Teilen gemäß der TJS-PS 4 030 365 und der Gehäuseteil 14 und der Deckel 24 sind
so gestaltet, daß ein Druckraum 32 gebildet wird, wobei
der Gehäuseteil 14 und der Deckel 24 so ausgebildet sind, daß der Druckraum 32 an die Differentialdrücke anschließbar
ist, die vom Druckmesser zu bestimmen sind. Der Gehäuseteil 14 und die Deckelplatte 24 sind so ausgebildet,
daß sie ringförmige Ausnehmungen 25 und 30 besitzen, in
die ein geeigneter 0-Dichtungsring31 eingelegt werden
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kann, um die beiden Teile gegeneinander abzudichten.
Im Druckraum 32 befindet sich ein Bourdon-Rohr-Sensor 34, der aus einem schraubenlinienförmig aufgewickelten
Bourdon-Rohr 35 besteht, welches mit einem Ende 36 an einer Lagerplatte 37 verankert ist, die am Gehäuseteil
durch Schrauben 38 festgelegt ist. Das Rohr 35.ist mit
seinem Ende 36 an die Druckmesserkanäle angeschlossen, die mit der Hochdruckquelle zu verbinden sind, indem geeignete
Leitungen 39 und 39A Anwendung finden,und an seinem freien Ende 36A ist das Rohr 35 abgedichtet und
trägt auslegerartig einen Tragarm 40, dessen freies Ende einstellbar einen Magneten 42 über ein Traglager 44 abstützt.
Der Sensor 34· weist außerdem einen einstellbaren
Überdruckanschlag 45 auf, der von der Platte 37 getragen wird und auf den Magnetträgerarm 40 ausgerichtet ist. Der
Druckraum ist in geeigneter Weise mit der Niederdruckquelle des Druckdifferentialmessers zu verbinden, so daß
Änderungen von Hochdruck und Niederdruck jeweils zu einer radialen Expansion und Kontraktion des Rohres 35 um die
Achse 122 führen, um die das Rohr aufgewickelt ist, und dies führt zu einem Bogenausschlag des freien Endes 36A,
wodurch der Magnet 42 bewegt wird, der über den Arm 40 von dem Ende der Rohrfeder getragen wird. Wenn der Druckmesser
als Einzeldruckmesser Verwendung findet, dann wird der Druckraum 32 nach der Atmosphäre hin entlüftet, wobei
das Rohr 35 in gleicher Weise arbeitet, um eine Bewegung des Magneten 42 in Vertikalrichtung gemäß fig. 4 herbeizuführen.
Der Druckmesser 10 weist außerdem eine Schraubenwendel 50
auf, die um ihre Längsachse 51 im Trägerrahmen 52 drehbar
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ist, der von. einem "Wishbone"-Au8leger gebildet ist, wie
dies in den TJS-PSen 3 862 416 und 4 OJO 365 be schriet» en
ist. Dieser Trägerrahmen 52 ist mit seinen Armen 54, von
denen in Fig. 1 nur einer dargestellt ist, auslegerartig
montiert, um die Scnraubwendel 50 in· vertikaler Richtung
gemäß Fig. 4· im Gehäuseteil 14 drehbar zu lagern.. Die
.Schraubwendel 50 kann einen einzigen Gang oder einen Doppelgang
aufweisen, wie dies in den US-PSen 4 011 759 und
4 OJO 365 beschrieben ist.
Der Zeigerarm 22 ist in geeigneter Weise an der Schraubwendel
50 so befestigt, daß bei Drehung der Schraubwendel 50 um ihre Längsachse 51 der Zeiger 22 über die Skalenplatte
20 läuft, um auf der Skala eine Differentialdruck-Ablesung zu liefern. Die Schraubwendel 50 bewegt sich auf
diese Weise, wenn der Magnet 42 eine nach oben oder nach unten (gemäß Fig. 4) gerichtete?3ewegung unter dem Einfluß
der Differentialdrücke in dem Bourdon-Rohr 35 bzw. im Druckraum 32 durchführt oder wenn der Trägerrahmen 52
relativ zu dem Gehäuseteil 14 durch eine Nullabgleichsvorrichtung
53 eingestellt wird, um den Zeiger 22 auf die Null-Markierung 23 einzustellen.
Gemäß der Erfindung definiert der Gehäuseteil 14 eine
Druckwand 60, die teilweise die Druckkammer 32 begrenzt. Die Druckwand 60 definiert einen langgestreckten Kammerabschnitt
bzw. eine Ausnehmung 62, in der das Bourdon-Rohr 35» sein Trägerarm 40 und der Magnet 42 angeordnet sind,
wenn sie in Arbeitsstellung befindlich sind. Die Wand 60 quer zur Ausnehmung 62 hat eine U-förmige Gestalt
(Fig. 5) und definiert demgemäß Seitenabschnitte 65 und
65A, und in der Nähe der Schraubwendel 50 befindet sich
ο on, .
auf der Druckseite eine Vertiefung 63 zur Anpassung an
den Magneten 42.
Benachbart zu der Vertiefung 63 definiert die Druckwand 60 einen speziell ausgebildeten Kreuzwandabschnitt 64,
der, wie aus Fig. 2 und 6 ersichtlich ausgebildet ist und eine äußere konkav abgerundete Ausnehmung 66 bildet,, in
der die Schraubwendel 50 liegt. Der Wandabschnitt 64 innerhalb der Ausnehmung 62 und demgemäß innerhalb des
Druckkammerabschnitts 62 definiert eine konvex-ebene Ausnehmung 67» in die der Magnet 42 einsteht, um mit der
Schraubwendel 50 zusammenzuwirken. Die Vertiefung 67 wird durch im Abstand zueinander angeordnete konvex gekrümmte
Eckabschnitte 67A auf beiden Seiten eines flachen Abschnitts 67B definiert, dem der Magnet 42 gegenübersteht
.
