DE2511658A1 - Messinstrument - Google Patents
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Description
Meftinstrument
Die Erfindung betrifft ein Meßinstrument mit stehenbleibender
Meßwertanzeige, welches einen bei Betätigung den Meßvorgang einleitenden Drücker, der seinerseits ein bewegbares Teil mit
einem zur Betätigung des Drückers vorgesehenen durchsichtigen Betätigungskörper aufweist, und eine Anzeigeeinrichtung aufweist,
die durch den durchsichtigen Betätigungskörper hindurch ablesbar ist.
Es sind Drucktastenschalter bekannt, die zugleich Anzeigeeinrichtungen,
z.B. Anzeigeleuchten darstellen, um ihre Schaltstellung (Ein oder Aus) anzuzeigen. Gegenüber der Verwendung getrennter
Anzeigeleuchten bieten sie Vorteile hinsichtlich der Platzersparnis (vorteilhaft bei Steuertafeln oder bei Anordnung auf Werkzeugen)
, hinsichtlich der Sicherheit (die Anzeige entspricht eindeutig der eingestellten Schältstellung) und hinsichtlich der
Kosten (sowohl Fabrikationskosten als auch Montagekosten).
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2511858
In Fabrikationsanlagen werden oft Meßinstrumente verwendet, mit
denen in zeitlichen Abständen Messungen durchgeführt werden, wobei
die Messung durch Betätigung eines Schalterss etwa eines Drucktastenschalters
eingeleitet. Bisher sind diese Schalter und die Meßinstrumente voneinander getrennt, so daß sie viel Platz erfordern.
Durch die Erfindung soll daher ein Meßinstrument geschaffen werden,
das in das bewegbare Teil eines Drückers eingebaut ist und bei Betätigung des Drückers in Betrieb gesetzt wird.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anzeigeeinrichtung
das Meßinstrumentes auf dem bewegbaren durchsichtigen
Betätigungskörper so angeordnet ist, daß sie bei Betätigung des Drückers zusammen mit dem Betätigungskörper bewegt wird. Das erfindungsgemätöe
Meßinstrument hat somit die Form eines Drückers, in den die Anzeigeeinrichtung eines Meßinstrumentes eingebaut ist.
Vorzugsweise wird das Maßinstrument durch Eindrücken des Drückers
betätigt. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Anzeigeeinrichtung von dem bewegbaren Teil des
Drückers getragen ist. Dies bietet den Vorteil, daß die Anzeigeeinrichtung unabhängig von der Stellung des bewegbaren Teiles
(eingedrückt oder nicht eingedrückt) gleichermaßen leicht abgelesen werden kann. Das bewegbare Teil des Drückers weist im
wesentlichen sinen durchsichtigen Betätigungskörper auf, der nach Anbringung des Meßinstrumentes oft das einzig sichtbare Teil
desselben ist. Unmittelbar hinter diesem durchsichtigen Betäti-
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gungskorper ist die Anzeigeeinrichtung angeordnet. Damit ist sie
vor Stoßen und Verschmutzung geschützt.
Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel eines erfindungsgemäßen
'iiveaumessers erläutert. Dieser weist insbesondere eine optische
Hinrichtung zum Ablesen des Meßwertes auf, welche einen Teil der Erfindung darstellt.
Lieser Hiveaumesser ermittelt den Pegel einer in einem Behälter
befindlichen Flüssigkeit. Seine bekannte Arbeitsweise beruht auf der Messung des hydrostatischen Druckes, der von der über dem
Ende eines flexiblen oder starren Rohres stehenden Flüssigkeitssäule erzeugt wird, wobei der hydrostatische Druck durch das
Rohr pneumatisch auf ein zum Ablesen des Druckes verwendetes Manometer gegeben wird. Reicht das Ende dieses Rohres bis zum
tiefsten Punkt des Behälters, so ist der am Manometer abgelesene Druck proportional zum Pegel der im Behälter befindlichen Flüssigkeit.
