DE1798130C3 - Membranmeßwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Membranmeßwerk mit zwei durch eine Membran voneinander getrennten Kammern und einem der Membranbewegung folgenden, durch eine Kammerwand dichtend hindurehgeführten, senkrecht auf der Membranebene stehenden Übertragungsglied, das durch ein gummiclastisches Röhrchen abgedichtet ist, dessen eines Ende mit einem starr an der genannten Kammerwand befindlichen Teil dichtend verbunden ist und dessen anderes Ende mittelbar oder unmittelbar dichtend mil dem Übertragungsglied verbunden ist.

Ein derartiges Mcmbranmeßwcrk ist bereits bekannt (deutsche Auslegeschrift 1 108 783). Bei ihm dient als Übertragungsglied ein Stößel, dessen Bewegung auf einen elektrischen Kontaktarm übertragen wird. Das zur Abdichtung des Stößels dienende gummielastische Röhrchen hat bei diesem Membranmeßwerk eine Länge, die etwa der fünffachen Differenz zwischen den entgegengesetzten Maximalhüben der Membran entspricht. Da somit der Hub der Membran im Verhtiltnis zur Lunge des Röhrchens relativ groß ist, muß das Röhrchen bei einer Bewegung des Stößels stets auf Stauchung beansprucht bleiben, damit es nicht von einem Bund auf dem Stößel, auf welchen es mit einem Ende aufgeschoben ist, oder von einem zweiten Bund, welcher starr mit einer Membrankammerwand verbunden ist, herunterglei-

to tet. Das bekannte Membranmeßwerk hat jedoch den Vorteil, daß der auf dem Röhrchen lastende Druck abdichtend wirkt und rlas Röhrchen fest auf die Bände preßt. Dabei tritt innerhalb der abdichtenden Heiausführung des Stößels keine nennenswerte Reibung auf, was der Empfindlichkeit und Genauigkeit des Membranmeßwerkes zugute kommt.

Diese wünschenswerten Eigenschaften weisen andere bekannte Membranmcßwerke, beispielsweise mil parallel zur Membranebene liegendem Übertragungsglied und seitlicher Hcrausführung des Übertragungsgliedcs durch eine Kammerwand, nicht auf. Bei einem dieser bekannten Membranmeßwerke ist das Übertragungsglied in der Kammerwand mit Hilfe einer elastischen Buchse gelagert (deutsche Auslegeschrift 1265 821), während bei einem anderen ein Gelenk vorgesehen ist (deutsches Gebrauchsmuster 1 764 278). In beiden Fällen tritt eine relativ große Hysterese durch die erforderliche Verformungsarbeil bzw durch die Reibung in der Lagersteile auf.

Lm anderes bekanntes Membranmeßwerk mit seillicher Hcrausführung des Übcrtiagungsgiiedcs aus einer Membrankammer und Abdichtung durch einen Gummischlauch hat wie auch die bereits genannten Membranmcßwerke den Nachteil, daß es größeren Drücken nicht uowachscn ist (Regelungstechnik + .Jahrgang 1956," Heft 3, S. 62). Bef diesen nicht druckfesten Membranmeßwerken besteht die Gefahr, daß das abdichtende Gummiteil aus seiner Halterung in einer Kammerwand herausgedrückt wird, während das Röhrchen bei dem zuerst genannten Membraniiießwerk (deutsche Auslcgeschrift 1 I OS 7S3) durch den von außen angreifenden Druck gegen den Suißel gedrückt wird und somit Veranlassung zu erhöhter Reibung gibt. Das gleiche gilt auch für die flüssiukeitsdichte Durchführung eines drehbaren Ühcrtragungsglicdes eines bekannten Strömungv-chnUcrs (deutsche Aiislcgcschrift I 065 595). bei welchem ein auf Torsion beanspruchter Gummischlauch vorgesehen ist. Andererseits sind druckfcste Durchführungen von Übertragungsgliedern durch eine Kammerwand cin.es Membranmeßwerkes bekannt. Diese sind jedoch entweder unempfindlich und lassen bei kontinuierlicher Druckdiffcrcnzänderung keine kontinuierliche Hubbewegung zu, sind also ungenau (USA.-Palentschrift 2 645 248) oder die in dem Mcmbranmeßwcrk enthaltenen elastischen Teile miiss.cn zur Erzielung der Druckfestigkeit so hart ausgeführt werden, daß das Membranmeßwerk unempfindlich wird und nicht mehr auf geringe Diuckdifferenzen zwischen den Drücken in den beiden Kammern anspricht (USA.-Patentschrift 3 124 959).

