-
Membran -Anordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine als Verstellglied
für druckabhängige Steuergeräte dienende Membran-Anordnung, insbesondere für die
Ausbildung des Steuerbodens nachgiebiger Vergleichsgasgefäße von Volumenumwertern,
Gaszustandsreglem od. dgl.
-
Bisher wurden für diese Zwecke Metallbälge (Wellrohr- oder Faltenbälge)
benutzt, weil die Stellung ihres beweglichen Bodens ein Maß für das in ihnen eingeschlossene
Vergleichsgasvolumen ist. Sie ergaben aber keine befriedigenden Lösungen, weil die
von den Eichbehörden verlangte Reproduzierbarkeit ihrer Eigenfederung wegen der
begrenzten elastischen Verformbarkeit der Bälge nur gewährleistet bleibt, wenn sich
der betroffene Vorgang stets in ausreichendem Abstand von der Proportionalitätsgrenze
abspielt.
-
Diese Grenze ist aber so eng gezogen, daß sie in den meisten praktischen
Fällen, bei denen größere Balghübe zu übertragen sind, erreicht oder überschritten
wird, so daß das Gerät dann seine Feinfühligkeit und damit seine Meßgenauigkeit
schnell verliert.
-
Auch als bewegliche Böden solcher Vergleichsgasgefäße können daher
Membranen üblicher Art (Gummi-, Kunststoff-, Lederbälge u. dgl.) nicht verwendet
werden. Denn, wollte man das Gefäß, in welchem sich das Vergleichsgas befindet,
mittels einer solchen normalen einfachen Membran abschließen, so würde zwar der
auf der Außenseite wirksame Druck von der Membran auf das eingeschlossene Gas übertragen
werden. Aber bei Druckgleichheit zu beiden Seiten der Membran wäre die Art ihrer
Ausbiegung unbestimmt. Insbesondere wäre die Faltenbildung bei ungespannter Membran
unkontrollierbar, d. h., es wäre nicht festzustellen, welcher Teil des eingeschlossenen
Gasvolumens von den Falten aufgenommen und welcher Teil durch die Verschiebung des
Membrantellers angezeigt wird.
-
Durch die Erfindung wird es ermöglicht, Vergleichsgasgefäße herzustellen,
denen diese Mängel nicht anhaften. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin,
daß als Membran eine unter Verwendung eines an sich bekannten, aus wenigstens zwei
durch einen Schaft starr miteinander verbundenen Tellermembranen bestehenden Systems
gebildete, mit einem Druckmittel (Überdruck oder Unterdruck) gefüllte Blase dient.
-
Bei dieser Ausbildung des Abschlusses sind also die Membranen, welche
das System bilden, aufgebläht, d. h., ihre nachgiebigen Teile sind gestrafft, so
daß die Falten verschwinden bzw. die Faltenbildung unmöglich gemacht wird. Damit
ist jede schädliche Totraumbildung ausgeschlossen, und die Einstellung der Membran
bzw. des Membran-Systems
ist nun ein eindeutiges exaktes Maß für die Größe des eingeschlossenen
Vergleichsgasvolumens, da bei genau gleicher Größe der Einzelteile beider Membranen
der auf jede von ihnen wirksame Blähdruck über den Verbindungsschaft unschädlich
gemacht wird und die Wirkungen der Schubkräfte einander aufheben. Die Übertragung
eines äußeren Druckes auf das eingeschlossene Volumen kann also ungestört und unverfälscht
erfolgen.
-
Die Erfindung sei im folgenden an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den drei Figuren sind gleiche oder einander
entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
-
1 bezeichnet ein im Ausgangsgas eines weiter unten beschriebenen
Reglers angeordnetes Vergleichsgasgefäß mit einem beweglichen Membranboden, welcher
zugleich den Abschluß des Gefäßes bildet und zur Übertragung des Betriebsdruckes
auf das eingeschlossene Vergleichsgasvolumen dient. Als Membranboden dient in neuartiger
Weise eine Blase, welche durch ein an sich bekanntes, aus wenigstens zwei durch
einen Schaft 2 starr miteinander verbund denen Tellermembranen 3 und 4 bestehendes
System gebildet und mit einem Druckmittel gefüllt ist, wobei der Druck der Füllung
größer oder kleiner sein kann als der von dem Membran-System auf das Vergleichsgas
zu übertragende Betriebsdruck.
-
Der Raum 5 zwischen den Membranen 3 und 4 bildet also den Innenraum
der erwähnten Blase. Ihre Aussteifungsteller sind mit 6 und 7 bezeichnet. Die äußeren
Ränder der Membranen sind an einem Ring 8 befestigt, welcher ein Anschlußröhrchen
9 zum Füllen der Blase oder zur Herstellung eines Unterdruckes trägt und an welchem,
z. B. durch Flansche, auf der einen Seite das Vergleichsgasgefäß 1, auf der anderen
Seite das Gehäuse 10 eines
Druck- oder Durchflußréglers abdichtend
befestigt ist. An dem in den Steuerungsraum 11 dieses Reglers hinein verlängerten
Teil des Schaftes 2 sitzt das (hiel z. B. kugelförmige) Drosselglied 12, welches
in Zusammenwirken mit dem Ventilsitz 13 den Zufluß durch den Eingangsstutzen 14
regelt. Der Weg zum Ausgangsstutzen 15 dieses Reglers ist durch die eingezeichnete
Pfeillinie gekennzeichnet.
