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Druckmessermembran in Dosenform Zur Bestimmung des Druckes in Flüssigkeiten
und Gasen werden bestimmte elastische Gebilde (Dosen- und Bourdonrohre) verwendet,
die mit bestimmten Fehlermöglichkeiten behaftet sind. Diese Fehlermöglichkeiten
werden beispielsweise an der Aneroiddose erläutert.
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Die von Vi d i zur. Messung der Luftdruck schwankungen gebaute Aneroiddose,
deren Gestalt bis heute noch im wesentlichen unverändert besteht, wird gebildet
aus zwei möglichst biegungsweichen, gerillten Metallmembranen, die am Rande derart
ausgeführt sind, daß sie zur Ausbildung eines von der Außenluft abgeschlossenen
Raumes verlötet werden können. Die bei Druckunterschieden sich ändernde Belastung
der Membranen wird durch Außen- oder Innenfedern aufgenommen, deren Wege bis zu
einer neuen Gleichgewichtslage im allgemeinen durch mechanische Übersetzung aufgeschrieben
werden. Bei den heute üblichen Aneroiddosen liegt eine Reihe von Fehlermöglichkeiten
vor, die zum Teil sich aus en thermischen und elastischen Eigenschaften der Baustoffe
ergeben, zum anderen Teile aber durch Konstruktionseigentümlichkeiten bedingt sind.
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Die vorliegende Erfindung setzt die durch die elastischen Eigenschaften
bedingten Fehler durch zweckmäßige Formgebung und Behandlung der Baustoffe auf ein
Mindestmaß herab, während die durch die thermischen Eigenschaften bedingten Fehler
durch die bauliche Gestaltung und Auswahl des Baustoffes ganz vermieden werden.
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Die aus der Konstruktion sich ergebenden Fehler werden auf folgende
Weise vermieden: Abb. i zeigt, wie bei den üblichen Ausführungen die Membranbleche
am Rande verbunden werden, indem man Ober- und Unterteil i und z umbördelt und in
der gezeigten Stellung verlötet (3 Lot). Bei Zimmertemperatur, noch mehr aber bei
Temperaturen bis q.0° ist das Lot als praktisch plastischer Körper anzusprechen.
Wie durch verschiedene Versuche nachgewiesen werden konnte, ist bei durchaus zulässigen
Druckunterschieden eine plastische Verformung im Lot eingetreten, derart, daß nach
jedem Aufstieg ein neuer Nullpunkt festzustellen war. Es ist wohl zu beachten, daß
diese Nullpunktwanderung mit elastischen Nachwirkungen, die nach etwa drei Aufstiegen
praktisch vollkommen verschwunden sind, nichts zu tun hat. Weiterhin wird der Membranbaustoff
gerade am Rande, der Stelle der größten Beanspruchung, durch die .scharfe Bördelung
sehr stark im Gefüge zerstört und seiner elastischen Fähigkeiten wesentlich beraubt.
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Bei Anwendung eines der Form angepaßten Zwischenringes 5 in Abb. z
und 3 wird die Möglichkeit ausgeschaltet, daß die Membranbleche ihren Abstand am
Rande ändern und außerdem die Güte des Baustoffes durch schädliche Knicke herabsetzen.
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In Abb. i ist zugleich vorgeführt, wie bei
den üblichen
Dosenbauarten die Gegenkraft in Gestalt einer Feder 4 zur Wirkung kommt; bei den
neuen Dosen wird das in der Weise erreicht, d_aß in die Membranen je eine Rille
in bekannter Weise eingezogen wird, die den Membranen hohe elastische Eigenschaften
verleiht. Es ist bei der Formgebung sehr darauf zu achten, daß die Rille sehr breit
und mit weiten Übergängen eingezogen wird, weil jeder scharfe Übergang eine Zerstörung
des molekularen Aufbaues im Baustoff und somit eine Herabsetzung der elastischen
Eigenschaften bewirkt. Als Folge davon werden die durch elastische Nachwirkung bzw.
