DE2857183A1

DE2857183A1 - Stroemungsmitteldruck-anzeiger

Info

Publication number: DE2857183A1
Application number: DE19782857183
Authority: DE
Inventors: Jun Glenn Walter Johnson; Adam Smorzaniuk
Original assignee: Amerace Corp
Current assignee: Amerace Corp
Priority date: 1977-09-14
Filing date: 1978-09-07
Publication date: 1980-02-21
Also published as: EP0001120A2; BE22T1; NL7815019A; GB2041527A; EP0001120A3; FR2434380A1

Description

Strömungsmitte!druck-Anzeiger

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung für Strömungsmitteldriicke, die die Stärke eines Strömungsdrucks eines Strömungsmittels wie beispielsweise Luft in einer Druckleitung sichtbar anzeigt.

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Arten von Druckanzeigern bekannt - beispielsweise aus den US-PSen 3 623 448 und 3 834 346.

Von diesen offenbart die US-PS 3 623 448 einen mechanischen Zweipunktanzeiger für die Frontplattenmontage,der eine Kugel aufweist, die zwischen zwei Stellungen hin- und herbewegbar ist, in denen sie eine von zwei Farben im Sichtbereich darstellt. Die Kugel wird unmittelbar mit einem Wippen-Übernullfedersystem gestellt, das unter dem Einfluß einer doppeltwirkenden fluidisch druckbetätigten Einrichtung steht. Die Kugel bleibt entweder in der Lage, in die sie zuletzt vom übernullsystem bewegt worden ist, oder kann mit einer Justiervorrichtung so eingestellt werden, daß sie in einer der beiden Stellungen verbleibt, außer wenn sie vom Übernullsystem in der andren Stellung gehalten wird. Die Mechanik dieser Anzeige-

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Vorrichtung ist sehr kompliziert.

Die US-PS 3 834 346 offenbart eine Vorrichtung zur Anzeige des Zustands eines Druckmittelkreises. Die Vorrichtung weist eine geschlossene/ Druckmittel aufnehmende Kammer sowie in dieser eine Schicht eines komprimierbaren Materials mit einer Öffnung auf. Die Schicht des komprimierbaren Materials ist durch eine klare flache Linse sichtbar, die über der Schicht angeordnet ist. Die Vorrichtung weist weiterhin einen Strömungsmitteleinlaß auf, der in offener Verbindung mit der Kammer steht.

i Unter Druck stehendes Strömungsmittel wird in die Kammer durch | den Strömungsmitteleinlaß eingelassen und der Druck des Strö- j mungsmittels komprimiert das komprimierbare Material, so daß die Öffnung verzerrt wird und eine Sichtanzeige des Strömungs- j

i mitteldrucks liefert. Die Patentschrift behauptet, die Stärke des Drucks könne an der Stärke der Verzerrung der Öffnung festgestellt werden. Das komprimierbare Material ist als elastomerer geschlossenzelliger Schaumstoff angegeben. Das Innere der Kammer kann eine Oberfläche aufweisen, die im Aussehen mit dem komprimierbaren Material kontrastiert und durch die verzerrte Öffnung sichtbar ist. Es hat sich herausgestellt, daß die Öffnun aus dem voll verzerrten Zustand nicht schnell genug in den voll geschlossenen Zustand zurückkehrt. Die Vorrichtung kann also kurzzeitig einen Druckzustand anzeigen, der in Wirklichkeit nicht vorliegt. Weiterhin kann der geschlossenzellige Schaum-

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stoff sich im verzerrten Zustand setzen. Dann gibt die Vorrich- '

tung eine permanente Fehlanzeige der Druckhöhe ab. ■

Es besteht daher Bedarf an einem Strömungsmitteldruckanzeiger, j

der einfach und billig aufgebaut ist, keine beweglichen Teile j

i aufweist und der zuverlässig einen Strömungsmitteldruck, der j mindestens einen bestimmten Minimalwert hat, leicht wahrnehmbar ; anzeigt. ^:

Weiterhin besteht Bedarf an einem Strömungsmitteldruckanzeiger, .

ι in dem die Größe der Sichtanzeige kontinuierlich mit dem Strö- ' mungsmitteldruck von dem erwähnten Minimum aus bis zu einem be- , stimmten Maximum zunimmt.

i Auch besteht Bedarf an einem Strömungsmitteldruckanzeiger, bei ! dem die Größe der Sichtanzeige augenblicklich und zuverlässig ! Änderungen der Stärke des Strömungsmitteldrucks über eine beliebige Anzahl von Druckspielen anzeigt.

Weiterer Bedarf besteht an einem Strömungsmitteldruckanzeiger,
in dem die Sichtanzeige vollständig und augenblicklich verschwin det, wenn der Strömungsmitteldruck unter das erwähnte Minimum ab fällt, und dies über eine beliebige Anzahl von Druckspielen.

j Weiterhin besteht Bedarf an einem Strömungsmitteldruckanzeiger,
j dessen Ansprechverhalten über eine beliebige Anzahl von Arbeits-

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zyklen konstant ist. .

