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Kapselfeder
Die Erfindung betrifft eine Kapselfeder, die aus zwei gewellten Metallmembranen besteht, von deren
Rändern der eine um den andern umgebördelt oder um deren Ränder ein umgebördelter Ring herumgelegt ist. Derartige Kapselfedern, die gelegentlich auch Barometerdosen genannt werden, finden bei Druckmessgeräten aller Art Verwendung. Sie sind häufig mit Anschlussstutzen versehen, damit in ihr Inneres ein Medium eingeleitet werden kann, dessen Druck überwacht werden soll.
Bei den bekannten Kapselfedern oder Barometerdosen sind die Ränder der zur Kapselfeder vereinigten Membrane durch Löten miteinander bzw. mit dem umgebördelten Ring verbunden. Bei vielen Ausführungsformen sind die Ränder der Membrane auch nur flach aufeinander aufgelegt und dann miteinander verlötet. Zwar sind durch Löten auf relativ einfache Weise absolut dichte Verbindungen erzielbar, jedoch hat eine Lötung den Nachteil, dass sie eine Erwärmung der miteinander zu verlötenden Teile bedingt. Bei Kapselfedern hat die Erwärmung der Membrane zur Folge, dass sich deren Federcharakteristik ändert. Dabei ist von besonderem Nachteil, dass die durch die Erwärmung beim Löten bedingten Änderungen von Membran zu Membran schwanken, so dass die Charakteristiken der daraus hergestellten Kapselfedern in erheblichem Masse voneinander abweichen.
Es war daher stets erforderlich, die Skalen von Messgeräten, die mit solchenKapselfedern ausgestaltet sind, für jedes einzelneMessgerät individuell zu zeichnen. Hinzu kommt, dass das Zeichnen einer solchen Skala die Aufnahme einer Messkurve, also eine Eichkurve voraussetzt. Hiedurch werden die mit solchen Kapselfedern ausgestatteten Messgeräte, also beispielsweise Manometer oder pneumatische Tankinhaltsmessgeräte, erheblich verteuert.
Es ist auch schon eine Federkapsel mit einem doppelwandigen Aufbau bekanntgeworden. Bei dieser Kapsel sorgt eine aus dünnem Material bestehende Innenkapsel, deren Ränder durch Löten dicht verbunden sind, für die erforderliche Dichtheit, während eine um die Innenkapsel herumgelegte, nicht besonders abgedichtete Aussenkapsel für die Federcharakteristik der Kapsel massgebend ist. Die Membrane dieser Aussenkapsel sind an ihrem Rand durch einen unverlöteten, umgebördelten Ring zusammengehalten.
Bei dieser Kapsel kann zwar angenommen werden, dass die an der Innenkapsel vorgesehene Lötung die Federeigenschaften der Gesamtanordnung nicht wesentlich beeinflusst, jedoch ist offensichtlich, dass die bekannte Anordnung sich nur für relativ unempfindliche Kapseln, also nur zur Messung relativ hoher Drücke eignet und dass ausserdem die doppelwandige Ausbildung sehr hohe Kosten verursacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Kapselfedern zu vermeiden, Die Erfindung soll es ermöglichen, Kapselfedern mit einer genau vorbestimmten, stets gleichbleibenden Federcharakteristik zu erzeugen. Dies würde es möglich machen, die Skalen von Messgeräten, die von solchen Kapselfedern Gebrauch machen, in einheitlicher Weise zu drucken, anstatt für jedes Gerät einzeln zu zeichnen.
Die Erfindung besteht darin, dass die beiden Membrane längs ihrer Ränder allein durch eine um diese gelegte Bördelung miteinander verbunden und nur mit Hilfe eines zwischen ihren Rändern angeordneten Dichtungsringes gegeneinander abgedichtet sind. Durch die Erfindung wird also ein Lötvorgang vermieden
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und damit auch die Erwärmung der Membrane, durch welche die unkontrollierbaren Veränderungen der Federcharakteristiken der Membrane bedingt waren. Zwar ist es an sich bekannt, Membrane aus hochflexiblen, nichtmetallischen Werkstoffen, bei denen eine Lötung von vornherein ausgeschlossen ist, dadurch an ihren Rändern zu befestigen oder sogar miteinander zu verbinden, dass sie unter Zwischenschaltung von Dichtungen von umgebördelten Ringen oder ringförmigen Gehäuseteilen eingefasst werden.
