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" Vibrationsgedampftes Zeigerthermometer
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mit Bimetallantrieb " Die Erfindung betrifft ein Zeigerthermometer
mit einem Gehäuse mit Skala und Zeiger, mit einem an das Gehäuse angesetzten dichten
Fühlerrohr, in dem koaxial eine gewendelte Bimetallfeder und eine das freie Ende
der Bimetallfeder mit dem Zeiger verbindende Antriebswelle auf je einem Teil der
Länge des Fühlerrohres untergebracht si-nd, sowie mit einer Füllung aus einer Dämpfungsflüssigkeit
gegen Vibrationen.
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Derartige Zeigerthermometer werden häufig an Maschinen befestigt,
die heftigen Vibrationen a.usgesetzt sind oder diese erzeugen. Sie werden beispielsweise
für die Messung der Abgastemperaturen von Dieselmotoren mit deren Auspuffsystem
fest verbunden. Weitere Einsatzmöglichkeiten bestehen bei Verdichtern bzw. Kompressoren,
Notstromaggregaten und im Rudermaschinenraum. Der Meßbereich kann dabei bis zu 600
OC betragen; es sind aber auch Meßbereiche von nur 60 "C denkbar.
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Als Dämpfungsflüssigkeiten kommen bevorz-ugt temperaturbeständige
Ule mit geeigneter Viskosität, bevorzugt Silikonöle, zur Anwendung.
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Bei den bisher bekannten Zeigerthermometern der eingangs beschriebenen
Gattung ist der gesamte Hohlraum, also einschließlich des Gehäuses mit Skala und
Zeiger, mit der Dämpfungsflüssigkeit gefüllt, so daß eine einwandfreie Abdichtung
des gesamten Geräts erforderlich ist.
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Hierdurch entfällt eine nachträgliche Einstellung bzw.
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Justierung, die beispielsweise dann vorzunehmen ist, wenn der Benutzer
eine Kompensation der Umgebungstemperatur vornehmen will. Infolge der unvermeidbaren
Ausdehnung der Dämpfungsflüssigkeit bei Temperaturerhöhung befindet sich oberhalb
des Flüssigkei-tsspiegels eine Gasblase, so daß der Flüssigkeitsspiegel bei senkrecht
stehender Skalenplatte in deren oberem Teil quer über die Skalenteilung hinwegläuft.
Dies sieht nicht nur unschön aus, sondern erschwert wegen der unterschiedlichen
Parallaxe im gas- und ölgefüllten Raum auch die Ablesung. Hinzu
kommt,
daß das Ul, insbesondere beim Einsatz unter hohen Temperaturen, sich und/oder die
Skala verfärbt, so daß die Ablesungsmtglichkeit zunehmend verschlechtert wird. Ist
die Gasblase sehr klein oder gar nicht vorhanden, dann muß ein Oberdruckventil für
die Dämpfungsflüssigkeit vorhanden sein, um ein Platzen des Geräts beim Sieden der
DämpfungsflUssigkeit zu vermeiden. Die beim Sieden der Dämpfungsflüssigkeit aufsteigenden
Dampfblasen.stören gleichfalls die Ablesung. Sämtliche die Ablesemöglichkeit beeinträchtiende
Erscheinungen fallen insbesondere dann störend ins Gewicht, wenn das betreffende
Zeigerthermometer in unmittelbarer Nachbarschaft von anderen Geräten angeordnet
ist, deren Skalen nicht in eine Flüssigkeit eingetaucht sind.
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Die vollständig mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllten bekannten Geräte
haben noch den Nachteil einer größeren Hysterese bzw. einer weniger genauen Anzeige,
weil nämlich durch die Dämpfungsflüssigkeit eine gewisse Flüssigkeitsreibung auf
den Zeiger einwirkt. Einerseits ist die Flüssigkeitsreibung für die Vibrationsdämpfung
zwar erwünscht, andererseits wirkt sie aber auch der Anzeigegenauigkeit entgegen.