Der erfindune.sgemäße Niveaumesser weist koaxial angeordnete Teile
auf und hat ein auch als Anzeige bezeichenbares bewegbares Teil, das als Drücker zum Betätigen einer Strömungsmittelpumpe dient,
mit welcher das den hydrostatischen Druck zum Manometer übermittelnde Rohr mit Gas gefüllt werden kann.
Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser
zeigen:
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Figur 1 einen seitlichen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Niveaumesser1;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung; und
Figur 3 einen Längsschnitt durch die in Figur 2 dargestellte Anzeigeeinrichtung.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Niveaumesser bildet ein aus durchsichtigem
Material hergestellter Drücker 1 zusammen mit zwei Teilen 2 und 3 einen Kolben, der in einem Gehäuse 4 verschiebbar ist.
Der Kolben ist durch eine Feder 6 nach oben vorgespannt. Seine Bewegung nach oben ist durch einen ringförmigen Anschlag 17 begrenzt.
Der Drücker 1 und die Teile 2 und 3 können auch als einstückiges Teil ausgebildet sein.
Das Teil 3 ist in Bohrungen 5 und 7,sei es unter geringem Spiel,
sei es unter Verwendung von Dichtringen geführt. Das Teil 3 ist mit einem Rohr 24 verbunden, das vorzugsweise flexibel ist und
einen geringen Durchmesser aufweist. Das Rohr 24 verbindet den Niveaumesser mit einem Behälter 25, in dem Messungen durchgeführt
werden sollen. Dabei taucht das Rohr 24 soweit in den Behälter 25 ein, daß ein offenes Ende 26 desselben in unmittelbarer Nähe
des unteren Bodens des Behälters 25 liegt.
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Eine aus dünnem Metall oder» einem Elastomer gefertigte flexible
Membran 12 ist Strömungsmitteldicht zwischen die Teile 2 und 3
eingeklemmt. Sie begrenzt eine Druckkammer 2o. Falls erforderlich, ist die Membran 12, wie dargestellt, durch einen Stutzen 23 geführt.
Der Stutzen 23 weist radiale Bohrungen 22 auf, über die die Druckkammer 2o mit dem Rohr 2H in Verbindung steht.
Das Teil 3 bildet zusammen mit dem Gehäuse 4 zugleich eine
Pumpen
Strömungsmittelpumpe 19. Deren kammer steht über eine Einlaßöffnung
8 mit der Umgebung und über eine Auslaßöffnung 9 mit der Druckkammer 2o in Verbindung. Die Einlaßöffnung 8 ist durch
eine in der Pumpenkammer angeordnete Ventilklappe Io verschließbar,
während die Auslaßöffnung 9 durch eine in der Druckkammer angeordnete Ventilkappe 11 verschließbar ist. Die Druckkammer 2o
dient zur Messung des hydrostatischen Druckes. Die Oberseite der Membran 12 ist einer Referenzdruckkammer 21 zugewandt, die über
eine Bohrung 18 mit der Umgebung in Strömungsmittelverbindung steht. Die Membran 12 trägt ferner eine Anzeigeeinrichtung 13 und
ist durch eine schwache Meßfeder 15 in ihre Ruhelage vorgespannt.