! Wesentliche Ziele der vorliegenden Erfindung sind, einen Strö- ^! mungsmitteldruckanzeiger zu schaffen, der sämtliche oben angegebenen Ziele zu erreichen gestattet. ^!

Der StrÖmurigsmitteldruckanzeiger nacli der vorliegenden Erfindung zeigt die Größe eines Strömungsmitteldruckzustands in einer Strömungsmittelleitung - beispielsweise von Luft - sichtbar an. Zu diesem Zweck v/eist der Anzeiger nach der vorliegenden Erfindung ein transparentes klares optisches Element sowie eine elastische Membran auf.

Das optische Element hat eine Vorderfläche, die Umlicht aufnimmt, sowie einen hinteren lichtreflektierenden Teil mit drei \

ι zueinander rechtwinkligen ebenen Flächen, die eine Würfelecke I

bilden, deren Scheitel von der Vorderfläche entfernt liegt und j deren Achse im wesentlichen rechtwinklig zur Vorderfläche verläuft.

Die elastische Membran wirkt mit dem hinteren lichtreflektie- j renden Teil des optischen Elements unter Bildung einer Kammer zwischen dem Innern der Membran und den drei gegenseitig rechtwinkligen ebenen Flächen des optischen Elements zusammen. Die Membran hat drei vorzugsweise hellpigmentierte Innenflächen, die einander zugewandt sind und normalerweise mit de drei zu-

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ι ι

ί -9- !

^; einander rechtwinkligen ebenen Flächen des optischen Elements

nicht optisch gekoppelt sind, sich aber elastisch 2u einer sol- : chen optischen Kopplung verformen lassen, wenn ein Überdruck ι eines Strcmungsmittels auf das Äußere der Membran aufgebracht ; wird.

Das optische Element und die Membran befinden sich innerhalb eines Körpers mit Mitteln zum Anbringen an eine strömungsmit-- ^! teldichte Druckleitung sowie einer öffnung, die in offener Verbindung mit dem Äußeren der Membran steht und in offene Verbin- . dung mit der Druckleitung bringbar ist. Die Kammer ist gegen das Eintreten des Strömungsmittels durch die öffnung dicht ver- *

schlossen. ^:

Durch die lichtaufnehmende Fläche sieht man bei im normalen oder Nulldruckzustand befindlichem Anzeiger infolge der vollständigen internen Reflexion das optische Element diese so,

als ob sich keine Membran hinter ihm befindet; weiterhin hat es,!

was gesehen wird, keine Farbe. ;

Nimmt der Strömungsmitteldruck in der Leitung einen positiven Wert an, entsteht zwischen der Außenseite der Membran und der Kammer eine positive Druckdifferenz, so daß die Membran an ihren schwächsten Stellen nach innen deformiert wird, d.h. in ι den Mittelteilen der inneren Membranflächen, die den drei zueinander rechtwinkligen Flächen des optischen Elements züge-

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- Io -

wandt sind, bis diese Mittelteile optisch mit entsprechenden j Mittelteilen der drei zueinander rechtwinkligen Oberflächen j des optischen Elements über wesentliche, aber begrenzte Flächen koppeln. In diesem Zustand wird Licht nicht mehr von den begrenzten optischen Kopplungsflächen vollständig reflektiert, sondern wird von den vorzugsweise pigmentierten Membranflächen !

reflektiert und nimmt deren Farbe an, so daß der Anzeiger die- j se Farbe zeigt.

Steigt die Druckdifferenz weiter an, verformt sich die Membran weiter, so daß die Größe der optisch miteinander verkoppelten Flächen zunimmt und diese von den Mittelteilen der anfänglichen optischen Verkopplung auswärts strahlen, so daß der pigmentierte oder farbige Bereich, den der Anzeiger darstellt, mit der Druckdifferenz ebenfalls zunimmt.

Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung einen Strömungsmitteldruckanzeiger, der eine Sichtanzeige der Größe eines Strömungsmitteldrucks liefert und einen Behälter, eine Strömungsmittelleitung an einem Ende des Behälters zur Verbindung mit einer Strömungsmittelleitung, eine von dem einen Ende versetzte Beobachtungsöffnung, ein in dem Behälter zwischen dem einen Ende und der Beobachtungsöffnung angeordnetes optisches Element und eine im Behälter zwischen dem optischen Element und der Leitung angeordnete Membran, die sich unter dem Einfluß des Strömungsmitteldrucks zwischen einer ersten Stellung/ die sie

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einnimmt, wenn der Druck unter einem vorbestimmten Minium liegt,;

; bei dem die Membran von dem optischen Element beabstandet liegt j

i ; und durch die Beobachtungsöffnung nicht sichtbar ist, und einer '

' zweiten Stellung hin- und herbewegbar ist, die die Membran ein- j ; nimmt, wenn der Strömungsmitteldruck zunimmt, die Membran mit

j dem optischen Element in Berührung steht und durch die Beobach- ,

tungsöffnung sichtbar ist.