Wie aus den Pig. 2, 4 und 6 ersichtlich, erstrecken sich die Vertiefungen 66 und 67 in Längsrichtung parallel zur
Achse 51 der Schraubwendel 50. Die Vertiefungen 66 und 67
gestalten die Druckwand so, daß ein ungelochtes Segment
70 mit Filmdicke gebildet wird, das als Magnetfluß-Fenster wirkt, durch das der Magnetfluß des Magneten 42 mit
der Schraubwendel 50 zusammenwirkt, um deren Lage einzustellen.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist das Druckwandsegment
70 voll integral mit der Druckwand 60, die um das Segment 70 herum verläuft, hergestellt. Die Druckband 60
in der Nähe der Basis des Segmentes 70 geht integral in den zurückspringenden Teil 70 über, der durch das Gehäuseteil
14 definiert ist, um den Arbeitsraum 73 zu
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schaffen, in den die Schraubwendel 50 und die zugeordneten
Teile zu liegen kommen. Die Vertiefung 66 ist vorzugsweise so gestaltet, daß sie nicht mehr als ungefähr
eine Hälfte des Umfangs der Schraubwendel 50 einschließt.
.
Die Deckelplatte 24 ist mit zwei Entlüftungsöffnungen 27A ausgestattet, die auf entsprechend angeordnete Entlüftungsöffnungen
29A des Gehäuseteils 14 ausgerichtet sind und über die jeweiligen Gehäuseöffnungen 77 den Raum 79
entlüften, der von dem Deckel 16 abgeschlossen ist und in
dem die Schraubwendel 50oder 5OA läuft. Demgemäß dreht
sich die Schraubwendel 50 oder 5OA unter den Druckbedingungen,
die außerhalb des Meßgerätes 10 herrschen, und nicht in Abhängigkeit von Drücken, denen das Meßgerät zum
Zwecke der Differentialdruckmessung ausgesetzt wird.
Außerdem ist der Magnet 4-2 gemäß der Erfindung in Form
eines Rechteckkörpers ausgebildet, der zwei gegenüberliegende Polflächen 72 und 74 besitzt (Fig. 8), die eben
ausgebildet sind. Die Ebenen der Polflächen 72 und 74 des
Magneten liegen parallel zur Achse 51 der Schraubwendel
50. Der Magnet 42 ist so magnetisiert, daß eine Magnetachse 76 gebildet wird,, die senkrecht zu den jeweiligen
Polflächen 72 und 74 verläuft und durch die die magnetischen Kraftlinien des Magneten orientiert sind. Der
Magnet 42 ist so gelagert, daß seine Magnetachse 76 im wesentlichen rechtwinklig die Drehachse 51 der Schraubwendel
schneidet. Die Magnetpolfläche 72, die auf die Schraubwendel hin gerichtet ist, kann entweder ein Südpol
oder ein Nordpol des Magneten sein und die Polfläche 74
ist jeweils von entgegengesetzter Polarität.
Natürlich bestehen Gehäuseteil 14, Gehäusedeckel 24 und Schraubring 282 aus nicht-magnetischem Material, beispielsweise
aus Aluminium oder Messing oder Legierungen, die nicht magnetisch sind. Der Träger 44 besteht zweckmäßigerweise
aus Aluminium.
Die Schraubwendel 50 gemäß Fig. 4 definiert einen einzigen
schraubenlinienförmig verlaufenden Rand 80. Gemäß Fig. 4 besteht, die Schraubwendel 50 aus einem zylindrischen
Spindelabschnitt 82 mit einem einzigen schraubenlinienförmig verlaufenden Flansch 84, der den schraubenlinienförmigen
Rand 80 bildet. Die Schraubwendel 50 besteht aus geeignetem magnetischem Werkstoff, beispielsweise,
aus Stahl. Die Schraubwendel kann jedoch auch zweigängig ausgebildet sein, wie bei der Schraubwendel 50A in
Fig. 3B dargestellt, wodurch zwei schraubenlinienförmig
verlaufende Ränder 80 gebildet werden.
Gemäß der Erfindung sind Schraubwendel 50 oder 50A und
Magnet 42 so angeordnet, daß die Ränder 80 der Schraubwendel etwa 1,5 mm von der Polfläche 72 entfernt liegen,
und das dazwischenliegende Druckwandsegment 70 hat eine
mittlere Dicke zwischen etwa 0,76 mm und 1 mm. Demgemäß liegt die magnetische Polfläche 72 innerhalb der Vertiefung
67» dicht benachbart zu dem ebenen Abschnitt 67B der Druckwand, und letztere besitzt Breitenabmessungen, die
die entsprechenden Breitenabmessungen des Magneten 42 etwas überschreiten (gemäß der Ansicht nach Fig. 1 bis
Wie in den US-PSen 4 011 759 und 4 030 365 beschrieben,
ist der Flansch 84 der Schraubwendel 50 um 360 ° geführt,
- Ö4 -
um einen Massenausgleich zu bewirken. Die magnetischen
Flußlinien, die aus der Polfläche ?2 des Magneten austreten,
werden im Flansch 84 konzentriert und infolge der
unmittelbaren Nachbarschaft und infolge des Massenausgleichs und weil kein zweiter Flansch vorhanden ist, der
die magnetischen Feldlinien ableitet, ist die magnetische
Kopplung zwischen Schraubwendel und Magnet singular wirksam.
Die Schraubwendel 5OA, die dem Magnetpol 72 zugeordnet
ist, hat eine Orientierung wie in den US-PSen 3 645 140 und 3 862 416 beschrieben.
Die Nulleinstellvorrichtung 53 umfaßt einen Ausleger 107,
der am Rahmen 52 befestigt ist (Fig. 4) und in den eine
Einstellschraube 109 eingeschraubt ist. Der Träger 111 besitzt einen Fuß 113, äer am Gehäuseboden 71 anliegt,
und zwar ausgerichtet auf die Drehachse 51 der Schraubwendel
50, wie in der US-PS 4 030 365 beschrieben.