In der Ruhestellung des Meßinstrumentes ist die Pumpenkammer der Pumpe 19, die Druckkammer 2o und die Referenzdruckkammer 21 mit
unter atmosphärischem Druck stehender Luft gefüllt. Die beiden Seiten der die Druckkammer 2o von der Referenzdruckkammer 21 trennenden
Membran 12 werden mit dem gleichen Druck beaufschlagt, und
die Meßfeder 15 ist entspannt. Wird auf dia Oberseite des Drückers 1 eine dieser, nach unten bewegende Kraft ausgeübt, so wird diese
über das Teil 2 ' auf d<*:~ Teil 3 (dieses stellt den Kolben der
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Pumpe 19 dar) weitergegeben. Dadurch wird die Feder 6 zusammengedrückt
und die Pumpenkammer der Pumpe 19 unter Komprimieren des in ihr befindlichen Gases verkleinert. Damit wird die Ventilklappe
Io auf die Einlaßöffnung 8 aufgedrückt. Infolgedessen
wächst der Druck in der Pumpenkammer der Pumpe 19. Über die Auslaßöffnung 9 wird die Ventilklappe 11 mit diesem erhöhten Druck
beaufschlagt und hebt von der Auslaßöffnung 9 ab. Damit wird die in der Pumpenkammer der Pumpe 19 eingeschlossene Luft an die
Druckkammer 2o weitergegeben. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die Volumina der Druckkammer 2o und des Rohres 24 deutlich
kleiner als das Volumen der Pumpenkammer.
Mit Anwachsen des Druckes in der Druckkammer 2o gelangt Luft über die radialen Bohrungen 22 und den Stutzen 2 3 in das Rohr 24. Aus
diesem wird die in ihm befindliche Flüssigkeit herausgedrückt, und der dann im Rohr 21 und der Druckkammer 2o herrschende Druck
ist gleich dem Druck der Umgebung (Atmosphärendruck) zuzüglich des im Behälter 25 beim offenen Ende 26 des Rohres 24 herrschenden
hydrostatischen Druckes. Der Drücker 1 wird nun losgelassen, und die Feder 5 bringt das den Kolben der Strömungsmittelpumpe
19 darstellende Teil 3 wieder in die obere Stellung zurück. Hierbei entsteht in der Pumpenkammer der Strömungsmittelpumpe 19 ein
Druckabfall, wodurch die Ventilklappe 11 auf die Auslaßöffnung 9 aufgedrückt und die Ventilklappe Io geöffnet wird. Damit kann
durch die Einlaßöffnung 6 wieder Luft aus der Umgebung in die
Pumpenkanoaer der Strömungsmittelpumpe 19 strömen. Die Druckkammer
2ο ist nunmehr geschlossens und das in ihr befindliche Gas steht
nsr ncch unter dem an? Ende 26 das Rohres 24 herrschenden
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hydrostatischen Druck. Die Membran 12 ist daher einem Druckunterschied
ausgesetzt; dabei ist der in der Druckkammer 2o herrschende Druck so viel größer wie der in der Referenzdruckkammer 21
herrschende Druck wie dies der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Behälter 25 über dem offenen Ende 26 des Rohres 24 entspricht.
Unter Mitwirkung der Meßfeder 15 stellt sich folglich eine Gleichgewichtslage
der Membran 12 ein. Die bewegliche Anzeigeeinrichtung 13 wird damit von unten nach oben bewegt, wobei sie eine feststehende
BezufTseinrichtung I1+ gemäß dem in der Druckkammer 2o
herrschenden Druck mehr oder weniger überdeckt.
Der Drücker 1 ist aus durchsichtigem, eingefärbtem oder nicht eingefärbtem
Material gefertigt, seine Oberflächen sind poliert. Auf der innenliegenden Oberfläche des Drückers 1 sind kegelstumpfförmige
Erhebungen 4 2 ausgebildet, wobei der halbe öffnungswinkel 45° ist. Stattdessen können auch übereinander angeordnete
Pyramidenstümpfe mit vieleckiger Grundfläche verwendet werden, wobei der öffnungswinkel der Pyramiden wiederum 9o° ist. Ist
der Brechungsindex des Materiales, aus dem der Drücker 1 hergestellt ist, größer als 1,U14, so wird jeder in dem festen Drücker
1 parallel zur Achse der Pyramidenstümpfe oder der Kegelstümpfe
laufende Lichtstrahl durch deren Wände totaljreflektiert (Prisma
mit Totalreflexion).Er setzt dann seinen Weg in zur Achse der
Kegelstümpfe senkrechter Richtung fort. Der Lichtweg ist wie bekannt umkehrbar.
