DE2337179A1

DE2337179A1 - Magnetischer druckanzeiger

Info

Publication number: DE2337179A1
Application number: DE19732337179
Authority: DE
Inventors: Roydon B Cooper
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1972-07-27
Filing date: 1973-07-21
Publication date: 1974-02-07
Also published as: FR2194964B1; IT989980B; JPS49133074A; ATA658173A; DE2337179B2; JPS5331754B2; NL168938C; NL7310473A; AU5838173A; CA993278A; NO139936C; BE802864A; IL42818A0; CH568557A5; ZA735020B; SE393456B; FI60077C; US3815542A; NL168938B; DK145766B

Description

2337179 patentanwälte dr. W.Schalk · dipl.-ing.P.Wirth · dipl.-ing.G. Dannenberg

DR. V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WEI NHOLD · DR. D. GüDEL

6 FRANKFURTAM MAIN

CR. ESCHENHEIMER STRASS! S9

Da/em
16.JuIi 1973

PALL CORPORATION

GLEN COVE, NEW YORK U.S.A.

Magnetischer Druckanzeiger

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Druckanzeiger mit zwei bewegbar gelagerten, unter Vorspannung stehenden und sich gegenseitig beeinflussenden magnetischen Körpern, von denen der eine hin- und herbewegbar ist und der Wirkung des zu messenden Druckes unterliegt.

In allen Anlagen, wo ein Strömungsmittel, wie beispielsweise eine hydraulische Flüssigkeit oder dergleichen durch ein Filter geführt wird, ist es üblich, eine Einrichtung vorzusehen, die anzeigt, wenn das Filterelement verbraucht ist und ausgetauscht werden muß.Da der Druckabfall am Filter proportional zu den darin angesammelten Verunreinigungen ansteigt, ergibt sich eine geeignete Anzeige durch ein Gerät, dessen Betätigung erfolgt, wenn der Druckabfall am Filter einen vorbestimmten Wert erreicht. Viele Arten solcher Geräte stehen zur Verfügung bei denen die Betätigung mechanisch oder elektrisch oder durch sonstige Mittel erfolgt.

Eine einfache und sehr erfolgreiche Ausführungsart eines solchen Anzeigegerätes ist der magnetische Druckanzeiger nach der US-Patentschrift 2 94-2 572 von David B.Pail. Bei diesem Gerät dient ein erster magnetischer Körper dazu, einen zweiten magnetischen Körper solange anzuziehen, wie der Abstand der beiden magnetischen Körper einen vorbestimmten Wert nicht über-,.. 309886/0455

schreitet. Wenn dieser Abstand überschritten wird, drücken Vorspannmittel den zweiten magnetischen Körper in eine Anzeigestellung. Der erste magnetische Körper ist mit einem Kolben, der auf Drückänderungen anspricht, hin- und herbewegbar und normalerweise durch eine vorbestimmte Kraft in Richtung auf den zweiten magnetischen Körper hin vorbelastet bzw. vorgespannt. Der zweite magnetische Körper ist auch zusammen mit einem Kolben hin- und herbewegbar, und während er durch magnetische Anziehung in Richtung auf den ersten magnetischen Körper gehalten wird, wenn der Abstand zu diesem gering genug ist, ist er normalerweise in Richtung von dem ersten Magnetkörper weg durch eine Kraft belastet, durch die die magnetische Anziehung überwunden werden kann, wenn der Abstand zwischen beiden magnetischen Körpern den vorbestimmten Wert überschreitet. Die Größe der magnetischen Anziehungskraft, relativ zu der Belastung durch eine Feder, legt den vorbestimmten Wert des Druckdifferenzials fest, bei dem das Gerät anspricht. Das Gerät kann daher durch einfaches Einstellen dieser Kräfte für das Ansprechen bei einem bestimmten Druckdifferenzial vorbereitet werden.

In der üblichen Ausführungsform dieses bekannten Gerätes bewegt sich der zweite magnetische Körper derart hin- und her, daß er nach seiner Betätigung aus dem Gehäuse herausragt. Bei einer anderen Ausführungsform gibt der zweite magnetische Körper bei seiner Betätigung ein elektrisches Signal ab. Bei beiden Ausführungsformen ist ein Versagen des Gerätes Jedoch dann möglich, wenn die Hin- und Herbewegung des zweiten magnetischen Körpers durch Schmutz behindert oder durch Korrosion oder Abnutzung erschwert ist. Außerdem sind erhebliche magnetische Kräfte und Federkräfte erforderlich, um eine Betätigung bei dem gewünschten Differenzialdruck am Filterelement zu gewährleisten und um eine falsche Betätigung infolge von Beschleunigungen oder Erschütterungen zu verhindern. Letzteres ist besonders schwierig, wenn das Gerät als Teil eines sich bewegendes Fahrzeugs, bei-

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spielsweise eines Flugzeugs, verwendet wird und das Strömungssystem mit Drücken von einigen hundert Atmosphären arbeitet, wie beispielsweise bei dem hydraulischen System eines Flugzeugs. Die doppelte Verwendung hin- und hergehender Elemente setzt Grenzen hinsichtlich des Widerstandes des Geräts gegen falsche Betätigung unter Wirkung einer Beschleunigung und hinsichtlich Größe und Gewicht des Geräts. Wiegt beispielsweise der erste magnetische Körper 2 gr. und der zweite magnetische Körper 10 gr, bei optimaler Formung der Enden beider Körper, so kann eine Maximalkraft von etwa 100 gr. in der nicht betätigten Stellung entwickelt werden, bei einer Wandstärke von 0,025 (0,635 mm)

zwischen den beiden Magnetkörpern, etwa die untere Grenze um einem Betriebsdruck von dreitausend psi (211 kg/cm ) im System zuverlässig zu widerstehen. Die dem zweiten magnetischen Körper für optimales Ansprechen auf eine vorbestimmte Druckdifferenz zugeordnete Federbelastung kann eine Kraft von .etwa 50 gr. haben. Dies würde eine falsche Betätigung oder Verstellung unter der Wirkung einer Kraft erlauben, die durch eine Beschleunigung von 25 g in einer der beiden axialen Richtungen hervorgerufen wird. In der Praxis kann ein mit brauchbar niedrigem Gesamtgewicht unter 40 gr. hergestelltes Gerät nicht so ausgeführt werden, daß es Kräften widersteht, die durch Beschleunigungen größer als 20 g hervorgerufen.werden.