Wenn eine Differentialdruckmessung erforderlich ist, werden
Hochdruck- und Niederdruckanschlüsse des Meßgerätes mit Hochdruckquelle bzw. Niederdruckquelle verbunden, so
daß zwischen Bourdon-Rohr 35 und Druckkammer. 32 ein Differentialdruck
zustande kommt, was zur Folge hat, daß sich das Rohr 35 wber dem Druckdifferential verbiegt,
welches zwischen Rohr und Kammer 32 aufgebaut wird.
Hierdurch bewegt sich das Rohrende 36A proportional auf einem Kreisbogen, um den Magneten 42 im wesentlichen
linear parallel zur Schraubwendelachse zu verschieben, wodurch eine entsprechende Drehbewegung der Schraubwendel
über die Magnetkupplung zwischen Magnet 42 und Schraubwendel 50 oder 5OA zustande kommt.
Das Rohr 35 und der Arm 40 sind relativ zu der .Schraubwendel
50 oder 50A und dem Gehäuse 12 so orientiert, daß die Achse 51 der Schraubwendel und die Magnetachse 76 in
der gleichen Ebene liegen, in der der Trägerarm 40 liegt, wobei die Magnetachse 76 die Schraubwendelachse 51
schneidet (vgl. Fig. 1 und 2). Der Rohrträgerarm 40 liegt etwa normal relativ zur Schraubwendelachse 51 (Pig· 4).
Wenn sich das Bourdon-Rohr 35 unter dem Differentialdruck über einen relativ kleinen Bogenabschnitt bewegt, beispielsweise
über weniger als 10 °, dann ergibt sich ein voller Skalenausschlag über die Länge der Skala 21 des
Skalenblattes 20. So bleibt die Magnetachse 76 des Magneten 42 immer im wesentlichen normal zur Schraubwendelachse
51» wobei eine im wesentlichen lineare Bewegung des
Magneten parallel zur Schraubwendelachse 51 zustande
kommt. Der minimale Ausschlag des Rohres 35» der erforderlich
ist, um einen vollen Skalenausschlag zu erreichen, gewährleistet eine minimale Abnutzung des Rohres
und eine entsprechend lange Lebensdauer des Meßgerätes 10.
Da der magnetische Fluß den Flansch 84 der Schraubwendel in geringem Abstand zu der Magnetpolfläche 72 zu halten
sucht, erfolgt, wie aus den Fig. 3» 4 und 8 hervorgeht, eine Drehbewegung der Schraubwendel 50 oder 5OA, wenn
sich der Magnet 42 in Längsrichtung bewegt, wodurch die Lage des Zeigers gegenüber der Skalenplatte 20 infolge
der Magnetkupplung ändert.
Die Drücke in der Druckkammer 32 sind vollständig gegenüber
der Schraubwendel 50 oder 5OA abgeschirmt, während
gleichzeitig durch die Proportionierung der Druckwand 70
eine Übertragung der Flußlinien möglich wird, so daß die
gewünschte magnetische Kopplung zustande kommt. Die Filmdickenabmessungen der Druckwand 70 sind möglich infolge
der Ausbildung der Vertiefungen 66 und 6? und der Verbindung,
die das Wandsegment 70 mit der Druckwand 60 hat.
Die Formgebung der Teile führt dazu, daß der Wandabschnitt 70 unter den Drücken innerhalb der Kammer 34 ausgebogen wird, wodurch eine unzweckmäßige Beanspruchung
des magnetischen Fensters der Druckwand vermieden wird. Wie erwähnt, arbeitet die Schraubwendel 50 oder 5OA unter
atmosphärischen Druckbedingungen außerhalb des Meßgerätes 10 mit minimaler Reibung und höchster Empfindlichkeit.
Wenn der Gehäuseteil 14 und die Deckelplatte 24 aus Aluminium
hergestellt sind, dann kann der Gehäuseteil 14
.Drücken bis zu 69 bar widerstehen. Wenn man hochfeste Legierungen,
beispielsweise Manganbronze oder Aluminiumbronze benutzt, dann können noch höhere Gesamtdrücke aufgenommen
werden.
Wenn die Vorrichtung als Einzeldruckmesser arbeitet, dann
wird die Druckquelle an das Bourdon-Rohr 35 angeschlossen,
während die Druckkammer 32 offengelassen wird oder
auf sonstige Weise gegenüber der Atmosphäre entlüftet wird. Das Rohr 35 dehnt sich dann in der gleichen Weise
wie beschrieben aus, um eine Einzeldruckanzeige auf der
Skala 20 zu liefern, die gegen den atmosphärischen Druck gemessen wird.
Der Gehäuseteil 14 und die Deckelplatte 24 sind in geeigneter
Weise wie aus der Zeichnung ersichtlich geformt, wobei vorzugsweise die Formgebung durch Gießen erfolgt.
Diese Bestandteile können mit geeigneten Verstärkungsstegen
oder dergleichen versehen sein, um die gewünschte strukturelle Integrität zu erhalten.
Bei dem dargestellten Druckmesser sind Hochdruck- und Niederdruckanschluß an der hinteren Deckelplatte 24 ausgebildet
und die Deckelplatte ist mit geeigneten Schraubanschlüssen 100 (Fig. 4 und 7) versehen, von denen jeder
mit einem Niederdruckkanal 102 in Verbindung steht, der wiederum mit der Druckkammer 32 über die öffnungen 104
und eine gemeinsame zentrale öffnung 105 in Verbindung steht. In gleicher Weise steht eine Schraubfassung 106
direkt mit der jeweiligen Hochdruckleitung 108 in Verbindung, die wiederum mit einer entsprechend angeordneten
Leitung 108A im Gehäuseteil 14 verbunden ist..Für jede Leitung 108A ist der Gehäuseteil 14 mit einem Kreuzkanal
108B versehen, der nach der Druckkammer 32 führt, wobei die jeweiligen Kanäle 108B mit einem geeigneten Fitting
108C ausgestattet sind, mit denen die Leitungen 39 und 39A verbunden sind, um die ffochdruckquelle an die Rohrfeder
anzuschließen. Die Leitungen 39 und 39A bestehen aus einem flexiblen Metallschlauch 110, die an ihren Enden
112 mit dem jeweiligen Anschluß 108C leckfrei verbunden sind, und die anderen Enden 114 sind in geeigneter Weise
mit dem Anschluß 116 verbunden, der von der Lagerplatte 37 getragen wird, wodurch eine leckfreie Verbindung mit
dem Rohr 35 hergestellt wird.
