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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft einen Meßwertgeber mit einem geschlossenem
Dosenkörper, der eine elastisch verformbare plattenförmige Membranfeder und ein
im wesentlichen starres, mit einer Uffnung zum Einlaß eines Druckmediums versehenes
Dosenunterteil umfaßt.
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Meßwertgeber dieser Art werden seit langem in der Anzeige, Meß-,Regel-
und Steuertechnik eingesetzt und dienen dazu, in Abhängigkeit von einer bestimmten
Druckbeaufschlagung mittels eines Druckmediums sich längs eines bestimmten Weges
in Abhängigkeit vom jeweiligen Druck des Druckmediums elastisch zu verformen. Der
Federweg und die durch den Druck des Druckmediums bewirkte Richtkraft des Meßwertgebers
sind Größen, die dem jeweiligen Anwendungsfeld entsprechend als Anzeige, Meß-, Regel-
oder Steuerungsgrößen verwendet werden.
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Insbesondere dann, wenn derartige Meßwertgeber bei niedrigen Drücken
des Druckmediums bei mechanisch arbeitenden Grenzwertkontakten oder Fernsendern
eingesetzt werden sollen, ist die Richtkraft, die die bisherigen Meßwertgeber aufzubringen
in der Lage sind, nur unzureichend, da der Federweg von einer in ein als Flanschkörper
ausgebildetes Dosenunterteil eingespannten plattenförmigen Membranfeder eines im
Stand der Technik schon seit langem bekannten Meßwertgebers nur einen sehr kurzen
Federweg aufweist, mit der Folge, daß die Anwendung derart aufgebauter Meßwertgeber
sehr eingeschränkt ist.
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Um dennoch die für manche Anwendungsfälle unumgänglich
hohe
Richtkraft bzw. einen großen Federweg in Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung
zu bekommen, sind bisher als sogenannte Kapselfedern ausgebildete Meßwertgeber aneinander
gesetzt worden, wobei eine derartige Kapselfeder aus zwei ringförmig gewellten Membranen
besteht, die zu einem Dosenkörper zusammengefügt sind. Die Kapselfedern bestehen
aus sehr dünnwandigem Blech und weisen aufgrund dieses Aufbaus nur eine sehr geringe
Formstabilität auf.
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Bekannte Meßwertgeber dieser Art weisen höchstens zwei aneinandergefügte
Kapselfeder-elemente auf, da ein größerer Verband einzelner Kapselfederelemente
eine für den praktischen Einsatz nicht mehr beherrschbare Forminstabilität aufweist.
Die Folgen wären störende Abweichungen des linearen Verlaufs des elastischen Federweges
für die meß-, steuer- und regel technischen Aufgaben.
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Ein weiterer zusätzlicher Nachteil besteht in der erheblichen Lageempfindlichkeit
der einzelnen dünnwandig ausgebildeten Kapselfederelemente bei der Anbringung jnfolge
des Eigengewichts und infolge des Meßmediums, beispielsweise bei flüssigen Meßmedien.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Meßwertgeber zu schaffen,
der exne große Richtkraft und einen langen Federweg entprechend der gewünschten
Einsatzart auszufUhren vermag und der andererseits dabei eine große Formstabilität
besitzt, sodaß meß-, steuer-und regeltechnische Aufgaben unabhängig von der Art
des Druckmediums mit hoher Präzision durchgeführt werden können, ohne daß der Rahmen
für eine kostengünstige Herstellung überschritten wird.
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Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß eine Mehrzahl
vonvOosenkörpern zur Vergrößerung der Federkraft und des Federweges druckdicht aneinander-
setzbar
sind, wobei die Drucküberleitung von einem zum anderen Druckraum über einen rohrförmigen
Ansatz erfolgt, der einerseits mit der Membranfeder und andererseits mit dem anschließenden
Dosenunterteil verbunden ist. Auf diese Weise kann ein Meßwertgeber zusammengestellt
werden, der der jeweils geforderten Richtkraft bzw. dem jeweils geforderten Federweg
entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt ist. Ein Zurückgreifen auf gesonderte
AusfUhrungsformen der Meßwertgeber, was in vielen Fällen auch eine gesonderte und
sehr teure Lagerhaltung zur Folge hat, wird durch den Einsatz der erfindungsgemäßen
Druckkörper Uberflüssig, vielmehr können die einzelnen einen gleichen Aufbau untereinander
habenden Dosenkörper selbst von fachlich nicht besonders geschultem Personal mühelos
miteinander verbunden werden. Der Dosenkörper selbst ist über das in sich sehr steif
ausgebildete Dosenunterteil hinreichend formstabil, sodaß selbst bei einer Mehrzahl
derart aneinander gesetzter Dosenkörper ein Meßwertgeber geschaffen wird, der frei
von formstabilitätsabhängigen Abweichungen ist.