Gemäß der Erfindung wird ein magnetischer Druckanzeiger geschaffen, der mit sehr geringen Kräften betätigbar ist und der Gefahr von Fehlanzeigen weniger unterliegt, weil nach der Erfindung die Betätigung der Anzeige über ein sich drehendes und nicht über ein hin- und hergehendes Element erfolgt. Die Erfindung weist ein drehbares, magnetisches Anzeigemittel auf, welches bei einer axialen Bewegung des hin- und hergehenden ersten magnetischen Körpers um eine Achse in seine Anzeigestellung gedreht wird.

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Der Ausdruck "magnetisch" wird hier sowohl für Materialien gebraucht die Permanentmagnete sind, als auch für Materialien, die durch Magnete angezogen werden, unabhängig davon ob Sie dadurch permanent oder vorübergehend magnetisiert werden.

Eine Vorrichtung nach der Erfindung weist einen hin- und herbewegbaren magnetischen Körper auf, der mit Abstand von einem drehbaren magnetischen Körper oder einem Anker so angeordnet ist, daß er diesen anzieht oder abstößt, solange die beiden magnetischen Körper oder der hin- und herbewegbare magnetische Körper und der Anker sich in ihren gegenseitigen magnetischen Kraftfeldern befinden, wobei der drehbare magnetische Körper normalerweise in einer ersten Lage gehalten wird und wobei Vorspannmittel den hin- und herbewegbaren magnetischen Körper in Richtung auf den drehbaren magnetischen Körper oder den Anker hin, bzw. in entgegengesetzter Richtung belasten, während weitere Vorspannmittel den drehbaren magnetischen Körper für Drehung um eine Rotationsachse belasten, die unter einem Winkel zur Richtung der hin- und hergehenden Bewegung des anderen magnetischen Körpers liegt und diese Belastung im Sinne einer Drehung aus der ersten Stellung in eine Anzeigestellung wirkt, sobald der Abstand zwischen den beiden magnetischen Körpern geändert wird. Der hin- und herbewegbare magnetische Körper, der als Kolben ausgebildet, oder zusammen mit einem solchen bewegbar ist, wechselt in Abhängigkeit von Druckänderungen zv/ischen einer ersten und einer zweiten Stellung und steht normalerweise unter einer Vorspannung oder Federbelastung von vorbestimmter Kraft, im Sinne einer Bewegung gegen den drehbaren magnetischen Körper oder den Anker hin oder aber von diesen weg. Der drehbare magnetische Körper wird durch magnetische Anziehung gegenüber dem hin- und herbewegbaren magnetischen Körper oder dem Anker bei genügend geringem Abstand gehalten, und ist normalerweise in entgegengesetzter Richtung durch eine Kraft vorgespannt, die ausreicht um die magnetische Anziehung

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zu überwinden, sobald die beiden magnetischen Körper oder der Anker einen vorbestimmten Abstand erreichen.

Der hin- und hergehende und der drehbare magnetische Körper können Magnete sein oder durch Magnete angezogen werden. Der Anker ist ortsfest und zwischen beiden angeordnet, sodaß er sie mindestens entsprechend seiner Dicke in dieser Richtung in Abstand hält; er kann ein Magnet oder durch Magnete anziehbar sein, sodaß er mindestens einen der beiden magnetischen Körper anzieht. Der andere magnetische Körper kann durch den Anker oder andere magnetische Mittel angezogen oder, umgekehrt, auch durch diese abgestoßen werden.

Von den drei Teilen, nämlich den beiden magnetischen Körpern und dem Anker, ist mindestens einer ein Magnet. Vorzugsweise sind jedoch zwei dieser Teile (in beliebiger Kombination) Magnete und gewünschtenfalls können auch alle drei Magnete sein, aber drei Magnete sind nicht immer so vorteilhaft wie zwei. Außerdem kann der Anker aus nichtmagnetischem Material bestehen.

Falls der Anker ein Magnet ist und 'die beiden magnetischen Körper lediglich von ihm angezogen werden, funktioniert das Gerät, weil der hin- und herbewegbare magnetische Körper bei seiner Bewegung auf den Anker zu oder von diesem weg das magnetische Feld zwischen dem Anker und dem drehbaren magnetischen Körper ändert.

Der Anker dient normalerweise als Trennwand zwischen dem hin- und herbewegbaren und dem drehbaren magnetischen Körper und verhindert einen Übertritt der Strömung zwischen den Räumen in denen sich jeweils einer der magnetischen Körper bewegt. Der Anker kann ein zwischen beide Räume eingepasstes Teil oder auch ein einstückiger Teil des die beiden Räume begrenzenden Gehäuses sein. Wenn die Räume, normalerweise koaxiale, Bohrungen sind,kann der

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Anker die beiden Teile der Bohrung trennen und gegeneinander abschließen und damit zwei Blindbohrungen bilden, in denen die beiden magnetischen Körper" sich bewegen.

Als die Anzeige bewirkender, drehbarer magnetischer Körper wird vorzugsweise eine Kugel oder ein Zylinder verwendet, deren bzw. dessen Drehachse unter einem Winkel zur Bewegungsrichtung des hin-und herbewegbaren magnetischen Körpers liegt, und der zusammen mit einem Magnetkörper oder Anker drehbar ist. Der drehbaremagnetische Körper wird gegen Drehung gehalten, während der Magnetkörper oder Anker daran durch den hin- und herbewegbaren magnetischen Körper oder Anker magnetisch angezogen wird. Entfernt sich der hin- und herbewegbare magnetische Körper jedoch so weit, daß die Vorspannung bzw.Federkraft die magnetische Anziehung überwindet, so dreht sich die Kugel oder der Zylinder und gibt ein Signal ab. Vorzugsweise ist der Radius der Kugel oder des Zylinders größer als der Abstand innerhalb dessen die magnetische Anziehung wirksam ist.

