DE1162104B

DE1162104B - Pressure measuring unit with membrane-shaped measuring element guided by a parallel spring joint

Info

Publication number: DE1162104B
Application number: DES55457A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Klee
Original assignee: Samson Apparatebau AG
Current assignee: Samson Apparatebau AG
Priority date: 1957-10-08
Filing date: 1957-10-08
Publication date: 1964-01-30
Also published as: GB904024A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4i07¥W PATENTAMT Internat. Kl.: GOIlFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN 4i07 ¥ W PATENT OFFICE Internat. Kl .: GOIl

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Nummer:
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Auslegetag:Number:
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Deutsche Kl.: 42 k-9/02 German class: 42 k -9/02

S 55457IX b / 42 k
8. Oktober 1957
30. Januar 1964S 55457IX b / 42 k
October 8, 1957
January 30, 1964

Die Erfindung bezieht sich auf ein Druckmeßwerk mit einer Balgmembran oder einem ähnlichen balgförmigen Meßglied, vorzugsweise einem Metallbalg, welches insbesondere für druckmittelbetriebene Meßiind Regelgeräte wie Präzisionsmanometer, pneumatische oder hydraulische Regler bestimmt ist.The invention relates to a pressure measuring mechanism with a bellows diaphragm or a similar bellows-shaped Measuring element, preferably a metal bellows, which is particularly suitable for pressure-medium-operated measuring devices Control devices such as precision manometers, pneumatic or hydraulic controllers are intended.

Bei derartigen Geräten kommt es darauf an, daß sich die Balgmembran bzw. der bewegliche Balgboden auf einer genau definierten Bahn bewegt, damit beispielsweise die Skalenausschläge des Manometers proportional zu den Ausschlägen der Balgmembran erfolgen und außerdem die auf der Skala abzulesenden Ausschläge unter sich gleich sind, damit die Skalen nicht einzeln geeicht zu werden brauchen. Entsprechende reproduzierbare Stellungen des balg- oder membranförmigen Meßgliedes benötigt man bei der Verwendung der Balg- oder Membranausschläge für Regelzwecke. Im folgenden wird der Einfachheit halber allgemein von einer Balgmembran gesprochen, worunter vor allem ein Metallfaltenbalg mit einem beweglichen Balgboden, gegebenenfalls aber auch ein membranförmiges Organ zu verstehen ist. Diesen balg- oder membranförmigen Meßgliedern ist der Nachteil gemeinsam, daß sich ihre beweglichen Teile, von denen die Ausschläge abgenommen werden, wegen der mangelnden Steifigkeit der Balgmembran nicht mit Sicherheit auf einer bestimmten Bahn bewegen. In such devices, it is important that the bellows membrane or the movable bellows base Moved on a precisely defined path so that, for example, the scale deflections of the manometer are proportional to the deflections of the bellows diaphragm and, moreover, the deflections to be read on the scale are equal, so that the scales do not need to be calibrated individually. Corresponding reproducible positions of the bellows or membrane-shaped measuring element is required when using the bellows or membrane deflections for Control purposes. In the following, for the sake of simplicity, we generally speak of a bellows membrane, including, above all, a metal bellows with a movable bellows base, but possibly also a membrane-shaped organ is to be understood. This bellows or membrane-shaped measuring elements is the The common disadvantage is that their moving parts, from which the deflections are removed, because of the insufficient rigidity of the bellows membrane, do not move with certainty on a certain path.

Man hat bisher versucht, eine solche definierte Bewegung entweder dadurch zu erreichen, daß man den Angriffspunkt des Balgbodens um einen Drehpunkt fesselt, oder daß man zwischen diesem Angriffspunkt und den betätigten Organen, z. B. dem Hebelwerk eines Zeigers, ein elastisches Organ einschaltet. Beide Ausführungen haben aber Nachteile. Im ersteren Falle muß sich auch die Balgmembran auf einem Kreisbogen bewegen, wodurch sie ungleichmäßig beansprucht und außerdem ihr maximaler Ausschlag unnötig beschränkt wird. Im zweiten Falle wird zwar dieser Ausschlag nicht beschränkt, aber da der Balgboden nicht genau geführt ist, kann er sich bei einem Ausschlag der Balgmembran schräg stellen oder taumeln, so daß die abgenommenen Bewegungen ungleichmäßig werden.Attempts have hitherto been made to achieve such a defined movement either by using the The point of application of the bellows base is tied around a pivot point, or between this point of application and the actuated organs, e.g. B. the lever mechanism of a pointer, turns on an elastic organ. Both However, versions have disadvantages. In the former case, the bellows membrane must also be on a Move the arc of a circle, which causes it to be stressed unevenly and also to its maximum deflection is unnecessarily restricted. In the second case, this deflection is not limited, but the bottom of the bellows is there is not precisely guided, if the bellows membrane rises, it may tilt or tumble, so that the movements picked up become uneven.