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Um jedoch für einige Anwendungsfälle die Formstabilität insgesamt
noch zu erhöhen, um auch bei einer größeren Mehrzahl von miteinander verbundenen
Dosenkörpern einen hochpräzisen Meßwertgeber zu schaffen, weist der Dosenkörper
ein mit einer Uffnung versehenes Dosenoberteil auf, das zwischen sich und dem Dosenunterteil
die Membranfeder einschließt. Dieses Dosenoberteil kann mit seiner Uffnung einmal
eine mechanische Führung für den durch es hindurch greifenden rohrförmigen Ansatz
sein, womit eine von der Richtung des eigentlichen Federweges abweichende Bewegungskomponente
der miteinander verbundenen Druckkörper ausgeschlossen wird, und mit dem die empfindliche
Membranfeder gegen äußere mechanische und auch chemische Einflüsse geschUtzt wird.
Darüber hinaus trägt das zusätzliche
Dosenoberteil noch in Verbindung
mit dem Dosenunterteil zu einer größeren Form- und damit Betriebessicherheit bei.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform weist das Dosenunterteil
einen zur Uffnung zum Einlaß des Druckmediums hin konvex gewölbten Boden auf, während
das Dosenunterteil einen mu seiner Uffnung zur Durchführung des rohrförmigen Ansatzes
hin konvex gewölbten Deckel aufweist. Obwohl prinzipiell jede geeingnete Boden-
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Deckelfiorm geeignet ist, ist eine nach außen gewölbte jeweilige Boden-
bzw. Deckelform besonders formstabil gegen äußere mechanische Beeinflussung, Um
die Verbindung zwischen mehreren Dosenkörpern auf besonders einfache Weise durchführen
zu können, ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der rohrförmige
Ansatz fest mit der Membranfeder verbunden und der ein Innengewinde aufweist, in
das der rohrförmige Ansatz, der fest mit dem Dosenunterteil verbunden, mit einem
auf ihm ausgebildeten Außengewinde aufschraubbar ist. Unter Zwischenlegung von geeigneten
Dichtungsmitteln, beispielsweise eines geeignet ausgebildeten Dichtrings, kann der
Anwender auf diese Weise baukastenförmig die einzelnen Dosenkörper nach gewollter
Federrichtkraft bzw. nach gewolltem Betrag des Federweges einfach aneinander schrauben
und erhält somit darüber hinaus einen äußerst formstabilen und damit hochpräzisen
Meßwertgeber. Zusatzwerkzeuge oder zusätzliche Verbindungsmittel zur Verbindung
der erfindiingsgemäß ausgebildeten Dosenkörper sind bei Verwendung in dieser Ausführungsform
überflüssig, sodaß der so ausgebildete Meßwertgeber, selbst wenn die einzelnen Druckkörper
einmal fehlerhaft werden sollten, leicht repariert werden kann, Indem ohne zusätzliche
Hilfsmittel die betreffenden Druckkörper einfach ausgetauscht werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Meßwertgebers wird schließlich dadurch erreicht, daß die die Dosenkörper bildenden
Teile einen sie umschließenden äußeren Randbereich aufweisen, der im wesentlichen
senkrecht zur Membranebene liegt, und in dem die Teile formschlüssig topfförmig
ineinandergesetzt miteinander verbunden sind. Der Randbereich der Membranfeder und
der dazu formschlüssig ausgebildete Randbereich des Dosenunterteils und gegebenenfalls
des Dosenoberteils sind so aufeinander abgestimmt, daß die jeweiligen Randbereiche
eng aneinander liegen und so auf geeignete Weise miteinander verbunden werden können.
Diese großflächige Verbindung der Randbereiche der einzelnen Teile des Dosenkörpers
geben dem Meßwertgeber insgesamt eine sehr vorteilhafte hohe Druckfestigkeit und
eine nochmal vergrößerte Formstabilität, mit dem die Gradlinigkeit des Abgriffs
des Federweges unabhängig von der Einbaulage des Meßwertgebers nochmals vergrößert
wird.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Meßwertgebers
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden schematischen
Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels eingehend beschreiben. Darin zeigen:
Fig. 1 in auseinandergezogener geschnittener Darstellung die einzelnen Teile eines
Dosenkörpers mit senkrecht zur Membranebene abgewinckelten Randbereichen, Fig. 2
in geschnittener Darstellung in der Seitenansicht einen aus den Teilen von Fig.