Der drehbare magnetische Körper kann jedoch auch andere Gestalten annehmen. Beispielsweise kann er aus einem einfachen Stabmagneten bestehen, der mit seinem Zentrum drehbar auf einem Stift oder einer Spindel gelagert ist, sodaß die Pole an seinen Enden in den magnetischen Anziehungsbereich und aus diesem hinaus gedreht werden können.

Auch können die Pole des drehbar magnetischen Körpers 18o° auseinanderliegen, wie bei einem Stab, der quer zu seiner Längsachse gedreht wird, oder unter einem kleineren Winkel, in^jiem der Magnet als Sehne zu dem Kreis um die Drehachse angeordnet wird, oder in^jiem der magnetische Körper zu einem solchen Winkel gebogen wird.

Der drehbare magnetische Körper kann so ausbalanciert sein, daß

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seine Drehachse in oder nahe seinem Schwerpunkt liegt, sodaß er sich frei dreht und in jeder gewählten Stellung durch magnetische Anziehung, Vorspannung oder einen Anschlag angehalten werden kann. Er kann jedoch auch so belastet sein, daß er infolge der Schwerkraft in einer gewählten Stellung zur Ruhe kommt. Dies kann dadurch geschehen, daß das magnetische Element bzw. der Magnetkörper,der relativ schwer ist,an drehbar magnetischen Körper in nicht radialer oder exzentrischer Stellung angebracht wird, oder auch in radialer oder diametraler Stellung aber außerhalb des Zentrums, oder mit einem größeren Teil auf der einen Seite als auf der anderen, beispielsweise in einer Blindbohrung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform geht die Drehachse des drehbaren magnetischen Körpers durch seinen Schwerpunkt oder nahe an diesem vorbei, sodaß die Auswirkung von Erschütterungen oder Beschleunigungen ein Minimum oder Null ist, selbst wenn diese Kräfte ziemlich groß sind. Der drehbare magnetische Körper kann mit einem magnetischen Einsatz in Keilform oder sich verjüngender Form ausgestattet sein, oder mit einer abgestuften, als Anschlag dienenden Form, sodaß wenn der hin- und hergehende magnetische Körper einen vorbestimmten Abstand erreicht, der drehbare magnetische Körper sich um einen vorbestimmten, begrenzten Winkel dreht. Ein Anzeigegerät für den zu messenden Druck bzw. das zu messende■Druckdifferenzial kann mit linearer, logarithmischer oder anderer stufenweiser Beziehung zwischen dem aufgenommenen Druckdifferenzial und der Ablesung verwendet werden durch geeignete geometrische Formgebung des keilförmigen oder sich verjüngenden oder stufenförmigen magnetischen Einsatzes und des hin- und hergehenen magnetischen Körpers bzw. Magnetelements, zusammen mit geeigneter Wahl der beiderseitigen Vorspannmittel, wobei ein mit dem drehbaren magnetischen Körper drehbarer Zeiger verwendet werden kann oder Linien auf dessen Oberfläche eingezeichnet werden können.

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Wenn der drehbare magnetische Körper um seine Drehachse gut ausbalanciert ist, kann er sehr groß gemacht werden, sodaß er leicht auf große Entfernungen erkennbar ist. Ein gutausbalancierter magnetischer Körper kann gegen Drehung durch kleine magnetische Kräfte, die zwischen ihm und dem hin- und herbewegbaren magnetischen Körper oder dem Anker wirksam sind, gehalten werden, und infolgedessen kann der Abstand zwischen diesen Teilen und damit auch die Dicke des Ankers oder der Trennwand relativ groß sein, z.B.0,05 bis 0,10 (1,27 bis 2,54mm) oder mehr betragen. Die Vorrichtung ist daher geeignet, sehr kleine Drücke oder Druckunterschiede unter sehr hohen Systemdrücken festzustellen und damit den Anwendungsbereich der Vorrichtung gegenüber der bekannten mit zwei hin- und herbewegbaren magnetischen Körpern für manche Zwecke um ein mehrfaches zu vergrößern.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der drehbare magnetische Körper über wenigstens einen Teil seiner Oberfläche oder über seine ganze Oberfläche mit elektrisch leitendem Material versehen werden. Eine oder auch mehr als eine Elektrode kann vorgesehen werden, um gegen die elektrisch leitende Oberfläche anzuliegen. In der einen Stellung wird dann ein Kontakt hergestellt, der einen elektrischen Stromkreis schließt, während in der anderen Stellung der Kontakt unterbrochen wird. Auf diese Weise kann ein elektrisches Signal abgegeben werden, das die Drehung des drehbaren magnetischen Körpers anzeigt. Auch kann ein auf das Signal ansprechender Regler verwendet werden, der automatisch den Druckzustand korrigiert, der auf diese Weise angezeigt wurde. Die Anzeige der Drehung des drehbaren magnetischen Körpers kann visuell sein, indem verschiedene Segmente seiner Oberfläche unterschiedliche augenfällige Farben erhalten, die von der Außenseite des Gehäuses her erkennbar sind, oder es kann ein mit der Spindel oder dem Stift zu gemeinsamer Drehung verbundener Zeiger über einer Skala am Gehäuse die Anzeige bewirken.

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Auch kann der drehbare magnetische Körper für die Abgabe eines elektrischen Signals ausgebildet sein, indem ein Vorsprung seiner Oberfläche mit einem Schalter in Eingriff kommt, oder indem er durch seine Drehung einen magnetischen Schalter auslöst, etwa durch Umpolen oder andere Veränderung der Lage von dessen Polen. Das elektrische Signal kann eine Klingel oder ein Licht einschalten oder auch eine Änderung in einem Strömungssystem bewirken, beispielsweise ein Ventil zum Unterbrechen der Strömung schließen.