Steht die obere äußere Oberfläche des Drückers 1 senkrecht auf
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der Achse der Pyramiden- oder Kegelstümpfe, so läuft ein aus dem
Drücker 1 austretender Strahl parallel zur Achse des Drückers (diese ist zugleich die gemeinsame Achse der Pyramiden- oder
Kegelstumpfe)weiter.
Sieht man in Richtung der Drückerachse auf den Niveaumesser, so
erscheint die bewegliche Anzeigeeinrichtung 13 infolge der Totalreflexion in Form von Bändern oder in Form konzentrischer Ringe.
Haben die bewegliche Anzeigeeinrichtung und die feststehende
ßezugseinrichtung IU im Kontrast sehr unterschiedliche Farben,
ist z.B. die bewegliche Anzeigeeinrichtung phosphoreszierend gelb und die feststehende Bezugseinrichtung matt schwarz, so erscheinen
die Wandflächen der Pyramiden- oder Kegelstümpfe in der Farbe des ihnen jeweils gegenüberliegenden Teiles der durch die feststehende
Bezugseinrichtung und die bewegliche Anzeigeeinrichtung gebildeten Meßwertanzeige. Je stärker die bewegliche Anzeigeeinrichtung
13 die feststehende Bezugseinrichtung 14 abdeckt, desto größer ist die Zahl der in gelber Farbe erscheinenden Wandflächen
von Pyramiden- oder Kegelstümpfen. Im Falle von Kegelstümpfen erfolgt die Anzeige somit in Form von gelben Kreisen,
die sich von einem schwarzen Grund abheben.
Die auBenliegende zur Betätigung dienende Oberfläche des Drückers
1 kann natürlich auch gewölbt sein, so daß eine das oben beschriebene optische Bild vergrößernde Linse erhalten wird.
Die in den Figuren 2 und 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung
unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten nur in
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den oberhalb der Membran 12 liegenden Teilen. Nur diese sind in
Figur 2 dargestellt.
Auf dem flachen Abschnitt der Membran 12 ruht eine Platine 33 auf welche eine Meßfeder 34 einwirkt. Die letztere ist durch Warzen
35 und 36 positioniert. Die Platine 33 weist ferner zwei Zungen 37 und 38 auf. Das von der Platine 33 entfernte Ende der Zunge
ist mit dem Drücker 1 verbunden, von dem in Figur 2 nur die Bohrung
dargestellt ist. Die Zunge 37 kann um eine Achse 39 gedreht werden, die durch überstehende Zapfen der Zunge 37 verläuft. Damit
kann die durch die Zungen 37 und 38 und die Platine 33 gebildete Einheit um die Achse 39 geschwenkt werden. Die Zunge 38 trägt
eine eingekerbte Anschlaglasche 32. Eine um eine Achse 28 drehbare Welle trägt einen Zeiger 27, der unter geringem Spiel um diese
seine Achse 28 drehbar ist. Der Zeiger 27 ist mit einem Hebel 4o versehen, auf dem eine eingekerbte Anschlaglasche 2 9 ausgebildet
ist, die der Anschlaglasche 32 gegenüberliegt. Ober die Kerben der beiden Anschlaglaschen ist, wie Figur 2 zeigt, ein
Gummi 31 gespannt. Zugleich ist zwischen die Anschlaglaschen ein schrägstehender Lagerstift 3o eingeklemmt. Dieser weist an seinen
beiden Enden konische Spitzen auf, die in Vertiefungen der Anschlaglaschen gelagert sind. Damit wird zwischen diesen Vertiefungen
der Anschlaglaschen 29 und 32 ein gleichbleibender Abstand aufrechterhalten. Unter dem in der Druckkammer 2o herrschenden Druck
wird die Platine und die Anschlaglasche 32 angehoben, wobei sie um die Achse 33 gedreht werden. Hierdurch wird die Anschlaglasche
29 urrt die Achse 28 gedreht, da der Abstand zwischen der Vertiefung
in der Anschlaglasche 29 und der Vertiefung in der Anschlaglasche
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32 gleichbleiben muß, nämlich gleich der· Länge· des Lagerstiftes
3o. Bei dieser Auslenkung wird der Zeiger 27 um einen gewissen Winkel gedreht. Der Lagerstift 3o kann auch durch ein aus
elastomerem Material gefertigtes Teil ersetzt werden, welches flexibel ist, jedoch konstante Länge hat.