Ein weiterer Mangel der bisher bekannten Geräte mit balg- oder membranförmigem Meßglied beruht auf der Anordnung und Ausbildung der Meßfeder, welche die Gegenkraft zu den unter der Wirkung des Druckmittels erfolgenden Ausschlägen des Meßgliedes zu liefern hat. Da man insbesondere die Eigenfederung eines Metallbalges nicht gern zur Messung benutzt, fesselt man den Balg gewöhnlich an eine Feder, Druckmeßwerk mit membranförmigem,
durch ein Parallelfedergelenk
geführtem MeßgliedAnother deficiency of the previously known devices with bellows or diaphragm-shaped measuring element is based on the arrangement and design of the measuring spring, which has to provide the counterforce to the deflections of the measuring element that occur under the action of the pressure medium. Since the natural springing of a metal bellows in particular is not used for measurements, the bellows is usually tied to a spring, pressure measuring mechanism with a membrane-shaped,
by a parallel spring joint
guided measuring element

Anmelder:Applicant:

Samson Apparatebau Aktiengesellschaft,Samson Apparatebau Aktiengesellschaft,

Frankfurt/M., Schielestr. 7-13Frankfurt / M., Schielestr. 7-13

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Gerhard Klee, Frankfurt/M.-GinnheimGerhard Klee, Frankfurt / M.-Ginnheim

deren Federkonstante ein Vielfaches der Federkonstante des Balges beträgt. Dadurch werden die Fehler der Balgfederung in ihrer Auswirkung auf die Balgausschläge entsprechend verkleinert. Praktisch verwendet man meist eine Zugfeder, die an dem mit dem Balgboden verbundenen Hebelarm angreift. Dabei erhält man eine sperrige Ausführung, vor allem wenn der Hebelarm zur Erzielung größerer Ausschläge verhältnismäßig lang sein muß, damit der Balg durch die Winkeldrehung des Hebels nicht übermäßig deformiert wird.whose spring constant is a multiple of the spring constant of the bellows. This will fix the errors the effect of the bellows suspension on the bellows deflections is reduced accordingly. Used in practice one usually uses a tension spring that engages the lever arm connected to the bellows base. Receives a bulky design, especially if the lever arm is proportionate to achieve larger deflections must be long so that the bellows are not excessively deformed by the angular rotation of the lever will.

Da z. B. bei pneumatischen Reglern die Ausschläge der Balgmembran vielfach durch einen Differenzdruck zwischen der Innen- und der Außenseite des Balges bewirkt werden, treten weitere Schwierigkeiten auf, wenn der Balg in diesem Falle über den Nullpunkt der Meßfeder hinweg arbeiten muß. Eine Zugfeder kann sich dann beim Durchgang durch den Nullpunkt aushängen. Auch eine eingelötete Feder hat Nachteile, da sie zwar bei Zugbeanspruchung einwandfrei arbeiten, bei Druckbeanspruchung aber ausknicken kann.Since z. B. in pneumatic regulators, the deflections of the bellows diaphragm are often caused by a differential pressure between the inside and outside of the bellows, further difficulties arise if in this case the bellows has to work beyond the zero point of the measuring spring. A mainspring can then hang out when passing through the zero point. A soldered-in spring also has disadvantages, because they work perfectly under tensile stress, but buckle under pressure can.