Der hin- und herbewegbare magnetische Körper kann verschiedenste Formen annehmen. Br kann beispielsweise ein Kolben sein oder, wie im Ausflihrungsbeispiel anhand der Zeichungen erläutert, Teil eines Kolbens, der die Form eines Zylinders haben kann. Er kann auch'ein Kolben oder Teil eines Kolbens von großer Oberfläche sein, wie beispielsweise eine biegsame Scheibe oder Membran, wie dies beispielsweise in der US-Patentschrift 3 077 176 von David B.Pail et al gezeigt oder beschrieben ist, oder auch ein Balgen.

Der drehbare magnetische Körper kann auch die Form eines Kolbens oder eines Teils eines Kolbens haben, der um eine Achse drehbar ist, die einen Winkel mit der Richtung der Hin- und Herbewegung des anderen magnetischen Körpers bildet. Vorzugsweise liegen die Achsen unter einem rechten Winkel zueinander, aber der Winkel kann auch in einem Bereich von etwa 30° bis etwa 150° liegen. Der drehbare magnetische Körper kann von der Außenseite des Anzeigergehäuses her sichtbar sein, für eine visuelle Anzeige. Er kann jedoch auch für mechanische, elektrische oder magnetische Betätigung eines Schalters ausgebildet bzw. angeordnet sein, etwa gemäß der US-Patentschrift 3 077 854 von David B. Pail, oder zum Bewegen eines Anzeigeelements, wie eines Zeigers oder magnetischer Fibern, entweder direkt oder magnetisch. Dies kann dadurch geschehen,

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daß ein Vorsprung oder Anschlag in die Betätigungsstellung gedreht wird.

Das Vorspannmittel, durch das hin- und herbewegbare magnetische Körper entweder in Richtung auf den drehbaren magnetischen Körper oder den Anker zu oder aber in entgegengesetzter Richtung gehalten wird, kann eine magnetische Anziehungs- oder Rückstoßkraft zwischen diesen magnetischen Teilen sein, wodurch die Anzahl der wesentlichen Komponenten des Systems auf drei vermindert wird, nämlich die beiden magnetischen Körper und das Vorspannungsmittel für den anzeigenden Teil. Dieses erste Vorspannmittel kann auch die Gestalt einer Feder, einer konischen Feder oder einer federnden Ringscheibe haben, die beispielsweise eine Belleville-Feder; das weitere bzw. zweite Vorspannmittel zum Drehen des drehbaren magnetischen Körpers kann auch eine Feder sein, in diesem Fall eine Torsionsfeder. Dieses zweite Vorspannmittel kann auch ein dritter Magnet sein, entsprechend der US-Patentschrift 3 140 690 von M.P.L. Siebel, in welchem Falle wahlweise noch eine Feder zusätzlich vorgesehen werden kann.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen typischen magnetischen Druckanzeiger nach der Erfindung, bei dem das Anzeigeorgan die Form einer Kugel hat, von der eine Hälfte der Oberfläche gefärbt ist, um von der Außenseite des Gehäuses her eine visuelle Anzeige zu ermöglichen, wobei in dieser Figur der Anzeiger in nicht betätigter Stellung gezeigt ist;

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt, wobei der Anzeiger jedoch in der betätigten Stellung gezeigt ist;

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Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1 in Pfeilrichtung gesehen;

Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 1 in Pfeilrichtung gesehen;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Kugel nach der Linie 5-5 · der Fig. 1 in Pfeilrichtung gesehen; und

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform des magnetischen Druckanzeigers der Fig. 1, wobei der die Anzeige gebenden Kugel eine Anschlageinrichtung zum Betätigen eines Schalters zugeordnet ist.

Der magnetische Druckanzeiger nach Fig. 1 bis 5 weist ein hin- und herbewegbares magnetisches Element 1 und ein drehbares magnetisches Element 2 auf, die zu gegenüberliegenden Seiten einer Trennwand bzw. eines Ankers 3 aus magnetischem Material innerhalb eines Gehäuses 4 gelagert sind, das sowohl aus magnetischem als auch nichtmagnetischem Material bestehen kann. Die Elemente 1 und 2 sind dem Anker benachbart mit entgegengesetzten Magnetpolen angeordnet, so daß beide durch die zwischen ihnen wirkende magnetische Anziehung gegen den Anker gezogen werden. Vorzugsweise besteht das magnetische Element 1 aus permanent magnetisiertem Metall, wie etwa Alnico V^ Alnico VIII, oder keramisch-magnetischem Material, oder dergleichen. Das magnetische Element 2 kann wie das Element 1 aus permanent magnetisiertem Metall geformt sein , aber es kann auch aus geeignetem magnetischen Material, wie beispielsweise Eisen, be stehen.Die Trennwand bzw. der Anker 3 besteht aus geeignetem magnetischem Material, beispielsweise Eisen, kann Jedoch auch aus nichtmagnetischem Material bestehen.

Das magnetische Element 1 ist in einem rohrförmigen Kolben 5 gelagert und mit diesem gleitbar in einer zylindrischen Bohrung" des Gehäuses 4 angeordnet, wobei es durch ein Vorspannmittel, im vorliegenden Fall eine Druckfeder 7, gegen den Anker 3 gedrückt