Die Kanäle 108A sind mit ihren Enden, die auf die Kanäle
108 ausgerichtet sind, zentral in der jeweiligen Ausnehmung 115 angeordnet, von denen jede einen O-Ring aufnimmt
(nicht dargestellt), um diese Strömungsmittel-
ft » -V 01
- 2Sr-.
Verbindungskanäle zwischen der Deckelplatte 24 und dem
Gehäuseteil 14 abzudichten.
Die Anschlüsse 100 und 106 und die Leitungen, die sie
durch den Druckraum 32 verbinden, und der Rohrfederaufbau
35 sind paarweise angeordnet, um ein Spülen beim
Aufbau des Instrumentes zu ermöglichen, wie dies beispielsweise
in der US-PS 4 030 365 beschrieben ist. Wenn
das Instrument gespült ist, indem die Fassungen 100 und 106 auf der jeweiligen Seite des Instruments (oben für
Luft oder Gas, unten für Flüssigkeiten) mit den jeweiligen
Niederdruck- bzw. Hochdruckquellen verbunden werden, können die anderen Anschlüsse auf der anderen Seite des
Instruments in geeigneter Weise abgedichtet werden, wobei konische Schraubstopfen und Dichtmittel benutzt werden,
die nicht dargestellt, aber von herkömmlicher Ausbildung sind.Statt dessen können natürlich auch beide Gruppen von
Anschlüssen mit den jeweiligen Druckquellen nach dem Spülen verbunden werden.
Bei Benutzung als Einzeldruckmesser wird die Druckquelle mit dem Anschluß 106 an der zugeordneten Seite des Instruments
verbunden (oben für Luft oder Gas, unten für Flüssigkeiten) und der Anschluß 100 an jener Seite des
Instruments wird nach der Atmosphäre hin entlüftet. Nach dem Spülen werden die Anschlüsse 100 und 106 auf der anderen
Seite des Instrumentes normalerweise abgedichtet, wie oben beschrieben. Die Entlüftung kann dadurch erfolgen,
daß der Anschluß 100 offengelassen wird, Jedoch ist es zweckmäßiger, diesen Anschluß 100 mit einer Leitung zu
verbinden, die nach außen oder nach einem anderen sicheren Raum führt. Dadurch wird dem Sicherheitsbedürfnis
·"·:": /32(KΓ.'2
- 99 -
bezüglich Explosionsgefährdung Rechnung getragen für den unwahrscheinlichen Fall, daß die Rohrfeder 35 bricht und
das betreffende Gas oder die Flüssigkeit austreten kann. Natürlich können auch beide Anschlüsse 106 mit der Druckquelle
verbunden werden und beide Anschlüsse 100 können entlüftet werden.
Der Trägerrahmen 52 für die Schraubwendel ist vorzugsweise
von der in der US-PS 3 862 416 beschriebenen Bauart.
Vorzugsweise wird die Schraubwendel 50 zwischen einem festen
Lager 230 und einem einstellbaren Lager 232 geführt.
Die Fußabschnitte 54 des Rahmens sind durch Schrauben 233 an Gehäusesockeln 229 festgelegt (Fig. 5).
Die Skalenträgerplatte 20 ist am Rahmen durch nicht dargestellte Befestigungsmittel festgelegt und es können
Zeigeranschläge 235 (Fig· 1) benutzt werden. Der Trägerrahmen 52 ist so angeordnet und ausgebildet, daß er, wenn
er sich in Arbeitsstellung befindet, eine Federvorspannwirkung auf den Nulleinstellträger 111 ausübt und ihn gegen
den Gehäuseaufbau 71 vorspannt.
Dem Trägerrahmen 52 ist die Nulleinstellvorrichtung 53
zugeordnet, die im einzelnen in der US-PS 4 030 365 beschrieben ist. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, weist der Ausleger
107 einen langgestreckten Lagerteil 240 auf, dessen nicht dargestellte Endabschnitte am Rahmen 52 durch
Schrauben 244 festgelegt sind. In dem Winkelstück 240 ist in dem abgewinkelten Teil 246 ein Schraubgewindeloch 248
angebracht, in das die Schraube 109 eingeschraubt ist.
Der Nulleinstellträger 111 besitzt einen Abschnitt 250, der allgemein eben ausgebildet ist und ein mittleres Loch
aufweist, um ein rechteckiges Fenster 252 zu definieren,
durch das das abgewinkelte Teil 246 des Auslegers 107
zur Aufnahme der Schraube 109 vorsteht.
Der Träger 111 definiert zwei obere und untere Ansätze 254 und 256, die rechtwinklig zum Töil 250 und demgemäß
parallel zueinander angeordnet sind. Das untere Ende 258
der Schraube 109 ist mit seinem unteren Gewindeabschnitt 260 in eine Lageröffnung 262 des Ansatzes 256 eingeschraubt,
während das obere Ende 264 des Gewindeabschnitts 260 ohne Gewinde in einer Führungsöffnung 266
des Ansatzes 254 läuft.
Der Fuß 113 des Trägers 111 ist mit diesem einstückig
über einen Verbindungsabschnitt 270 hergestellt. Zweckmäßigerweise
liegt der Fuß 113 benachbart zur Achse 51 der Schraubwendel 50 oder 5OA und er liegt am Gehäuseaufbau
71 an.