Die Anzeigevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung liefert ■ also eine positive Sichtanzeige, wenn der Druck des Strömungsmittels in einer Leitung einen vorbestimmten Minimalwert übersteigt, und gibt eine Vorstellung von der Höhe des Drucks über dem Minimalwert bis hinauf zu einem Maximum, über das hinaus ' ein weiterer Druckanstieg das von der Anzeigevorrichtung ab- · gegebene Signal nicht weiter ändert. ;

Die Fig. 1 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Strömungs- j

mittelanzeigevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung mit einem Körper, einem optischen Element, einer Membran, einem Dichtring und einem Befestigungsring;

Fig. 2 ist eine Darstellung auf der Linie 2-2 der Fig. 1 und zeigt den Anzeiger in einer normalen, einem ersten Strömungsmitteldruck entsprechenden Zustand;

Fig. 3 ist eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, zeigt aber die Anzeigevorrichtung in einem einem zweiten Strömungsmittel-

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' druck entsprechenden Zustand;

' Fig. 4 ist eine Unteransicht des optischen Elements; Fig. 5 ist eine Draufsicht der Membran, und Fig. 6 ist eine Darstellung auf der Linie 6-6 der Fig. 5.

Die Zeichnung zeigt einen bevorzugten Strömungsmitteldruckanzeiger 1o nach der vorliegenden Erfindung. Er besteht aus einem Körper 12 (Fig. 1, 2 und 3), ^:einem optischen Element 14 (Fig. 1,2, 3 und 4), einer elastischen Membran 16 (Fig. 2, 3, 5 und 6), einem Dichtring 18 (Fig. 2 und 3) und einem Befestigungsring 2o (Fig. 2 und 3).

Der Körper 12 kann aus einer Sechskant-Messingstange mit einer Schlüsselweite von 19,o5o mm (o,75 in.) gearbeitet sein. Auf diese Weise weist der Körper 12 im fertigen Zustand Schlüsselansatzflächen 22 auf, die eine Körperachse 22 festlegen. An einem axialen Ende der Schlüsselansatzflächen 22 weist der Körper 12 eine zur Körperachse rechtwinklige und sie umgebende Werkstückauflagefläche 24 auf. Axial steht aus der Fläche 24 ein Schaft 26 in einer Länge von etwa 9,195 mm (o,362 in.) vor, der mit einem Rohraußengewinde 28 versehen ist. Das von den Ansatzflächen 22 ferne Ende des Schafts 26 hat eine Ringfläche, die rechtwinklig zur Achse liegt und ein erstes axiales Ende ! des Körpers 12 festlegt. Der Körper 12 kann mit einem auf die Fläche 22 aufgebrachtes Moment so gedreht werden, daß das Gewin-

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de 28 in ein passendes Rohrinnengewinde in einem T-Stück <nicht gezeigt) in einer Druckleitung (nicht gezeigt) oder im Ende einer j Strömungsmittelleitung (nicht gezeigt) eingeschraubt werden kann, j wobei im letzteren Fall der Schaft 26 durch ein Loch in einer j Platte (nicht gezeigt) vorsteht, um so den Körper 12 und somit j - auch den Anzeiger 1o auf der Platte zu montieren, wobei die Platte!

zwischen der Fläche 24 und der Druckleitung festgespannt ist. In i

der folgenden Beschreibung sei - ohne Einschränkung hierauf - j

angenommen, daß es sich bei dem Strömungsmittel um Luft handelt.

Der Körper 12 v/eist weiterhin eine durchgehende ringförmige Wand , 32 auf, die von dem von der Auflagefläche 2 4 entgegengesetzten \ axialen ,Ende der Ansatzflächen 22 axial abgeht. Das von den An- _: satz flächen 22 abgewandte axiale Ende der Wand 32 legt ein zweites Ende 34 des Körpers 12 fest. Die Entfernung vom Ende 3o zum Ende 34 beträgt etwa 25₇4 mm (1,o in.) und die axiale Abmessung der Ansatzflächen 22 über der Auflagefläche 24 ist etwa 7,938 mm (O₁, 3125 in.) .

Die Wand 32 hat eine äußere zylindrische Fläche 36, die koaxial ; mit der Körperachse verläuft und einen Durchmesser von etwa 19,o5o , mm (o,75 in.) hat.

Koaxial mit der Außenfläche 36 verlauft über eine Länge von etwa 1,9o5 mm (o,o75 in.) vom Ende 34 zum Ende 3o hin eine innere zylindrische Fläche 38 mit einem Durchmesser von etwa 18,2 37 mm

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(ο,718 in.), die in eine Ringschulter 4o ausläuft, die rechtwinklig zur Körperachse liegt und diese vollständig umgibt.