Anstelle der beiden Anschlaglaschen und des zwischen sie eingesetzten
Lagerstiftes können auch andere geeignete Einrichtungen verwendet werden, welche eine geradlinige Bewegung in eine Drehbewegung
um eine Drehachse umsetzen, welche parallel zur Richtung der geradlinigen Bewegung verläuft.
Der Ausschlag des Zeigers 27 wird auf einer Skala 41 abgelesen, die
in den Drücker 1 eingraviert sein kann.
Das Ablesen wird durch die gewölbte Oberfläche des Drückers 1 erleichert
(vergrößernde Lupe).
In Figur 3 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Niveaumessers dargestellt. Der dort dargestellte Niveaumesser weist zusätzlich zu dem durch das Teil 3 gebildeten
schon beschriebenen Kolben der Strömungsmittelpumpe, durch den bei Betätigung des Drückers 1 das zum Messen des Flüssigkeitsstandes verwendete Rohr 24 von der in ihm befindlichen Flüssigkeit
geleer-t wird, eine zweite Pumpe/auf, die bei dem durch die Feder
6 bewirkten Wiederanheben des Drückers 1 arbeitet. Dieses Zurückbewegen des Drückers in die angehobene Lage wird durch eine sehr
kleine Bohrung 5 2 verzögert. Damit kann bei diesem langsamen Wie-
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deranheben des Drückers durch dieselbe Bohrung 52 eine sehr kleine
Luftmensre in das zur Messung verwendete Rohr 24· eingeführt werden,
v/odurch eventuelle Leckverluste ausgeglichen werden, die insbesondere
bei der Ventilklappe 11 auftreten können. Damit kann eine on'äT'e Anzeige erbauten werden.
ie ^ohrunc S 2 der /.weiten Pu'npe bl führt bei der Betätigung des
'r'Ickers 1 nicht ;"i rinem merklichen Strömungsmittel verlust, welrher
die anf *iT-*T 1 i clip Leerung des Rohres ?H durch den durch das
1Pi] 3 roM l ir^tfMi Kolben behindern könnte, da die Bohrunn 52 sehr
1I ei rinn Durchmesser aufweist.
Die Ablespeipenschaften der in den Drücker eingebauten Anzeige
können, falls erwünscht, durch eine im Innern vorgesehene Beleuch tung und eine Verspiegelung der Kegel- oder Pyramidenstümpfe noch
verbessert werden. Es versteht sich, daß anstelle der Ventilklap- OSi Io und 11 auch andere Ventile verwendet werden können. Auch
die Membran 12 kann anders ausgebildet sein als die in den Zeichnungen dargestellte Membran.
Die obenstehend beschriebenen Einrichtungen eignen sich gut zur Miniaturisierung. Ein erfindungsgemäßer Drücker mit eingebauter
Meßwertanzeige kann z.B. einen Gesamtdurchmesser von weniger als
3o mm aufweisen und trotzdem eine für die meisten industriellen Anwendungsfälle ausreichende Ablesefläche haben.
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Claims (10)
1.!Meßinstrument stehenbleibender Meßwertanzeige, welches einen
bei Betätigung den Meßvorgang einleitenden Drücker, der seinerseits ein bewegbares Teil mit einem zur Betätigung des Drückers
vorgesehenen Betätigungskörper aufweist, und eine Anzeigeeinrichtung aufweist, die durch den durchsichtigen Betätigungskörper hindurch ablesbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
27)
Anzeigeeinrichtung (13, des Meßinstrumentes auf dem bewegbaren durchsichtigen Betätigungskörper (1) so angeordnet ist, daß sie bei Betätigung des Drückers zusammen mit dem Betätigungskörper (1) bewegt wird.
