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Die Erfindung betrifft ein Manometer, insbesondere Plattenfedermanometer, bestehend aus zumindest einem Gehäuse mit Plattenfeder, wenigstens einem Messwerk und einem Anzeigeelement mit Zeiger.
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Gattungsgemäße Manometer werden in den verschiedensten Bauformen und Größen angeboten, wobei immer wieder im Vordergrund steht, den Druck eines Gases oder einer Flüssigkeit zu messen. Durch eine Membran oder Plattenfeder wird hierbei eine Trennung zwischen dem Gas beziehungsweise der Flüssigkeit und der Messeinheit vorgenommen, damit das Gas beziehungsweise die Flüssigkeit nicht verunreinigt wird. Hierbei ist es bekannt die Manometer mit oder ohne Übertragungsmedium zu verwenden. Die Plattenfeder oder Membran besteht aus einer dünnen Metallfolie mit oder ohne Prägung einer Oberflächenstruktur. Eine solche Prägung kann beispielsweise aus einer Trapezstruktur oder einer Wellenform bestehen. Um die Auslenkung der Plattenfeder beziehungsweise Membran auf das Messwerk zu übertragen kann beispielsweise eine Übertragungsflüssigkeit, vorzugsweise ein Öl zwischen Messwerk und Plattenfeder eingesetzt werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, eine Luftdrucksäule zu verwenden.
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Unter Berücksichtigung der Rohrleitungsdurchmesser müssen die Manometer mit entsprechenden Rohrleitungsanschlüssen versehen werden, wobei durch den standardmäßigen Aufbau der Messwerke und der Verwendung einer Bourdonfeder ein entsprechendes Bauvolumen vorhanden ist.
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In der Regel werden hierbei mehrere Manometer eingesetzt, sodass entsprechende Freiräume vorgehalten werden müssen. Soweit die Rohrleitungen einen nur geringen Querschnitt aufweisen, kann zwar die Baugröße der Manometer verringert werden, jedoch liegen natürliche Grenzen für die Baugröße vor obwohl angestrebt wird, möglichst kleinere Baugrößen einzusetzen, die einerseits eine Montage erleichtern und andererseits einen größeren Gestaltungsspielraum ermöglichen.
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Eine weitere Zielvorstellung besteht darin, Manometer in vorhandene Überwachungssysteme einzubinden, die eine vollautomatische Überwachung ohne Mithilfe von Bedienungspersonal ermöglichen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Manometer aufzuzeigen, welches bei geringerer Baugröße zuverlässig die zu ermittelten Druckwerte aufnehmen kann und hierbei die Möglichkeit bietet, diese nicht nur optisch zu erfassen, sondern zusätzlich in ein Überwachungssystem zu integrieren.
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Erfindungsgemäß ist zur Lösung der Aufgabe vorgesehen, dass die Plattenfeder unmittelbar über einen Stößel mit dem Messwerk verbunden ist und zumindest ein mechanisches Messwerk für eine Zeigeranzeige aufweist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Dadurch, dass die Plattenfeder unmittelbar über einen Stößel mit dem Messwerk verbunden ist, werden beispielsweise Messfehler durch flüssige Druckübertragungsmedien ausgeschlossen und führen zu einer Steigerung der übertragbaren Kräfte, wodurch eine direkte Messwerterfassung durch die Plattenfeder möglich ist.
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Darüber hinaus sind durch die Plattenfeder mit Stößel zwei Messsysteme ansteuerbar, einerseits ein herkömmliches mechanisches Messwerk mit einer Zeigeranzeige und andererseits ein elektronisches Messsystem mit Signalausgang. Die Baugrößen der elektronischen Messsysteme sind in den letzten Jahren deutlich verringert worden, sodass bei gleichem oder kleineren Bauvolumen elektronische Messsysteme zuverlässig eingesetzt werden können und mithilfe beispielsweise eines Bussystems die Signale an eine zentrale Steuerungseinheit übertragen werden, sodass mit entsprechenden Programmen eine sofortige Erfassung eventueller Störungen erfolgen kann. Die Reaktionszeit von vorhandenen Regeleinheiten wird hierdurch erheblich herabgesetzt. Somit kann rechtzeitig auf eine eventuelle Störung reagiert werden. Hierbei ist vorgesehen, dass mechanische Messwerke eine Anzeige von 0 bis 6 Bar aufweisen, während demgegenüber das elektronische Messsystem mit einem Stromausgang von 4 bis 20 mA zum Anschluss an einen Überwachungs- oder Leitsystem einer Überwachungseinrichtung vorgesehen ist. Sämtliche Messwerte die in großer Zahl zur Verfügung stehen können somit innerhalb kürzester Zeit ausgewertet werden und erhöhen die Reaktionsfähigkeit einer Überwachungseinrichtung sehr deutlich gegenüber einer rein optischen Überwachung, die entweder durch Kameras oder Personen vorgenommen wird.