Koaxial mit der Fläche 38 verläuft in einer Länge von etwa

1,671 mm (o,o65 in.) von der Schulter 4o zum Ende 3o hin eine i

innere zylindrische Fläche 42 mit einem Durchmesser von etwa !

17,272 mm (o,68o in.) und läuft in eine Ringschulter 44 aus, die [

rechtwinklig zur Körperachse verläuft und diese vollständig um- j

gibt. I

Koaxial mit der Fläche 42 verläuft in einer Länge von etwa 8,5o9 mm (o,335 in.) von der Schulter 44 zum Ende 3o hin eine innere zylindrische Fläche 46 mit einem Durchmesser von etwa 15,875 mm (o,625 in.). Die Fläche 46 kann mit einem Bohrer mit : einem Durchmesser von 15,875 mm (o,625 in.) mit 118°-Normspitze , gebohrt werden, so daß man eine unter 118 konische Fläche 48 ■ erhält, die von dem Ende 34 abgewandten axialen Ende der Fläche

! 46 zum Ende 3o hin verläuft.

! Schließlich weist der Körper 12 eine innere zylindrische Fläche

! oder Bohrung 5o auf, die koaxial mit der konischen Fläche 48 vom Ende 3o zur Fläche 48 verläuft und eine öffnung bildet, die in j offener Verbindung mit sowohl dem Ende 3o als auch der Fläche 48 steht.

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Die Tiefe des Schnittkreises der Flächen 46, 48 beträgt vom Ende 34 aus etwa 12,o65 mm (o,475 in.), während die axiale Länge vom Ende 34 zur Auflagefläche 24 etwa 15,875 mm (o,625 in.) mißt. Weiterhin beträgt der axiale Abstand zwischen dem Schnittkreis der Flächen 46, 48 und dem Schnittkreis der Flächen 48, 5o etwa 4,o39 mm (o,159 in.).

Das optische Element 14 ist transparent, kann ein vorzugsweise ; einteiliges Formstück aus klarem Methylmethacrylat sein und hat j

einen massiven zylindrischen Teil 52, der dem Element 14 eine ebene;

vordere liehtaufnehmende Fläche 5 3 erteilt, die rechtwinklig zur j Achse des Teils 52 liegt. Koaxial mit dem Teil 52 und unmittelbar unter diesem weist das optische Element 14 einen hinteren lichtreflektierenden Teil 54 auf, der dem Element 14 eine Würfeleckenform mit drei gleichen ebenen Flächen 56, 58, 6o erteilt, die einander rechtwinklig auf den Linien L und in einem Scheitel 62 am; der Fläche 53 abgewandten axialen Ende des Elements 14 schneiden. Die Achse der Würfelecke fällt mit der Achse des zylindrischen Teils 52 zusammen.

■ Betrachtet man das optische Element 14 von oben, wie in Fig. 1

gezeigt, sieht man infolge der vollständigen Reflexion

ι ein Bild jeder Linie L in Form einer gradlinigen Verlängerung,

wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt.

Wie ersichtlich, hat das Element 14 auch eine zylindrische Fläche

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64, die koaxial mit der Würfelecke und mit dem zylindrischen Teil 52 liegt. Nur drei Segmente der zylindrischen Fläche 6 4 liegen ^: tatsächlich vor, da sie von den Flächen 56, 58, 6o unterbrochen iwird.

Insbesondere mißt der Durchmesser des zylindrischen Teils 52 etwa 17,145 mm (o,675 in.); seine axiale Dicke beträgt etwa 1,575 mm (o,o62 in.) und der Durchmesser der zylindrischen Fläche 64 und der von den vom Scheitel 62 ent fernliegenden J-Jnden der Linien L aufgespannten Kreises ist etwa 12,7 mm (o,5 in.).

Der Nenn-Winkel zwischen der Würfeleckenaclise und jeder Fläche 56, 58, 6o beträgt 35 16', während der Nenn-Winkel zwischen der Würfeleckenachse und jeder Linie L 54°44' beträgt. !

ι Die Membran 16 ist einteilig und ohne Löcher oder Durchbrüche aus- |

geführt und kann geeignet ein Formstück aus einer Silikongununi- j

masse sein. Aus Gründen, die unten erläutert werden, ist die Mem- j

bran 16 hell - beispielsweise rot, orange oder grün - pigmentiert; \ das Pigment kann in die Formmasse eingemischt werden.

Die Membran 16 ist allgemein becher- oder schalenförmig; sie hat einen oberen Teil (allgemein bei 66 in Fig. 6 gezeigt) mit koaxialer äußerer und innerer zylindrischer Fläche 68, 7o, die von einer Ringfläche 72 verbunden werden, die rechtwinklig zu den Flächen 68, 7o verläuft und ein erstes axiales Ende der Membran 16 bildet.