Es ist bereits ein Druckmesser mit einem druckempfindlichen Organ in Form einer Flachmembran bekannt, zu deren Parallelführung Pendelstützen mit Federgelenklagerung verwendet werden. Die Axialstange der Flachmembran wird hierbei von vier radial verlaufenden Stützen geführt, die einen sehr hohen Biegsamkeitsgrad aufweisen, so daß sie eine freie Be-It is already a pressure gauge with a pressure-sensitive organ in the form of a flat membrane known, for their parallel guidance pendulum supports with spring joint bearings are used. The axial rod the flat membrane is guided by four radially extending supports, which have a very high Have a degree of flexibility so that they have a free

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wegung der Flachmembran in axialer Richtung gestatten, aber keine merkliche Gegenkraft zu den unter der Wirkung eines Druckmittels erfolgenden Ausschlägen der Flachmembran ausüben. Die Verwendung einer solchen Anordnung mit radial verlaufenden Pendelstützen bei einer Balgmembran hätte den Nachteil, daß die Parallelführungsglieder oberhalb des beweglichen Balgbodens angebracht werden müßten, wodurch die Bauhöhe des Gerätes verhältnismäßig groß würde. Auch die Breitenabmessung bzw. der Umfang des Gerätes würde wegen der radialen Erstreckung der Parallelführungsglieder entsprechend groß sein.allow movement of the flat membrane in the axial direction, but no noticeable counterforce to the deflections occurring under the action of a pressure medium exercise the flat membrane. The use of such an arrangement with radially extending Pendulum supports in a bellows membrane would have the disadvantage that the parallel guide members above the movable bellows base would have to be attached, which makes the overall height of the device relatively would be great. The width dimension or the circumference of the device would also be due to the radial extension the parallel guide links must be correspondingly large.

Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß eine Balgmembran, z. B. ein Metallfederbalg, durch mindestens zwei im wesentlichen konzentrisch zu dem Balg verlaufende offene Ringfedern geführt ist.In contrast, the invention consists in that a bellows membrane, for. B. a metal bellows through at least two open annular springs running essentially concentrically to the bellows is guided.

Die Ringfedern können entweder außerhalb des Balges um denselben herum oder gegebenenfalls auch innerhalb des Balges angeordnet werden. In jedem Falle werden die Bauhöhe und der Raumbedarf des Gerätes erheblich verringert. Auch erhält man bei den im wesentlichen auf Torsion beanspruchten offenen Ringfedern eine günstigere und gleichmäßigere Ausnutzung des Federmaterials und einen besseren Federwirkungsgrad als bei einer Parallelführung, bei der die Bänder oder Pendelstützen radial von der Balgmembran nach außen verlaufen.The ring springs can either outside of the bellows around the same or, if necessary, also be arranged within the bellows. In any case, the overall height and the space requirements of the Device significantly reduced. In the case of the open ones, which are essentially subjected to torsion, one also obtains Annular springs a cheaper and more even use of the spring material and a better spring efficiency than with a parallel guide, in which the bands or pendulum supports radially from the bellows membrane run outwards.

Die Ringfedern, welche gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform auch paarweise als Doppelfedern angeordnet werden können, werden beispielweise einerseits an einem auf der Grundplatte des Balges befestigten Stehbolzen und andererseits an einem mit dem beweglichen Balgboden durch ein Zwischenstück verbundenen Bolzen befestigt. Das auf diese Weise gebildete raumsparende Parallelfedergelenk zwingt die Blattmembran zur Ausführung von Parallelbewegungen und ersetzt zugleich die Meßfeder. Eine ungleichmäßige Beanspruchung der Balgmembran, ein Taumeln des Balgbodens oder die unerwünschte Bewegung des Balgbodens auf einem Kreisbogen kommen dadurch in Fortfall. Die Ausschläge der Balgmembran können dann einfach von einem beliebigen Punkt der beweglichen, parallel geführten Teile abgenommen werden. Infolgedessen entsprechen beispielsweise im Falle eines Manometers die Ausschläge des Zeigers stets genau reproduzierbar den Ausschlagbewegungen des Balgbodens, so daß eine besondere Eichung der Skala des Gerätes nicht mehr notwendig ist. Ferner kann die sonst notwendige, zur Ausübung der Gegenkraft dienende Feder im allgemeinen vollständig in Fortfall kommen, oder sie kann, falls sehr starke Kräfte ausgeglichen werden müssen, mindestens erheblich kleiner und schwächer gehalten werden.The ring springs, which according to an expedient embodiment are also in pairs as double springs can be arranged, for example, on the one hand attached to a on the base plate of the bellows Stud bolts and on the other hand on one with the movable bellows base through an intermediate piece connected bolt attached. The space-saving parallel spring joint formed in this way forces the Leaf membrane for performing parallel movements and at the same time replaces the measuring spring. An uneven one Stress on the bellows membrane, wobbling of the bellows base or undesired movement the bottom of the bellows on an arc of a circle are thereby eliminated. The rashes of the bellows membrane can then simply be removed from any point of the movable, parallel guided parts will. As a result, in the case of a manometer, for example, the deflections of the pointer correspond always exactly reproducible the deflection movements of the bellows base, so that a special calibration of the Scale of the device is no longer necessary. Furthermore, the otherwise necessary to exercise the counterforce The spring used for this purpose can generally be omitted completely, or it can be very strong if it is very strong Forces must be balanced, at least be kept considerably smaller and weaker.