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Ein weiterer Vorteil des Manometers besteht darin, dass keine Übertragungsflüssigkeit im Messsystem eingesetzt wird und somit keine Verunreinigung der Gase und Flüssigkeiten eintreten kann. Eine negative Prozessbeeinflussung der zu messenden Gase oder Flüssigkeiten kann daher ausgeschlossen werden. Hinzu kommt, dass derartige Manometer FDA (Food and Drug Administration) tauglich sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektronische Messsystem metallisch gekapselt ist und damit wasser- und spritzwasserdicht ausgebildet ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die elektronischen Messsysteme einwandfrei funktionieren, unabhängig davon, welche Prozessabläufe vorliegen in denen eine Druckerfassung erforderlich ist. Die elektronischen Messsysteme bestehen hierbei vorzugsweise aus einem Encoder, welcher ein Ausgangssignal von 4 bis 20 mA bei 24 Volt Versorgungsspannung liefert. Ein solches Encodersystem ist nicht auf einen speziellen Typ eines Manometers eingeschränkt, sondern kann für jegliche Arten von Manometern eingesetzt werden, insbesondere für Plattenfedermanometer, Bourdonfedermanometer, Kapselfedermanometer, Absolutmessgeräte, Differenzdruckmessgeräte, mechanische Kraftaufnehmer und mechanische Temperaturmessgeräte. Hierbei ist im weiteren vorgesehen, dass das Encodersystem gleichzeitig für eine Signalweiterleitung verwendet werden kann, um die ermittelten Messwerte auch über größere Wegstrecken sicher zu übertragen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mechanische Messwerk ebenfalls verbessert wird. Hierzu ist beispielsweise vorgesehen, dass das mechanische Messwerk eine fliegende Lagerung und/oder eine Einachslagerung des Messbalkens aufweist. Der Messbalken ist Bestandteil des Plattenfedermesswerkes an dem unmittelbar die Plattenfeder mit Stößel befestigt ist und mithilfe des Messbalkens eine Übertragung auf die Zeigerwelle möglich wird. Hierbei besteht im weiteren die Möglichkeit, dass mithilfe von verschiedenen Einstellungsmöglichkeiten eine Adaption an den Zeigerausschlag im Bereich von 0 bis 6 Bar erfolgt.
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In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Zeigerwelle des Messwerkes rückseitig verlängert ist und eine Magnetaufnahme für das Encodersystem aufweist. Die Drehbewegung der Zeigerwelle führt somit zu einer Verdrehung eines auf der verlängerten Zeigerwelle befestigten Magneten, wobei durch magnetfeldempfindliche Sensoren, beispielsweise einen HALL- oder XMR-Sensor die Drehbewegung des Magneten exakt erfasst und mithilfe des Encodersystems in einen proportionalen Strom überführt werden kann. Das Ausgangsignal dient hierbei im weiteren zur Weiterleitung an die entsprechende Überwachungseinrichtung, wodurch somit eine elektronische Messwertaufnahme möglich ist.
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Um das Encodersystem in dem Manometer zu integrieren oder mit dem Manometer zu verbinden kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Gehäuse rückseitig ein Elektronikgehäuse für das Encodersystem aufweist, welches metallisch gekapselt sein kann, wodurch somit eine wasser- und spritzwasserdichte Ausführung erreicht wird.
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Eine für das Manometer verwendete Plattenfeder zeichnet sich im weiteren dadurch aus, dass diese einen Durchmesser von 20 bis 25 mm, vorzugsweise 22,5 mm und eine Dicke von 0,18 bis 0,24 mm, vorzugsweise 0,21 mm aufweist. Durch die Abmessungen der Plattenfeder kann diese für die direkte Messfunktion eingesetzt werden und weist darüber hinaus eine erhöhte Korrosions- und Standfestigkeit aufgrund ihrer Dicke auf. Hinzu kommt ein wesentlich höheres Rückstellmoment der Plattenfeder, wodurch ein ruhiger Zeigerverlauf gewährleistet wird. Als weiterer besonderer Vorteil ist hervorzuheben, dass ein Bruch der Plattenfeder sofort durch das elektronische Messsystem in diesem Falle festgestellt werden kann.
