DE2511658A1

DE2511658A1 - Messinstrument

Info

Publication number: DE2511658A1
Application number: DE19752511658
Authority: DE
Inventors: Gerard Mantoux
Original assignee: Bertin et Cie SA
Current assignee: Bertin Technologies SAS
Priority date: 1974-03-21
Filing date: 1975-03-18
Publication date: 1975-10-02
Also published as: BE827001A; CH604139A5; IT1034350B; FR2265069B1; JPS50159352A; FR2265069A1; GB1463035A

Description

Meftinstrument

Die Erfindung betrifft ein Meßinstrument mit stehenbleibender Meßwertanzeige, welches einen bei Betätigung den Meßvorgang einleitenden Drücker, der seinerseits ein bewegbares Teil mit einem zur Betätigung des Drückers vorgesehenen durchsichtigen Betätigungskörper aufweist, und eine Anzeigeeinrichtung aufweist, die durch den durchsichtigen Betätigungskörper hindurch ablesbar ist.

Es sind Drucktastenschalter bekannt, die zugleich Anzeigeeinrichtungen, z.B. Anzeigeleuchten darstellen, um ihre Schaltstellung (Ein oder Aus) anzuzeigen. Gegenüber der Verwendung getrennter Anzeigeleuchten bieten sie Vorteile hinsichtlich der Platzersparnis (vorteilhaft bei Steuertafeln oder bei Anordnung auf Werkzeugen) , hinsichtlich der Sicherheit (die Anzeige entspricht eindeutig der eingestellten Schältstellung) und hinsichtlich der Kosten (sowohl Fabrikationskosten als auch Montagekosten).

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In Fabrikationsanlagen werden oft Meßinstrumente verwendet, mit denen in zeitlichen Abständen Messungen durchgeführt werden, wobei die Messung durch Betätigung eines Schalters_s etwa eines Drucktastenschalters eingeleitet. Bisher sind diese Schalter und die Meßinstrumente voneinander getrennt, so daß sie viel Platz erfordern.

Durch die Erfindung soll daher ein Meßinstrument geschaffen werden, das in das bewegbare Teil eines Drückers eingebaut ist und bei Betätigung des Drückers in Betrieb gesetzt wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anzeigeeinrichtung das Meßinstrumentes auf dem bewegbaren durchsichtigen Betätigungskörper so angeordnet ist, daß sie bei Betätigung des Drückers zusammen mit dem Betätigungskörper bewegt wird. Das erfindungsgemätöe Meßinstrument hat somit die Form eines Drückers, in den die Anzeigeeinrichtung eines Meßinstrumentes eingebaut ist.

Vorzugsweise wird das Maßinstrument durch Eindrücken des Drückers betätigt. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Anzeigeeinrichtung von dem bewegbaren Teil des Drückers getragen ist. Dies bietet den Vorteil, daß die Anzeigeeinrichtung unabhängig von der Stellung des bewegbaren Teiles (eingedrückt oder nicht eingedrückt) gleichermaßen leicht abgelesen werden kann. Das bewegbare Teil des Drückers weist im wesentlichen sinen durchsichtigen Betätigungskörper auf, der nach Anbringung des Meßinstrumentes oft das einzig sichtbare Teil desselben ist. Unmittelbar hinter diesem durchsichtigen Betäti-

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gungskorper ist die Anzeigeeinrichtung angeordnet. Damit ist sie vor Stoßen und Verschmutzung geschützt.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel eines erfindungsgemäßen 'iiveaumessers erläutert. Dieser weist insbesondere eine optische Hinrichtung zum Ablesen des Meßwertes auf, welche einen Teil der Erfindung darstellt.

Lieser Hiveaumesser ermittelt den Pegel einer in einem Behälter befindlichen Flüssigkeit. Seine bekannte Arbeitsweise beruht auf der Messung des hydrostatischen Druckes, der von der über dem Ende eines flexiblen oder starren Rohres stehenden Flüssigkeitssäule erzeugt wird, wobei der hydrostatische Druck durch das Rohr pneumatisch auf ein zum Ablesen des Druckes verwendetes Manometer gegeben wird. Reicht das Ende dieses Rohres bis zum tiefsten Punkt des Behälters, so ist der am Manometer abgelesene Druck proportional zum Pegel der im Behälter befindlichen Flüssigkeit.

