DE2729644C2

DE2729644C2 - Druckwandler für Fluida

Info

Publication number: DE2729644C2
Application number: DE2729644A
Authority: DE
Inventors: Carlo Torino Alinari
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-02
Filing date: 1977-06-30
Publication date: 1983-12-29
Also published as: US4114458A; IT1071114B; JPS5821687B2; FR2356923A1; JPS5333675A; CH618010A5; FR2356923B1; DE2729644A1

Description

— daß die Meßdose (10) als Hohlkörper aus dünnwandigem flexiblem Kunststoff geformt ist,

— daß die Elastizitätskonstante des Balgs (12) gegenüber der des in der Meßdose (10) eingeschlossenen Gases vemachlässigbar klein ist, und

— daß die Meßdose (10) teilweise mit einer mit dem Gas unmischbaren, inkompressiblen Flüssigkeit (32) gefüllt ist.

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2. Druckwandler nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (32) Quecksilber ist.

3. Druckwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzek 'met, daß die Flüssigkeit (32) ein Mineralöl ist.

4. Druckwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdose (10) in einer der Stin,Kappen (14, 16) eine Bohrung (26) zur Einführung und/oder Entnahme der Flüssigkeit (32) besitzt, und daß diese Bohrung (26) mittels eines entfernbaren Stopfens (28) mit konischem Dorn verschlossen ist.

5. Druckwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (26) axial angeordnet ist.

6. Druckwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den beiden Stirnkappen (14,16) radiale Verstärkungsrippen (30) oder Verstärkungssicken geformt sind.

7. Druckwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas und die Flüssigkeit (32) innerhalb der Meßdose (10) im Ruhezustand Atmosphärendruck haben.

8. Druckwandler nach einem der vorhergehenden w Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdose{10)aus Polyethylen besteht.

9. Druckwandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Balgs (12) etwa 0,1 bis 0,2 mm beträgt. ö

Die Erfindung betrifft einen Druckwandler für Fluida w> gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Druckwandler ist aus der US-PS 45 259 bekannt. Dieser Druckwandler ist mit einer Meßdose ausgestattet, die aus Metall besteht und insgesamt etwa zylindrisch gestaltet ist, wobei der « Zylindermantel nach Art eines Balges mit Umfangsrippen geformt ist. Die innerhalb der Meßdose vorhandene Kammer ist wasserdicht abgeschlossen, so daß sie zur Ermittlung der Wassertiefe eintauchbar ist

Bei^pruckwandier dieser Art ist der Innenraum der Meßdöse häufig evakuiert Der zu messende Außendruck, der auf die Oberfläche der Meßdose einwirkt, drückt diese axial entgegen einer Rückstellkraft zusammen, wobei das Maß der axialen Kompression auf ein Anzeigeelement übertragen wird. Die Rückstellkraft wird entweder unmittelbar von der Elastizität des Balges oder von einer innerhalb der Meßdose angeordneten Feder aufgebracht

Die bekannten Druckwandler mit aus Metall bestehenden Meßdosen weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Einerseits ist eine metallische Meßdose teuer in der Herstellung, andererseits benötigt sie zum Teil aufwendige Federvorspannungseinrichtungen, um die gewünschte Charakteristik des Druckansprechverhaltens zu zeigen. Vor allem aber ist es bei den bekannten, aJs Balg ausgebildeten metallischen Druckmeßdosen sehr störend, daß durch die stets auftretende Hysterese des Ansprechverhahens Fehler auftreten, die sich durch eine entsprechende Korrektureichung nur schwer berücksichtigen lassen. Zudem ist es im allgemeinen wegen der unvermeidlichen Herstellungstoleranzen schwierig und aufwendig, die jeweilige gewünschte Druckempfindlichkeit, also den Meßbereich des Druckwandlers einzustellen.

Aus der DE-AS 11 53 219 ist bereits eine Druckdose bekannt, die eine Flüssigkeit enthält Diese Druckdose dient zur thermostatisch gesteuerten Dampfwasserableitung und ist daher völlig und ohne jeden Gaseinschluß mit der Flüssigkeit aufgefüllt.

Die US-PS 33 76 750 beschreibt ferner eine Druckmeßdose, die mit einer schlaffen Membran ausgerüstet ist.

Aus der DE-AS 17 98 094 ist überdies ein Flüssigkeitsstandanzeiger bekannt, der mit einer herkömmlich ausgestalteten Druckmeßdose aus Kunststoff ausgerüstet ist.

Die US-PS 39 37 063 beschreibt eine Dampfdruckmeßvorrichtung, die einen Behälter in Gestalt eines etwa zylindrischen Balges aufweist. Im Inneren dieses Balges ist die Flüssigkeit aufgenommen, deren Dampfdruck bestimmt werden soll. Bei einer Erwärmung des Balges verdampft die Flüssigkeit und dehnt das Balgvolumen aus, wobei die axiale Ausdehnung des Balges als Maß für den Dampfdruck gewertet wird.

