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Die Erfindung betrifft Druckmittler in Form eines Rohrdruckmittlers als Durchflussmanometer, umfassend ein Druckmittlergehäuse mit einem in einer Ausnehmung eingelassenen Membranbett und einer Membran, welche fluiddicht dem Membranbett gegenüberliegend befestigt ist,
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Gattungsgemäße Druckmittler werden vorzugsweise dort eingesetzt, wo die Druckmessgeräte selbst mit dem Messstoff nicht in Berührung kommen dürfen. Hierbei kann es sich um hochkorosive Messstoffe handeln, die im Falle eines direkten Kontaktes die Druckmessgeräte beschädigen oder der Messstoff kann hochviskos sein, sodass die Genauigkeit des Druckmessgerätes beeinträchtigt ist. Des Weiteren besteht die Gefahr, dass Messstoffe zur Kristallisation oder Polymerisation neigen und dadurch die Anschlussleitungen zum Druckmessgeräte verstopft werden können.
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Soweit Druckmittler, insbesondere Rohrdruckmittler in der Nahrungsmittelindustrie eingesetzt werden, sind erhöhte Anforderungen an die Einhaltung der Hygiene-Vorschriften erforderlich, sodass ebenfalls eine Trennung zwischen dem Druckmessgeräte und den Nahrungsmitteln erforderlich ist. In sämtlichen Fällen wird hierbei eine Membran eingesetzt, die gegenüber einem Membranbett angeordnet ist und eine Trennung zwischen dem Messstoff und dem Druckmessgeräte bewirkt.
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Speziell bei der Chip-Produktion werden Reinstgase verwendet, die ebenfalls keine Verunreinigungen enthalten dürfen, weil höchste Reinheitswerte eingehalten werden müssen. Aus diesem Grunde sind von der Chip-Industrie die Anforderungen weiter verschärft worden. Bei der Spülung der Rohrleitung, insbesondere von Durchflussmanometer für Gase dürfen keine Rückstände, weder in der Leitung noch im Durchflussmanometer verbleiben. Dies hat zur Folge, dass die Oberflächen der Druckräume keine Ablagerungen aufweisen dürfen und bei einer Spülung vollständig gereinigt werden. Aus diesem Grunde sind die Druckräume derart gestaltet, dass bei einer Verwirbelung sämtliche Bereiche des Druckraumes gespült werden und keine Toträume vorliegen und darüber hinaus durch mehrfaches Polieren eine äußerst glatte Oberfläche erhalten. Hierdurch wird sichergestellt, dass keine Rückstände in dem Druckraum des Durchflussmanometers verbleiben. Ebenso wie bei den vorherigen Ausführungsvarianten wird der Druckraum durch eine Membran verschlossen, die den Druck auf eine Messflüssigkeit zum Druckmessgeräte überträgt.
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Die Herstellung derartiger Durchflussmanometer ist aufgrund der gestellten Anforderungen äußerst aufwendig und kostenintensiv. Darüber hinaus ist die Form der Markt erhältlichen Durchflussmanometer relativ groß, weil durch radial verlaufende Anschlüsse eine Zu- und Ableitung der Gase erfolgen muss und das Messgerät, insbesondere der Druckraum, aufgrund des relativ groß ausgebildeten Volumens zu einer entsprechend vergrößerten Ausführung des Gehäuses führen.
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Aus der
DE 20 2005 014 422 U1 ist ein Rohrdruckmittler für kleine Nennweiten bekannt, welcher aus einem rohrförmigen Gehäuse mit einer innenliegenden Membran besteht, wobei die Membran gasdicht mit dem Gehäuse verbunden ist. Bei diesem bekannten Rohrdruckmittler wird in den Vordergrund gestellt, dass im mittleren Abschnitt der Membran diese einen Kreisringumfang aufweist.
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Aus der
WO 2010/094265 A1 ist ein Druckmittler bekannt, der vollständig aus Kunststoff gefertigt wurde. Die erforderliche Membran wird hierbei durch mechanisches Bearbeiten eines Kunststoffrohlings hergestellt.
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Aus der
DE 36 13 204 A1 ist ein Rohrdruckmittler bekannt, welcher mit einer unrunden Membranhülse ausgestattet ist, deren Endstücke kreiszylindrisch an die kreiszylindrische Innenfläche des Mantelhohlraumes angepasst wurden.
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Aus der
DE 39 24 740 A1 ist ein Rohrdruckmittler und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen bekannt, wobei eine rohrförmige Membranhülse verwendet wird.