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Die Flächen 68, 7o legen eine Membranachse fest. Im geformten

Zustand beträgt der Durchmesser der Fläche 7o etwa 14,2 75 mm j (ο,562 in.), der Durchmesser der Fläche 68 etwa 15,545 mm (o,612 ι in.). Die Wand ist im oberen Teil 66 daher etwa o,6 35 mm (o,o25 in.) dick.

Weiterhin weist die Membran 16 einen unteren Teil auf, der in Fig. 6 allgemein bei 74 gezeigt ist. Er hat drei gleiche innere Flächen 76, die normalerweise eben sind und einander rechtwinklig in den Linien M sov/ie in einem Punkt 78 auf der Membranachse schneiden. Die Innenflächen 76 sind so gestaltet und bemessen, wie-die Flächen 56, 58, 6o des optischen Elements 14. Die vom Punkt 78 entfernten Enden der Linien M spannen also einen Kreis mit einem Durchmesser von etwa 12,7 mm (o,5 in.) auf, d.h. wie der Kreis, den die vom Scheitel 62 entfernten Enden der Linien L festlegen. Der untere Teil 74 hat weiterhin drei gleiche Außenflächen 8o, die normalerweise eben sind und einander rechtwinklig in den Linien P und in einem Punkt 82 auf der Membranachse schneiden; sie bilden ein zweites axiales Ende der Membran 16. Jede der Flächen 8o verläuft normalerweise parallel und um etwa 1,27o mm (o,o5 in.) von einer zugeordneten Fläche 76 beabstandet.

Der axiale Abstand zwischen der Fläche 72 und dem Punkt 82 beträgt normalerweise etwa 13,335 mm (o,525 in.).

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ι Von der Fläche 7o aus einwärts abgesetzt und jeder Fläche 76 \

ί zugeordnet ist ein flügeiförmiger, aufwärts gewandter Absatz j ! bzw. eine Rampe 86. Von diesen gibt es drei, die jeweils symme- | ! trisch zu einer zur zugeordneten Fläche 76 rechtwinkligen axialen j

I

ι Ebene liegen. Die Innenkante jedes Absatzes 86 bildet die obere ^: Kante der zugeordneten Fläche 76 und verbindet das dem Punkt ; 78 ferne Ende einer Linie M mit dem vom Punkt 78 entfernten Ende ί der in Umfangsrichtung nächsten Linie M. Die Außenkante jedes Absatzes 86 liegt in der Fläche 7o und verbindet das Ende einer

Linie N in der Fläche 7o mit dem Ende der in Umfangsrichtung i

i nächsten Linie N in der Fläche 7o. Die nächstliegenden Punkte

i der Absätze 86 liegen in einer zur Fläche 72 parallelen und in

einem Abstand von etwa 1,27o mm (o,o5o in.) unter ihr aufgespann-; ten Ebene. [

ί Der Dichtring 18, der aus Messing bestehen kann, hat eine innere ι und eine äußere koaxiale Zylinderfläche 88 bzw. 9o und eine obere und eine untere ebene Fläche 92 bzw. 94, die zueinander paral-

IeI und rechtwinklig zur Achse des Rings 18 verlaufen. Der Durchmesser der Fläche 88 beträgt etwa 12,7oo mm (o,5 in.), der Durchmesser der Fläche 9o etwa 14,6o5 mm (o,575 in.). Der Abstand
zwischen den Flächen 92, 94 ist etwa 1,575 mm (o,o62 in.).

Der Befestigungsring 2o kann aus Messing gefertigt sein; er weist
, eine innere und eine äußere zylindrische Fläche 96 bzw. 98, die miteinander koaxial verlaufen, sowie eine obere und eine untere

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ebene Fläche 1oo bzw. Io2 auf, die parallel zueinander rechtwinklig zur Achse des Rings 2o verlaufen. Die Fläche 96 hat einen ; Durchmesser von etwa 12,7 mm (o,5 in.), die Fläche 98 einen i

I Durchmesser von etwa 18,161 mm (o,715 in.)· Der Abstand der ; Flächen 1oo, 1o2 beträgt etwa 1,575 mm (o,o62 in.). Eine konische Fläche 1o4, die unter einem Winkel von etwa 3o° zur Achse ] des Rings 2o liegt und die Außenfläche 98 in einem Kreis etwa
o,381 mm (o,o15 in.) über der Fläche 1o2 schneidet, verbindet
die äußere Fläche 9 8 mit der oberen Fläche 1oo.