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wird. Der im vorliegenden Fall aus dem Kolben 5 und dem magnetischen Element 1 bestehende hin- und herbewegbare magnetische Körper könnte auch einstückig aus magnetischem Material hergestellt sein. Um einen Übertritt des strömenden Mediums von einer Ringkammer 8 an dem einen Ende der Bohrung in einem Raum 9 an deren anderem Ende zu verhindern, ist eine Flüssigkeitsdichtung zwischen der Bohrung 6 und dem Kolben 5 in Gestalt eines O-Ringes 10 aus Teflon oder anderem geeigneten Dichtungsmaterial vorgesehen. Die Abdichtung kann jedoch auch durch enge Toleranzen zwischen dem Kolben und der Bohrung unter Weglassung des Ringes 10 erfolgen. Die Feder 7 ist entsprechend dem gewünschten Betätigungsdruck gewählt, um eine Bewegung des Kolbens 5 von dem Anker 3 fort zu ermöglichen, wenn der Druck im Raum 8 den Druck im Raum 9 um ein Maß überschreitet, das dem für die Betätigung des Anzeigers vorgesehenen Differenzialdruck entspricht.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel dient der Druckmesser zum Messen eines Druckabfalls an einem den Druck beeinflussenden Bauteil wie beispielsweise einem Filter,(das hier nicht gezeigt aber beispielsweise in der US-Patentschrift 2 942 572 dargestellt ist). Es wird also ein strömendes Medium unter Druck dem Filter oder sonstigen Bauteil über eine (nicht gezeigte) Einlaßleitung zugeführt und tritt am anderen Ende des Bauteils durch eine (nicht gezeigte) Auslaßleitung aus. Eine Bohrung 12jam Gehäuse 4 steht in Verbindung mit dieser Einlaßleitung und überträgt deren Druck in den Raum 8 auf der einen Seite des Kolbens 5, während der Raum 9 am anderen Ende des Kolbens 5 über eine öffnung 39 in Verbindung mit der Auslaßleitung steht. Der Druckunterschied zwischen Einlaß- und Auslaßleitung ist ein Maß für den Druckabfall und damit die Verstopfung am ^Filter oder sonstigen Bauteil, und die unterschiedlichen Drucke werden auf diese Weise den beiden Seiten des Kolbens 5 zugeführt.

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Wenn es erwünscht oder erforderlich ist, zu verhindern, daß von der eintretenden Strömung mitgeführte Verunreinigungen die Bohrung 12 und/oder den Raum 8 verstopfen und möglicherweise dadurch die Bewegung des Kolbens "behindern, kann ein geeignetes ringförmiges Filterelement über der Bohrung 12 an der Außenseite des Gehäuses 4 angebracht werden.

Um den Einbau des Kolbens 5 zu erleichtern,ist die Bohrung 6 an ihrem offenen Ende durch eine Kappe 13 abgedeckt, gegen die sich das eine Ende der Feder 7 abstützt, während deren anderes Ende gegen eine Schulter 14 am Kolben 5 anliegt. Die Kappe wird durch einen Halteflansch 15 ständig am Gehäuse 4 gehalten. Die Feder 7 kann sich Jedoch auch am Gehäuse 4 statt an der Kappe 13 abstützen, wodurch letztere entbehrlich wird.

Die Trennwand bzw. der Anker 3 ist hier als einstückiges Teil des Gehäuses 4 abgebildet und begrenzt das untere Ende einer zweiten Bohrung 16 im Gehäuse 4; der Anker 3 kann jedoch auch als gesondertes Teil im Pressitz und flüssigkeitsdicht in das Gehäuse 4 eingesetzt, sein um die beiden Bohrungen 6 und 16 zu trennen. Beide Bohrungen liegen hier koaxial, was jedoch nicht erforderlich ist.

Am Gehäuse 4, und zwar quer über die Oberkante der aufrechten Wand 17 um die Bohrung I6_fl sind Zapfen 18 und 19 drehbar in Lagern 20 und 21 angeordnet, die von der Oberkante der Wand und einer Kappe 30 gebildet werden. Die Kappe 30 besteht aus transparentem Kunststoff und übergreift mit einem nach innen gerichteten, geflanschten Rand 31 den nach außen vorspringenden Rand 17 des Gehäuses.

Fest an den Zapfen 18 und 19 angebracht und zu gemeinsamer Drehung mit diesen verbunden, vorzugsweise mit dem Schwerpunkt auf der Drehachse, ist eine Kugel 23 aus nichtmagnetischem

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Material, in vorliegendem Fall aus Kunststoff wie beispielsweise Nylon oder Teflon. Die Kugel 23 nimmt in einer durchgehenden diametralen Bohrung 24 das magnetische Element 2 in Pressitz auf, dessen beide Enden leicht über den Umfang der Kugel vorstehen. Die Bohrung 24 verläuft senkrecht zu der durch die Zapfen 18 und 19 bestimmten Drehachse, so daß das magnetische Element 2 um diese Achse rotiert. In einer koaxial mit dem Zapfen 18 vorgesehenen Sackbohrung 25 der Kugel ist eine Torsionsfeder 26 befestigt. Ein am Ende des Zapfens 18 angebrachter Stellknopf 27 dient zum Drehen des Zapfens und der Kugel, um den Anzeiger nach einer Betätigung wieder in die AnfangsStellung zu bringen. Ein staubdichter Ring 33 aus Silikon- oder Teflonfilz verhindert den Eintritt von Verunreinigungen durch das Zapfenlager 20 hindurch in die Sackbohrung 25 und die den Raum für die Kugel bildende Bohrung 16. Die Torsionsfeder 26 hat die Tendenz,die Kugel 23 zu drehen und damit das magnetische Element 2 von dem Anker 3 weg aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung in die der Fig. 2 zu bewegen, aber die Kugel 23 mit dem magnetischen Element 2 wird normalerweise durch die magnetische Anziehung an den Anker 3 und das magnetische Element

1 in der Stellung der Fig. 1 gehalten. Diese Anziehungskraft zwischen diesen Elementen ist hierfür ausreichend, solange die einandergegenüberstehenden Enden der magnetischen Elemente 1 und

2 einen vorbestimmten Abstand, beispielsweise ein sechzehntel Zoll (1,587 mm) nicht überschreiten. Wenn jedoch das magnetische Element 1 von dem Element 2 wegbewegt wird, so daß der Abstand größer als ein sechzehntel Zoll ist, so wird die dadurch verminderte magnetische Anziehungskraft von der Kraft der Feder 26 überwunden, und die Kugel 23 wird in die Stellung der Fig. 2 gedreht .