Obwohl eine solche Art der Befestigung von nichtmetallischen Membranen bereitsseit Jahrzehnten üblich ist, hat diese Art der Befestigung bei Kapselfedern bisher keine Anwendung gefunden. Dies ist auch keineswegs erstaunlich, da die Probleme, die bei Druckkapseln mit nichtmetallischen Membranen auftreten, von gänzlich anderer Art sind, als die Probleme bei Kapseln mit gelöteten Metallmembranen, so dass von Kapseln mit nichtmetallischen Membranen keine Anregungen dafür ausgehen können, wie die durch Lötungen bedingten Schwierigkeiten bei Metallmembranen behoben werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt, im Querschnitt gesehen, der Rand der einen Membran in Richtung der Trennebene, während der Rand der andern Membran nach aussen abgebogen ist. In den dadurch gebildeten Winkel ist der Dichtungsring eingelegt. Ein die Membrane zusammenhaltender Ring drückt dabei sowohl die Ränder der Membrane zusammen, als auch den Dichtungsring an die Ränder der Membrane an. Der die Membrane zusammenhaltende Ring ist dabei als Winkelring mit einem, im Querschnitt gesehen, parallel an einem der Membranränder anliegenden Flansch und einem im Fertigzustand um den Dichtungsring und den Rand der andern Membran herumgelegten Flansch ausgebildet.
Die Erfindung macht es möglich, die Membrane der Barometerdosen aus ausserordentlich dünnen Blechen herzustellen, so dass nach der Erfindung insbesondere sehr empfindliche Barometerdosen mit Vorteil herstellbar sind. Solche Barometerdosen haben aber nicht nur eine hohe Ansprechempfindlichkeit, sondern sind auch gegen Überlastungen sehr empfindlich und können durch eine zu hohe Druck-und bzw. oder Unterdruckbelastung leicht beschädigt werden. Aus diesem Grund ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
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tung abgeschlossen wird, so müssen die erwähnten Herstellungstoleranzen nachträglich ausgeglichen werden.
Die Erfindung ermöglicht weiterhin dadurch einen derartigen Ausgleich der Fertigungstoleranzen, dass der Abstand zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilteller dieser Sicherung einstellbar ist. Dies hat den Vorteil, dass durch verhältnismässig einfach zu verwirklichende Massnahmen der Überdruck oder der Unterdruck oder aber sowohl der Überdruck als auch der Unterdruck genau einstellbar sind, bei denen die Zuleitung zu dem Inneren der Kapselfeder durch das Ventil geschlossen wird.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den Ansprüchen und den Zeichnungen. Die einzelnen Merkmale können je für sich oder zu mehreren bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein. In den Zeichnungen sind Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Fig. l zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in einem Schnitt. Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, teilweise im Schnitt. Fig. 3 zeigt schliesslich die sich von den bisherigen Ausführungsformen unterscheidenden Teile einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Die in den Zeichnungen dargestellte Kapselfeder ist aus zwei Membranen 1 und 2 zusammengesetzt, die im wesentlichen spiegelbildlich ausgebildet und symmetrisch zur Trennebene 3 zusammengesetzt sind. Der Rand 4 der Membran 2 verläuft in Richtung der Trennebene 3, während der Rand 5 der Membran 1 nach aussen abgebogen und teilweise um einen Dichtungsring 6 aus Gummi, Kunststoff, Blei, Kupfer oder einem sonstigen geeigneten Dichtungsmaterial herumgelegt ist. Der Rand 5 dieser Membran 1 verjüngt sich nach aussen hin, so dass seine Aussenfläche stetig in die Aussenfläche des Dichtungsringes 6 übergeht.