Es soll nun der Zusammenbau des Körpers 12 mit dem optischen Ele-^: ment 14, der Membran 16, dem Dichtring 18 und dem Befestigungsring beschrieben werden. ι

Zunächst werden die Membran 16 und der Dichtring 18 zusammengesetzt, indem man den Ring 18 in den oberen Teil 66 der Membran ! 16 einführt, bis die Unterseite 94 des Rings 18 auf den höchst- ! liegenden Punkten sämtlicher Schrägen 86 aufliegt. In diesem Zu- ; stand wird das Oberteil 66 der Membran 16 geringfügig elastisch j gedehnt, so daß der Durchmesser der Fläche 7o (normalerweise !

etwa 14,275 mm (o,562 in.)) sich auf den Durchmesser der Ringfläche 9o, d.h. etwa 14,65o mm (o,575 in.) dehnt, und die Fläche
7o also sich dichtend an die Fläche 9o anlegt. Der Durchmesser
der Fläche 68 wird auf etwa 15,9oo mm (o,626 in.) geringfügig
mehr als den Durchmesser der Körperfläche 46 gedehnt. Weiterhin
liegt die Ringfläche 92 etwa o,3o5 mm (o,o12 in.) über der Mem-

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! - 2ο -

branflache 72.

Danach wird die Untereinheit aus der Membran 16 und dem Dichtring 18 in den Körper 12 eingesetzt/ wobei die Membranspitze 82 in das Ende 34 des Körpers 12 eindringt, bis die Spitze sich in der Bohrung 5o befindet und die Linien P deren oberes Ende berühren. In diesem Zustand liegt die Spitze 82 etwa ο,762 mm

(o,o3 in.) unter dem Schnittkreis der konischen Fläche 48 und der Bohrung 5o. Weiterhin verläuft in diesem Zustand die obere Fläche 9 2 des Dichtrings 18 im wesentlichen koplanar mit der Ringfläche 44 des Körpers 12 und die Membranflache 68 legt sich dichtend an die Körperfläche 46. Die Wichtigkeit dieses Vorgangs ist unten erläutert.

Dann setzt man das optische Element 14 mit dem Scheitel 62 voran in das Ende 34 des Körpers 12 ein, bis der obere zylindri- ; sehe Teil 52 sich innerhalb der zylindrischen Innenfläche 42 befindet und auf der Ringschulter 44 aufliegt. Wie oben erwähnt, hat die Fläche 42 einen Durchmesser von etwa 17,2 72 mm (o,6 8o in.) der zylindrische Teil 52 einen Durchmesser von etwa 17,145 mm I (o,68o in.), so daß der zylindrische Teil 52 frei in die Fläche 42 paßt. Wie ebenfalls bereits erwähnt, hat die Fläche 42 eine axiale Länge von etwa 17,272 mm (o,68o in.) und der Teil 52 eine axiale Dicke von etwa 1,575 mm (o,o62 in.), so daß der Teil 52 voll»uündicj innerhalb der E'läehe 42 liegt und axial ein Zwischenraum zwischen dem Teil 52 und der Ebene der Ringschulter 4o entsteht.

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Schließlich wird der Befestigungsring 2o mit der Fläche 1o2 \ voran in das Ende 34 des Körpers 12 eingesetzt, so daß die Flä- <.

ehe 1o2 auf der Ringschulter 4o aufliegt und die zylindrische
Außenfläche 9 8 der zylindrischen Innenfläche 38 des Körpers 12 \ gegenüberliegt. Wie oben erwähnt, hat die Fläche 9 8 einen Durchmesser von etwa 18,61 mm (o,715 in.), die Fläche 38 einen Durch- , messer von etwa 18,2 37 mm (o,718 in.) und eine axiale Länge von
etwa 1,9o5 nun (o,o75 in.) und der Befestigungsring 2o eine axiale; Dicke (Abstand zwischen den Flächen 1oo, 1o2) von etwa 1,575 mm
(o,o62 in.).

Der Zusammenbau des Anzeigers 1o wird nun beendet, und die Teile ι

werden zusammengehalten, indem man die Wand 32 einwärts über die

konische Fläche 1o4 des Rings 2o an der axialen Stelle der Innen-j

fläche 38 verformt - beispielsweise durch Umdrucken an drei gleich

i beabstandeten Stellen, wie bei 1o6 gezeigt. Alternativ kann man !

die Wand 32 entlang ihres gesamten Umfangs einwärts verformen.

Da die Axialabmessung der Fläche 42 geringfügig größer als die

i Dicke des oberen massiven zylindrischen Teils 52, d.h. 1,657 mm j

(o,o65 in.) im Vergleich zu 1,575 mm (o,o72 in.) ist, besteht
keine Gefahr, daß beim Verformen das optische Element 14 reißt
oder sonstwie beschädigt wird.

; Der Befestigungsring 2o verdeckt weiterhin die Membranfläche 72
gegen die Sicht, so daß der Anzeiger 1o kein falsches oder irreführendes Signal geben kann.