1 zusammengesetzten Dosenkörper im Schnitt, wobei eine Mehrzahl derartiger zusammengesetzter
Dosenkörper einen Meßwertgeber bildet,
Fig. 3 der eigentliche Meßwertgeber
in der Seitenansicht aus mehreren, miteinander verbundenen Dosenkörpern zur Vergrößerung
der Federkräfte und Federwege im Schnitt und Fig. 4 einen Meßwertgeber, wie er in
Fig. 3 dargestellt ist, jedoch mit einer Verbindung der Randbereiche der den Druckkörper
bildenden Teile durch Umbördeln im Schnitt, wobei dieser W7eßwertgeber zur Ermittlung
eines Differenzdrucks ausgebildet ist.
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Der Meßwertgeber 1 besteht im wesentlichen aus einem Dosenkörper 2,
der durch eine Membranfeder 3 und ein Dosenoberteil 11 gebildet wird. Die Membranfeder
3 wird von dem mit einer Uffnung 12 versehenen Dosenoberteil sowie dem mit einer
Uffnung 10 versehenen Dosenunterteil eingeschlossen Die Uffnungen 10 und 12 befinden
sich jeweils im Zentrum des in der Regel kreisförmig ausgebildeten Dosenunterteils
9 bzw. des Dosenoberteils 11.
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Die den einzelnen Dosenkörper 2 bildenden Teile, nämlich das Dosenunterteil
9, das Dosenoberteil 11 und die Membranfeder 3, weisen einen sie umschließenden
äußeren Randbereich 5, 6, 13 auf, an dem sie miteinander verbunden sind. Diese Verbindung
kann auf vielfältigste Weise in Abhängigkeit von dem verwendeten Werkstoff der Teile
des Dosenkörpers 2 bewerkstelligt werden. Von besonderer Wichtigkeit ist die Verbindung
dieser Randbereiche durch Umbördelung, wie es beispielsweise in Fig. 4 dargestellt
ist, da diese Art der Verbindung einerseits eine formstabilisierende Verbindung
darstellt, die außerdem sehr druckdicht ausführbar ist, und die andererseits verhältnismäßig
kostengünstig ausführbar ist.
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Eine andere Ausführungsform der Verbindung der Randbereiche wird durch
die in Fig. 2 dargestellte Art der Verbindung
erreicht. Hierbei
weisen die den Dosenkörper bildenden Teile 3, 9, 11 einen sie umschließenden äußeren
Randbereich 5, 6, 13 auf, der im wesentlichen senkrecht zur Membranebene 4 liegt,
und in dem die Teile 3, 9 lt formschlüssig topfförmig ineinandergesetzt miteinander
verbunden sind. Dabei kann auch die Verbindung derartig ausgebildeter Randbereiche
6, 7, 13 untereinander durch Klebung oder durch eine metallische Verbindung, wie
Löten oder Schweißen, vorgesehen werden.
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Die zwischen dem Dosenunterteil 9 mit konvex gewölbtem Boden 14 und
dem Dosenoberteil 11 mit konvex gewölbtem Deckel 14 eingeschlossene Membranfeder
3 weist in der in den Figuren dargestellten Ausführungsform vertikal von der Membranebene
4 sich abhebende konzentrische Erhöhungen 7 auf, die einen wellenförmigen Verlauf
im Membranfederquerschnitt 8 zeigen. Derartig gewölbte Membranfedern werden für
viele Meßzwecke standartmäßig verwendet. Darüber hinaus sind aber auch Anwendungsfälle
denkbar, in denen lediglich große Federrichtkräfte bei relativ geringeren Federwegen
benötigt werden, beispielsweise wenn mit dem erfindungsgemäßen Meßwertgeber 1 piezoelektrische
Elemente angesteuert werden sollen, die eine elektrische Spannung bei Druckbeaufschlagung
liefern. Zu diesem Zweck kann es sinnvoll sein, daß die Membranfeder 3 eine vollständig
plane Membranebene 4 aufweist.
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Die Membranfeder 3 besteht in der Regel aus metallischen Werkstoffen,
wie Berillium, Kupfer oder Bronze, je nach Abhängigkeit vom Druckmedium, mit dem
die Membranfeder 3 beaufschlagt wird. Darüber hinaus ist es sinnvoll, bei bestimmten
Einsatzarten bzw. bei bestimmten teilaggressiven Medien die Membranfeder 3 mit einer
Kunststoffschicht zu versehen0 die beispielsweise in Form einer Kunststoffolie
auf
das Membranfedermetall aufgebracht wird. Auch kunststoffbedampfte metallische Membranfedern
sind denkbar.