Schließlich ist aus der Zeitschrift »Product Engineering« vom 26. Okt. 1964, Seilen 100 und 101, ein Balg aus Gummi bekannt, der mit Maßnahmen zur Beeinflussung seiner Steifigkeit bzw. Elastizitätskonstante, beispielsweise mit einer inneren Feder ausgestattet ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Druckwandler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung zu schaffen, dessen Ansprechempfiridlichkeit bei hoher Maßgenauigkeit sehr einfach einstellbar ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Der wesentliche Gedanke dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht also zunächst darin, die Kompressibilität des in der Druckmeßdose eingeschlossenen Gasvolumens als Rückstellkraft des Balges zu nutzen, wobei durch die Ausbildung des Balges aus einem sehr schlaff-elastischen, dünnwandigen Kunststoff der Einfluß der Elastizitätskonstante des Balges gegenüber den Kompressionseigenschaften des eingeschlossenen Luftvolumens praktisch vemachlässigbar ist. Zur einfachen Eichung des Ansprechverhaltens des Druckwandlers ist

zudem vorgesehen, das eingeschlossene Gasvoiiumen durch Einfüllen einer entsprechenden Menge an Flüssigkeit derart zu regulieren, daß die gewünschte Ansprechempfindlichkeit erzielt wird.

Der erfindungsgemäße Druckwandler weist gegenüber einem bekannten Druckwandler mit metallischem Balg den Vorteil auf, daß er praktisch keine Hysterese besitzt, da seine Funktion, d. h. seine Rückstellkraft, auf der Kompressibilität von Gasen beruht und nicht auf der Verformung von metallischen Werkstoffen. Es läßt sich somit eine verbesserte Genauigkeit erzielen.

Durch die Einstellung des Ansprechverhaltens mit einer Flüssigkeit innerhalb der Meßdose, ist es möglich, ein mit diesem Druckwandler ausgerüstetes Instrument zu eichen, bevor noch der Druckwandler in das Instrument eingebaut worden ist Dazu wird in die Meßdose, deren inneres Volumen im Ruhezustand bekannt ist, eine vorbestimmte Flüssigkeitsinenge eingebracht, und danach erst die Meßdose dicht verschlossen. Je größer das Verhältnis der in der Meßdose enthaltenen Flüssigkeitsmenge im Vergleich zu dem im Ruhezustand vorhandenen Innenvolumen ist, um so größer ist die Steifigkeit der Meßdose.

Damit die Volumenänderung des Gases in Abhängigkeit von der Druckänderung möglichst ausschließlich in eine axiale Verformung der Meßdose umgesetzt wird, ist es bevorzugt, die Stirnkappen der Meßdose sehr formsteif auszubilden. Zu diesem Zweck sind an den beiden Stirnkappen der Meßdose radiale Verstärkungsrippen oder Verstärkungssicken geformt

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des Druckwandlers;

Fig.2 einen Axialschnitt des Druckwandlers der Fig. 1;

F i g. 3 eine tei'weise geschnittene Seitenansicht eines Manometers, das sich insbesondere zur Messung des Drucks von Fahrzeugreifen eignet; und

Fig.4 eine schematische Darstellung eines Instrumentes zur Druckmessung mit Verstärkung der Anzeige.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Ansführungsform des Druckwandlers besteht aus einer dicht verschlossenen Meßdose 10 aus Kunststoffmateria!, beispielsweise Polyethylen. Die Meßdose 10 umfaßt im wesentlichen einen als Balg 12 ausgebildeten äußeren Mantel, sowie zwei einander gegenüberliegende Stirnkappen 14 und 16. An diesen beiden Stirnkappen befinden sich Endstücke t8 und 20. die axial aus deren mittlerem Bereich herausragen. Jede der Stirnkappen besitzt eine in Umfangsrichtung verlaufende Kehle 22 bzw. 24. Eines der beiden Endstücke 18, 20 dient zur Befestigung der betreffenden Stirnkappe an einem Träger. Das andere dient zur direkten oder indirekten Verbindung der betreffenden Stirnkappe mit einem Zeiger oder einem ähnlichen Anzeigeelement 52, 70, so daß diesem Anzeigeelement die axiale Konstruktion?= oder Expansionsbewegung der Meßdose 10 übertragen wird, die sich infolge von Druckänderungen in der die Meßdose umgebenden Flüssigkeit einstellt. Bei der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform befindet sich in dem Endstück 20 eine axiale Bohrung 26. Da die Meßdose 10 beispielsweise durch (ormblasen eines von einem Hohlkörper gebildeten Rohlings aus Polyethylen oder einem anderen Kunststoffmaterial in einer