Ähnliches wie für die seitliche Durchführung eines parallel zur Membranebenc angeordneten Übcrtragungsglicdcs gilt auch für Durchführungen von Übertragungsgliedern senkrecht zur Membranebene. Bei derartigen Anordnungen weist die übliche Stopfbuchse eine zu große Reibung auf. Die anfangs bereits genannte Durchführung mit gummielastischcm Röhr-

dien ist für höhere Drucke nicht geeignet. Ein weiteres bekanntes Diffcrcnzdruckmeßwerk mit einem als Zugglied ausgebildeten Übertragungsglied und einem um dieses herum gelegten gummielastischen Röhrchen ist ebenfalls nicht für größere Drücke geeignet, weil sich das Röhrchen durch die Druckbeaufschlagung an das Übertragungsglied anlegt und somit Reibung erzeugt und weil dieses Differcnzdruckmeßwerk (deutsche Auslegeschrifl 1145 842) keine dichte Herausführung des Übertragungsgliedcs aus einet der Kammern besitzt und somit Leckverluste auftreten können, welche, beispielsweise bei Verwendung von Flüssigkeiten als die Druckdifferenz aufweisenden Medium, nicht in Kauf genommen werden können.

Harte Durchführungen des Übertragungsgliedes durch eine parallel zur Membranebene liegende Kammerwand haben wiederum den Nachteil, daß das Übertragungsglied in axialer Richtung zu schwer beweglich ist, weil eine zu große Verlormungs- oder Reibungsarbeit aufgebracht weiden niu-j. Di·,"- führt Iu unerwünschter Hysterese. Außerdem muß. ivenn als Ahdichlmittcl ein druckfesler Faltenbalg verwendet wird, bei jeder Membranbewegung die relativ f rotte Masse des Faltenbalges mit bewegt v.vden (dciilsche Patentschrift 844 0X3. deutsches Geiirauchsmusier 1 730 S25).

Der Nachteil zu großer, bewegter Massen tritt imch dann auf, wenn ein Übertragungsglied ganz vermieden wird und stattdessen, was auch schon bekannt ist (deutsche Patentschrift 1 051 359), der elektrische Schalter /.wischen zwei Membranen ungeordnet wird, welche jeweils von der dem Sehalter abgeuandten Seite aus von Druck beaufschlagt werden.

Durch die Druckschrift »Pollermann: Bauelemente tier physikalischen Technik«, l°-55. S. 161 und 164 ist es drüber hinaus bekannt, auf dem Gebiet der Vakuumtechnik Konstruktionen vorzunehmen, bei ilenen im Zusammenhang mit beweglichen Durchführungen den dabei verwendeten elastischen Piehtclementen durch eingebaute Stützelemente eine gröll.icie Druckfestigkeit verliehen wird. Hier finden z. B. bekannte Simnicrringe. die durch Metalleinlagen versteift werden, oder mit Abstützungen versehene FaI-tenbiilge Verwendung. Diese an sich auf dem Gebiei der Vakuumtechnik bekannte Maßnahme führt jedoch nicht zum anmcldungsgemäßen Gegenstand.

