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Manometer mit Bourdonfedermessglied
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r Die Erfindung betrifft ein Manometer mit Bourdonfedermess-.glied,
dessen Gesamtmessbereich in zwei Druckmessbereiche mit unterschiedlicher Charakteristik
unterteilt ist, mit einem im Auslenkbereich des Bourdonfedermessglieds angeordneten
Anschlagelement.
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Bei einem derartigen bekannten Manometer wird die Federkonstante des
Bourdonfedermessglieds dadurch geändert, dass beim Überschreiten eines vorgegebenen
unteren Druckmessbereichs das Bourdonfedermessglied gegen das Anschlagelement stösst,
so dass ein Teilstück der Gesamtlänge des Bourdonfedermessglieds zwischen dem Ende,
an dem das Bourdonfedermessglied ortsfest in dem Manometer angeordnet ist und dem
Anschlag bei einer weiteren Druckerhöhungilir die Auslenkung des Zeigers unwirksam
wird. In dem letztgenannten Fall bewirkt nur noch der Abschnitt der Gesamtlänge
des Bourdonfedermessglieds,das über das Anschlagelement hinausreicht und dessen
Ende mit der Zeigerwelle verbunden ist, eine weitere Auslenkung des Zeigers, wenn
auch in geringerem Maße. - Die Änderung der Federkonstanten des Bourdonfedermessglieds
ist also nach dem Stand der Technik allein auf eine Änderung der für die Zeigerauslenkung
wirksamen Länge des Bourdonfedermessglieds zurückzuführen.
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Mit diesem bekannten Manometer ist es möglich, gegenüber einem unteren
normalen Druckmessbereich den höher liegenden Druckmessbereich zusammenzudrücken.
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Im Unterschied dazu liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Manometer mit Bourdonfedermessglied zu schaffen, das einen normalen oberen Druckmessbereich
aufweist, demgegenüber jedoch ein unterer Druckmessbereich praktisch beliebig gespreizt
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss für ein Manometer der eingangs
genannten Gattung dadurch gelöst, dass zur Spreizung des unteren Druckmessbereichs
ein erstes Bourdonfederelement mit relativ niedrigem Widerstandsmoment zu einem
zweiten Bourdonfederelement mit relativ hohem Widerstandsmoment in Reihe ge-~schaltet
ist, dass ein der Ubergangsstelle von dem ersten zu dem zweiten Bourdonfederelement
abgewandtes Ende des ersten Bourdonfederelements ortsfest angeordnet ist, dass ein
der Ubergangsstelle von dem ersten zu dem zweiten Bourdonfederelement abgewandtes
Ende des zweiten Bourdonfederelements mit einer Zeigerwelle gekuppelt ist und dass
der Anschlag im Auslenkbereich des zweiten Bourdonfederelements angeordnet ist.
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Bei der erfindungsgemässen Ausbildung des Manometers ist im unteren
gespreizten Druckmessbereich im wesentlichen das erste Bourdonfederelement mit relativ
niedrigem Widerstandsmoment wirksam, zusätzlich zu dem stets eingeschalteten zweiten
Bourdonfederelement mit relativ hohem Widerstandsmoment. Das Anschlagelement übt
in diesem unteren gespreizten Druckmessbereich keine Funktion aus. Die Anzeigekennlinie
im unteren gespreizten Bereich zeigt einen hohen druckproportionalen Anstieg, da
die Auslenkung des Endes des gesamten Bourdonfedermessglieds, das mit der Zeigerwelle
gekuppelt ist, infolge des wirksamen niedrigen Widerstandsmoments des ersten Bourdonfederelements
pro Druckeinheit gross ist. Das Ende des unteren gespreizten Druckmessbereichs wird
erreicht, wenn das Bourdonfedermessglied an das Anschlagelement gedrückt wird, so
dass bei weiterer Druckerhöhung nur noch das zweite Bourdonfedermesselement mit
verhältnismässig grossem Widerstandsmoment zwischen dem Anschlagelement unddem Ende,
das mit der Zeigerwelle gekuppelt ist, wirksam ist. Daher wächst nun die Auslenkung
des Zeigers pro zusätzlicher Druckeinheit nur noch in der normalen, durch das relativ
hohe Widerstandsmoment des zweiten Bourdonfederelements bestimmten Weise.
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Die erfindungsgemässe Ausbildung des Manometers hat den wesentlichen
Vorteil, dass die Anzeigecharakteristiken in dem unteren und in dem oberen Druckmessbereich
sowie die Ubergangsstelle des
unteren Druckmessbereichs zum oberen
Druckmessbereich weitgehend freizügig gewählt werden können.
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In einer ersten Variante des erfindungsgemässen Manometers ist vorgesehen,
dass das erste Bourdonfederelement aus einer Schraubenfeder besteht und dass das
zweite Bourdonfederelement als 1/4-C-Rohrfeder ausgebildet ist.
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Diese Ausführungsform kann mit verhältnismässig geringem zusätzlichen
Aufwand gefertigt werden. Sie ermöglicht bei robuster Ausbildung des Messwerks eine
besonders grosse Spreizung des unteren Druckmessbereichs, die von der Anzahl der
Gänge der Schraubenfeder bestimmt wird.
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Besonders vorteilhaft ist die voranstehende Variante mit den merkmalen
ausgebildet, dass die Schraubenfeder und die 1/4-C-Rohrfeder aus einem Rohrstück
geformt sind und dass das die Schraubenfeder bildende Teilstück des Rohrstücks einen
abgeflachten Querschnitt aufweist.