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Darüber hinaus besteht auch ein Vorteil dadurch, dass geringere Fertigungskosten vorliegen, da eine vollständige Laserverschweißung möglich ist und in der Regel eine Nachjustierung entfällt. Die Plattenfeder weist hierbei eine Rauigkeit von 0,36 µm auf und besitzt ein großes Rückstellmoment. Hierbei besteht ohne weiteres die Möglichkeit, dass die Plattenfederoberfläche elektropoliert wird, was bei dünneren Plattenfedern sonst nicht möglich ist. Hierdurch wird eine Anwendung im Hygiene-Bereich (EHEDG = European Hygienic Engineering and Design Group) möglich.
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In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Messwerk eine Einachslagerung aufweist, während herkömmliche Messwerke Zweiachslagerungen besitzen, wodurch somit die Herstellungskosten verringert werden können.
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Das Manometer selbst ist FDA-tauglich und zeichnet sich durch die fehlende Membranflüssigkeit aus. Darüber hinaus liegt für eine Nenngröße 63 (NG 63) eine kleinere Bauweise vor, als bei herkömmlichen Manometern bei gleicher Nenngröße.
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Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Manometer mit zwei Messsystemen ausgestattet ist. Einmal ein mechanisches Messsystem und andererseits ein elektronisches Messsystem, um eine Anschlussmöglichkeit an ein Überwachungssystem zu ermöglichen, sodass unter Verzicht auf eine optische Kontrolle, sei es durch Bedienerpersonal oder eine Kameraüberwachung eine sofortige Messbereichsänderung mithilfe des elektronischen Messsystems feststellbar ist und damit eine Reaktionszeit deutlich herabgesetzt wird. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht in der vorhandenen Baugröße, die deutlich gegenüber vergleichbaren Nenngrößen reduziert ist. Durch einen Verzicht auf eine Übertragungsflüssigkeit mit einer direkten Anbindung der Plattenfeder über einen Stößel an das Messwerk können hierbei Verunreinigungen der Gase oder Flüssigkeiten ausgeschlossen werden. Durch die Bauart des Messwerkes wird darüber hinaus eine Miniaturisierung erreicht und eine Kostenreduzierung erzielt.
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Die Erfindung wird im weiteren anhand der Figuren nochmals erläutert.
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Es zeigt
- 1 in einer Draufsicht ein erfindungsgemäßes Manometer,
- 2 in einer Seitenansicht das Manometer gemäß 1,
- 3 in einer teilweise geschnittenen perspektivischen rückwärtigen Ansicht das Manometer gemäß 1 mit mechanischem Messwerk und
- 4 in einer teilweise geschnittenen perspektivischen rückwärtigen Ansicht, ein Manometer mit elektronischem Messsystem.
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1 zeigt in einer Draufsicht ein Manometer 1, welches aus einem schlanken Anschlussgehäuse 2 und einem runden Messwerkgehäuse 3 besteht. Das Anschlussgehäuse 2 weist eine Bohrung 4 auf, in der ein Stößel 5 axial beweglich angeordnet ist. Eine stufenförmig abgesetzte Plattenfeder 6 ist in einer Ausnehmung 7 aufgenommen und unmittelbar mit dem Stößel 5 verbunden. Die Plattenfeder ist stirnseitig mit dem Anschlussgehäuse im Randbereich verbunden. Das obere Ende des Anschlussgehäuses 2 ist einerseits mit einem Gewindeanschluss 8 ausgestattet und andererseits nach oben offen, sodass der Stößel 5 in das Messwerkgehäuse 3 hineinragt und über einen Befestigungsbolzen 9 mit einem Messbalken 10 verschraubt ist. Der Messbalken 10 ist Bestandteil eines mechanischen Messwerkes 11. Der Messbalken 10 ist über eine Schraube 12 drehbar gegenüber einer Montageplatte 13 gelagert, welche einen Drehpunkt definiert. Soweit eine Auslenkung der Plattenfeder 6 erfolgt und damit der Stößel 5 in Axialrichtung bewegt wird, wird demzufolge der Messbalken 10 um den Drehpunkt verschwenkt. Über ein Koppelelement 14 ist der Messbalken 10 mit dem eigentlichen Messwerk 11 verbunden. Zur