DE2013460B2

DE2013460B2 - Tiefenmessgeraet in membranbauart

Info

Publication number: DE2013460B2
Application number: DE19702013460
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Priority date: 1969-03-20
Filing date: 1970-03-20
Publication date: 1978-02-09
Also published as: GB1247127A; FR2039758A5; DE2013460A1; ES377752A1; CH499092A; US3651693A; DE2013460C3; JPS499396B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Tiefenmeßgerät in Membranbauart mit einem Gehäuse, das ein transparentes Fenster sowie eine deformierbarc Wand aufweist und in das ein Hauptkörper eingesetzt ist, der eine einseitig dem Druck der umgebenden Flüssigkeit ausgesetzte, elastisch deformierbare, kreisrunde Membran, eine Skalenscheibe sowie eine mechanische Übertragungseinrichtung trägt, welche die Deformation der Membran in eine Anzeige einer Zeigers auf der Skalenscheibe umsetzt.

Derartige Tiefenmeßgeräte werden insbesondere beim Tauchen verwendet, und auf der Skalenscheibe läßt sich im allgemeinen die Tiefe, die dem auf die Membran wirkenden Druck proportional ist, unmittelbar in Längeneinheiten ablesen.

Bei einem bekannten gattungsgemäßen Tiefenmeßgerät (DT-Gbm 18 36 025) findet eine gewellte, metallische Membran Verwendung, die längs ihres Randes an einer Stirnseite des zylindrischen Hauptkörpers angelötet ist. Das Gehäuse ist gegenüber der Membran mit Öffnungen versehen, so daß die umgebende Flüssigkeit in den Raum zwischen dem Gehäuse und einer Seite der Membran eindringen und so einseitig Druck auf sie ausüben kann.

Membranen dieser Art besitzen eine lineare Deformation-Tiefe-Charakteristik. Wenn man die Membran sehr dünn ausbildet, erhält man ein empfindliches Tiefenmeßgerät, das sich allerdings nur bis zu relativ geringen Tiefen verwenden läßt. Bei Überschreiten einer bestimmten Tiefe ruft nämlich der einseitige Druck der umgebenden Flüssigkeit plastische Deformationen der Membran hervor, die das Meßgerät unbrauchbar machen. Wenn man hingegen die Membran in größerer Dicke ausführt, erhält man ein Tiefenmeßgerät, das zwar auch in größeren Tiefen einsetzbar ist, zwangsläufig jedoch eine geringere Empfindlichkeit aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tiefenmeßgerät der eingangs genannten Art zu schaffen, das Messungen über einen großen Druckbereich gestattet und trotzdem bei niedrigen Drücken, d. h. also geringeren Tiefen, eine hohe Empfindlichkeit und somit eine genaue Anzeige ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Tiefenmeßgerät vorgesehen, daß die Membran eine für einen Einsatz in größerer Tiefe ohne bleibende Deformation ausreichende Widerstandsfähigkeit besitzt und frei auf einem ringförmigen Absatz des Hauptkörpers aufliegt, daß das Gehäuse wasserdicht ausgebildet ist und daß die deformierbare Wand unter dem Druck der umgebenden Flüssigkeit an der Membran zur Anlage kommt.

Ein wasserdichtes Gehäuse eines Tiefenmeßgerätes ist an sich bekannt (BE-PS 6 60 095). In dieser Druckschrift ist die Ausbildung des druckempfindlichen Teils, das eine Druckänderung in eine Wegänderung umsetzt, nicht genauer beschrieben; insbesondere lassen

JO sich aus dieser Druckschrift keine deformierbare, frei aufliegende Membran und keine an der Membran zur Anlage kommende, deformierbare Wand ersehen.

Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäß gestaltete Tiefenmeßgerät eine nichtlineare Deforma-