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Aus der
EP 0 629 846 A1 ist ein Rohrdruckmittler mit einer Membran bekannt, welche aus einer Membranhülse besteht, die durch Verschweißen der gegenüberliegenden Enden eines rechteckigen Zuschnittes entstanden ist.
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Die Herstellung der Membranen erfolgt nach dem Stand der Technik dadurch, dass aus einem Membranzuschnitt durch Verschweißung der Längskanten ein rohrförmiger Körper hergestellt wird, der einem anschließenden Verformungsprozess zusätzlich unterzogen werden kann. Durch die Verbindungsnaht können hierbei Fremdstoffe in den Innenraum der Membran gelangen, die in Einzelfällen bei der Anwendung unerwünscht sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Druckmittler, insbesondere als rohrförmiges Durchflussmanometer, zu schaffen, welcher wesentlich leichter zu spülen ist und darüber hinaus eine kompakte Ausführungsform aufweist.
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Erfindungsgemäß ist hierfür ein Druckmittler als Rohrdruckmittler vorgesehen, welcher mit einer nahtlos gezogenen Membran ausgestattet und endseitig mit dem Druckmittlergehäuse verbunden ist. Eine nahtlos gezogene Membran für einen Rohrdruckmittler kann einerseits für bisherige Rohrdruckmittler und andererseits für Durchflussmanometer eingesetzt werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Entgegen der bisherigen Ausgestaltung eines Durchflussmanometers wird auf die am Markt erhältlichen Bauformen verzichtet und stattdessen ein Rohrdruckmittler vorgesehen, welcher vom Querschnitt her an die Zuleitungsrohre der Gase angepasst ist und eine nahtlos gezogene Membran aufweist. Durch die nahtlos gezogene Membran, welche entsprechend der Form des Rohrdruckmittlers rohrförmig ausgebildet ist, wird sichergestellt, dass keine Fremdstoffe aufgrund von Schweißnähten an der Membran anhaften und zu einer wiederkehrenden Verschmutzung der gasförmigen Messstoffe führt.
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Die Membran ist hierbei endseitig mit dem Druckmittlergehäuse am Rand des Membranbettes verbunden, beispielsweise verschweißt, aber vorzugsweise verlötet, sodass die Innenfläche der Membran bei einer abschließenden Reinigung frei von Fremdstoffen ist. In der Regel wird hierbei randseitig an den jeweiligen Enden der rohrförmigen Membran eine Verbindung mit dem Druckmittlergehäuse vorgenommen, sodass über den überwiegenden Membranabschnitt ein Druckraum hinter der Membran entsteht, der einerseits ein ausreichendes Volumen und andererseits eine hohe Linearität der nahtlos gezogenen Membran aufgrund deren Elastizität ermöglicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Membran endseitig aufgebördelt und bis in die Stirnfläche des Druckmittlergehäuses gezogen ist. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass der gesamte Innenbereich der Membran, welcher von den Gasen durchströmt wird, frei von Verunreinigungen gehalten werden kann, weil die Nahtstelle der Verbindung zwischen Membran und Druckmittlergehäuse außerhalb des Durchflussbereiches, beispielsweise in den Stirnflächen des rohrförmigen Durchflussmanometers liegt. Hier handelt es sich um den Bereich, der unmittelbar zur Anlage mit den Rohrleitungen mit oder ohne Dichtungen vorgesehen ist. Durch die Ausgestaltung einer derartigen Membran kann somit einerseits sichergestellt werden, dass keine Toträume vorhanden sind und somit keine Gasatome oder Krümel sich in den Manometer anlagern können. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit einer direkten Einbindung in die vorhandenen Rohrleitungen. Dadurch, dass die Membran ohne Längsnaht hergestellt wird, gelangen somit auch keine Fremdkörper über die Schweißnähte in den Messstoff, beispielsweise Gase. Darüber hinaus wird die Lebensdauer einer gezogenen Membran deutlich erhöht. Typischerweise liegt die Lebensdauer einer Plattenfeder bei 20.000 bis 100.000 Lastwechsel, während bei der erfindungsgemäßen Membran 106 Lastwechsel möglich sind. Das Durchflussmanometer weist demzufolge eine konstante Nennwerte über die gesamte Länge des Druckmittlergehäuses auf, welche vorzugsweise der Nennweite der Rohrleitungen entspricht. Die Membran besitzt hierbei eine Dicke von 2/100 mm und einen Durchmesser von 5 bis 20 mm, vorzugsweise 6 bis 10 mm, besonders bevorzugt von 6,8 oder 10 mm. Durch das nahtlose Ziehen der Membran können diese Materialdicken und Durchmesser hergestellt werden, wodurch die vorgenannten Vorteile bei dem neuartigen rohrförmigen Durchflussmanometer entstehen. Die Membran arbeitet hierbei richtkraftlos mit einer Volumenänderung von 0,02 bis 0,04 cm3, vorzugsweise 0,03 cm3, im elastischen Bereich. Die Oberflächenrauhigkeit einer derartig gezogenen Membran ist < 0,1.
