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Die Erfindung betrifft die Ausbildung einer Röhrenfeder für Temperatur-Meßgeräte
mit dem Ziel einer weitgehenden Unabhängigkeit der Röhrenfeder als Temperatur- bzw.
Druckmittlermeßglied von der Umgebungstemperatur.
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Zur Kompensation des Einflusses der Umgebungstemperatur auf die Anzeige
von Meßgeräten mit Röhrenfedern als Meßglieder ist es bekannt, im Übertragungswerk
der Auslenkung des Röhrenfederendes auf die Zeigerachse ein Bimetallglied einzuschalten,
beispielsweise eine schleifenförmig gebogene Druckstange, oder auch eine Welle im
Obertragungswerk zu teilen und ein Bimetallglied zwischenzuschalten.
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Diese Maßnahmen sind aufwendig, und sie versagen, wenn das Meßgerät
Temperaturschwankungen bis etwa 800 C ausgesetzt ist, weil über einen solch großen
Temperaturbereich eine Proportionalität der Kompensation nicht erzielbar ist. Man
mußte dann bisher auf die klassische Methode der Temperaturkompensation durch zwei
gleiche Röhrenfedern zurückgreifen, welche auf eine Hebelübertragung derart einwirken,
daß sich der Einfluß der Temperaturschwankungen gegenseitig aufhebt. Diese Methode
ist zwar für jeden Temperaturbereich anwendbar, stellt aber einen besonders hohen
Aufwand dar.
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Die Röhrenfeder nach der Erfindung vermeidet diesen hohen Mehraufwand
dadurch, daß sie aus zwei ineinander angeordneten Rohrfedern gleicher oder annähernd
gleicher Profilform mit einem geringen Zwischenraum zwischen den beiden Rohrfedern
besteht und dieser Zwischenraum den geschlossenen Druckraum der Doppelrohrfeder
bildet, während der Innenraum der inneren Rohrfeder mit dem Außenraum um die äußere
Rohrfeder verbunden ist. Die Erfindung geht von dem bekannten Grundsatz für die
Meßgenauigkeit und deren Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur von Röhrenfedern
aus, der besagt, daß die Meßgenauigkeit um so größer und der durch die die Umgebungstemperatur
verursachte Fehler um so kleiner ist, je größer das Verhältnis zwischen dem sogenannten
Schluckvolumen des Meßgliedes und dem Füllvolumen ist. Dabei ist unter Schluckvolumen
die Volumenvergrößerung des Druckraumes der Rohrfeder bei einer Druckbeaufschlagung
bis zum Endausschlag und unter Füllvolumen das Volumen des Druckraumes der Rohrfeder,
des Temperaturfühlers im Medium und der verbindenden Kapillarrohrleitung zu verstehen.
Im Vergleich zu einer einfachen Rohrfeder wird beim Erfindungsgegenstand dadurch,
daß als Druckraum nur der geringe Zwischenraum zwischen den beiden ineinandergeschobenen
Federrohren dient und das Innenrohr nach außen offen ist, das Füllvolumen des Meßgliedes
ganz erheblich vermindert und gleichzeitig durch die Doppelwirkung des Druckmediums
auf die äußere Rohrfeder von innen und auf die innere Rohrfeder von außen das Schluckvolumen
vergrößert, somit das Verhältnis zwischen Schluck- und Füllvolumen wesentlich verbessert.
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Die Doppelrohrfeder nach der Erfindung ist bei Schwankungen der Umgebungstemperatur
bis etwa 800 C ohne eine besondere Einrichtung für eine Temperaturkompensation einsetzbar.