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Das Dosenunterteil 9 weist an seiner Uffnung 10 zum Einlaß des Druckmediums
in den einen Druckraum 24 einen rohrförmigen Ansatz 15 auf, der zur Befestigung
von Verbindungseinrichtungen, beispielsweise Schläuchen oder Rohrleitungen dient,
wenn das der Enddosenkörper eines Meßwertgebers 1 ist, und der zur Verbindung mit
einem entsprechend von der Membranfederöffnung 16 abstehenden rohrförmigen Ansatz
dient, wenn mehrere erfindungsgemäß ausgebildete Dosenkörper 2 miteinander verbunden
sind. wie es in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist.
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Der auf dem Dosenunterteil 9 vom konvex gewölbten Boden 14 abstehende
rohrförmige Ansatz 15 weist ein in ihm ausgebildetes thnengewinde 19 auf, während
der mit der Membranfeder 3 verbundene und von ihr nach außen wegstehende rohrförmige
Ansatz 17 ein Außengewinde 18 aufweist. Auf diese Weise können beliebig viele Dosenkörper
2 leicht durch Aufelnanderschrauben zur Bildung eines Meßwertgebers 1 unter Zwischenlage
einer Dichteinrichtung 20 verbunden werden. Darüber hinaus ist es natürlich auch
denkbar, daß der rohrförmige Ansatz 15 ein Außengewinde aufweist, während der rohrförmige
Ansatz 17 ein Innengewinde aufweist.
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Aus Vereinheitlichungsgründen können alle Membranfedern 3 mit einer
Uffnung 16 versehen sein, also sowohl die in Fig. 3 dargestellte oberste Membranfeder,
als auch die in Fig. 4 dargestellte unterste Membranfeder. In diesem Falle muß die
letzte (also in Fig. 3 die oberste und in Fig. 4 die unterste), außenliegende Uffnung
16 der Membranfeder 3 zur Schaffung eines eldiglich einseitig offenen Druckraums
24 mit einem gesonderten Verschluß unter Zwischenlage einer geeigneten Dichteinrichtung
20
verschlossen werden.
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Obwohl prinzipiell auch andere Arten der druckdichten Verbindung aneinandergesetzter
Druckkörper 2 möglich sind, bietet die Ausbildung von mit Gewinden 18, 19 versehenen
rohrförmigen Ansätzen 15, 17 die Möglichkeit, je nach Anwendungsfall beliebig viele
Druckkörper 2 schnell aneinandersetzen zu können. Insbesondere dann, wenn einzelne
Druckkörper 2 defekt sind, kann ohne langwierige Reparaturvorgänge jeweils der defekte
Teil ohne zusätzliche Hilfsmittel (Werkzeuge, Verbindungsmittel) ausgebaut werden
und durch ein neues ersetzt werden.
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Die Drucküberleitung des Druckmediums, das flüssig und gasförmig sein
kann, und die sich addierend übertragende elastische Beweglichkeit von einem zum
anderen Druckkörper 2 erfolgt somit durch den zwischen den Druckkörpern 2 angeordneten
rohrförmigen Ansatz 15, 17, der druckdicht mit der elastisch beweglichen Membranfeder
3 des einen Dosenkörpers 2 und dem nächsten Dosenunterteil 9 des anderen Dosenkörpers
2 verbunden ist, wie es gemäß dem in Fig. 3 und in Fig. 4 gezeigten Meßwertgebern
1 dargestellt ist.
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Bezugszeichenl iste 1 Meßwertgeber 2 Dosenkörper 3 Membranfeder 4
Mebranebene 5 Randbereich der Membranfeder 6 Randbereich des Dosenunterteils 7 Konzentrische
Erhöhungen 8 Membranfederquerschnitt 9 Dosenunterteil 10 oeffnung (im Dosenunterteil)
11 Dosenoberteil 12 Uffnung (im Dosenoberteil) 13 Randbereich des Dosenoberteils
14 Konvex gewölbter Boden 14' Konvex gewölbter Deckel 15 Rohrförmiger Ansatz (im
Dosenunterteil) 16 Membranfederöffnung 17 Rohrförmiger Ansatz (in der Membranfeder)
18 Außengewinde 19 Innengewinde 20 Dichteinrichtungen 21 Deckelinnenseite 22 Schulter
23 Verschluß 24 Druck raum
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