An Hand der Zeichnungen ist die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen nachstehend beispielsweise näher erläutert.With reference to the drawings, the invention in various embodiments is exemplified below explained in more detail.

F i g. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung schematisch ein Druckmeßwerk mit Balgmembran und Ringfeder-Parallelführung; F i g. 1 shows, in a perspective representation, a pressure measuring mechanism with a bellows diaphragm and an annular spring parallel guide;

F i g. 2 zeigt in Seitenansicht ein Druckmeß werk für ein Manometer, undF i g. 2 shows a side view of a pressure measuring mechanism for a manometer, and

Fig. 3 zeigt schließlich im Längsschnitt mit teilweise in Seitenansicht und teilweise im Schnitt dargestelltem Balg ein Druckmeßwerk für einen peumatisehen Regler,Fig. 3 finally shows in longitudinal section with partially in side view and partially in section bellows a pressure measuring mechanism for a peumatisehen Regulator,

Bei der in F i g. 1 schematisch dargestellten Ausführungsform ist ein Metallfederbalg 1 auf einer Grundplatte 2 befestigt, welche außerdem einen Stehbolzen 16 trägt. Der Metallfederbalg 1, welcher mit einem beweglichen Balgboden 9 versehen ist, wird durch zwei im wesentlichen konzentrisch zu dem Balg 1 verlaufende offene Ringfedern 14 und 15 geführt, welche parallel zueinander und in einem genügenden Abstand voneinander um den Balg 1 herum angeordnet sind. Die Ringfedern 14, 15 sind an ihrem einen Ende auf den von der Grundplatte 2 getragenen Stehbolzen 16 mittels einer auf das Bolzengewinde 17 aufgeschraubten Mutter 18 und eines Distanzstückes 19 aufgespannt. Die anderen Enden der Ringfedern 14,15 sind auf einem beweglichen Bolzen 20 mit Hilfe von aufgeschraubten Muttern 21, 22 und Distanzstücken 23, 24 befestigt. Der Bolzen 20 ist durch einen Träger 25 starr mit dem beweglichen Balgboden 9 verbunden. Der Träger 25 wird durch die Mutter 21 auf dem Bolzen 20 und durch Muttern 26,27 auf dem Balgboden 9 festgehalten.In the case of the in FIG. 1 embodiment shown schematically is a metal spring bellows 1 on a base plate 2, which also carries a stud 16. The metal bellows 1, which with a movable bellows base 9 is provided by two essentially concentric to the bellows 1 open ring springs 14 and 15 out, which are parallel to each other and at a sufficient distance are arranged from each other around the bellows 1. The ring springs 14, 15 are open at one end the stud bolt 16 carried by the base plate 2 by means of a screwed onto the bolt thread 17 Nut 18 and a spacer 19 clamped. The other ends of the ring springs 14,15 are on a movable bolt 20 with the help of screwed nuts 21, 22 and spacers 23, 24 attached. The bolt 20 is rigidly connected to the movable bellows base 9 by a carrier 25. The carrier 25 is secured to the bolt 20 by the nut 21 and to the bellows base 9 by nuts 26, 27 held.