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Wenn die Teile zusammengesetzt sind, ist jede der Würfelecken- , flächen 56, 58, 6o eine der Innenflächen 76 der Membran 16 züge- j wandt und liegt zu ihr im Nennabstand parallel, wobei der Raum : zwischen dem optischen Element 14 und der Membran eine Kammer darstellt, die nicht vollständig stromungsmitteldicht ist; ge- ', gen ein Entweichen des Strömungsmittels aus der Kammer besteht ein nur geringer Widerstand. Ks besteht also ein Zwangsabschluß _: zwischen der Membran 16 und dem Dichtring 18 und ein Zwangsabschluß zwischen der Membranfläche 68 und der Körperfläche 46, aber Strömungsmittel kann bequem entlang eines Pfads entweichen, der zwischen dem optischen Element 14 und dem Dichtring 18 hin- : durch, von dort an der Ring-Membranfläche 72, zwischen dem opti- ; sehen Element 14 und dem Körper 12 hindurch und am Befestigungsring 2o vorbei von der Kammer zur Atmosphäre führt. Weiterhin kann von der Atmosphäre in die Kammer Strömungsmittel leicht

I auf dem umgekehrten Weg zurückkehren. Der Abschluß zwischen der Membranfläche 6 8 und der Körperfläche 46 ist jedoch wesentlich, denn er verhindert, daß der Strömungsmitteldruck aus der Strömungsmittelleitung sich in die abgeschlossene Kammer fortsetzt.

Der Abstand zwischen den Würfeleckenflächen 56, 58, 6o und den jeweils zugeordneten Membranflächen 76 beträgt etwa o,914 mm (o,o36 in.), der axiale Abstand zwischen dem Scheitel 62 und der Spitze 78 etwa 1,575 mm (o,o62 in.).

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Es ist unerheblich, ob die Würfeleckenflächen 56, 58, 6o genau
parallel zu der zugehörigen Membranfläche 76 verlaufen. In der
Tat können sie sich geringfügig, d.h. linienförmig berühren, ohne; daß die Funktionsweise des Anzeigers 1o wesentlich beeinträchtigt; wird.

Ist die Strömungsmittelleitung druckfrei, d.h. ist der auf den . externen Membranflächen 8o lastende Druck gleich dem in der Kam- !

mer, befindet die Membran 16 sich in ihrem unverformten bzw.

i normalen Zustand, wie ihn die Fig. 2 zeigt, wobei die inneren ; Membranflächen 76 von den Würfeleckenflächen 56, 58, 6o beabstandet, d.h. mit ihnen nicht optisch verkoppelt sind. ·

ι Außer wo anders angegeben, gelten sämtliche Abmessungen der Mem- [

bran 16 und sämtliche Abmessungen der Membran 1o bezüglich ande- '

ί rer Elemente des Anzeigers 1o für die im unverformten Zustand be-j

findliche Membran 16.

Befindet der Anzeiger 1o sich in der normalen bzw. Nulldruckstellung, sieht man infolge der totalen inneren Reflexion des
durch die lichtaufnehmende Fläche 5 3 auf das optische Element
14 fallenden Lichts durch die Vorderfläche 5 3 hindurch das optische Element 14, als wenn keine Membran 16 hinter ihm länge.
Der Sichteindruck hat auch keine Farbe.

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Wenn der Strömungsmitteldruck in der Leitung einen positiven Wert annimmt, wie mit dem Pfeil in der Bohrung 5o in Fig. 3 gezeigt, entsteht eine positive Druckdifferenz zwischen der Außenseite der Membran 16 und der Kammer zwischen der Membran 16 und dem optischen Element 14, so daß Strömungsmittel aus j

ι der Kammer entlang dem bereits erläuterten Pfad gedruckt wird | und die Wand der Membran 16 einwärts an ihrer schwächsten Stelle j verformt, nämlich den Mittelteilen der Innenflächen 76, bis diese Mittelteile optisch koppeln mit entsprechenden Mittelteilen der Würfeleckenflächen 56, 58, 6o über wesentliche, aber begrenzte Flächen, wie die Fig. 3 zeigt.

In diesem Zustand wird, wenn von oben gesehen, Licht an den ^! optisch gekoppelten begrenzten Flächen nicht mehr total reflektiert wird aber in diesen Bereichen von den pigmentierten Membranflächen 76 reflektiert und nimmt deren Farbe an, so daß der Anzeiger 1o nun in begrenzten Flächen die Farbe des hellen Pigments der Membran 16 hat.

Steigt die Druckdifferenz weiter, wird mehr Strömungsmittel aus der Kammer gedrückt und verformt sich die Membran 16 stärker, so daß die optische Verkopplungsfläche der Membranflächen 76 und der Würfeleckenflächen 56, 58, 6o ständig wächst, wobei diese von den zentral gelegenen Stellen der anfänglichen opti schen Kopplung auswärts strahlen, so daß die vom Anzeiger 1o gezeigte pigmentierte bzw. farbige Fläche mit dem Strömungsmit-

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teldruek zunimmt.

Entfällt die Drückdifferenz, wird fast augenblicklich auf dem ' oben erwähnten Pfad Strömungsmittel■in die Kammer rückwärts ein-. gezogen \ma kehrt -die Membran 1£ in -die in der Fig. 2 gezeigte -normale Lage -zurück.