Der erfindune.sgemäße Niveaumesser weist koaxial angeordnete Teile auf und hat ein auch als Anzeige bezeichenbares bewegbares Teil, das als Drücker zum Betätigen einer Strömungsmittelpumpe dient, mit welcher das den hydrostatischen Druck zum Manometer übermittelnde Rohr mit Gas gefüllt werden kann.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

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Figur 1 einen seitlichen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Niveaumesser¹;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung; und

Figur 3 einen Längsschnitt durch die in Figur 2 dargestellte Anzeigeeinrichtung.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Niveaumesser bildet ein aus durchsichtigem Material hergestellter Drücker 1 zusammen mit zwei Teilen 2 und 3 einen Kolben, der in einem Gehäuse 4 verschiebbar ist.

Der Kolben ist durch eine Feder 6 nach oben vorgespannt. Seine Bewegung nach oben ist durch einen ringförmigen Anschlag 17 begrenzt. Der Drücker 1 und die Teile 2 und 3 können auch als einstückiges Teil ausgebildet sein.

Das Teil 3 ist in Bohrungen 5 und 7,sei es unter geringem Spiel, sei es unter Verwendung von Dichtringen geführt. Das Teil 3 ist mit einem Rohr 24 verbunden, das vorzugsweise flexibel ist und einen geringen Durchmesser aufweist. Das Rohr 24 verbindet den Niveaumesser mit einem Behälter 25, in dem Messungen durchgeführt werden sollen. Dabei taucht das Rohr 24 soweit in den Behälter 25 ein, daß ein offenes Ende 26 desselben in unmittelbarer Nähe des unteren Bodens des Behälters 25 liegt.

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Eine aus dünnem Metall oder» einem Elastomer gefertigte flexible Membran 12 ist Strömungsmitteldicht zwischen die Teile 2 und 3 eingeklemmt. Sie begrenzt eine Druckkammer 2o. Falls erforderlich, ist die Membran 12, wie dargestellt, durch einen Stutzen 23 geführt. Der Stutzen 23 weist radiale Bohrungen 22 auf, über die die Druckkammer 2o mit dem Rohr 2H in Verbindung steht.

Das Teil 3 bildet zusammen mit dem Gehäuse 4 zugleich eine

Pumpen

Strömungsmittelpumpe 19. Deren kammer steht über eine Einlaßöffnung 8 mit der Umgebung und über eine Auslaßöffnung 9 mit der Druckkammer 2o in Verbindung. Die Einlaßöffnung 8 ist durch eine in der Pumpenkammer angeordnete Ventilklappe Io verschließbar, während die Auslaßöffnung 9 durch eine in der Druckkammer angeordnete Ventilkappe 11 verschließbar ist. Die Druckkammer 2o dient zur Messung des hydrostatischen Druckes. Die Oberseite der Membran 12 ist einer Referenzdruckkammer 21 zugewandt, die über eine Bohrung 18 mit der Umgebung in Strömungsmittelverbindung steht. Die Membran 12 trägt ferner eine Anzeigeeinrichtung 13 und ist durch eine schwache Meßfeder 15 in ihre Ruhelage vorgespannt.

In der Ruhestellung des Meßinstrumentes ist die Pumpenkammer der Pumpe 19, die Druckkammer 2o und die Referenzdruckkammer 21 mit unter atmosphärischem Druck stehender Luft gefüllt. Die beiden Seiten der die Druckkammer 2o von der Referenzdruckkammer 21 trennenden Membran 12 werden mit dem gleichen Druck beaufschlagt, und die Meßfeder 15 ist entspannt. Wird auf dia Oberseite des Drückers 1 eine dieser, nach unten bewegende Kraft ausgeübt, so wird diese über das Teil 2 ' auf d<*:~ Teil 3 (dieses stellt den Kolben der

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Pumpe 19 dar) weitergegeben. Dadurch wird die Feder 6 zusammengedrückt und die Pumpenkammer der Pumpe 19 unter Komprimieren des in ihr befindlichen Gases verkleinert. Damit wird die Ventilklappe Io auf die Einlaßöffnung 8 aufgedrückt. Infolgedessen wächst der Druck in der Pumpenkammer der Pumpe 19. Über die Auslaßöffnung 9 wird die Ventilklappe 11 mit diesem erhöhten Druck beaufschlagt und hebt von der Auslaßöffnung 9 ab. Damit wird die in der Pumpenkammer der Pumpe 19 eingeschlossene Luft an die Druckkammer 2o weitergegeben. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die Volumina der Druckkammer 2o und des Rohres 24 deutlich kleiner als das Volumen der Pumpenkammer.