Die erzielbare Klassengenauigkeit liegt bei 0,6 bis 0,8, und der Fehler durch die
Umgebungstemperatur beträgt 0,6 °lo pro 100 C. Die Ansprechempfindlichkeit liegt
zwischen 0,1 und 0,2010 und die Umkehrspanne
(Hysterese) bei 0,2 O/o. Vorteilhaft
ist es, die Wandstärke der Innenrohrfeder größer als die Wandstärke der Außenrohrfeder
zu wählen, um einen gewissen Verlust an Verstellkraft der Feder durch die von außen
beaufschlagte Innenfeder klein zu halten. Die Doppelrohrfeder nach der Erfindung
hat auch den Vorteil größerer Steifigkeit gegenüber einer einfachen Rohrfeder gleicher
Leistung und bringt dadurch eine Verbesserung in der Linearität der Anzeige.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar
in Fig. 1 eine Seitenansicht der kreisförmig gebogenen Doppelrohrfeder, die Enden
im Schnitt, und F i g. 2 eine Ansicht auf das eine Ende der Röhrenfeder in Richtung
A der Fig. 1.
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Die Röhrenfeder wird aus zwei Profilrohren 1 und 2 gleicher oder
annähernd gleicher Profilform hergestellt. Die lichte Innenseite des äußeren Federrohres
1 ist nur um 0,2 bis 0,3 mm größer als die Außenabmessungen des inneren Federrohres
2. Die beiden zunächst gestreckten Rohrrohlinge werden ineinandergeschoben und an
einem Ende durch das Endstück 3 dicht verschlossen und verlötet. Dann wird das gestreckte
Doppelrohr in bekannter Weise, z. B. mit einer Sandfüllung, in die kreisförmige
Form gerollt und der Druckraum 4 zwischen den beiden Rohren nach Entfernung der
Füllung auch am anderen Ende, beispielsweise durch eine Hartlötung 5 unter Einbettung
einer kapillaren Anschlußleitung 6 für das Druckmedium, ebenfalls dicht verschlossen.
Dieses Ende der so vorgefertigten Doppelrohrfeder mit der Kapillarrohrleitung 6
wird in bekannter Weise in einen Anschlußstutzen 7 (gestrichelt angedeutet) eingebaut,
in der Regel weich eingelötet. Über eine in den Innenraum 8 der inneren Rohrfeder
2 mündende Bohrung 9 durch den Anschlußstutzen 7 steht der Innenraum 8 mit dem Außenraum
um die äußere Rohrfeder 1 in Verbindung und bleibt somit offen. Auch durch das Endstück
3 am freien, auslenkbaren Ende der Doppelrohrfeder kann eine Bohrung 10 in den Innenraum
8 vorgesehen sein, wenn beispielsweise das ganze Meßsystem in Öl eingebettet werden
soll. Am Endstück 3 ist in ebenfalls bekannter Weise die Zugstange für den Antrieb
des Meßwerkes (nicht dargestellt) in Abhängigkeit von der Auslenkung der Doppelrohrfeder
bei einer Druckbeaufschlagung angelenkt.
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Aus der Schnittdarstellung der Fig. 1 ist der geringe Druckraum4,
also das kleine Füllvolumen der Doppelrohrfeder erkennbar. Die Vergrößerung des
Schluckvolumens gegenüber einer einfachen Röhrenfeder ergibt sich durch das Einwirken
des Druckmediums auf beide Federrohre, einmal von innen auf die Außenfeder 1 und
einmal von außen auf die Innenfeder 2. Eine Reihe von Vergleichsmessungen an Röhrenfedern
mit bestimmten vergleichbaren Abmessungen ergab für eine einfache Rohrfeder 1 ein
Schluckvolumen von 0,5 cm3 absolut gegenüber einem Schluckvolumen der vergleichbaren
Doppelrohrfeder von 0,8cm absolut. Das geringe Füllvolumen der Doppelrohrfeder erlaubt
die bei derartigen Geräten übliche Kapillarrohrbohrung von 0,15 bis 0,2 mm auf 0,4
mm zu erweitern, wodurch die Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit erzielt und
auch die Füllung der Rohrfeder mit dem Druckmedium erleichtert wird. Die Einsparung
einer Temperaturkompensation ergibt ferner einen Gewinn
an Verstellkraft,
weil die von einer Kompensationseinrichtung herrührenden Gegenkräfte wegfallen.