Aulgabe der Erfindung ist es, ein Memhranmeßwerk zu schaffen, welches sehr genau arbeitet, dessen Abdichtung des Übeitragiingsgliedes nur gcringeste Reibung verursacht, welches äußerst leicht anspricht und daher empfindlich ist, welches aber dennoch größeren Drücken standhält.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß sich in dem Rohrchen des anfangs genannten Membranineßwcrkes. auf welches sich die Erfindung bezieht, eine mit sehr geringer Steigung gewickelte Slülzwendel befindet, welche dem Röhrchen gegenüber dem auf dessen Außenseite einwirkenden Druck Druckfestigkeit verleiht.

Durch eine derartige Stützwendel wird erreicht, daß das zur Abdichtung dienende Röhrchen bei höheren Drücken ni'~ht mit dem Übertragungsglied in Berührung kommet; kann, weil die Stützwendel ein Zusammendrücken des Röhrchens durch den auf dessen Außenseite einwirkenden Druck verhindert. Dies ist für die Empfindlichkeit des Mcmbraimicßwcrkes von großer Bedeutung, weil gtimmiclastische Stoffe, aus welchen das Röhrchen besteht, eine hohe Haftreibung aufweisen, so daß die Berührung zwischen Röhrchen und Übertragungsglied sehr stören würde. Die Dehn- oder Stauchbarkeit des Röhrchens wird durch die Stützwendel nicht oder kaum beeinträchtigt. Die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Membranmeßwerkes ist also trotz der hohen Druckfestigkeit äußerst hoch.
Durch das Wickeln der Stützwendel mit sehr geringer Steigung muß bei der Stauchung oder Dehnung des Röhrchens nur wenig Verformungsarbeit aufgebracht werden. Dadurch verhält sich die Stützwendel bei Stauchung oder Dehnung weich, gleichzeitig wird aber die Druckfestigkeit der aus dem Röhrchen und der Stützwendel bestehenden Dichtmittel erhöht.

Die bei der Bewegung des Dbertragungsgliedes aufzubringende Verforniuni'sarbcit kann darüber hinaus in vorteilhafter Weise noch dadurch verringen werder, daß die Länge der Stützwendel um rund eine dezimale Größenordnung größer ist als die Differenz zwischen entgegengesetzten NLxiriialhüben der Membran, also als deren Hubbereich, und daß das an der Kammerwand, durch welche das Übertrags gungsglied hindurchgeführt ist, befindliche, das eine F.nde des Röhrchens mittelbar haltende Teil ein das Röhrchen umgebendes Rohr ist. Durch die große Länge der Stützwendel wird erreicht, daß die von der Slülzwendel bei einer Bewegung des Übertragungsglif'des unvermeidlich erzeugte Federkraft unabhängig von der Größe des Hubes des Übertrasy.ingsgliedes ungefähr konstant ist, weil dieser Hub gegenüber der Länge tier Stülzwciidcl stets klein bleibt.

Finer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Fr-

?,ϊ findungsgegenstandes gemäß kann das Übertragungsglied ein dünnes Zugglied sein, wobei das Röhrchen mit der Stülzwcndcl das Zugglied in gcingem Abstand umgibt, so daß der Außcndurchmesser des Röhrchens um rund eine dezimale Größenordnung kleiner als der Durchmesser der Membran ist. Dadurch wird ein weiterer Vorteil erreicht, den die bisher bekannten Mcmhranmcßwrrkc nicht aufweisen. Diese zeigen durchweg eine Abhängigkeit des Meßergebnisses von der absoluten Größe des Druckes