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Der Durchmesser der Membran kann hierbei einige Zentimeter, aber vorzugsweise zwischen 6 bis 15 mm ausgebildet sein, um somit die Bauform des rohrförmigen Durchflussmanometers deutlich zu reduzieren. Somit besteht die Möglichkeit ein derartiges rohrförmiges Durchflussmanometer unmittelbar in die Zuleitungen der Gase einzubauen. Zu diesem Zweck wird besonders bevorzugt ein Durchmesser von 6,8 oder 10 mm verwendet, welcher den gängigen Rohrdurchmessern entspricht.
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Aufgrund der Ausgestaltung der Membran mit Druckmittlergehäuse besteht im Weiteren die Möglichkeit, ein Bourdon-Messsystem anzuschließen, wodurch sich weitere Vorteile hinsichtlich der Genauigkeit des Messsystems ergeben.
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Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Membran besteht darin, dass diese aufgrund ihres geringen Querschnittes unter keiner Stressbelastung steht und eine Materialermüdung somit vermieden wird. Hieraus resultiert auch die Tatsache, dass die Membran 106 Lastwechsel ohne Beanstandungen übersteht. Derartige Membranen arbeiten richtkraftlos, wobei hierunter ein elastischer Bereich mit einer Volumenänderung von 0,03 cm3 und einem relevanten Druckunterschied von 20 mbar zu verstehen ist. Das ganze Messsystem führt hierbei zu einem redundanten System, welches zu einer geringen Fehlerquote führt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Membran eine vieleckige Querschnittsform im Bereich des Membranbettes aufweist oder dass die Membran in Axialrichtung Sicken, Einbuchtungen oder tangentiale Abschrägungen im Bereich des Membranbettes aufweist. Eine vollständig runde Membran kann die gesetzten Anforderungen nicht erfüllen, weil entweder der hinter der Membran liegende Druckraum nichtausreichend dimensioniert ist oder die mangelnde Elastizität der Membran zu einer Verfälschung der Kennlinie führt. Soweit jedoch vieleckige Querschnitte bei der Membran verwendet werden, oder diese mit Sicken, Einbuchtungen oder tangentialen Abschrägungen ausgestattet ist, bestehen genügend Möglichkeiten die Elastizität der Membran zu verbessern, damit diese sich an die geänderten Druckverhältnissen anpassen kann. Aufgrund ihrer Elastizität entsteht somit ein Kennlinienverlauf, der der Idealform entspricht.
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Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Membran und das Druckmittlergehäuse im Querschnitt ellipsenförmig mit einem Verhältnis 1:3 oder 5:8 ausgebildet sind. Durch die ellipsenförmige Querschnittsform wird ebenfalls erreicht, dass die Membran über den gesamten Umfang und die Länge eine Elastizität besitzt, die zu einem optimierten Kennlinienverlauf führt.
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Vorzugsweise besteht das Druckmittlergehäuse und die Membran aus Edelstahl, beispielsweise V2A oder V4A. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass das Druckmittlergehäuse und/oder die Membran aus einem Sonderwerkstoff, vorzugsweise Tantal, Titan, Nickel, Monel, Duplex, Inconel oder Hastelloy C 276 hergestellt wird oder mit einem Sonderwerkstoff der vorgenannten Art beschichtet ist. Die Sonderwerkstoffe und ebenso eine Ausführungsform aus Edelstahl weist die erforderliche Korrisisonsbeständigkeit gerade bei aggressiven Medien auf, um eine lange Lebensdauer des rohrförmigen Durchflussmanometers zu gewährleisten.
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Die Erfindung wird im Weiteren anhand der Figuren näher erläutert.