entsprechenden Form hergestellt wird, wird die Bohrung 26 v&n der Eintrittsmündung der Spritzdüse gebildet Um die Meßdose 10 als Druckwandler verwenden zu können, muß sie dicht verschlossen werden. Zu diesem Zweck wird die Bohrung 26 hermetisch abgedichtet Im Unterschied zu den herkömmlichen, aus Metall bestehenden balgförmigen Meßdosen, wird die Meßdose dieser Ausführungsform nicht evakuiert, bevor die Bohrung 26 abgedichtet wird. Das bedeutet, daß die Bohrung 26 im Regelfall dann abgedichtet wird, wenn sich die Meßdose im Ruhezustand befindet und'ihre als Balg ausgebildete Mantelfläche diejenige Gestalt besitzt, in der sie geformt wurde, und daß sich in ihrem Innenraum Luft (oder ein anderes Gas) mit Atmosphärendruck befindet Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, im Innenraum der Meßdose 10 vor dem hermetischen Verschließen einen überatmosphärischen Druck zu erzeugen. Das Verschließen der Bohrung 26 icann durch Warmschweißen erfolgen. Vorzugsweise wird jedoch die Bohrtug 26 dadurch abgedichtet, daß in sie ein Stopfen 28 mit konischem Dorn eingeführt wird. Die durch einen derartigen Stopfen erzielte Abdichtung wird beim Betrieb der Meßdose 10 als Druckwandler nicht beeinträchtigt, da die Meßdose zur Messung positiver Drücke dient und diese dazu neigen, den Stopfen 28 fester in die Bohrung 26 hineinzutreiben.

Beim Gebrauch verhält sich die in der Meßdose 10 enthaltene Luft bzw. das eingeschlossene Gas . im wesentlichen nach dem Gesetz von Boyle, d. h., daß sich das Volumen des Innenraums der Meßdose 10 wegen des als Balg 12 ausgebildeten Mantels im wesentlichen umgekehrt proportional zum Druck ändert Diese Beziehung ist um so genauer erfüllt, je dünner die Wand des Balgs 10 ist, bzw. je mehr die Elastizitätskonstante des Balgs in bezug auf die des in der Meßdose eingeschlossenen Gases vernachlässigt werden kann. Für eine Meßdose aus Polyethylen mit einem mittleren Manteldurchmesser von etwa 10 bis 15 mm liegt die geeignete Wandstärke des Balgs 12 in der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 mm. Durch die Ausbildung des Balges wirken sich Änderungen des Volumens der Meßdose im wesentlichen als Änderungen ihrer axialen Länge zwischen den Endstücken 18 und 20 aus. Dies bedeutet, daß die Länge der Meßdose dem Druck umgekehrt proportional ist. Damit diese Bedingung so weit wie möglich angenähert wird, besitzen die beiden Stirnkappen 14 und 16 des Balgs eine erhöhte Steifigkeit. Zu diesem Zweck werden bei der Ausformung der Meßdose in dnn beiden Stirnkappen 14 und 16 radiale Rippen 30 geformt.

Um die gewünschte Eichu.ig der Meßdose 10 bzw. ein gewü^sch.es Verhältnis zwischen ihrer Länge und dem außen herrschenden Druck zu erzielen, kann durch dip Bohrung 26 eine vorbesiimmte Menge Flüssigkeit in den Innenraum eingeführt werden, bevor diese Bohrung durch Warmschweißen bzw. durch den dornartigen Stopfen 28 verschlossen wird. Es findet eine Flüssigkeit Verwendung, die inkompressibel ist und sich so wenig wie möglich mit Luft bzw. dem eingeschlossenen Gas vermischt Die Flüssigkeit, die in der F i g. 2 mit Jem Bezugszeichen 32 bezeichnet ist, besteht aus Quecksilber oder einem Mineralöl. Das Verschließen der Bohrung 26 durch cin^n herausnehmbaren Stopfen bringt den Vorteil mit sieh, daß die Flüssigkeit 32 nicht nur in den Innenraum eingebracht werden kann, sondern zum Zwecke einer nachträglichen Korrektur der Eichung auch wieder ganz oder teilweise cntnom-

men werden kann.