Anzeigeeinrichtung (13, des Meßinstrumentes auf dem bewegbaren durchsichtigen Betätigungskörper (1) so angeordnet ist, daß sie bei Betätigung des Drückers zusammen mit dem Betätigungskörper (1) bewegt wird.
2. Meßinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
nicht zum Betätigen dienende Oberfläche des durchsichtigen Betätigungskörpers 1 eine geneigte Reflexionsfläche (H2) und
eine zur Bewegungsrichtung des Drückers parallele Fläche (14)
aufweist, wobei die Anzeigeeinrichtung (13) längs dieser zur Bewegungsrichtung des Drückers parallelen Fläche (14) derart
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gleitend angeordnet ist, daß die Stellung eines Endes der Anzeigeeinrichtung
(13) durch die zur Betätipung dienende Fläche des Betätigungskörpers abgelesen werden kann, wenn auf den
Betätigungskörper (1) keine Kraft mehr ausgeübt wird.
3. Meßinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durchsichtige Betätigungskörper eine Aufeinanderfolge schräger
Flächen (42) aufweist, die durch senkrecht zur Bewegungsrichtung des Drückers angeordnete Absätze (43) getrennt sind, so
daß die Stellung der Anzeigeeinrichtung (13) über die der schiefen Oberflächen (H2) abgelesen werden kann, in der sich das
Ende der Anzeigeeinrichtung (13) spiegelt.
h. Meßinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anzeigeeinrichtung durch einen Zeiger (27) gebildet ist, der um eine zur Bewegungsrichtung des Drückers parallele Achse (28)
drehbar ist.
δ. Meßinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durchsichtige Betätigungskörper eine eine
Linse bildende Oberfläche aufweist, durch welche das Bild der , Anzeigeeinrichtung (13,27) vergrößert wird. :
6. Meßinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß es eine Druckanzeigekammer (2o) veränderlichen
Volumens- aufweist, welche am Drücker (1) fest angebracht ist.
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BAD ORIGINAL
BAD ORIGINAL
- ι1+ -
7. Meßinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Strömungsmittelpumpe (19) aufweist, die durch die
Bewegung des Drückers betätigt wird und gleichzeitig ein Gas in die Druckanzeigekammer (2o) mit veränderlichem Volumen
und in ein Rohr (24·) drückt, das in einen Flüssigkeitsbehälter
(25) eingeführt ist und in die Flüssigkeit eintaucht, wodurch der Pegel dieser Flüssigkeit durch Anzeige des sich
aus dieser Saszuführung ergebenden Druckes gemessen werden kann,
8. Meßinstrument nach Anspruch 75 gekennzeichnet durch ein
Rückschlagventil (H)5 das die Verbindung zwischen der Druckanzeigekammer
(2o) veränderlichen Volumens und der Strömungsmittelpumpe
(19) unterbricht; wenn auf die der Betätigung; dienende Fläche des Drückers keine Kraft mehr ausgeübt wird.
9. Meßinstrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
es eine zweite Piimpe (51) aufweist, die über eine sehr kleine
öffnung (5 2) mit der Druekanzsigekammer (2c) veränderlichen
Volumens und mit dem in die Flüssigkeit eintauchenden Rohr
(2h) in Verbindung steht und durch die Kraft einer Rückstellfeder (6) betätigt wird, v/enn auf die dar Betätigung dienende
Fläche des Drückers keine Kraft mehr ausgeübt wird., und die zum Ausgleich möglicher- Strömungsmittel Verluste beim
Rückschlagventil (11) dient.
10. Meßinstrument nach einem o.ei- Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß seine Bauteile koaxial angeordnet sind.
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BADORlGfNAL
BADORlGfNAL
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8141 | Disposal/no request for examination |