J5 tion-Tiefe-Charakteristik besitzt. Zur möglichen Erklärung muß man sich vor Augen halten, daß beim erfindungsgemäßen Tiefenmeßgerät bei vergleichbarer Empfindlichkeit dickere Membranen als beim Stand der Technik zur Anwendung kommen, da entsprechend der Theorie der Deformation ebener, biegesleifer Platten (vgl »Hütte I«, 28. Auflage, S. 942) am Rand frei aufliegende Platten eine wesentlich größere Durchbiegung als gleich dicke, am Rand eingespannte Platten ergeben. Da sich jedoch die Deformationstheorie von Platten nur auf solche erstreckt, deren Plattendicke klein im Vergleich zur Plattenfläche ist, ist es vorstellbar, daß mit den bei der hrfindung verwendeten Plattendikken bereits die Grenze des strengen Gültigkeitsbereiches der Plattentheorie erreicht bzw. überschritten wird, was sich naturgemäß bei größeren Plattendurchbiegungen zunehmend bemerkbar macht. — Ferner geht die Plattentheorie von einer reibungsfreien Lagerung der Platte am Auflagerand aus. Bei der Erfindung kommt es jedoch bei größeren Durchbiegungen der Membranen zu einer Verschiebung des Auflagerandes in Richtung auf den freien Membranrand hin, wodurch insbesondere unter der Wirkun_b hoher Anpreßdrücke nicht unerhebliche Reibungskräfte im ringförmigen Auflagebereich zum Tragen kommen. — Außerdem kommt es bei einer

Wi stärkeren Durchbiegung der Membranen zu einer Hochwölbung des äußeren freien Plattenrandes, wodurch an dieser Stelle die anliegende deformierbare Wand gedehnt werden muß und Kräfte auf diesen Plattenrand ausübt. Infolgedessen kommt es mit

!>■■> zunehmender Tiefe zu einem immer stärker werdenden Einspanneffekt des freien Plattenrandes durch die anliegende deiormierbare Wand. - Diese und gegebenenfalls noch weitere Effekte bewirken nun ein/ein oder

mit jeweils unterschiedlichem Einfluß gemeinsam, daß es zu der angestrebten Verkleinerung der Deformation der Membran im Vergleich zu einer linearen Zunahme mit dem Druck der umgebenden Flüssigkei* kommt. Das erfindungsgemäße Tiefenmeßgerät ermöglicht also eine genaue Ablesung im Bereich geringerer Tiefen und dennoch eine Einsatzfähigkeit auch im Bereich größerer Tiefen.

Außerdem ist beim erfindungsgemäßen Tiefenmeßgerät die Membran nicht mehr von der umgebenden Flüssigkeit, häufig Seewasser, benetzt, so daß hierdurch die Dauerhaftigkeit des Tiefenmeßgerätes gesteigert ist. Von Vorteil sind ferner der solide, einfache und kostengünstige Aufbau des erfindungsgemäßen Tiefenmeßgerätes.

Vorzugsweise ist die Membran als plane Metallscheibe, vorzugsweise aus Federstahl, ausgebildet.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Innenraum des Gerätes so ausgebildet, daß die Deformation der Membran im wesentlichen unabhängig von dem inneren Bezugsdruck ist.

Alternativ ist vorzugsweise der Innenraum des Gerätes evakuiert, um auf diese Weise von einem notwendigerweise temperaturabhängigen Bezugsdruck im Inneren des Gehäuses ganz unabhängig zu werden.

Besonders einfach gestaltet sich der Aufbau des erfindungsgemäßen Tiefenmeßgerätes, wenn die deformierbare Wand einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch ein Tiefenmeßgerät,

Fig. 2 einen Axialschnitt gemäß Fig. 1 unter Auseinanderziehung der Teile und J5

Fig. 3 ein Diagramm, in welchem die Deformation der elastischen Scheibe auf der x-Achse und die Tiefe auf der/-Achse aufgetragen sind.

Das Tiefenmeßgerät weist einen starren Hauptkörper 1 auf, der von einem ringförmigen Element gebildet 4» wird, welches an seinem einen Ende einen abgesetzten Sitz 2 aufweist. Auf diesem findet eine elastisch deformierbare Membran 3 in Form einer Metallscheibe freie Abstützung, die vorzugsweise aus einer Federstahllamelie besteht. -^

Im Zentrum ist die Membran 3 mit einer Stange 4 verbunden, die zu einem an sich bekannten Übertragungsmechanismus 5 führt, der innerhalb des Hauptkörpers 1 angeordnet ist und die Deformationen der Membran 3 in eine kreisförmige Verschiebung eines Zeigers 6 übersetzen kann. Der Zeiger 6 wirkt mit einer .Skalenscheibe 7 zusammen, auf der die Werte der Tiefe als Funktion des jeweils zugehörigen Drucks angegeben sind.