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Es zeigt
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1 in einer perspektivischen Ansicht einen erfindungsgemäßen Druckmittler mit Anzeigeinstrument,
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2 in einer perspektivischen Ansicht den Druckmittler gemäß 1 ohne Anzeigeelement,
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3 in einer perspektivischen, geschnittenen Seitenansicht den aus 2 bekannten Druckmittler,
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4 in einer weiteren geschnittenen Seitenansicht die Komponenten des Druckmittlers ohne Membran und
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5 in einer geschnittenen Seitenansicht die Komponenten des Druckmittlers mit Membran.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen erfindungsgemäßen Druckmittler 1 mit einem Anzeigeelement 2. Die Einheit, bestehend aus Druckmittler 1 und Anzeigeelement 2, dient unmittelbar zur Verschraubung mit einer nicht dargestellten Rohrleitungen. Zu diesem Zweck verfügt das Druckmittlergehäuse 3 des Druckmittler 1 über reduzierte Anschlussenden 4, 5, welche einerseits mit einer Anschlussverschraubungen 6 mit Außengewinde 7 und andererseits über eine Anschlussverschraubungen 8 mit Innengewinde 9 verfügt. Die Anschlussverschraubungen 6, 8 sind drehbar und axial verschieblich über einen aus dieser Zeichnung jedoch nicht erkennbaren Flanschkragen gehalten. Somit besteht die Möglichkeit mit Hilfe der Anschlussverschraubungen 6, 8 eine unmittelbare Verbindung mit vorhandenen Rohrleitungen herzustellen. Innerhalb des Druckmittlergehäuses 3 befindet sich eine Membran, welche das zu messende Medium von dem Übertragungsmedium des Druckmittels 1 trennt. Hierzu wird auf die nachfolgenden 3 und 5 verwiesen. Das Anzeigeelement 2 ist als typisches Zeigerinstrument ausgebildet und besteht aus einem topfförmigen Gehäuseteile 10 mit einer vorderen Abdeckung 11, welche über eine transparente Glasscheiben 12 oder ähnlichem verfügt. Hinter der Glasscheibe 12 befindet sich eine Skala 13 und ein Zeiger 14, welcher den aktuellen Druck anzeigt.
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2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Druckmittler 1 ohne Anzeigeelement. Aus dieser Ansicht wird nochmals deutlich, dass der Druckmittler 1 aus einem Druckmittlergehäuse 3 besteht, welches Anschlussenden 4, 5 aufweist. Über zwei Anschlussverschraubungen 6, 8 besteht hierbei die Möglichkeit eine Verbindung mit vorhandenen Rohrleitungen herzustellen. Aus diesem Grunde verfügt die Anschlussverschraubungen 6 über ein Außengewinde 7, während die Anschlussverschraubung 8 über ein Innengewinde 9 verfügt. Die beiden Anschlussverschraubungen 6, 8 werden hierbei über einen Flanschkragen, wie er beispielsweise aus 3 ersichtlich ist, axial verschieblich und drehbeweglich gehalten. Das Druckmittlergehäuse 3 des Druckmittlers 1 weist zum Anschluss des Anzeigeelementes eine eingesenkte Vertiefung 15 auf, welche im Weiteren über ein Verbindungskanal 16 mit dem Druckraum verbunden ist, welcher durch die Membran einerseits und das Membranbett andererseits begrenzt ist.
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3 zeigt in einer perspektivisch geschnittenen Ansicht den Druckmittler 1 mit dem Druckmittlergehäuse 3 und endseitigen Anschlussenden 4, 5 sowie den Anschlussverschraubungen 6, 8. Wie bereits ausgeführt verfügt die Anschlussverschraubung 6 über ein Außengewinde 7, während die Anschlussverschraubung 8 über ein Innengewinde 9 verfügt. Zur Aufnahme der Anschlussenden 4, 5 besitzt das Druckmittlergehäuse 3 endseitig eine Eindrehung 20, 21. In dieser Eindrehung wird das rohrförmige Ende der Anschlussenden 4, 5 eingeschoben und mit dem Druckmittlergehäuse 3 verbunden, vorzugsweise verlötet oder verschweißt. Zuvor werden die beiden Anschlussverschraubungen 6, 8 auf die Anschlussenden 4, 5 aufgeschobenen, und zwar bis zu einer Ringschulter 22, 23, welche die axiale Bewegung der Anschlussverschraubung 6, 8 begrenzt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Anschlussverschraubung 8 eine Dichtung 24 auf, welche in einer Ringnut 25 aufgenommen ist.