Die hier offenbarte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt ihr Farbsignal mit minimaler Fläche bei einer Strömungs-

2 ^l

■ mitteldruckdif ferenz von etwa 34.473,8 N/m {5 psi) und zeigt !

ihr Farbsignal maximaler Fläche bei einer Druckdifferenz von

etwa 31o.264 M/m (45 psi). j

Der Anzeiger 1o meldet also sichtbar, ob die Strömungsmittelleitung Druck führt oder nicht; gleichzeitig zeigt er gegebenen-j

i falls die Höhe des Drucks an. !

Betrachtet man den Anzeiger 1o durch die Vorderfläche 5 3 unter einem Betrachtungswinkel, der bezüglich der Würfeleckenachse aus-j reichend groß ist, und befindet der Anzeiger 1o sich im Nulldruckf zustand, kann das optische Element 14 so erscheinen, als ob es die Farbe des Pigments in der Membran 16 angenommen hat, so daß eine Fehlmeldung erfolgt. Der Betrachtungswinkel, über den hinaus der Anzeiger Io eine solche Fehlmeldung abgibt, läßt sich ver-

■ größern, indem man das optische Element 14 aus einem Werkstoff

j mit höherem Brechungsindex als dem des Methylmethacrylats (etwa

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; 1,49) herstellt. Beispiele anderer geeigneter Werkstoffe für das : optische Element 14 sind Polycarbonat (Brechungsindex etwa 1,59) j Polysulfon (Brechungsindex etwa 1,622), Polyäthersuifon (Bre- ^! chungsindex etwa 1,65) und Glas (Brechungsindex einer -geeigneten Sorte etwa 2,ooK

HER/bm

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Claims

Patentansprüche

1 .) Strömungsmitteldruckanzeiger, der die Höhe eines Strömungsmitteldrucks sichtbar anzeigt und einen Behälter, dessen eines Ende einen ^trömungsmittelkanal, an den eine Strömungsmittelleitung angeschlossen werden kann, und eine von dem einen Ende entfernt liegende Beobachtungsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter (12) ein optisches Element (14) zwischen dem einen Ende und der Beobachtungsöffnung und eine Membran (16) zwischen dem optischen Element (14) und dem Kanal (5o) angeordnet sind, die unter dem Strömungsmitteldruck zwischen einer ersten Stellung, die sie einnimmt, wenn der Strö-■ mungsmitteldruck niedriger als ein vorbestimmtes Minimum ist, bei dem die Membran (16) von dem optischen Element (14) beabstandet

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INSPECTED

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liegt und durch die Beobachtungsöffnung nicht sichtbar ist, \

und einer zweiten Stellung hin- und herbewegbar ist, die sie i

einnimmt, wenn der Strömungsmitteldruck steigt, bei dem die J

Membran (16) in Berührung mit dem optischen Element {14) steht \

und durch die Beobachtungsöffnung sichtbar ist. ■

2. Anzeiger nach Anspruch λ, dadurch gekennzeichnet, daß das ; optische Element (14) eine der Beobachtungsöffnung zugewandte _; Vorderfläche (53) sowie eine von der ßeobachtungsöffnung ab- , gewandte Rückseite (54) aufweist.

3. Anzeiger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die j

ι Rückseite dem Kanal (5o) zugewandt ist und einen von der Vor- ;

derflache hinweg gerichteten Scheitel (82) bildet.

4. Anzeiger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderfläche (53) eben ist. i

5. Anzeiger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ■

! Scheitel (82) der Rückseite (54) mit der Achse des Kanals (5o) '

ausgerichtet ist.

6. Anzeiger nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite drei ebene Flächen (56, 58, 6o) aufweist, die gemeinsam eine Würfelecke (82) an deren hinterster Stelle bilden, und daß die Membran die drei ebenen Flächen umgibjt

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und in Berührung mit jeder von ihnen bringbar ist. ϊ

7. Anzeiger nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekenn- j zeichnet, daß die Rückseite (54) eine solche Winkelgestalt hat, ! daß im wesentlichen das gesamte aus dem Element austretende und · auf die Vorderfläche (53) treffende und durch das Element ver- ^; laufende und aus diesem heraus auf die Rückseite auftreffende Licht dies unter einem Einfallswinkel tut, der größer als der : kritische Winkel des Materials ist, aus dem das optische Element besteht.

8. Anzeiger nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (16) normalerweise von der Rückseite ; in einer konstanten Entfernung beabstandet ist. :

9. Anzeiger nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekenn¹-zeichnet, daß die Membran opak ist. i

1o. Anzeiger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ;

Membran ein Formteil aus einer Gummimasse ist und daß in diese j ein helles Pigment eingemischt ist.

11. Anzeiger nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter in einem Gehäuse (12) angeordnet ist.

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12. Anzeiger nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeiger einen nicht verschlossenen Pfad enthält, auf dem Strömungsmittel zwischen der Atmosphäre und dem Behälter unter der Membran (16) strömen kann.

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