Die Fig. 3 zeigt ein einfach aufgebautes Instrument, das zur Messung des Druckes in Fahrzeugreifen verwendet wird. Es besteht aus einem röhrenförmigen festen Gehäuse 40, dessen in der Zeichnung rechtes Ende mit einem Schraubstopfen 42 dicht verschlossen ist, während das andere Ende als Stutzen 44 mit einer Öffnung 46 geformt ist. Über die Öffnung 46 steht der Innenraum des Gehäuses 40 mit der Umgebung in Verbindung, deren Druck gemessen werden soll. Die Öffnung 46 kann mit dem Ventil eines Fahrzeugreifens verbunden werden. Im Inneren des Gehäuses 40 ist eine Meßdose 10 entsprechend der Ausbildung der Fig. I und 2 angeordnet. Sie erstreckt sich über den größten Teil der axialen Länge des Gehäuses. Die beiden Endstücke 18 bzw. 20 der Meßdose 10 sind in der gleichen Weise ausgebildet, wie in den Fig. 1 und 2

Umfangsrichtung verlaufenden Kehlen 22 bzw. 24 ausgestattet. Mit der Kehle 22 steht ein gabelförmiger Ansatz 48 oder ein ähnliches Verbindungselement im Eingriff, das an dem Schraubstopfen 42 befestigt ist. Die Kehle 24 steht hingegen mit einer geschlitzten Scheibe 50 im Eingriff, die auf ihrer Umfangsfläche eine Markierungslinie oder ein. anderes Symbol 52 trägt, welches als Zeiger dient. Die Mantelfläche des Gehäuses 40 ist wenigstens in einem Teilbereich transparent und besitzt eine Skala 54, die beispielsweise in kg/cm² geeicht ist.

Der durch die Öffnung 46 in das Gehäuse 40 eingeführte Druck wirkt auf die Meßdose 10 ein, so daß sie sich in axialer Richtung zusammenzieht, wodurch sich der Zeiger 52 entlang der Skala 54 verschiebt. Wenn die Meßdose 10 in der oben beschriebenen Weise korrekt geeicht worden ist, kann der Druck auf der Skala 54 mit einer Genauigkeit abgelesen werden, die für den vorgesehenen Anwendungsbereich eines derartigen Instruments, also insbesondere für die Druckmessung bei Fahrzeugreifen, völlig ausreicht.

Die Fig.4 zeigt schematisch ein Instrument zui Druckmessung mit Anzeigeverstärkung. Eine Meßdose 10, die in gleicher Weise ausgebildet ist wie in den F i g. 1 und 2 gezeigt, ist durch eine vorbestimmte Flüssigkeitsmenge 32 geeicht. Eines ihrer Endstücke — nämlich das Endstück 18 — ist mit einem beweglichen Rahmenstück 60 verbunden, während das andere Endstück 20 ar einem Träger befestigt ist, der in seiner Gesamtheit mil 62 bezeichnet ist. Das Rahmenstück 60 ist in dem Traget 62 derart geführt, daß es in axialer Richtung der Meßdose 10 verschiebbar ist. Diese Richtung ist durch den Doppelpfeil Fangegeben. Das Rahmenstück 60 isl mit einer Zahnstange 64 versehen, die parallel zur det Richtung F verläuft und mit einem kleinen Zahnrad 6€ kämmt, das auf einer Welle 68 angebracht ist. Die Welle 68 ist in dem Träger 62 drehbar gelagert. Auf der Welle 68 ist außerdem ein Anzeigeelement in Form eine; Zeigers 70 angebracht, de *·«* ^vnr einem (nichi dargestellten) Skalenblatt befindet, dessen Skala in der gewünschten Maßeinheiten geeicht ist. Der Träger 62 kann zusammen mit den ihm zugeordneten Teiler entweder in einem Gehäuse untergebracht sein odei selbst ein solches Gehäuse bilden, das hermetisel· abgeschlossen und mit Verbindungsmitteln versehen ist über die es mit einem Umgebungsraum verbunden ist dessen Druck gemessen werden soll. Diese Verbin dung« iiuel bestehen beispielsweise aus einem (nichi dargestellten) Stutzen.

Die axiale Bewegung des Endstücks 18 der Meßdose 10 in Richtung des Pfeiles F, die durch die Änderung de; zu messenden Druckes hervorgerufen wird, wird in eine entsprechende Winkelbewegung des Zeigers 70 ir Richtung des gekrümmten Doppelpfeils übersetzt Durch geeignete Wahl der Zahnteilung der Zahnstangc 64 und des Zahnrades 66 erhält man entlang der Skali eine Zeigerbewegung, die im Vergleich zu der axialer Bewegung des Endstückes 18 in dem gewünschter Ausmaß verstärkt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Druckwandler für Fluida aus einer ein Gas enthaltenden, dicht verschlossenen Meßdose (10) mit einem als Balg (12) ausgebildeten Mantel, der an seinen Enden mit jeweils einer Stirnkappe (14, 16) verschlossen ist, wobei die eine Stirnkappe (16) zur Anbringung an einem Träger ausgebildet ist und die andere Stirnkappe (14) zur Kopplung mit einem die durch eine Druckänderung des die Meßdose (10) umgebenden Fluids hervorgerufene Expansion bzw. Kontraktion des Balgs (12) anzeigenden Anzeigeelements (52;70), dadurch gekennzeichnet,