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Das Druckmittlergehäuse 3 verfügt über eine Membran 30, welche endseitig mit den Anschlussenden 4, 5 verbunden, vorzugsweise verlötet oder verschweißt ist. Wenn auch die Membran 30 im gezeigten Ausführungsbeispiel nahezu kreisringförmig ausgebildet ist, ist es von Vorteil, wenn die Membran entweder unrund oder mit Sicken, Einbuchtungen oder tangentialen Abschrägungen ausgestattet ist, sodass einerseits ein großer Druckraum entsteht und andererseits die erforderliche elastische Bewegung der Membran 30 ermöglicht wird. Das Membranbett 31 wird hierbei im Wesentlichen durch das Druckmittlergehäuse 3 vorgegeben, welches einen geringfügig größeren Innendurchmesser als der Durchmesser der Membran aufweist. Die Membran 30 ist endseitig mit den beiden Anschlussenden 4, 5 verbunden, sodass sich im Wesentlichen der Druckraum 32 über die Länge des Druckmittlergehäuses 3 erstreckt. Erfindungsgemäß ist die Membran 30 einstückig ausgebildet und nahtlos gezogen, sodass Verunreinigungen an möglichen Schweißnähten ausgeschlossen werden können. Dadurch, dass im Weiteren die Membran 30 sich über die gesamte Länge des Druckmittlers 1 erstreckt, dass heißt bis zu dem Bereich der Anschlussverschraubungen, wird weiterhin verhindert, dass Fremdkörper in das Rohrleitungssystem gelangen. Zur Abdichtung mit den Rohrleitungen weisen die Anschlussenden 4, 5 in Richtung der Anschlussverschraubungen 6, 8 einen Konus 33 auf, welcher zum Einpressen der Rohrleitungen verwendet werden kann. Über eine radiale Vertiefung 15 und einen Verbindungskanal 16 besteht die Möglichkeit des Anschlusses eines Zeigerinstrumentes 2, welches unmittelbar mit dem Druckraum 32 auf diese Weise verbunden werden kann.
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4 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht den Druckmittler 1, wie er aus 3 bekannt ist, ohne Membran. Der Druckmittler 1 besteht im Wesentlichen aus dem Druckmittlergehäuse 3 und den endseitigen Anschlussenden 4, 5, welche mit dem Druckmittlergehäuse 3 in der beschriebenen Weise verbunden sind. Über eine Anschlussverschraubung 6, 8 besteht die Möglichkeit eine Verbindung mit Rohrleitungen herzustellen. Beide Anschlussverschraubungen 6, 8 werden zuvor auf die Anschlussenden 4, 5 aufgesetzt bevor eine Verbindung mit dem Druckmittlergehäuse 3 erfolgt. Somit sind die Anschlussverschraubungen 6, 8 axial begrenzt beweglich und drehbar auf den Anschlussenden 4, 5 gelagert und ermöglichten damit eine Schraubverbindung mit den Rohrleitungen. Das Druckmittlergehäuse 3 besitzt eine radiale Vertiefung 15 mit einem Verbindungskanal 16 zum Anschluss eines Anzeigeelementes. In dieser zeichnerischen Darstellung des Druckmittlers 1 fehlt noch die Membran, welche bis in die beiden Anschlussenden 4, 5 ragt und zuvor in das Druckmittlergehäuse 3 eingeschoben und mit den Anschlussenden 4, 5 verbunden wird, nachdem diese mit dem Druckmittlergehäuse 3 ebenfalls verbunden wurden.
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5 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht den Druckmittler 1 mit Membran 30. Im Wesentlichen ist diese zeichnerische Darstellung mit der 3 identisch. Das Druckmittlergehäuse 3 ist mit den beiden Anschlussenden 4, 5 verbunden, wobei die beiden Anschlussenden 4, 5 in Eindrehungen 20, 21 eingeschoben und beispielsweise mit dem Druckmittlergehäuse 3 verlötet werden. Zuvor werden die beiden Anschlussverschraubungen 6 und 8 auf die Anschlussenden 4, 5 aufgeschoben, sodass die beiden Anschlussverschraubungen 6, 8 unverlierbar auf dem Druckmittler 1 festgelegt sind. Die Anschlussverschrauben 6, 8 sind hierbei begrenzt axial beweglich und drehbar gelagert, sodass eine Verschraubung mit den Rohrleitungen erfolgen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckmittler
- 2
- Anzeigeelement
- 3
- Druckmittlergehäuse
- 4
- Anschlussende
- 5
- Anschlussende
- 6
- Anschlussverschraubung
- 7
- Außengewinde
- 8
- Anschlussverschraubung
- 9
- Innengewinde
- 10
- Gehäuseteil
- 11
- Abdeckung
- 12
- Glasscheibe
- 13
- Skala
- 14
- Zeiger
- 15
- Vertiefung
- 16
- Verbindungskanal
- 20
- Eindrehung
- 21
- Eindrehung
- 22
- Ringschulter
- 23
- Ringschulter
- 24
- Dichtung
- 25
- Ringnut
- 30
- Membran
- 31
- Membranbett
- 32
- Druckraum
- 33
- Konus