■t.'i lies auf sie einwirkenden Mediums. Diese Abhängigkeil kommt dadurch zustande, daß die vom Druck des Mediums beaufschlagten Flächen beider Membranseiten untereinander nicht gleich groß sind und daß ein Differenz.druckmcmbranmeßwcik nicht '.igentlich eine Druckdifferenz, sondern eine Krattciifferenz mißt. Diese ist aber nur dann der Druckdifferenz proportional, wenn die Mcmbranseiten untereinander gleich groß sind. Die unen'ünschte Abhängigkeit de:; Meßergebnisses von der absoluten Höhe des beaufschlagenden Druckes ist demnach um so geringer, je weniger sich die vom Druck beaufschlagten Seilen der Membran in ihrer Größe voneinander unterscheiden. Bei der Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes mit Zugglied braucht die Größe der Mcmbranscitc, von welcher das Zugglied wegführt, nur geringfügig kleiner zu sein als die andere Membranseite, weil der nicht vom Druck beaufschlagte Querschnitt des Zuggliedes, des dieses umgebenden Röhrchens mitsamt der Stützwendel und des Zwischenraumes zwischen dem Röhrchen und dem Zugglied nur sehr klein ist.

Die Ausführungsform mit Zugglied kann im Bedarfsfälle in der Weise modifiziert werden, daß das

Zugglied, beispielsweise über cine KoIIc. in eine nicht senkrecht auf der Membranebeiic stehende Richtung umgelenkt wird.

Hin Problem bei der Abdichtung des ÜhcrtragiingM'.lie'.lcs sowohl durch das bekannte gummiclastische Röhrchen (deutsche Aiislegcschrifl 1 108 783) ills auch beim Erfindungsgegenstand besteht darin, das Röhrchen bei Bewegungen des Überlragungsghcdes davor zu bewahren, daß es von den Bcfcsligungsstellen an seinen Enden herunterrutscht. Dies kann einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung entsprechend dadurch vermieden werden, daß das Röhrchen und /oder die Stützwendel unter Druck vorspannung steht.

Übermäßige Druckvorspannung kann jedoch auch von Nachteil sein, wenn sich die Stülzwcndel dadurch krümmt, so daß es zu unerwünschter Berührung zwischen der Slützwendel und dem Übertragungsglied kommt. Eine derartige Berührung braucht zwar nicht unbedingt von großem Nachteil zu sein, da die sich berührenden Teile leicht aus Werkstoffen hergestellt werden können, die einen geringen Reibungsfaktor aufweisen. Sollte eine derartige Berührung dennoch unerwünscht sein, so kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung lediglich das Röhrchen unter Druckspannung, die Stützwcndel dagegen unter Zugspannung stehen. Die Stützwcndel kann dabei beispielsweise an einem Bund eines an der Membran befestigten Teiles einerseits und an einem Bund eines starr an einer Kammerwand befindlichen Teiles in der Weise befestigt sein, daß sie über ein auf den Bünden befindliches Gewinde geschoben ist.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mcmbranmcßwerkes. Das Mcmbranmeßwerk stellt ein Differenzdruckmeßwcrk dar, welches die Druckdifferenz zwischen dem Gesamtdruck vor einer Venturidüse 7 und dem statischen Druck an der engsten Stelle der Venturidüse? mißt. Es enthält eine Überdruckkammer 1, welche von einer Unterdruckkammer4 durch eine Membran 3 getrennt ist.

In der Unterdruckkammerwand 5 befindet sich die Venturidüse? mit einem Untcrdruckkanal6, welcher auf kürzestem Wege in die Unterdruckkammer 4 führt. Die Venturidüse? wird in Richtung des Pfeiles 8 von Wasser durchflossen. In Strömungsrichtung vor der Venturidüse? befindet sich ein Überdruckkanal 9, der in die Überdruckkammer 1 führt. Damit das in der Unterdruckkammerwand 5 enthaltene Stück des Überdruckkanals 9 mit dem in der Überdruckkamnierwand 2 enthaltenen Stück fluchtet, ist eine Führungsbuchse 11 vorgesehen, wobei die Abdichtung durch eine Überdruckkanaldichtung 10 erfolgt. In dem Maße, in welchem die Strömungsgeschwindigkeit des durch die Venturidüse 7 hindurchtretenden Wassers steigt, wird die Membran 3 nach unten gezogen.