Das Bourdon-Rohr 35 selbst besteht aus einem Material, welches.für jenen Zweck geeignet ist, beispielsweise aus
Berylliumkupfer. Es können auch Bohre aus anderen Materialien, beispielsweise aus Inconel, Phosphorbronze oder
rostfreiem Stahl, benutzt werden. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel besteht das Rohr 35 aus einem
Berylliumkupferrohr mit einem Außendurchmesser von 3»175 mm und einer Wandstärke von 0,127 mm, Wenn eine solche
Rohrfeder in einem Druckmesser 10 gemäß der Erfindung
eingesetzt ist, dann kann dieser Druckmesser ein Druckdifferential
bis zu 2,07 bar anzeigen. Wenn das Rohr 35 aus dem gleichen Material und mit gleichem Außendurchmesser
eine Wandstärke von 0,229 mm aufweist, dann kann
• · · t
hiermit ein Meßgerät aufgebaut werden, welches ein Druckdifferential
von 13,8 bar messen kann. So kann die Wandstärke der Rohrfeder 35 geändert werden, um unterschiedliche
Meßbereiche erfassen zu können.
Wie in der Zeichnung angegeben, weist das Rohr 35 eine Seitenwand 120 auf, die vor der Behandlung im Querschnitt
kreisförmig ist} jedoch bei der Bearbeitung des Rohres und der Herstellung der Rohrfeder wird das Rohr zunächst
abgeflacht, so daß die Hauptachse des Rohres grob gesagt vier- bis fünfmal so groß ist wie die Nebenachse. Dann
wird das Rohr schraubenlinienförmig um eine zentrale Achse 122 aufgewickelt bis zu einer Spulengröße, die für
praktische Zwecke geeignet ist, und die Rohrfeder besitzt dann einen Außendurchmesser zwischen 12,7 mm und 15*88
mm. Bei Verwendung eines Rohres aus Berylliumkupfer hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß das Rohr 35 etwa
2 1/2 Windungen aufweist, um den gewünschten Ausgang unter Differentialdrücken zu erhalten, wenn die Bohrung 124
des Rohres an die Hochdruckquelle angeschlossen wird und die Gehäusekammer 32 an die Niederdruckquelle. Hierbei
ergibt sich ein Winkelausschlag zwischen 5 und ungefähr
7 ° am Ausgangsende 36A des Rohres 35» und dies liefert einen vollen Skalenausschlag des Zeigers 22 über der
Skala 21 der Skalenplatte 20 über Magnet 42 und Schraubwendel 50 oder 5OA.
Jedoch können Wanddicke des Rohres 35» seine abgeflachten Dimensionen, der Durchmesser der sich ergebenden Rohrspule
und die Zahl der Windungen der Spule verändert werden, um den gewünschten Ausgang bei einem bestimmten Differentialdruck
zu erhalten.
Das Ende 36 des Rohres 35 ist an der Lagerplatte 37
leckdicht über einen Anschluß 116 verankert, wodurch die Leitungen 39 und 39A frei mit dem festen Ende 36 des
Rohres 35 verbunden sind. Das Rohr 35 ist an seinem freien
Ende 36A in geeigneter Weise dichtend abgeschlossen und daran ist das Ende 43A des Magnetträgerarmes 40 befestigt,
und diese Teile sind in geeigneter Weise durch Verlötung oder dergleichen verbunden.
Der Trägerarm 40 besteht aus einer Stange 126 rechteckigen
Querschnitts, die gleitbar am Ende 4-3 den Magnetlagerausleger
44 mit Reibungssitz aufnimmt, der seinerseits den Magneten 42 haltert.
Der Trägerausleger 44 weist gemäß Fig. 8 und 9 einen
Magnethalter 130 und einen Tragarmlagerabschnitt 132 auf,
die einstückig aus einem Aluminiumband oder dergleichen hergestellt sind und die aus Fig. 8 und 9 ersichtliche
Form aufweisen. So ist der Auslegerabschnitt 130 mit
vorstehenden Seitenwänden 134 und 136 sowie einem Steg 138 ausgestattet, zwischen denen der Magnet 42 sitzt, wobei
die Seitenwände 134 und 136 obere Flanschabschnitte 140 und 142 aufweisen, die gegen die Oberseite des Magneten
42 so anliegen, daß er auf dem Ausleger 44 festgehalten wird. Der Magnet 42 kann in seiner Lage durch Verklebung
oder durch Reibungssitz gehalten werden, und zwar an
der Stelle, wie sie aus Fig. 8 und 9 ersichtlichiist.
Der Abschnitt 152 des Auslegers 44 weist einen Stegabschnitt
144 und abgebogene Seitenwände 146 und 148 auf, die so proportioniert sind, daß Endflansche 152 und 153
(Fig. 3A) gebildet werden, die so umgebogen sind, daß sie
i : .·'·:": .·* 3 2 O Λ λ 4 2
34
AV * «
einander entgegengesetzt gerichtet sind, um eine Fassung 154 zu bilden, die reibungsschlüssig das freie Ende 43
des Trägerarms 40 in der aus Fig. 8 und 9 ersichtlichen Weise aufnimmt.
Die Stegabschnitte 138 und 144 des Auslegers 44 sind miteinander durch einen Überbrückungsabschnitt 156 verbunden,
der mit einer geeigneten Verstärkungsrippe 158
versehen sein kann. Der Ausleger 44 ist an seinem Stegabschnitt 144 in geeigneter Weise mit öffnungen 160 versehen,
damit eine gewisse Flexibilität gegeben ist.
Der Magnet 42 besteht aus einem geeigneten Material mit hoher Energie, beispielsweise aus Samariumkobalt, welches
gesintert ist und unter der Bezeichnung "Hicorex" von Hitachi Magnetics Corporation of Edmore, Michigan, hergestellt
wird. Dabei ist ein Material zu bevorzugen, welches eine magnetische Energie von 111 412 bis 143 244
TA/m (14 bis 18 Millionen Gauß · Oersted) aufweist.