Die beiden Hälften 28 und 29 der Oberfläche der Kugel 23 können unterschiedlich gefärbt sein, zweckmäßig in augenfälligen Farben, etwa Rot oder Orange für die Hälfte 29 und Grün oder Weiß für

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die Hälfte 28. Der Beobachter kann dann durch die transparente Kappe 30 hindurch eine Betätigung des Druckmessers feststellen, weil die rote oder orange Farbe der Hälfte 29 sichtbar wird wie in Fig. 2 gezeigt.

Um zu verhindern, daß die Kugel 23 eine volle Drehung von 360° macht und damit bei einer einfachen Betätigung wieder in die Anfangsstellung gelangt, ist ein Anschlagstift 34 von der Kugel vorspringend (Fig.5) vorgesehen. Nach einer Drehung um 180° trifft der Anschlagstift 34 auf eine Kante 37 an der Innenwand des Gehäuses bzw. der Kappe und bringt damit die Kugel zum Stillstand.

In der Anfangsstellung der Kugel 23 ruht der Anschlagstift 34 an der gegenüberliegenden Seite der Bohrung 16 auf der gleichen Kante 37, wie strichpunktiert in Fig. 5 angedeutet ist. Eine nach außen vorspringende Hohlrippe 67 der Kappe 30 schafft genügend Raum für diese Bogenbewegung des Anschlagstifts 34.

Die Drehung der Kugel 23 kann auf jeden beliebigen Winkel beschränkt werden durch, geeignete Wahl der Lage für den Anschlagstift 34 und einen damit zusammenwirkenden Gegenanschlag nach Art der Kante 37. Auch kann die Drehung nach 18o° oder einer beliebigen anderen Stellung durch einen dritten Magneten in der Viand der Bohrung 16 angehalten werden, wobei dieser dritte Magnet das magnetische Element 2 in der gewünschten Lage durch eine Anziehungskraft hält,die stärker ist als die von dem magnetischen Element 1 und dem Anker 3 ausgeübte Kraft.

Ein übliches Bimetall-Element 38 ist mit Vorspannung gegen die Innenseite der Wand am unteren Ende der Bohrung 16 vorgesehen und wird dort durch seine eigene Federkraft gehalten. Das Bimetall-Element 38 besteht vorzugsweise aus einem inneren und einem äußeren Streifen 65 bzw. 66 die, z.B. durch Schweißung,

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so verbunden sind, daß sie sich mit sinkender Temperatur nach innen biegen. Bei normalen Temperaturen ist der Minimalradius des Elements 38 größer als der der Kugel 23 und gestattet eine freie Drehung der Kugel in der Bohrung 16. Wenn die Temperatur jedoch unter einen vorbestimmten Wert sinkt, bei der beispielsweise die Viscosität der zu filternden Flüssigkeit erheblich ansteigt, z.B.O bis 16°, krümmt sich das Bimetall-Element 38 nach innen, so daß der Streifen 65 in eine in der Kugel 23 vorgesehene Aussparung 69 ragt (Fig. 5) und damit eine Drehung der Kugel bei Betätigung des druckempfindlichen magnetischen Elements verhindert.

Im Betriebszustand des Druckmessers wird der Druck des zu filternden Mediums in der Einlaßleitung über die Bohrung 12 dem Raum 8 zugeführt und wirkt auf das magnetische Element 1 und den Kolben 5 im Sinne einer Bewegung von dem Anker 3 weg, entgegen der Kraft der Feder 7 und dem Druck der Auslaßleitung, der dem Raum 9 über die Öffnung 39 übertragen wird. Wenn die Differenz zwischen Einlaß- und Auslaßdruck größer als die Kraft der Feder 7 ist, wird der Kolben Rinder Bohrung 6 vom Anker 3 wegbewegt. Wenn das magnetische Element 1 dabei einen Abstand von ein sechzehntel Zoll von dem magnetischen Element 2 überschreitet, ist die gegenseitige Anziehungskraft beider Elemente kleiner als die Kraft der Feder 26, die dann das magnetische Element 2 der Kugel von dem Anker 3 wegdreht bis die rote oder orange Hälfte 29 der Kugel 23 in der Kappe 30 erscheint und der Anschlagstift 34 gegen die Kante 37 trifft, so daß die Kugel 23 nunmehr durch die Feder 26 in der betätigten Stellung gemäß Fig. 2 gehalten wird.

In dieser Stellung zeigt die Kugel 23 an, daß die Druckdifferenz größer als ein vorbestimmter Wert ist, dementsprechend die Feder 7 gewählt wurde. Die Kraft der Feder 7 kann z.B. so gewählt sein, daß das magnetische Element 1 von dem Anker 3 wegbewegt

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wird sobald die Druckdifferenz 35psi (2,45 kg/cm²) überschreitet, so daß dann ein Signal abgegeben wird.

Nach einer Anzeige kann die Kugel 23 aus der Stellung gemäß Fig. 2 in die Ausgangsstellung gemäß Fig. 1 zurückgedreht werden. Falls inzwischen auch der Kolben 5 seiner Ausgangsstellung gemäß Fig. 1 wieder eingenommen hat, wird dann die Kugel 23 über das magnetische Element 2 gehalten, das von dem Anker 3 angezogen wird. Sollte jedoch der Kolben 5 noch nicht in die Ausgangsstellung zurückgekehrt sein, so nimmt die Kugel 23 nur solange die Anfangsstellung ein, wie sie von hand über den Stellknopf 27 in dieser Lage gehalten wird, und dreht sich anschließend automatisch wieder zurück, weil dann die Anziehungskraft auf das magnetische Element 2 nicht ausreicht um die Kraft der Torsionsfeder 26 zu überwinden. Solange das Strömungssystem angeschlossen bleibt, läßt sich also die Anfangsstellung nicht wieder herstellen, sondern der Anzeiger signalisiert weiterhin, daß das Filterelement ausgewechselt oder der sonstige fehlerhafte Strömungszustand korrigiert werden muß, bis die betreffende Maßnahme tatsächlich getroffen wurde.