Diesbezüglich stehen sich also zwei Forderungen diametral entgegen. Der Einfluß
der Flüssigkeitsreibung auf die Anzeigegenauigkeit wird um so größer, je kleiner
der Meßbereich ist, da bei einem kleinen Meßbereich die von der Bimetallfeder erzeugten
Verstellkräfte entsprechend gering sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Zeigerthermometer
der eingangs besch-riebenen Gattung anzugeben, bei dem d:as Gehäuse mit Skala und
Zeiger öl frei ist, und das eine kleinere Hysterese und eine genauere Anzeige aufweist.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen
Zeigerthermometer erfindungsgemäß dadurch, daß die Antriebswelle von einer zum Fühlerrohr
koaxialen Hülse umgeben ist, deren eines Ende in Gehäusenähe flüssigkeitsdicht im
Fühlerrohr gelagert ist und deren anderes, dem Gehäuse abgekehrtes Ende eine Durchtrittsbohrung
für die Antriebswelle aufweist und daß das Volumen des zwischen Fühlerrohr und Hülse
gebildeten Ringspalts mindestens so groß ist wie die Füllmenge der Dämpfungsflüssigkeit.
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Durch die spezielle Anordnung der zum Fühlerrohr und zur Antriebswelle
koaxialen Hülse in Verbindung mit einer auf das Volumen des Ringspalts abgestimmten
FUllmenge der Dämpfungsflüssigkeit wird erreicht, daß in allen möglichen Gebrauchslagen
des Zeigerthermometers ein mehr oder weniger großer Teil der Bimetallfeder von der
Dämpfungsflüssigkeit benetzt wird, wie sich aus einer Gegenüberstellung der Figuren
1 und 3 leicht ergibt. In einer Oberkopflage gemäß Figur 4, in die das Zeigerthermometer
während des Transports gelangen kann, füllt die Dämpfungsflüssigkeit lediglich den
Ringspalt zwischen Hülse und Fühlerrohr aus, wie sich aus einer Betrachtung der
Figur 4 leicht ergibt. In jeder nur möglichen Raumlage des Zeigerthermometers liegt
die Durch-
trittsbohrung für d-ie Antriebswelle am Ende der Hülse
oberhalb des Flüssigkeitsspiegels, so daß die Dämpfungsflüssigkeit nicht in den
Raum innerhalb der Hülse eindringen kann.
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Es hat sich überraschend gezeigt, daß in der Durchtrittsbohrung nicht
einmal eine Dichtung für die Antriebswelle angeordnet werden muß; es genügt, wenn
die Durchtrittsbohrung unter Einhaltung üblicher Toleranzen die Antriebswelle möglichst
eng umschließt.
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Durch die erfindungsgemäße Maßnahme unterscheidet sich der Anblick
des Zeigerthermometers trotz des Vorhandenseins einer Dämpfungsflüssigkeit nicht
vom Anblick anderer Meßgeräte, so daß die Anordnung der betreffenden Meßgeräte in
einer Reihe ohne Beeinträchtigung des Gesamteindrucks möglich ist. Die Zeigerstellung
ist dabei relativ zur Skala leicht ablesbar, da keinerlei nachgedunkeltes o1, keine
nachgedunkelte Skala oder gar sprudelnde Dampfblasen die Ablesung beeinträchtigen.
Auch erstreckt sich kein Flüssigkeitsspiegel quer über den oberen Skalenbereich.
Auf eine besondere Abdichtung des Gehäuses kann verzichtet werden, desgleichen auf
ein Oberdruckventil, so daß das Gehäuse auch mit einer von außen zugänglichen Stellschraube
für die nachträgliche Justierung des Geräts versehen werden kann. Die Hysterese
wird verringert und die Anzeigegenauigkeit vergrößert, da der Zeiger nicht mehr
einer Flüssigkeitsreibung ausgesetzt wird. Dadurch wird die Anzeigegenauigkeit insbesondere
bei kleinen Meßbereichen deutlich vergrößert. Dennoch hat sich der Dämpfungsfaktor
als völlig ausreichend für praktische Belange erwiesen.
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Bimetallfeder und Antriebswelle sind dabei innerhalb des Fühlerrohres
in Reihe geschaltet, d.h. das eine Ende der Bimetallfeder ist mit dem Ende des Fühlerrohres
fest verbunden, und das jenseitige Ende der Antriebswelle ist durch einen Lagerkörper
in das Gehäuse hineingeführt. Dort ist die Antriebswelle mit dem Zeiger verbunden,
was entweder durch unmittelbares Aufstecken des Zeigers auf die Antriebswelle erfolgen
kann, oder unter Zwischenschaltung eines torsionssteifen Drahtseils, wenn beispielsweise
die Zeigerachse senkrecht zur Antriebswelle verlaufen soll. In dem zuletzt genannten
Fall verlaufen die Skalenebene und die Achse des Fühlerrohres parallel zu einander.