Justierung und Einstellbarkeit eines Anzeigewinkels des Zeigers 15 kann das Koppelelement 14 in einem Langloch 16 fixiert werden. Über die Einstellmöglichkeit innerhalb des Langloches 16 besteht hierbei die Möglichkeit einer Justierung des Hebelarms, wobei nach erfolgter Justierung die Bewegung des Messbalkens 10 über das Kopplungselement 14 auf einen Anschlusselement 17 übertragen wird, welches mithilfe von Zahnrädern die Auslenkbewegung unmittelbar auf einer Zeigerachse 18 überträgt. Zur Verdeutlichung des Aufbaus wurde auf die Skala verzichtet, welche zwischen dem Zeiger 15 und der Montageplatte 11 angeordnet ist. Die Skala weist hierbei in der Regel einen minimalen und maximalen Anschlag auf zwischen denen sich der Zeiger bewegen kann, und zwar entsprechend der erfolgten axialen Bewegung des Stößels 5 mit Übertragung der Bewegung über den Messbalken auf das Kopplungselement 14. Die Plattenfeder 6 ist somit mittelbar mit dem Messwerk 11 verbunden und benötigt kein Druckübertragungsmedium beziehungsweise dieses wird durch den Stößel 5 ersetzt. In Folge dessen wird hierbei in der Regel eine Plattenfeder mit einem Durchmesser von 22,5 mm und einer Dicke von 0,21 mm eingesetzt. Dies hat unter anderem den Vorteil, dass die Plattenfeder 6 ein größeres Rückstellmoment besitzt und darüber hinaus eine Bearbeitung der Oberfläche mit anderen Verfahren, beispielsweise Elektropolierverfahren erfolgen kann.
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Das mechanische Messwerk 11 besitzt im weiteren eine wesentlich kleinere Abmessung und durch den Verzicht von zusätzlichen Lagerelementen kann eine kostengünstige Herstellung gewährleistet werden. Das Messwerk 11 ist in den 2 und 3 nochmals aus der rückwärtigen Ansicht entnehmbar.
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2 zeigt in einer Seitenansicht das Anschlussgehäuse 2 mit Bohrung 4 und Ausnehmung 7 in der die Plattenfeder 6 sowie der Stößel 5 angeordnet ist. Über einen Gewindeanschluss 8 erfolgt eine Verbindung mit dem Messwerkgehäuse 3, in dem das Messwerk 11 aufgenommen ist. Das Ausführungsbeispiel zeigt hierbei ein Manometer 1 mit mechanischen Messwerk 11. Das Messwerkgehäuse 3 ist topfförmig ausgebildet und besitzt ein Frontelement 20, welches mit einem umlaufenden Kragen 21 auf dem zylindrischen Messgehäuse 3 aufgesetzt ist. Um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern, können hierbei zusätzliche Sicherungsmaßnahme vorgenommen werden.
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Im weiteren ist aus dieser Ansicht ersichtlich, dass das Messwerk 11 eine Montageplatte 13 aufweist, wobei auf der Rückseite eine zweite wesentlich kleinere Montageplatte 22 vorgesehen ist. Zwischen den beiden Montageplatte 13, 22 befindet sich das Koppelelement 14, welches einenends mit dem Messbalken 10 und anderenends mit dem Anschlusselement 17 verbunden ist. Über eine Zeigerwelle 23 erfolgt eine Bewegung des Zeigers 15, wobei die Zeigerwelle 23 über eine Getriebeübersetzung 24 antreibbar ist. Die Befestigung des Stößels 5 erfolgt mithilfe der Verschraubung 9unmittelbar mit dem Messbalken 10.
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Jede Bewegung des Stößels 5 in axialer Richtung wirkt sich somit auf den Messbalken aus, der drehbar über den Befestigungsbolzen 9 gelagert ist. Das längere fliegend gelagerte Ende des Messbalkens 10 mit Langloch 16 ist zur Verschraubung mit dem Koppelelement 14 und damit indirekt mit dem Messwerk 11 vorgesehen.
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3 zeigt in einer teilweise geschnittenen perspektivischen rückwärtigen Ansicht nochmals das Manometer 1 gemäß 2. Aus dieser perspektivischen Ansicht wird deutlich, dass das Messwerkgehäuse 3 über eine Vierkantverschraubung 30 mit dem Anschlussgehäuse 2 verbunden wird, wobei aus den vorhergehenden Zeichnungen entnehmbar ist, dass hierzu eine Verschraubung verwendet wird. Ein Dichtungsring 25 dient zur Abdichtung gegenüber einem nicht dargestellten Rohrsystem.