Bei niedrigen Temperaturen, z.B. unter 0°, krümmt sich das Bimetall-Element 38 und greift mit seinem Innenstreifen 65 in die Aussparung 69 der Kugel 23 ein. Eine Drehung der Kugel ist daher auch dann nicht möglich, wenn das magnetische Element 2 unter der Wirkung eines die Kraft der Feder 7 überwindenden Druckdifferenzials infolge erhöhter Viscosität des Mediums bei dieser niedrigen Temperatur, bestrebt ist sich vom Anker 3 wegzubewegen; eine unzutreffende Anzeige, daß der Filtereinsatz verstopft sei, wird dadurch verhindert.

Der Druckanzeiger nach der Erfindung kann nach Wunsch auch dazu verwendet werden, einen Gesamtdruck gegenüber der Atmosphäre anzuzeigen, anstatt eines Druckdifferenzials, wenn

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die Öffnung 39 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Entsprechend kann auch ein absoluter Druck angezeigt werden, durch Anschließen der Öffnung 39 an ein Vakuum.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechende Kugel, also der drehbare magnetische Körper, für die Betätigung eines elektrischen Signals ausgebildet,das wahlweise - je nach der verwendeten elektrischen Schaltung - auf irgendeine übliche Art zum Unterbrechen einer Strömung oder zur Abgabe eines Warnzeichens verwendet werden kann.

Der Druckanzeiger der Fig. 6 weist ein Gehäuse 40 mit zwei magnetischen Elementen 41 und 42 auf, die zu gegenüberliegenden Seiten eines Ankers 43 gelagert sind. Das magnetische Element 42 befindet sich in einer diametralen Bohrung 36 der Kugel 35. Eine Kontaktnase 44 ist in eine nichtradiale Sackbohrung 45 neben dem magnetischen Element eingesetzt.Die Kugel 35 ist um Zapfen 18 und 46 drehbar in einer Aussparung 56 des Gehäuses gelagert.

Um bei Betätigung des Anzeigers ein elektrisches Signal abzugeben, ist ein Schalter 50 in einem Gehäuse 51 vorgesehen, das, wie in der Zeichnung gezeigt, ein Teil des Anzeigegehäuses 40 ist, aber auch gesondert ausgebildet sein könnte. Auf dem Schalter 50 ist ein Hebel 53 bei 54 schwenkbar gelagert und erstreckt sich mit seinem einen Ende 55 in die Aussparung 56 des Gehäuses 40, nahe der Kugel 35, in den Drehweg der Kontaktnase 44. Oberhalb des Hebels 53 befindet sich ein Schaltknopf 60, der durch den Hebel 53 bewegt wird und den Schalter 50 betätigt, wenn infolge einer Drehung der Kugel die Kontaktnase in Berührung mit dem Ende 55 des Hebels 53 kommt und diesen gegen den Schaltknopf 60 drückt. Für eine Fernübertragung der Anzeige gehen elektrische Leitungen 61 von dem Schalter 50 aus,

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über die in beliebiger bekannter Weise elektrische Stromkreise geschlossen werden können sobald der Schalter betätigt wird.

Bei Betrieb des Druckanzeigers nach Fig. 6 wird über eine (nicht gezeigte) Leitung der Raum 62 am oberen Ende der zylindrischen Bohrung 63 an eine Quelle hohen Drucks angeschlossen, der das magnetische Element 41 mit dem Kolben 47 von dem Anker 43 weg entgegen der Kraft einer (nicht gezeigten) Feder bewegt, wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 5. Der Raum jenseits des Kolbens 47 kann an einer Abgabeleitung (wenn der Raum 62 an eine Zuführleitung angeschlossen wurde und es sich um die Messung eines Druckdifferenzials handelt) oder an die Atmosphäre oder an ein Vakuum angeschlossen werden. Wenn die Druckdifferenz zu beiden Seiten des Kolbens 47 größer als die auf ihn wirkende Federkraft ist, wird er von der Trennwand bzw. dem Anker 43 wegbewegt. Wenn der Abstand des magnetischen Elements 41 vom Anker 43 ein sechzehntel Zoll erreicht, werden der Druckanzeiger und der elektrische Schalter 50 betätigt. Die Kugel 35 mit dem magnetischen Element 42 dreht sich unter der Wirkung der Torsionsfeder 64, bis die Kontaktnase 44 gegen das Ende 55 des Hebels 53 trifft und diesen gegen den Schaltknopf zum Betätigen des Schalters 50 drückt.

Gleichzeitig mit dem Betätigen des Schalters 50 erscheint das unterschiedlich gefärbte Segment 49 der Kugel 35 im Blickfeld und ergibt auch ein visuelles Zeichen für die Betätigung des Anzeigers, und der andere Pol des magnetischen Elements 42 wird von dem Anker 43 mit genügender Kraft angezogen, um das Element 42 gegen den Anker 43 und damit die Kugel 35 und die Kontaktnase 44 in der betätigten Stellung zu halten.

In beiden in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispielen sind· die magnetischen Elemente 1 und 2 bzw. 41 und 42 so angeordnet, daß sie mit entgegengesetzten Polen einander anziehen.

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Ein equivalentes Ergebnis läßt sich jedoch auch dadurch erhalten, daß die Elemente 1 und 2 bzw. 41 und 42 mit gleichnamigen Polen einander gegenüberstehend für gegenseitige Ab-'stoßung angeordnet werden. Dies erfordert nur geringfügige Abänderungen des Aufbaus, die für jeden Fachmann mit Kenntnis magnetischer Prinzipien bei Verwendung der Grundprinzipien der vorstehend erläuterten Erfindung ohne weiteres durchführbar sind.

Die Kugel 35 kann auch zum Betätigen eines Magnetschalters, etwa eines Blattfederschalters dienen, wobei dann keine Öffnung der Kappe 30 erforderlich ist. In diesem Falle wird durch das magnetische Element 42 ein oberhalb von diesem angeordneter magnetischer Schaltarm entweder angezogen oder abgestoßen. Wenn das magnetische Element 42 sich, wie in Fig. 6 gezeigt, vollständig durch die Kugel 35 hindurch erstreckt, stößt es den Schaltarm in seiner einen Stellung ab und zieht ihn in der anderen an, wobei der Schaltarm in einer der beiden Stellungen den Schalter betätigt.