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Diese Ausführungsform ist besonders robust, da keine Verbindung zwischen
dem ersten und zweiten Bourdonfederelement herzustellen ist, vielmehr gehen beide
Bourdonfederelemente nahtlos ineinander über. Abgesehen davon lässt sich dieses
Bourdonfedermessglied aus einem Rohrstück in besonders unkomplizierter Weise herstellen.
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Eine zweite Variante des erfindungsgemässen Manometers besteht darin,
dass die Bourdonfederelemente durch eine C-Rohrfeder mit elliptischem Querschnitt
der in einem weiter abgeflachten Querschnitt mit eingezogenen schmalen Seiten übergeht,
gebildet werden.
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Bei dieser Variante wird nicht die Formgebung des Bourdonfedermessglieds
als solche variiert, die als C-Rohrfeder beibehalten werden kann. Dieses Bourdonfedermessglied
lässt sich also ohne
jede andere Änderung des Messwerks in das Manometer
einsetzen. Die unterschiedlichen Widerstandsmomente des ersten und des zweiten Bourdonfederelements
werden hier ausschliesslich durch die Querschnittsformen der Bourdonfederelemente
bestimmt.
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Schliesslich können die unterschiedlichen Widerstandsmomente beider
Bourdonfederelemente in einfacher Weise dadurch realisiert werden, dass die Bourdonfederelemente
durch eine C-Rohrfeder mit einem ersten schmalen Bourdonfederelement und einem zweiten
breiteren Bourdonfederelement gebildet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Manometers und eine
Einzelheit eines zweiten Ausführungsbeispiels des Manometers werden im folgenden
anhand einer Zeichnung mit zwei Figuren erläutert. Es zeigt: Fig. 1 das Messwerk
eines Nanometers mit gespreiztem unteren Druckmessbereich in einer schematischen
Draufsicht und Fig. 2 den Querschnitt durch ein Bourdonfederelement einer zweiten
Ausführungsform in einer vergrösserten Darstellung.
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In Fig. 1 ist in einem Gehäuse 1 ein Bourdonfedermessglied 2 untergebracht,
dessen erstes Ende 3 an dem Gehäuse befestigt ist und mit einer Anschlußstelle für
das Medium, dessen Druck zu messen ist, verbunden ist. Das zweite Ende 4 des Bourdonfedermessglieds
ist über ein Verbindungsglied 5 an ein Zahnsegment 6 angelenkt. Das Zahnsegment
greift in ein auf einer Zeigerwelle 7 sitzendes Ritzel 8 ein. Die Zeigerwelle ist
entgegen der Kraft einer Spiralfeder 9 auslenkbar.
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Im einzelnen besteht das Bourdonfedermessglied aus einem ersten Bourdonfederelement,
das als Schraubenfeder 10 ausgebildet ist.
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Das Rohr des Bourdonfedermessglieds ist im Bereich der Schraubenfeder
10 abgeflacht. An einer ttbergangsstelle 11 geht die Schraubenfeder in ein zweites
Bourdonfederelement über, das als 1/4-C-Rohrfeder 12 geformt ist. Die 1/4-C-Rohrfeder
hat im Unterschied zu der Schraubenfeder hier einen runden Querschnitt.
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Im Auslenkbereich der 1/4-C-Rohrfeder 12, und zwar in der Nähe der
Ubergangsstelle 11 zu der Schraubenfeder IO,ist ein Anschlagelement 13 an dem Gehäuse
einstelbar angebracht.
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Wenn das in Fig. 1 dargestellte Bourdonfedermessglied 2 mit einem
wachsenden Druck beaufschlagt wird, versucht sich die Schraubenfeder aufzudrehen
und, wenn auch in schwächerem Maße, die 1/4-C-Rohrfeder zu strecken. Dadurch bewegt
sich das zweite Ende 4 des Bourdonfedermessglieds 2 nach oben.
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Diese Bewegung wird auf die Zeigerwelle 7 übertragen, die um einen
druckproportionalen Winkel gedreht wird. Da infolge des verhältnismässig geringen
Widerstandsmoments der Schraubenfeder 10 die Auslenkung des zweiten Endes 4 pro
Rate des Druckanstiegs verhältnismässig gross ist, liegt hier der gespreizte, untere
Druckmessbereich vor.
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Das Ende dieses unteren gespreizten Druckmessbereichs wird erreicht,
wenn die 1/4-C-Rohrfeder 12 an das Anschlagelement 13 anstösst. Bei weiterem Druckanstieg
wirkt sich im wesentlichen nur noch die zunehmende Streckung des Teilstücks 14 der
1/4-C-Rohrfeder auf die Verstellung der Zeigerwelle aus.
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Da hierbei ein verhältnismässig grosses Widerstandsmoment der üblichen
1/4-C-Rohrfeder überwunden werden muss, erfolgt hier nur noch ein normaler druckproportionaler
Anstieg der Winkelauslenkung der Zeigerwelle. Der Zeiger befindet sich hierbei in
dem zweiten normalen Druckmessbereich.
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Fig. 2 zeigt einen abgeflachten Querschnitt mit eingezogenen schmalen
Seiten 15 und 16, zu dem ein Bourdonfederelement
geformt ist, das
in ein zweites Bourdonfederelement mit elliptischem Querschnitt übergeht. Das eine
Bourdonfederelement entspricht dabei der Schraubenfeder 10 in Fig. 1 und das zweite
Bourdonfederelement der 1/4-C-Rohrfeder 12 in Fig. 1. Entsprechend dem Verhältnis
des Widerstandsmoments des Bourdonfederelements mit elliptischem Querschnitt zu
dem Widerstandselement mit dem abgeflachten Querschnitt nach Fig. 2 werden auch
hier zwei druckproportionale Druckmessbereiche gebildet, wobei der untere Druckmessbereich
gegenüber dem oberen normalen Druckmessbereich gespreizt ist.