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Bei einem derartigen Zeigerthermometer ist es gemäß der weiteren Erfindung
besonders vorteilhaft, wenn die Bimetallfeder und die Antriebswelle je etwa die
halbe Länge des Fühlerrohres einnehmen, und wenn die Hülse, vom Gehäuse ausgehend,
knapp bis zur Mitte des Fühlerrohres reicht. In -diesem Falle beträgt die Füllmenge
der Dämpfungsflüssigkeit deutlich weniger als das halbe Volumen des Fühlerrohres,
wenn man bedenkt, daß die Bimetallfeder auch noch einen Teil des Flüssigkeitsvolumens
verdrängt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben
sich aus den übrigen Unteransprüchen; ihre Vorteile sind in der Detailbeschreibung
näher erläutert.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend
anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert.
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Es zeigen: Figur l einen Schnitt entlang der Achse des Fühlerrohres
durch ein vollständiges Zeigerthermometer, Figur 2 eine Draufsicht auf das Gehäuse
mit Skala und Zeiger, Figur 3 einen Axialschnitt durch das Fühlerrohr bei senkrechtem
Einbau des Fühlerrohrs mit nach oben weisender Skala und Figur 4 einen teilweisen
Axialschnitt durch das Fühlerrohr im Bereich der Hülse in Oberkopflage gegenüber
Figur 3.
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In den Figuren 1 und 2 ist ein Zeigerthermometer 1 dargestellt, das
ein aus Edelstahl bestehendes, etwa kapselförmiges Gehäuse 2 mit einer Skalenplatte
3 und einem Zeiger 4 besitzt. Das Gehäuse 2 ist nach vorn bzw.
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oben durch eine Glasscheibe 5 abgeschlossen.
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Das Gehäuse 2 besitzt eine Gehäuserückwand 2a, die mit einer Prägung
2b versehen ist. Die gesamte Anordnung ist in Bezug auf eine Achse A-A rotationssymmetrisch
getroffen.
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In der Gehäuserückwand 2a befindet sich ein metallischer Nippel 6
mit einer Längsbohrung 7, die abgestuft ausgebildet ist. In dem erweiterten Teil
der Längsbohrung 7 ist
flüssigkeitsdicht 'ein zylindrisches Fühlerrohr
8 aus Edelstahl befestigt, dessen jen.seitiges Ende durch einen Verschlußstopfen
9 abgeschlossen ist. Mit diesem Verschlußstopfen ist das eine Ende einer hochkantjgewendelten
Bimetallfeder 10 fest verbunden, die in bekannter Weise aus zwei aufeinandergewalzten
Metallstreifen mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten besteht. Durch Temperatureinwirkung
wird der Drall der Bimetallfeder verändert, und die temperaturproportionale Drehung
des anderen, freien Endes der Bimetallfeder 10 wird Uber eine unmittelbar angebrachte
Antriebswelle 11 auf den Zeiger 4 übertragen, der mittels einer Nabe 12 auf das
jenseitige Ende der Antriebswelle aufgesteckt ist.
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Zur Lagerung von Antriebswelle 11 und Zeiger 4 ist in den engeren
Teil der Lännsbohruno 2 ein Lagerkörper 13 eingesetzt, dessen engste Stelle die
Antriebswelle radial abstützt.
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Der Lagerkörper 13 besitzt an seinem dem Zeiger 4 abgekehrten Ende
eine erweiterte Ausdrehung, in die eine Hülse 14 flüssigkeitsdicht eingesetzt ist.