Senkrecht auf der Membranebene steht ein als Zugglied 25 ausgebildetes Übertragungsglied, welches den Membranbewegungen folgt. Das Zugglied 25 ist durch ein gummielastisches Röhrchen 24 abgedichtet, dessen oberes Ende mittelbar über einen Dichtnippel 18 mit einem starr an der Überdruckkammerwand 2 befindlichen Teil, nämlich mit einem Rohr 23, verbunden ist. Das Rohr 23, das sozusagen als Verlängerung der Überdruckkammerwand 2 dient, ist in diese mit Hilfe einer Wanddichtung 15 dichtend eingefügt und wird durch einen (ireifring IC· gehalten. Durch eine Rolmliehtiing 19 ist das Rohr oben abgedichtet. Das untere linde des Riihichcns 24 ist mittelbar über einen Membrannippel 14 diehtend mit dem /.iigglicd 25 verbunden. Am Mcmhrannippcl 14 ist das Zugglied 25 angelötet. Is wird clinch ein das Rohr 23 umgebendes I-edersysiem nach oben gezogen. Da außerdem mit dem Membrannippel 14 eine Sicheriingsscheibc 13 verbunden

ίο ist, ist das Zugglied 25 kniflschlüssig mit der Membran 3 verbunden. Ein Teller 12 dient lediglich der gleichmäßigeren Verteilung des von der Sichcrimgsschcibe 13 ausgeübten Druckes auf die Membran 3. In dem Röhrchen 24 befindet sich eine Stützwendel 26, die dem Röhrchen 24 gegenüber dem auf dessen Außenseite einwirkenden Druck, welcher identisch mit dem Druck in der Überdruckkammer 1 ist. Druckfestigkeit verleiht. Durch den in der Überdruckkammer 1 wie auch im Rohr 23 auftretenden

ao Wasserdruck wird gleichzeitig das Röhrchen 24 an seinen Enden gegen den Hals des Membrannippels 14 bzw. gegen den Hals des Dichlnippcls 18 gedruckt, so daß kein Wasser in das Innere des Röhrchens 24 eindringen kann. Dennoch wird das Röhr-

»5 chen durch den von außen angreifenden Druck nicht zusammengedrückt, da es von innen durch die Stützwendcl 26 gestützt wird.

Wie ersichtlich, ist die lunge der Stützwendel 26 rund eine dezimale Größenordnung größer als die maximale Differenz zwischen den möglichen, entgegengesetzten Hüben der Membran 3, also als der Hubbereich der Membran 3. Das Röhrchen 24 und die Siützwendel 26 umgeben das Zugglied 25 in geringem Abstand.

Innerhalb der Überdruckkammer 1 ist diejenige Fläche, auf welche senkrecht zur Memnranebcnc stehende Druckanteile einwirken können, nur unwesentlich kleiner als die entsprechende Fläche innerhalb der Unterdruckkammer 4. Innerhalb der überdruckkammer 1 kann nur dort ein Druck auf die Membran 3 ausgeübt werden, wo das senkrecht auf der Membran stehende Röhrchen 24 und sein Innenraum eine kleine Teilfläche der Membran 3 abdeckt. Diese Teilfläche ist jedoch wegen der Ausbildung des

Übcrtragungsgliedcs als dünnes Zugglied 25 und wegen des geringen Durchmessers sowohl der Stützwendel 26 als auch des Röhrchens 24 sehr klein. Dadurch wird die unerwünschte Abhängigkeit dei Mcmbranauslenkung vom Gesamtdruck des durcr die Venturidüse? fließenden Wassers äußerst kleii gehalten.