-
Druck und Volumen des im Vergleichsgasgefäß 1 eingeschlossenen Gases
ändern sich mit der Stellung des Membran-Systems 2, 3, 4, wenn bei 9 ein Druck in
den Raum 5 zwischen den Membranen eingeführt wird, welcher größer oder kleiner ist
als der auf das Vergleichsgas zu übertragende Druck auf der Unterseite der Membran
4. Da die Stellung des Membran-Systems, also des Schaftes 2, ein exaktes Maß für
die Größe des Vergleichsgasvolumens und damit des Umwertungsfaktors Z ist, wird
das Regulierventil 12, 13 entsprechend der Änderung dieses Faktors verstellt.
-
In vielen Fällen, nämlich wenn, wie bei Reglern üblich, der Druck
in der Zuleitung 14 größer ist als der in der Ableitung 15, kann man den Raum 5
zwischen den Membranen 3 und 4 auch an die Zuleitung 14 anschließen, weil dann im
Raum 5 immer ein höherer Druck herrscht als im Steuerungsraum unterhalb der Membran
4 und in der Ableitung. Die Membranen 3 und 4 sind dann also immer aufgebläht.
-
Wie gesagt, kann' man im Raum 5 auch einen Unterdruck anwenden. Die
beiden Membranen 3 und 4 nehmen dann die mit gestrichelten Linien eingetragenen,
nach innen durchgebogenen Stellungen ein.
-
In Fällen, in denen in der Ausgangsleitung 15 nur geringe Druckschwankungen
vorkommen, wie z. B. in Niederdruck-Gasleitungen, wird das mit dem erfindungsgemäßen
Membran-System als beweglichem Boden ausgestattete Gerät, sofern das Ganze von dem
bei 15 austretenden Gas umspült wird, praktisch zu einem Gaszustandsregler bzw.
zu einem Regler für den UmwertungsfaktorZ. Ohne eine solche Ausbildung des beweglichen
Bodens wäre diese Möglichkeit nicht gegeben.
-
Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
in Fig. 2 gezeigt. Hier sind die Membranen 3 und 4 als an sich bekannte Rollmembranen
ausgebildet, so daß hier der Vorteil derartiger Membranen, nämlich einen größeren
Membranhub und eine konstante wirksame Arbeitsfläche zu ergeben, ausgenutzt werden
kann. Die Membranteller 6 und 7 sind entsprechend in der bei Rollmembranen üblichen
Weise mit zylindrischen Führungsrändern 16, 17 versehen. Auf der Außenseite bilden
die zylindrischen Teile der Gefäße 1 und 10 die Führungen der Membranen.
-
In Fällen, in denen größere Vergleichsgasvolumina benötigt werden,
aber die dafür erforderlichen seitlichen Ausdehnungsmöglichkeiten fehlen, kann man
mehrere der erfindungsgemäß ausgebildeten Vergleichsgasgefäße 1, 1', 1" usw. in
Parallelschaltung anordnen, wobei die Innenräume 5, 5', 5" usw. zwischen den Membranen
wie auch die Innenräume der Vergleichsgasgefäße untereinander verbunden sind.
-
Dabei ist vorteilhaft das zweite am Schaft des ersten, das dritte
am Schaft des zweiten usw. aufzuhängen, und es ist an jedem Aufhängungspunkt die
Summe der nachfolgenden Gewichte durch ein Gegengewicht zu kompensieren.
-
Ein Ausführungsbeispiel dieser Art mit zwei solchen Vergleichsgasgefäßen
und den zugehörigen Membran-Systemen ist in Fig. 3 dargestellt.
-
Das Gegengewicht für das zweite System ist mit 18 bezeichnet und
sitzt auf einem Hebel 19, welcher auf einer am Ring 8 hängenden Schneide 20 gelagert
und bei 21 am Schaft 2 angelenkt ist. Die Verbindung der Räume 5, 5' usw. ist mit
22 und die Verbindung der Vergleichsgasgefäßel, 1' mit 23 bezeichnet, 24 ist ein
Aufhängebügel od. dgl. für den Ring 8' des zweiten Systems.
-
Bei der Verwirklichung der Erfindung kann noch dadurch eine Vervollkommnung
erzielt werden, daß man diesen einzelnen Membranen als Mittel zur Verhinderung von
Ausdehnungen ihres stofflichen Gefüges eine Abstützung oder Entlastung durch ein
Netz oder Gitter aus unnachgiebigem Werkstoff verleiht.
-
Die Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Membran-Anordnung ist nicht
auf die Ausbildung von Vergleichsgasgefäßen für die Volumenumwertung und Zustandsregelung
usw. der Gase beschränkt, sondem erstreckt sich natürlich auch ganz allgemein auf
Geräte zur Druckmessung und -übertragung.
-
Die Verwendung eines Paares durch ein Abstandsstück starr miteinander
verbundener Tellermembranen ist an sich auch bei Meßwertwandlern bekannt. Bei diesen
Geräten hat aber jede der Membranen eine andere Funktion zu erfüllen, wobei die
Richtung ihrer Verstellkraft verschieden ist und niemals zwei von ihnen durch gleichgerichtete
Kräfte belastet sind. Da außerdem der Raum zwischen den Membranen einen Leitungsteil
des Steuerungssystems bildet, fehlt dem Bekannten das wesentliche Merkmal und die
Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Blasenmembran.