Durch die gleichfalls flüssigkeitsdichte Verbindung des Lagerkörpers 13 mit dem
Nippel 6 ist das Ende der Hülse 14 unter Belassung eines Ringspaltes 15 flüssigkeitsdicht
in das Fühlerrohr 8 eingesetzt. Das freie Ende der Hülse 14 ist radial einwärts
verformt, und zwar etwa kugelförmig bzw. halbkugelförmig, und besitzt im Bereich
der Achse A-A eine Durchtrittsbohrung 16 (Figur 3) für die Antriebswelle 11. Es
ist zu erkennen, daß die Bimetallfeder 10 und die Antriebswelle 11 je etwa die halbe
Länge des Fühlerrohres 8 einnehmen, und daß die Hülse 14,
vom Gehäuse
2 ausgehend, knapp bis zur Mitte des Fühlerrohres reicht. Die Wendelachse der Bimetallfeder
10 fällt mit der Achse A-A des Fühlerrohres 8 zusammen, desgleichen die Achse der
Antriebswelle 11.
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Das Gehäuse 2 ist gar nicht, das FUhlerrohr 8 nur teilweise mit einer
Dämpfungsflüssigkeit 17 gefüllt, deren Flüssigkeitsspiegel in Figur 1 parallel zur
Achse A-A verläuft. Man hat sich also die Achse A-A um 90 Grad nach links in der
Zeichenebene gedreht vorzustellen. Es ist zu erkennen, daß der Flüssigkeitsspiegel
nicht bis zur Durchtrittsbohrung 16 reicht, daß aber sehr wohl Umfangsteile einer
jeden Windung der Bimetallfeder 10 in die Dämpfungsflüssigkeit eintauchen. Die Bimetallfeder
hat also einen entsprechend großen Durchmesser, der nur geringfügig kleiner ist
als der Innendurchmesser des Fühlerrohres 8. Die Anordnung von Bimetallfedern in
Fühlerrohren ist jedoch Stand der Technik, so daß hierauf nicht näher eingegangen
wird. Durch das teilweise Eintauchen der Bimetallfeder 10 in die Dämpfungsflüssigkeit
17 wird ein ausreichendes Maß an Dämpfung erreicht, so daß die geschilderten Vorteile
voll erzielt werden.
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Figur 3 zeigt die Verhältnisse bei einer Einbaulage des Geräts mit
senkrecht stehender Achse A-A. Der Flüssigkeitsspiegel der Dämpfungsflüssigkeit
17 verläuft alsdann radial zu dieser Achse, und ein entsprechend großer Anteil der
Bimetallfeder 10 ist in die Dämpfungsflüssigkeit eingetaucht, so daß gleichfalls
ein guter Dämpfungseffekt erzielt wird.
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Figur 4 zeigt die Verhältnisse bei gleichfalls senkrecht stehender
Achse A-A, jedoch- gegenüber Figur 3 in Oberkopflage. Es ist erkennbar, daß die
Dämpfungsflüssigkeit 17 sich vollständig in dem Ringspalt 15 befindet, der zwischen
der Hülse 14 und dem FUhlerrohr 8 gebildet wird.
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Es ist auch zu erkennen, daß der Lagerkörper 13 (Figur 1) diesen Ringspalt
nach unten hin sowohl gegenüber der Hülse 14 als auch gegenüber dem Fühlerrohr 8
bzw. dem Nippel 6 abdichtet. Auch hier befindet sich die Durchtrittsbohrung 16 an
der höchsten Stelle, d.h. oberhalb des auch hier radial verlaufenden Flüssigkeitsspiegels
der Dämpfungsflüssigkeit 17. Ein Eindringen von Dämpfungsflüssigkeit in das Innere
der Hülse 14 ist also auch hier nicht möglich. Zwar tritt in einem solchen Fall
kein Dämpfungseffekt ein, jedoch handelt es sich bei den in Figur 4 gezeigten Verhältnissen
um keine Betriebslage des Geräts, sondern allenfalls um eine Lage, die das Gerät
während des Transports oder bei seiner Handhabung einnehmen kann. Es muß jedoch
auch hierbei verhindert werden, daß Dämpfungsflüssigkeit in die Hülse 14 und von
hier durch die Lagerbohrung im Lagerkörper 13 in das Gehäuse 2 eindringt.
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Der Ringspalt 15 ist in Richtung auf die Bimetallfeder 10 bzw. den
diese umgebenden Raum offen. Durch die Verformung des Endes der Hülse 14 wird etwa
auftropfende Dämpfunosflüssigkeit von der Antriebswelle 11 weg in den Ringspalt
geleitet.