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Das Messwerk 11 in der perspektivischen Ansicht verdeutlicht nochmals den grundsätzlichen Aufbau. Der Stößel 5 ist mit seinem oberen Ende über eine Verschraubung 9 mit dem Messbalken 10 verbunden, welche über einen Befestigungsbolzen 9 drehbar gelagert ist. Das längere Ende des Messbalkens 10 besitzt ein Langloch 16, in dem eine verschiebbare Verschraubung 31 gelagert ist, welche die Anbindung eines Koppelelementes 14 ermöglicht. Sofern sich der Stößel 5 axial bewegt wird somit diese Bewegung unmittelbar auf den Messbalken 10 übertragen und mit einem entsprechenden Hebel auf das Koppelelement 14. Das Koppelelement 14 ist im weiteren über ein Anschlusselement 17 mit dem eigentlichen Messwerk 11 verbunden, sodass die Bewegung des Stößels 5 über das Messwerk 11 auf die Zeigerachse 18 des Zeigers 15 übertragen wird. Aus dieser Ansicht ist nochmals ersichtlich, dass der Messbalken 10 eine fliegende Lagerung aufweist und die Komponenten des Messwerkes 11 zwischen einer vorderen Montageplatte 13 und einer kleineren hinteren Montageplatte 22 eingebettet sind.
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4 zeigt in einer teilweise geschnittenen perspektivischen rückwärtigen Ansicht ein Manometer 100, welches sich durch das vorhergehende Ausführungsbeispiel lediglich durch das Messwerkgehäuse 101 unterscheidet. Das Anschlussgehäuse 2 mit Plattenfeder 6, welche in einer Ausnehmung 7 gelagert ist und Stößel 5 in einer vorhandenen Bohrung 4 ist mit dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel identisch, wobei mithilfe einer Vierkantverschraubung 30 eine Verbindung zwischen dem Messwerkgehäuse 101 und Anschlussgehäuse 2 hergestellt werden kann. In dem Messwerkgehäuse 101 befindet sich das aus den 1 bis 3 bekannte Messwerk 11, sodass auf dieses nicht nochmals eingegangen werden muss. Das Messwerkgehäuse 101 ist wiederum durch eine mit einer Glasscheibe versehenden Abdeckung 102 verschlossen, wobei die Abdeckung 102 mithilfe eines umlaufenden Kragens 103 fest auf den Messwerkgehäuse 101 aufsitzt. Im rückwärtigen Bereich des Messwerkgehäuses 101 ist ein runder Flansch 104 an dem Messwerkgehäuse 101 angeformt, welcher zur Aufnahme des elektronischen Messsystems vorgesehen ist. Der einzige Unterschied des Messwerks 11 zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Zeigerwelle 105 verlängert ist und endseitig mit einem Magneten 106 bestückt ist. Der Magnet dreht sich somit proportional zur Bewegung des Stößels 5 und verursacht in dem elektronischen Messsystem eine Magnetfeldänderung, welche mithilfe von Magnetfeldsensoren erfasst und damit der Drehwinkel der Zeigerwelle 105 bestimmt werden kann. Der Drehwinkel wird hierbei proportional in ein Ausgangssignal umgesetzt, welches über einen endseitig befindlichen Anschlussstecker 107 zu einer Überwachungsrichtung weitergeleitet wird.
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Das zweite Ausführungsbeispiel offenbart somit ein Manometer 100, welches sowohl über ein mechanisches Messwerk 11 als auch über ein elektronisches Messwerk verfügt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Manometer
- 2
- Anschlussgehäuse
- 3
- Messwerkgehäuse
- 4
- Bohrung
- 5
- Stößel
- 6
- Plattenfeder
- 7
- Ausnehmung
- 8
- Gewindeanschluss
- 9
- Befestigungsbolzen
- 10
- Messbalken
- 11
- Messwerk
- 12
- Schraube
- 13
- Montageplatte
- 14
- Koppelelement
- 15
- Zeiger
- 16
- Langloch
- 17
- Anschlusselement
- 18
- Zeigerachse
- 20
- Frontelement
- 21
- Kragen
- 22
- Montageplatte
- 23
- Zeigerwelle
- 24
- Getriebeübersetzung
- 25
- Dichtungsring
- 30
- Vierkantverschraubung
- 31
- Verschraubung
- 100
- Manometer
- 101
- Messwerkgehäuse
- 102
- Abdeckung
- 103
- Kragen
- 104
- Flansch
- 105
- Zeigerwelle
- 106
- Magnet
- 107
- Anschlussstecker