Die ganze beschriebene Anordnung ist in einem Ή dichten Gehäuse 9 eingeschlossen, das bei dem Ausführungsbeispiel aus einer elastisch deformierbaren Masse besteht, beispielsweise aus Kautschuk. Dieses Gehäuse 9 ist mit einer unteren Wand 8 versehen, die sehr flexibel ist und mit der Membran 3 zusammenwirken kann, um auf diese den jeweils herrschenden Druck des /ie umgebenden Milieus bzw. Druckmittels zu übertragen. Oben ist das Gehäuse 9 durch ein transparentes Fenster 10 abgeschlossen, das abgedichtet am Rand des Gehäuses 9 befestigt ist.

Allgemein ist das Gehäuse 9 mit Mitteln versehen, welche die Anbringung des Tiefenmeßgerätes am Handgelenk eines Benutzers ermöglichen.

Es versieht sich, daß je nach der speziellen Konstruktion des Meßgerätes das Gehäuse 9, der Haupi.körper 1 und die mechanische Übertragungseinrichtung 5 von verschiedener Bauart sein können.

Der hermetische Charakter der Abdichtung des Gehäuses 9 verhindert jedes Eindringen von Wasser in das Innere des Meßgerätes, insbesondere am Ort der Anbringung des Abstützrandes der Membran 3, die sich lediglich einfach auf dem beispielsweise metallischen Rand 2 anstützt.

Die Membran 3 verhält sich demnach wie eine Feder, die sich in das Innere des Gehäuses hinein einbiegen kann, wenn sie einer gleichförmigen Last infolge des äußeren Drucks unterworfen wird, der durch das Fluid, in welches das Instrument eingetaucht ist, insbesondere Wasser, und durch die flexible Wand 8 des Gehäuses 9 übertragen wird.

Das Innenvolumen des Gerätes muß natürlich so gewählt werden, daß eine Beeinflussung des als Bezugsdruck dienenden Innendrucks durch die Deformation der Membran 3 verhindert ist.

Als besondere Sicherheitsmaßnahme kann man das Innere des Gerätes luftleer machen, um auf diese Weise einen inneren temperaturabhängigen Bezugsdruck des Gerätes zu vermeiden.

Die deiormierbare Membran 3 besitzt eine sehr hohe mechanische Widerstandskraft, die es erlaubt, den Druck-Anwendungsbereich des Gerätes zu erhöhen und auch sehr hohe Druckwerte zu messen, ohne daß dadurch Änderungen der Empfindlichkeit des Gerätes oder der Meßgenauigkeit eintreten.

Die Anwendung einer Planscheibe als elastische Membran vereinfacht beträchtlich die Herstellung und die Montage des Instruments.

Vorzugsweise wird die Membran 3 so gewählt, daß die Deformation nichtlinear, vorzugsweise parabolisch, von dem auf sie wirkenden Druck abhängt.

Wie in F i g. 3 dargestellt ist, zeigt das Deformationsdiagramm der elastischen Membran 3 einen parabolischen Zweig 11. an dem deutlich wird, daß die Deformationen (.v-Achse) abnehmen, wenn der Druck steigt (y-Achse). Das erlaubt eine sehr genaue Ablesung im Bereich der kleineren Drücke infolge der höheren Auflösung der Skala und eine immer noch völlig ausreichende Ablesung im Bereich der hohen Drücke.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Tiefenmeßgerät in Membranbauart mit einem Gehäuse, das ein transparentes Fenster sowie eine deformierbare Wand aufweist und in das ein Hauptkörper eingesetzt ist, der eine einseitig dem Druck der umgebenden Flüssigkeit ausgesetzte, elastisch deformierbare, kreisrunde Membran, eine Skalenscheibe sowie eine mechanische Übertragungseinrichtung trägt, welche die Deformation der Membran in eine Anzeige eines Zeigers auf der Skalenscheibe umsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) eine für einen Einsatz in größerer Tiefe ohne bleibende Deformation ausreichende Widerstandsfähigkeit besitzt und frei auf einem ringförmigen Absatz (2) des Hauptkörpers (1) aufliegt, daß das Gehäuse (9) wasserdicht ausgebildet ist und daß die deformierbare Wand (8) unter dem Druck der umgebenden Flüssigkeit an der Membran (3) zur Anlage kommt.

2. Tiefenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (3) als plane Metallscheibe, vorzugsweise aus Federstahl, ausgebildet ist.

3. Tiefenmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (12) des Gerätes so ausgebildet ist, daß die Deformation der Membran (3) im wesentlichen unabhängig von dem inneren Bezugsdruck ist.

4. Tiefenrneßgerät nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (12) des Gerätes evakuiert ist.

5. Tiefenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die deformierbare Wand (8) einstückig mit dem Gehäuse (9) ausgebildet ist.