F i g. 2 zeigt die Anwendung eines Gerätes nach F i g. 1 als Manometer. An Stelle einfacher Ringfedern sind hier jeweils zweiRingfedern 14 a, 14 b und 15 a, 15 b paarweise angeordnet. In das Innere des Metallbalges 1 führt eine Druckmittelleitung 28. Auf dem beweglichen Balgboden 9 ist ein axialer Stift 29 befestigt, der auf den Hebelarm 30 eines im Punkte 31 drehbar gelagerten Winkelhebels wirkt, dessen anderer Arm von einem Zeiger 32 gebildet wird. Der Drehpunkt 31 ist auf einer Haltestange 33 gelagert, die auch eine von dem Zeiger 32 bestrichene Skala 34 trägt.F i g. 2 shows the use of a device according to FIG. 1 as a pressure gauge. Instead of simple ring springs, two ring springs 14 a, 14 b and 15 a, 15 b are arranged in pairs. A pressure medium line 28 leads into the interior of the metal bellows 1. An axial pin 29 is attached to the movable bellows base 9 and acts on the lever arm 30 of an angle lever rotatably mounted at point 31, the other arm of which is formed by a pointer 32. The pivot point 31 is mounted on a holding rod 33 which also carries a scale 34 marked by the pointer 32.

Die Ausführungsform nach F i g. 3 betrifft ein Druckmeßwerk für einen pneumatischen Regler zur Regelung beliebiger physikalischer Größen. Im Unterschied zu F i g. 2 ist hier der Metallbalg 1 mit den Ringfedern 14 a, 14 b und 15 a, 15 b im Innenraum 35 eines druckdichten Gehäuses 36 angeordnet, in das eine Druckmittelleitung 37 führt. Dadurch kann der Balg von außen beaufschlagt werden. Außerdem kann der Balg 1 auch durch die Leitung 28 von innen beaufschlagt werden. Der Arbeitsstift 38 ist hier innen am Balgboden 9 befestigt und ragt durch eine Bohrung 39 der Grundplatte 2 nach außen. Die Durchführungsstelle kann durch bekannte Mittel praktisch reibungsfrei und ohne erhebliche Druckverluste abgedichtet werden. Der Arbeitsstift 38 kann z. B. an einem Hebelarm oder an einem Gestänge eines Regelgerätes, z. B. eines Kraftschalters angreifen.The embodiment according to FIG. 3 relates to a pressure measuring unit for a pneumatic controller for regulating any physical quantities. In contrast to FIG. 2 here the metal bellows 1 with the annular springs 14 a, 14 b and 15 a, 15 b is arranged in the interior 35 of a pressure-tight housing 36, into which a pressure medium line 37 leads. This means that the bellows can be acted upon from the outside. In addition, the bellows 1 can also be acted upon from the inside through the line 28. The working pin 38 is fastened here on the inside of the bellows base 9 and protrudes through a bore 39 in the base plate 2 to the outside. The implementation point can be sealed practically frictionless and without significant pressure losses by known means. The working pin 38 can, for. B. on a lever arm or on a linkage of a control device, z. B. attack a power switch.

Claims

Patent claims:

1. Pressure measuring mechanism with a membrane-shaped measuring element guided by a parallel spring joint, characterized in that a bellows membrane by at least two essentially is guided concentrically to the bellows (1) extending open annular springs (14, 15).

2. Pressure measuring mechanism according to claim 1, characterized in that the annular springs (14, 15) are arranged around the same outside of the bellows (1).

3. Pressure measuring mechanism according to claim 1, characterized in that the annular springs (14, 15) are arranged within the bellows (1).

4. Pressure measuring mechanism according to claim 1, characterized in that the annular springs are arranged in pairs as double springs (14 a, 14 b and 15 a, 15 b) .

5. Pressure measuring mechanism according to claim 1, characterized in that the annular springs (14, 15) on the one hand on a stud bolt (16) fastened on the base plate (2) of the bellows (1) and on the other hand are attached to a bolt (20) connected to the movable bellows base (9) by a carrier (25).

References considered: U.S. Patent No. 2,620,665.

1 sheet of drawings