elastische Hysteresis nicht zu vermeidenden Fehler künstlich vergrößert und der
Wert eines solchen Meßelementes außerordentlich in Frage gestellt. Vornehmlich am
Rande, also an der Befestigungsstelle der Membranen, ist auf besonders sorgfältige
Formgebung zu achten, weil gerade hier die größten Spannungen auftreten. Entsprechend
diesen Überlegungen ergibt es sich, daß die Auflagefläche der Membranform angepaßt
werden muß. In den Abb.2 und 3 sind solche Formen gezeigt, wobei der Querschnitt
des Ringes eine trapezförmige Gestalt erhält. In der in Abb. 2 gezeigten Form, die
sinngemäß auch für andere Fälle gilt, verläuft die Membran am Rande nahezu geradlinig
in schwach gewölbtem Bogen. Auf diese Weise wird erreicht, daß das gesamte Randgebiet
einen vollkommen organischen Zusammenhang von hoher Steifigkeit erhält. Damit ist
die Garantie gegeben, daß alle Bewegungen der Membran sich nicht im Randgebiet,
sondern auf einem inneren Radius vollziehen. Die Wahrscheinlichkeit der Zerstörungen
im molekularen Aufbau ist durch diese Art der Formgebung und Befestigung auf ein
Mindestmaß verringert.
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Als Folge obiger Überlegungen ist zu bemerken, daß für druckempfindliche
Gebilde, bei denen der Außendruck größer ist, die in Abb. 2 gezeigte Form zu verwenden
ist, und bei solchen Gebilden, bei denen der Außendruck kleiner ist, die in Abb.
3 vorgeführte Ausführung gewählt werden muß. Die in Abb.3 gezeigte Ausführung mit
innerem Überdruck wird zumeist für Manometer in Frage kommen. Hierbei empfiehlt
es sich, zur Erhöhung der Sicherheit zu der Lotung, die, wie versuchsmäßig nachgewiesen
ist, -im allgemeinen ausreicht, eine weitere Befestigung durch aufgeschraubte Ringe
7 vorzusehen.
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Es ist noch zu erwähnen, daß beispielsweise die im Handei üblichen
Aneroiddosen mit einem trockenen Gas von bestimmtem Druck gefüllt sind. Diese Gasfüllung
erfolgt zu dem Zwecke, die Dose für einen bestimmten Druckunterschied gegen Temperatureinfluß
unempfindlich zu machen, da bei Temperaturänderungen erhebliche Änderungen der Steifigkeit
und damit außerordentliche Fehlmessungen auftreten. Solche kompens ten Dosen sind
also in der Lage, einen ie-rbestimmten Druck mit Rücksicht auf die Temperatur fehlerfrei
anzugeben, wohingegen natürlich alle anderen Drucke mehr oder weniger gefälscht
sind.
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Wählt- man aber den obenerwähnten Zwischenring 5 aus einem anderen
Baustoff als dein des Membranbleches, so werden bei Temperaturänderungen bei geschickter
Wahl der Dosenform infolge der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten zusätzliche
kleine Wege erzwungen, die die durch die Steifigkeitsänderungen erzeugten Änderungen
der Ausschläge kompensieren.
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Wird beispielsweise bei konstantem Außendrück -die Temperä u verringert,-
so ist die Membran steifer geworden, was sich darin äußert, daß die Dosenspitze
sich in der ausgezogenen Pfeilrichtung bewegt. Ist nun der Ausdehnungskoeffizient
des Ringes 5 größer oder kleiner als der des Membranbaustoffes, so wird bei entsprechender
richtiger Ausbildung der Membranform als Temperaturausgleich der Weg in einer durch
gestrichelte Pfeile angedeuteten Richtung erzwungen.
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`Züm Schluß - sei..noch darauf hingewiesen, daß. ein nach obigen Gesichtspunkten
gebauter Druckmesser zur Messung aller- Arten -von Flüssigkeits- und Gasdrücken
in fabrikatorischer Hinsicht einen wesentlichen Fortschritt darstellt -insofern,
als die Herstellungskosten nur einen Bruchteil der von üblichen Druckmessern. betragen'.---
-Gegenüber Dosen als Druckmesser wird auf die.' die -Herstellung sehr verteuernde
Feder verzichtet, und -der vorwiegend bei der Federfertigung entstehende Materialausschuß
fällt nahezu fort.
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Gegenüber - Bourdönröhren - als Druckmesser wird die sehr kostspielige
Formgebung und die sehr umständliche Lotung bzw. Schweißung der Naht vermieden und
der die Herstellung eines- Anzeigegerätes verteuernde nicht geradlinige Ausschlag
aus-,zeschaltet. -