Der Überdruckanschlag 45 weist eine Schraube 164 auf, die
in die Lagerplatte 37 auf den Trägerarm 40 ausgerichtet so eingeschraubt ist, daß sie mit ihrem den Anschlag bildenden
Ende 166 auf das Ende 43A des Tragarms 40 ausgerichtet
ist. Die Schraube 164 ist in ein Muttergewinde .168 eingeschraubt, das in der Trägerplatte 37 angeordnet
ist, und die Schraube weist einen Schraubenzieherschlitz
17O auf.
Wenn die Rohrfeder in der beschriebenen Weise montiert ist, dann wird die Lagerplatte 37 an den jeweiligen Gehäusestegen
172 und 174 festgelegt, wobei geeignete
k -.1 3 b"
Schrauben 38 benutzt werden., die in Verbindung mit Unterlegscheiben
176 benutzt werden. Die Lagerplatte 37 ist
mit Schlitzen 178 ausgestattet, durch die der Schaft der
Schrauben 38 hindurchtritt, um am Gehäuseteil 14 angeschraubt
werden zu können, wodurch eine Einstellung des Rohrfederaufbaus 34 als Ganzes möglich wird, um das Meßgerät
10 eichen zu können. Die Stege 172 und 174 sind auf
beiden Seiten der Druckwandausnehmung 62 angeordnet.
Unter der Annahme, daß der Gehäuseteil die Schraubwendel
50 oder 5OA und die zugeordneten Teile aufweist, kann das
Heßgerät vor Anbringung des Deckels 24 geeicht werden, indem der Rohrfederaufbau 34 als Ganzes entweder näher an
die Schraubwendel herangeführt oder weiter von dieser entfernt wird, während die Schrauben 38 lose bleiben. So
kann der Rohrfederaufbau quer zur Mittelachse 122 verschoben
werden, die, wie in der Zeichnung ersichtlich, im wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Ebene von
Schraubwendelachse 51 und Magnetachse 76 verläuft*
Wenn der Rohrfederaufbau nach der Schraubwendel hin verschoben
wird, dann wird der Weg des Zeigers 22 bei einem gegebenen Druckdifferentialeingang vermindert und ebenso
der Bogenausschlag des Zeigerendes 36A.
Umgekehrt wird der Weg des Zeigers 22 bei gegebenem Druckdifferentialeingang vergrößert, wenn der Rohrfederaufbau
34 von der Schraubwendel entfernt wird, so daß auch der Bogenausschlag seines Endes 36A vergrößert
wird.
Die Gleitlagerung des Auslegers 44 am Ende 43 des
Trägerarms 40 ermöglicht eine Einstellung des Auslegers relativ zu dem Arm 40, um die Polfläche 72 des Magneten
mit optimalem Abstand gegenüber der Schraubwendel festzulegen, nachdem der Rohrfederaufbau an der gewünschten
Stelle justiert ist.
Das Deckelglas 16 weist eine Durchsichtscheibe 280 aus
transparentem Material auf und wird durch.einen Klemmring oder einen Gewindering 282 gehaltert, der bei· 28 auf dem
Gehäuseteil 14 aufgeschraubt ist. Der Flansch 284 des Gewinderings 282 wirkt gegen einen Flansch 286 der Abdeckscheibe,
um diese gegen einen Dichtungsring 288 zu verspannen, der seinerseits einer Dichtungsoberfläche 290
des Gehäuseteils 14 anliegt.
Die Nulleinstellschraube 109 besitzt einen Gewindeabschnitt
260, der einen Innensechskant 264 aufweist, in den ein Sechskantendabschnitt 291 der Spindel 292 einsteht.
Letztere erstreckt sich in eine zylindrische Bohrung 294, die in dem Abdeckorgan 280 angeordnet ist. Die.
Spindel 292 ist mit einem Kopfteil 296 versehen, der, wie bei 298 angedeutet, genutet ist, um einen O-Dichtungsring
300 aufzunehmen, der dichtend in die Bohrung 294 einpaßt. Der Kopf 296 weist außerdem einen Schraubendreherschlitz
302 auf, um den Zeiger 22 auf den Nullpunkt 23 einzustellen, indem die Lage der Schraubwendel relativ zu
dem Magneten durch Drehen der Schraube 109 geändert wird, was eine Bewegung des Auslegers 107 und der Schraubwendel
in Längsrichtung zur Folge hat.
Der Gehäuseteil 14 ist mit einem Gewindeloch 310 kegelstumpf
förmiger Gestalt versehen, um die Druckkammer 32
Π-
zugänglich zu machen. Das Loch 310 ist durch einen Gewindestopfen
312 verschlossen, der das Gehäuse an diesem Loch 310 abdichtet. Wenn nur eine der Gewindebohrungen
100 und 106 mit der Druckquelle verbunden werden, dann
muß das andere Loch natürlich durch geeignete Dichtungsstopfen abgedichtet werden.
Der erfindungsgemäße Druckmesser .ist sowohl zur Messung
von Differentialdrücken als auch zur Messung von Einzeldrücken
geeignet und er kombiniert die Fähigkeit der Differentialdruckmessung mit einer langen Lebensdauer der
Rohrfeder, wobei eine hohe Empfindlichkeit und eine hohe Genauigkeit der Bewegungsübertragung gewährleistet ist
und maximierte Differentialdrücke einen geringen Ausschlag
des Sensors ergeben, wobei trotzdem der volle Anzeigebereich über die Skala gewährleistet ist.
Der Druckdifferentialfühler und die Vorrichtung, die die Schraubwendel in Bewegung versetzt, sind vollständig gegenüber
der Schraubwendel abgedichtet, so daß die Schraubwendel und der von ihr getragene Zeiger unter Umgebungsdruck
arbeiten können, wenn das Meßgerät als Differentialdruckmesser Anwendung findet.
Die Erfindung vermeidet Getriebe und Getriebeabnutzung sowie ein Spiel und der Sensor ist unempfindlich gegen
Abnutzung und ergibt keine Fehlfunktion bei Druckimpulsen und Vibrationen. Durch geeignete Dimensionierung und Bemessung
der Rohrfeder und ihre Anordnung gegenüber der Schraubwendel können Differentialdrücke von 13Ö bar und
mehr gemessen werden, im Vergleich mit herkömmlichen Membranmeßvorrichtungen, deren Grenzwertebereich zwischen
13,8 bar und 17,2 bar lagen.