Die Ränder 4 und 5 der beiden Membrane 1 und 2 und die Dichtung 6 werden durch einen Ring 7 zusammengehalten, der ursprünglich die in Fig. l gestrichelt dargestellte Form aufwies. Der eine Flansch 8 dieses Ringes liegt in einer Ebene, während der andere Flansch 9 auf einer Zylinderfläche
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liegt. Die Membran 2, der Dichtungsring 6 und die Membran 1, deren Rand 5 ursprünglich ebenso geradlinig verlaufen kann wie derjenige der Membran 2, können dann nacheinander in den Ring 7 so eingelegt werden, dass der Rand 4 der Membran 2 an dem Flansch 8 des Ringes anliegt.
Dann wird der sich rechtwinkelig zum Flansch 8 erstreckende Flansch 9 des Ringes nach innen umgebör- delt bzw. eingerollt, wodurch der Rand 5 der Membran 1 in der aus Fig. l ersichtlichen Weise nach innen umgebogen und zugleich fest gegen den Dichtungsring 6 gepresst wird, der seinerseits ebenfalls gegen den Rand 4 der Membran 2 gedrückt wird. Auf diese sehr einfache Weise wird sowohl eine sichere Verbindung der beiden Membrane miteinander als auch eine absolute Abdichtung der Verbindungs- stelle erzielt, ohne dass die Membrane zum Löten erwärmt werden müssten.
Eine Änderung der Feder- charakteristik der Membrane 1 und 2 und damit der gesamten Kapselfeder kann demnach ohne Schwierigkeiten vermieden werden, so dass bei Anwendung der Erfindung beliebig viele Kapselfedern hergestellt werden können, deren Charakteristiken so wenig voneinander abweichen, dass sie als praktisch gleich betrachtet werden können.
Bei der in Fig. l dargestelltenAusführungsform der Erfindung trägt die Kapselfederhälfte l in ihrer Mitte ein Trägerstück 33, das in seiner Mitte eine Gewindebohrung 34 aufweist, in die ein Ventilschaft 35 eingeschraubt ist, der durch eine Gegenmutter 36 gesichert ist.
Die Kapselfederhälfte 2 trägt einen Stutzen 37, der eine zentrale Bohrung 38 aufweist, de- ren Durchmesser grösser als der Durchmesser des Schaftes 35 an dieser Stelle ist, so dass ein Ringspalt entsteht, durch den das Innere der Kapselfeder mit einer erweiterten Bohrung 39 der zentralen Bohrung 38 des Stutzens 37 in Verbindung steht. An der Innenstirnfläche 10 des Stutzens ist in einer Ringnut 11 eine als Ventilsitz dienende Dichtungseinlage 12 auswechselbar eingesetzt. Der Ventilschaft 35 trägt an seinem in der Erweiterung 39 befindlichen Ende einen Ventilteller 13, der an seinem Rande einen Ventilsitz 14 trägt. Auf ein Aussengewinde 15 des Stutzens 37 ist die Mess- leitung aufschraubbar.
Entfernen sich die beiden Kapselfederhälften 1 und 2 voneinander, so nähert sich der Ventilsitz 14 der Dichtung 12 und setzt schliesslich auf der Dichtung auf, so dass der Ringspalt zwischen dem Aussendurchmesser des Schaftes 35 und dem Innendurchmesser der Bohrung 38 geschlossen und damit das Innere der Kapselfeder von der Messleitung abgeschlossen ist.
Der Kapselfeder sind Dichtungseinlagen 12 verschiedener Höhe zugeordnet. Je nachdem, wie gross der maximal zulässige Hub des Ventilschaftes 35 sein soll, wird eine höhere oder niedrigere Dichtungs- einlage 12 in die Ringnut 11 eingesetzt.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch. dass an Stelle eines Ventiltellers 13 zwei Ventilteller 16 und 17 auf dem Ventilschaft 35 angeordnet sind. Der Ventilteller 16 arbeitet wie bei der Ausführungsform nacb Fig. 1 mitderDichtungseinlage 12 zusammen.