Am oberen Ende des Zuggliedes 25 ist ein Teil 1' befestigt, welches ein Federsystem beaufschlagt. Die ses enthält eine innere Druckfeder 22, eine Hülse 2 und eine äußere Druckfeder 20. Das Federsystem is in der Ruhelage gezeichnet. Wird die Venturidüse nun von Wasser durchflossen, so wird das Zugglia 25 nach unten gezogen, wobei es das Teil 17 mit nimmt. Dadurch wird zunächst die äußere Druckfc der 20 zusammengedrückt, weil deren Federkra kleiner ist als die der Druckfeder 22, bis der unter Anschlag 21 α der Hülse 21 den Greifring 16 b( rührt. Wird durch die Membran 3 darüber hinaus Zi auf das Zugglied 25 ausgeübt, so muß nunmehr auc die innere Druckfeder 22 zusammengedrückt werdet damit sich das Zugglied 25, das Teil 17 und Teile d< inneren Druckfeder 22 weiter nach unten bewege können. Damit ist dafür gesorgt, daß das Fedcnv

■tem zweistufig ist, d. h daß seine Federkraft mit flachsendem, durch die Membran 3 auf das Zugglied IS ausgeübtem Zug stufenweise ansteigt. Das in der teichnung gezeigte Ausführungsbeispiel des Fedcrsy-•lems hat weiterhin den Vorteil, daß in jeder Stellung Ar. Zuggliedes 25 immer nur eine der Druckfedern ■ine Kraft auf das Zugglied 25 ausübt, so daß Federfcrafttoleranzen der beiden Druckfedern sich niemals addieren können.

In der Zeichnung nicht gezeigt ist ein einstellbarer Beipaß, der parallel zur Venturidüse 7 vorgesehen »ein kann und mit dessen Hilfe die Ansprechcharakteristik des Membranmeßwerkes justiert werden kann. Mit dieser Justagemöglichkeit können Federkrafttoleranzen ausgeglichen werden. Diese: sind auf andere Weise schwer ausgleichbar, da eine Verkürzung oder Verlängerung oder eine sonstige Änderung an den Druckfedern bei der gezeigten Länge derselben nur einen relativ kleinen Einfluß auf die Federkräfte derselben haben würde.

Das Zugglied 25 kann beispielsweise einen oder mehrere elektrische Schnappkontakte betätigen welche jedoch nicht dargestellt sind. Diese können um das Federsystem herum derart angeordnet sein, daß sie, in einem Schnitt senkrecht zur Zeichenebenc gesehen, nirgends über die Überdruckkammerwand 1 hinausragen.

Das beschriebene Membranmeßwerk kann bei spielsweise bei einem elektrischen Durchlauferhitzei als Differenzdruckmcßwerk Verwendung finden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Membranmeßwerk mit zwei durch eine Membran voneinander getrennten Kammern und einem der Membranbewegung folgenden, durch eine Kammerwand dichtend hindurchgeführten, senkrecht auf der Membranebene stehenden Übertragungsglied, das durch ein gummielastisches Röhrchen abgedichtet ist, dessen eines Ende mit einem starr an der genannten Kammerwand befindlichen Teil dichtend verbunden ist und dessen anderes Ende mittelbar oder unmittelbar dichtend mit dem Übertragungsglied verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem Röhrchen (24) eine mit sehr geringer Steigung gewickelte .Stützwendel (26) befindet, welche dem Röhrchen (24) gegenüber dem auf dessen Außenseite einwirkenden Druck Druckfestigkeit verleiht.

2. Membranmeßwerk nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, d;r', die Länge der Stützwendel (26) rund eine dezimale Größenordnung größer ist als der Hubbereich der Membran (3)" und daß das an der Kammerwand (2) befindliche, das eine Ende des Röhrchens (24) mittelbar haltende Teil ein das Röhrchen (24) umgebendes Ro;ir(23)isi.

3. Membraniiießwerk nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied ein dünnes Zugglied (25) ist und da" da.·. Röhrchen (24) mit der Stützwcndel (26) da> Zugglied (25) in geringem Abstand umgibt, so daß der Außendurchmesscr des Röhrchens (24) um rund eine dezimale Größenordnung kleiner als der Durchmesser der Membran (3) ist.

4. Membranmeßwerk nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrchen (24) und oder die Stützwendel (26) unter Druckvorspannung steht.

5. Membraniiießwerk nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrchen (24) unter Druck- und die Stützwendcl (26) unter Zugvorspannung steht.