Statt eine Kontaktnase in einer Aussparung 45 der Kugel gemäß Fig. 6 vorzusehen, kann auch eine Nockenfläche am Stellknopf 27 zum Betätigen eines Schalthebels verwendet werden, so daß in der einen Stellung der Kugel 35 ein Schaltvorgang mechanisch ausgelöst wird, ohne unter die Kappe 30 ragende Teile.

Bei beiden Ausführungsbeispielen können die magnetischen Elemente 1 bzw. 41 umgekehrt werden, so daß ihre Südpole den Südpolen der magnetischen Elemente 2 bzw. 42 gegenüberstehen, wobei die Elemente 1 bzw. 41 sich in ihrer Normalstellung bzw. Anfangsstellung am anderen Ende der Gehäusebohrung befinden, während die Feder 7 gleichfalls zum gegenüberliegenden Ende des Kolbens verlegt wird,um diesen in umgekehrter Richtung wie bei den gezeigten Ausführungsbeispielen zu drücken. Auch die Anschlüsse

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der Druckleitungen bei 12 und 39 müssen umgekehrt werden, so daß der Abgabedruck des zu prüfenden.Filters oder dergleichen, bzw. der niedrigere Druck, über die Bohrung 12 und der Einlaßdruck über die Öffnung 39 zugeführt wird. Ein auf den Kolben 1 bzw. 41 wirkendes Druckdifferenzial tendiert dann dazu, den Kolben gegen den Anker 3 bzw. 43 zu bewegen und das zweite magnetische Element-2 bzw. 42 von diesem zu stoßen, gegebenenfalls in eine Betätigungsstellung. Bei einer solchen Ausführungsform müssen natürlich beide Elemente 1 und 2 bzw. 41 und 42 Magnete sein, es sei denn, daß der Anker 43 anstelle der magnetischen Elemente 2 bzw. 42 ein Magnet entgegengesetzter Polarität ist.

Die beiden gezeigten Ausführungsformen sind also so ausgelegt, daß der höhere von zwei Drücken dem Kolben 1 bzw. 41 über die Bohrung 12 zugeführt wird. Wenn die beiden magnetischen Elemente sich dagegen abstoßen, muß der höhere Druck über die Öffnung zugeführt werden.

Patentanwalt:

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Claims

Da /em
16.JuIi 1973

Patentansprüche

VI.) Magnetischer Druckanzeiger mit zwei bewegbar gelagerten, unter Vorspannung stehenden und sich gegenseitig beeinflussenden magnetischen Körpern, von denen der eine hin- und herbewegbar ist und der Wirkung des zu messenden Druckes unterliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der hin- und herbewegbare erste magnetische Körper (5»47) mit Abstand von einem drehbar gelagerten, zweiten magnetischen Körper (23,35) diesen anziehend oder abstoßend gelagert ist, daß erste Vorspannmittel (7) den hin- und herbewegbaren magnetischen Körper in Richtung auf den drehbaren magnetischen Körper (23,35) oder einen Magnetanker (3,43) hin oder von diesem wegbelasten und zweite Vorspannmittel (26,64) auf den drehbaren magnetischen Körper im Sinne einer Drehung um eine Achse wirken, die unter einem Winkel zur Richtung der Hin- und Herbewegung des ersten magnetischen Körpers liegt, wobei der drehbare magnetische Körper (23,35) aus seiner Normallage in eine Anzeigelage bewegbar ist, wenn der Abstand zwischen den beiden magnetischen Körpern sich ändert, als Folge einer Änderung des auf den ersten magnetischen Körper wirkenden Druckes entgegen einer vorbestimmten Kraft seiner Vorspannmittel C/)>
2. Druckanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare magnetische Körper (23,35) die Gestalt einer Kugel hat, in der diametral ein magnetisches Element (2,42) angeordnet ist.
3. Druckanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare magnetische Körper die Gestalt eines Zylinders hat, in dem diametral ein magnetisches Element angeordnet ist.

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4. Druckanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eins der Vorspannmittel (7,26,64)eine Feder ist.
5. Druckanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eins der Vorspannmittel ein Magnet ist.
6.. Druckanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hin- und hergehende und der drehbare magnetische Körper Magnete sind.
7. Druckanzeiger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer der magnetischen Körper ein Magnet ist, während der andere aus magnetisierbarem Material besteht.
8. Druckanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare magnetische Körper (23,35) so angeordnet bzw. ausgebildet ist, daß er nach seiner Betätigung sichtbar wird-
9. Druckanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem drehbarem magnetischen Körper (35) ein durch diesen betätigbarer Schalter (50) zugeordnet ist.
10. Druckanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprü die, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem der beiden magnetischen Körper (23) eine Bimetalleinrichtung (38) zugeordnet ist, die dessen Bewegung bei Temperaturen unterhalb eines festgelegten Wertes blockiert.
11. Druckanzeiger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

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der erste und zweite magnetische Körper durch eine Wand (3,4-3) getrennt sind, daß "beide magnetische Körper aus magnetisierbarer)! Material bestehen und,daß die Wand ein Magnet ist.
12. Druckanzeiger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden magnetischen Körper ein Magnet ist und, daß auch die Wand (3,43) ein Magnet ist.
13. Druckanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hin- und hergehende und der drehbare magnetische Körper (5,47 bzw. 23,35) sich gegenseitig anziehen.
14. Druckanzeiger nach einem der Ansprüche von 1 bis 12,dadurch gekennzeichnet, daß der hin- und hergehende und der drehbare magnetische Körper (5,47 bzw. 23,35) sich gegenseitig abstoßen.
15. Druckanzeiger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare magnetische Körper (23,35) durch eine Anschlageinrichtung (34,37) in seiner Drehung auf ein vorbestimmtes Maß begrenzt ist.
16. Druckanzeiger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das vorbestimmte Maß des Drehweges etwa 180° beträgt.

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