Der Ventilteller 17 arbeitet mit einer Dichtungseinlage 18 zusammen, die in einer Ringnut 19 einer Innenstirnfläche 20 eines Anschlussstückes 21 befestigt ist, das auf das Gewinde 15 des Stutzens 37 aufschraubbar ist und das Ende einer Messleitung 22 darstellt. Die Dich- tungseinlage 18 kann ebenfalls gegen andere Dichtungseinlagen anderer Höhe auswechselbar sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist diese Dichtungseinlage 18 jedoch fest angeordnet und statt dessen ist die Tiefe einstellbar, mit der das Anschlussstück 21 auf das Gewinde 15 des Stutzens 37 aufgeschraubt werden kann.
Diese Einstellung erfolgt durch Einlagen oder Dichtungsringe 23, so dass dadurch der Abstand zwischen dem Ventilteller 17 und der mit dem Ventilteller 17 zusammenarbeitendenDichtung 18 einstellbar ist. Bei dieser Ausführungsform derErfindungsind derSicherung also Dichtungsringe 23 und 12 verschiedener Höhe zugeordnet.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 2 dadurch, dass der Ventilteller 17 auf einem Gewindebolzen 24 befestigt ist, der in eine zentrale Gewindebohrung 25 des Ventilschaftes 35 eingeschraubt ist. Die Grösse des zulässigen Hubes zwischen dem Ventilteller 17 und der mit ihm zusammenarbeitenden Dichtung 18 wird dadurch eingestellt, dass der Abstand zwischen den beiden Ventiltellern 16 und 17 durch Verschrauben des Bolzens 24 eingestellt wird. Hiezu weist der Bolzen 24 in seinem äusseren Ende einen Schlitz 26 zum Einführen eines Schraubenziehers auf. Zwischen den beiden Ventiltellern 16 und 17 sind auf dem Schaft 24 Federsicherungen 27 angeordnet, die eine unbeabsichtigte Schraubbewegung des Bolzens 24 verhindern.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist das Anschlussstück 28 etwas anders ausgebildet als bei der Ausführungsform nach Fig. 2. Die Messleitung 29 ist nicht axial, sondern radial angeschlossen und eine axiale Bohrung 30 im Anschlussstück 28 ist durch einen Verschluss 31 verschliessbar und dient
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lediglich dazu, um den Bolzen 24 zum Zweck der Einstellung von aussen zugänglich zu machen. Die mit dem Teller 16 zusammenarbeitende Dichtung in der Innenstirnseite des Stutzens 37 ist in der in Fig. l dargestellten Weise zur Einstellung des Hubes auswechselbar.
Die in der Mitte der Membrane 1 und 2 vorgesehenen Anschluss-und Befestigungsteile 33 und 37 sind bei den dargestellten Ausführungsbeispielen in die Membrane eingelötet, könnten statt dessen aber auch auf jede andere bekannte Weise mit den Membranen verbunden sein. Die Lötung in der Mitte der Membrane hat auf die Federcharakteristik der Kapselfeder keinen merklichen Einfluss, weil die zu erwärmende Stelle im Verhältnis zum Umfang der Membrane sehr klein ist und deshalb hier die Wärmemengen, die zugeführt werden müssen, nicht dazu ausreichen, um die gesamte Membran merklich zu erwärmen. Im übrigen spielen die elastischen Eigenschaften der Membrane im Bereich ihrer Mitten für die Federcharakteristik der Kapselfeder keine besondere Rolle.
Dies geht schon daraus hervor, dass die Membran im Bereich ihrer Mitte mit den starren Anschlussstücken versehen ist, die ein Federn der Membran in diesem Bereich ohnehin verhindern. Im übrigen versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Kapselfeder, die aus'zwei gewellten Metallmembranen besteht, von deren Rändern der eine um den andern umgebördelt oder um deren Ränder ein umgebördelter Ring herumgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beidenMembrane (1 und 2) längs ihrer Ränder (4 und 5) allein durch eine um diese gelegte Bördelung miteinander verbunden und nur mit Hilfe eines zwischen ihren Rändern angeordneten Dichtungsringes (6) gegeneinander abgedichtet sind.