3* .
Leerseite
Claims (22)
- Patentanwälte : i;": · : I .pifS>X~j.f{g. Curt WallachEuropäische Patentvertreter '" ■" "" " DiplVlnp. 6ünther Koch European Patent Attorneys DipL-Phys. Dr.Tino HaibachDipl.-lng. Rainer FeldkampD-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai dDatum: 8. Februar 1982Unser Zeichen: 17 389 K/NuP a t e η t a η a τ r ü ο h βDruckmeßgerät mit einem Getriebe, welches eine lineare Bewegung in eine Drehbewegung umformt und eine Schraubwendel aufweist, die um ihre Achse drehbar ist, und mit einen Magneten, der die Drehbewegung der Schraubwendel um die Achse gemäß einer Bewegung des Magneten in Längsrichtung parallel zur Schraubwendelaohse bewirkt, dadurch g e k e η η - . zeichnet , daß eine Rohrfeder im Abstand zu der Schraubwendel angeordnet ist, von der ein Ende abgedichtet ist und die einen Tragarm aufweist, auf dem der Magnet gelagert ist, daß die Rohrfeder mit ihrem anderen Ende im Gehäuse festgelegt ist, wobei dieses andere Ende des Rohres abgedichtet ist, und daß das andere Ende der Rohrfeder mit einer Druckmittelquelle verbindbar ist.
- 2. Druckmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager für die Rohrfeder Mittel aufweist, um die Rohrfeder nach der Schraubwendel hin und von dieser weg einstellen zu
- O · · i
- können.
- 5. Druckmeßgerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubwendel und der Magnet in einem Gehäuse derart angeordnet sind, daß der lineare Bewegungspfad des Magneten und die Achse der Schraubwendel in einer gemeinsamen Ebene liegen, daß die Rohrfeder schraubenlinienförmig um eine gerade Achse aufgewickelt und in dem Gehäuse von der Schraubwendel distanziert angeordnet ist, wobei der Magnet zwischen der Schraubwendel und dem Rohr zu liegen kommt und die Achse des Rohrs senkrecht zu der erwähnten Ebene verläuft, daß ein Ende der Rohrfeder abgedichtet und in der Ebene angeordnet ist und einen Trägerarm lagert, der in der Ebene liegt und der den Magneten zur Bewegung in dieser Ebene trägt, daß Mittel vorgesehen sind, um die Rohrfeder mit ihrem anderen Ende gehäusefest abzustützen, und daß das andere Ende der Rohrfeder abgedichtet ist und Mittel aufweist, um das andere Ende des Rohres mit einer Druckmittelqueile außerhalb des Gehäuses zu verbinden.4. Druckmeßgerät nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Lageranordnung Mittel aufweist, um das Rohr nach der Achse der Schraubwendel hin und von dieser weg zu verstellen.5. Druckmeßgerät nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet , daß der Magnet auf dem Rohrträgerarm in Längsrichtung des Trägerarms- ο 7 ■ ' ■'einstellbar ist, um den Magneten in einem vorbestimmten Abstand von der Schraubwendel fixieren zu können, wenn das Rohr relativ zur Schraubwendelachse eingestellt wird.
- 6. Druckmeßgerät nach Anspruch 5» da d ure h gekennzeichnet , daß der Magnet eine ebene Polfläche aufweist, daß die Magnetpolfläche nach der Schraubwendel hin gerichtet ist, daß die ibene Polfläche im wesentlichen parallel zur Achse der Schraubwendel verläuft und sich im wesentlichen normal zu der erwähnten Ebene erstreckt und daß der Magnet eine Magnetachse definiert,die senkrecht zu der Polfläche verläuft.
- 7> Druckmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß ein Überdruckanschlag vom Gehäuse getragen wird, der in der Nähe des Trägerarms angeordnet ist und auf die Ebene im wesentlichen ausgerichtet ist.
- 8. Druckmeßgerät nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Lageranordnung einen Kreuzkörper aufweist, der senkrecht zu der erwähnten Ebene verläuft und lösbar am Gehäuse befestigt ist, um eine Einstellung des Rohres vornehmen zu können, und daß ein Anschlag auf dem Kreuzkörper angeordnet ist.
- 9* Druckmeßgerät nach Anspruch 6, dadurchgekennzeichnet , daß die Schraubwendel einen oder mehrere schraubenlinienförmig verlaufende Flansche aufweist, die seitlich vorstehen und einen schraubenlinienfö'rmigen Rand aufweisen, daß die Flansche der Schraubwendel und der Nagnetpol dicht benachbart zueinander angeordnet sind und daß das Gehäuse eine Druckwand aus nicht-magnetischem Material aufweist, die. den Magneten von der Schraubwendel trennt und eine Differentialdruckkammer bildet, in der die Rohrfeder und der Magnet angeordnet sind, daß der Wandaufbau einen Abschnitt zwischen der Schraubwendel und dem Magneten aufweist, der parallel zur Schraubwendelachse verläuft und ein nicht-magnetisches Medium bildet, das die Schraubwendel von dem Magneten trennt, daß der Wandabschnitt gegenüberliegende Oberflächen definiert, die sich in Längsrichtung der Schraubwendelachse erstrecken und dem Magneten bzw. der Schraubwendel zugewandt sind, daß der Wandabschnitt mit dem Wandaufbau über dem Rand und zwischen den Oberflächen des Wandaufbaus integral verbunden ist und eine Filmdickendimension aufweist, so daß der Magnetpol dicht an die Schraubwendelflansche herangeführt werden kenn und der Magnetfluß hindurchtreten kann und eine magnetische Kopplung ergibt, um die Lage des Magneten relativ zur Schraubwendel zu steuern, und daß der Wandaufbau auf beiden Seiten des Wandabschnitts relativ dick ist, um den Wandabschnitt gegen die Druckwirkungen innerhalb der Kammer zu versteifen.
- 10. Druckmeßgerät nach Anspruch 9, dadurchgekennzeichnet, daß der Flansch der Schraubwendel und die Polfläche des Magneten in einem gegenseitigen Abstand von etwa 1,5 mm angeordnet sind.
- 11. Druckmeßgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet eine hohe magnetische Energie besitzt und relativ zu der Schraubwendel derart angeordnet ist, daß die Magnetachse des Magneten die Achse der Schraubwendel senkrecht schneidet.
- 12. Druckmeßgerät nach Anspruch 9, ä a du rc h gekennz eichnet , daß die Schraubwendel über Ausleger so montiert ist, daß eine Nulleinstellbewegung in Längsrichtung der Achse relativ zu dem Wandaufbau möglich ist.
- 13* Druckmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12» dadurch gekennzeichnet, daß eine als Bourdon-Rohr ausgebildete Rohrfeder schraubenlinienförmig um eine gerade verlaufende Achse aufgewickelt ist und in der Gehäusedruckkammer im Abstand von der Schraubwendel angeordnet ist, wobei der Magnet zwischen der Schraubwendel und der Rohrfeder liegt und die Achse der Rohrfeder senkrecht zu der Ebene verläuft, die vom Mägnet-Bewegungspfad und der Schraubwendelachse definiert ist, und daß ein Ende des Rohres abgedichtet und in der besagten Ebene angeordnet ist und einen Trägerarm aufweist, der in der besagten Ebene liegt und den Magneten trägt, daß dasRohr feet im Gehäuse mit dem anderen Ende angeordnet ist, daß das andere Ende des Rohres abgedichtet ist und Mittel aufweist, um das Rohr mit einer ersten Druckmittelquelle außerhalb des Gehäuses zu verbinden, daß das Rohr den Sensor bildet und daß Mittel vorgesehen sind, um die Gehäusedruckkammer mit einer zweiten Druckmittelquelle außerhalb des Gehäuses zu verbinden.
- 14-. Druckmeßgerät nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet , daß das Rohrlager einen Kreuzkörper aufweist, der normal zu der besagten Ebene verläuft, daß das Rohr der Rohrfeder an dem Kreuzkörper benachbart zum anderen Ende festgelegt ist und daß Mittel vorgesehen sind, um den Kreuzkörper gegenüber dem Gehäuse verstellen zu können.
- 15· Druckmeßgerät nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet , daß der Magnet am Rohrträgerarm in Längsrichtung des Trägerarms einstellbar ist, um ihn in einen vorbestimmten Abstand gegenüber der Schraubwendel zu bringen.
- 16. Druckmeßgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß ein Überdruckanschlag von dem Kreuzkörper getragen wird, der benachbart zum Trägerarm liegt und auf die Ebene ausgerichtet ist, um eine begrenzte Überdruckbewegung des Trägerarms gemäß einem Überdruck im Rohr durchführen zu können, und daß das Rohr, der Trägerarm und der Magnet sowie der Kreuzkörper und der Überdruckanschlageine Rohrfeder-Baueinheit bilden, die relativ zu der Schraubwendelachse als Einheit verstellbar ist.
- 17· Druckmeßgerät nach Anspruch 16, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Magnet eine ebene Polfläche besitzt, die auf die Schraubwendel hin gerichtet ist, wobei die Ebene der FoIflache im wesentlichen parallel zur Schraubwende!achse verläuft und normal zu der ersterwähnten Ebene liegt, daß der Hagnet eine Magnetachse definiert, die senkrecht zu der Polfläche verläuft, und daß der Magnet relativ zu der Schraubwendel derart angeordnet ist, daß die Magnetachse im wesentlichen in der ersterwähnten Ebene liegt und die Achse senkrecht schneidet.
- 18. Druckmeßgerät nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet , daß die Schraubwendel einen Spindelabschnitt besitzt, der einen oder mehrere schraubenlinienförmig verlaufende Flansche aufweist, die seitlich vorstehen, daß die Schraubwendelflansche und der Magnetpol dicht benachbart zueinander stehen, daß das Gehäuse einen Druckwandaufbau aus . nicht-magnetischem Material besitzt, der die Druckkammer von der Schraubwendel trennt und einen Druckkammerabschnitt definiert, in dem das Rohr, der Trägerarm und der Magnet angeordnet sind, daß der Wandaufbau einen Abschnitt besitzt, der zwischen der Schraubwendel und dem Magneten angeordnet ist und in Längsrichtung der Schraubwendelachse verläuft und ein nicht-magnetisches Medium definiert, das die Schraubwendel von dem Magneten trennt, daß der Wandaufbaugegenüberliegende Oberflächen definiert, die in Längsrichtung der Schraubwendelachse verlaufen und dem Magneten bzw. der Schraubwendel zugewandt sind, daß der Wandaufbau einstückig mit dem Wandaufbau um den Hand herum hergestellt ist und daß dieser Wandaufbau filmartige Dimensionen besitzt, und daß der Wandaufbau auf beiden Seiten dickwandig ausgebildet ist, um eine Verstärkung zu erzeugen.
- 19· Druckmeßgerät nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet , daß die Schraubwendel auslegerartig montiert ist, um eine Nulleinstellbewegung in Längsrichtung der Achse relativ zu dem Wandaufbau durchführen zu können, und daß Mittel vorgesehen sind, um diese Einstellbewegung der Schraubspindel von außen her bewirken zu können.
- 20. Druckmeßgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß der Kreuzkörper den besagten Druckkammerabschnitt überbrückt.
- 21. Druckmeßgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Druckmittelquelle einen Druck aufweist, der von dem atmosphärischen Druck unterschieden ist.
- 22. Druckmeßgerät nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum Anschluß der Gehäusedruckkammer an eine zweite Druckmittelquelle Mittel umfassen, um eine Entlüftung nach der Atmosphäre hin zu bewirken.
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