Mit Anwachsen des Druckes in der Druckkammer 2o gelangt Luft über die radialen Bohrungen 22 und den Stutzen 2 3 in das Rohr 24. Aus diesem wird die in ihm befindliche Flüssigkeit herausgedrückt, und der dann im Rohr 21 und der Druckkammer 2o herrschende Druck ist gleich dem Druck der Umgebung (Atmosphärendruck) zuzüglich des im Behälter 25 beim offenen Ende 26 des Rohres 24 herrschenden hydrostatischen Druckes. Der Drücker 1 wird nun losgelassen, und die Feder 5 bringt das den Kolben der Strömungsmittelpumpe 19 darstellende Teil 3 wieder in die obere Stellung zurück. Hierbei entsteht in der Pumpenkammer der Strömungsmittelpumpe 19 ein Druckabfall, wodurch die Ventilklappe 11 auf die Auslaßöffnung 9 aufgedrückt und die Ventilklappe Io geöffnet wird. Damit kann durch die Einlaßöffnung 6 wieder Luft aus der Umgebung in die Pumpenkanoaer der Strömungsmittelpumpe 19 strömen. Die Druckkammer 2ο ist nunmehr geschlossen_s und das in ihr befindliche Gas steht nsr ncch unter dem an? Ende 26 das Rohres 24 herrschenden

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hydrostatischen Druck. Die Membran 12 ist daher einem Druckunterschied ausgesetzt; dabei ist der in der Druckkammer 2o herrschende Druck so viel größer wie der in der Referenzdruckkammer 21 herrschende Druck wie dies der Höhe des Flüssigkeitsspiegels im Behälter 25 über dem offenen Ende 26 des Rohres 24 entspricht.

Unter Mitwirkung der Meßfeder 15 stellt sich folglich eine Gleichgewichtslage der Membran 12 ein. Die bewegliche Anzeigeeinrichtung 13 wird damit von unten nach oben bewegt, wobei sie eine feststehende BezufTseinrichtung I¹+ gemäß dem in der Druckkammer 2o herrschenden Druck mehr oder weniger überdeckt.

Der Drücker 1 ist aus durchsichtigem, eingefärbtem oder nicht eingefärbtem Material gefertigt, seine Oberflächen sind poliert. Auf der innenliegenden Oberfläche des Drückers 1 sind kegelstumpfförmige Erhebungen 4 2 ausgebildet, wobei der halbe öffnungswinkel 45° ist. Stattdessen können auch übereinander angeordnete Pyramidenstümpfe mit vieleckiger Grundfläche verwendet werden, wobei der öffnungswinkel der Pyramiden wiederum 9o° ist. Ist der Brechungsindex des Materiales, aus dem der Drücker 1 hergestellt ist, größer als 1,U14, so wird jeder in dem festen Drücker 1 parallel zur Achse der Pyramidenstümpfe oder der Kegelstümpfe laufende Lichtstrahl durch deren Wände totaljreflektiert (Prisma mit Totalreflexion).Er setzt dann seinen Weg in zur Achse der Kegelstümpfe senkrechter Richtung fort. Der Lichtweg ist wie bekannt umkehrbar.

Steht die obere äußere Oberfläche des Drückers 1 senkrecht auf

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der Achse der Pyramiden- oder Kegelstümpfe, so läuft ein aus dem Drücker 1 austretender Strahl parallel zur Achse des Drückers (diese ist zugleich die gemeinsame Achse der Pyramiden- oder Kegelstumpfe)weiter.

Sieht man in Richtung der Drückerachse auf den Niveaumesser, so erscheint die bewegliche Anzeigeeinrichtung 13 infolge der Totalreflexion in Form von Bändern oder in Form konzentrischer Ringe. Haben die bewegliche Anzeigeeinrichtung und die feststehende ßezugseinrichtung IU im Kontrast sehr unterschiedliche Farben, ist z.B. die bewegliche Anzeigeeinrichtung phosphoreszierend gelb und die feststehende Bezugseinrichtung matt schwarz, so erscheinen die Wandflächen der Pyramiden- oder Kegelstümpfe in der Farbe des ihnen jeweils gegenüberliegenden Teiles der durch die feststehende Bezugseinrichtung und die bewegliche Anzeigeeinrichtung gebildeten Meßwertanzeige. Je stärker die bewegliche Anzeigeeinrichtung 13 die feststehende Bezugseinrichtung 14 abdeckt, desto größer ist die Zahl der in gelber Farbe erscheinenden Wandflächen von Pyramiden- oder Kegelstümpfen. Im Falle von Kegelstümpfen erfolgt die Anzeige somit in Form von gelben Kreisen, die sich von einem schwarzen Grund abheben.

Die auBenliegende zur Betätigung dienende Oberfläche des Drückers 1 kann natürlich auch gewölbt sein, so daß eine das oben beschriebene optische Bild vergrößernde Linse erhalten wird.

Die in den Figuren 2 und 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der in Figur 1 gezeigten nur in

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den oberhalb der Membran 12 liegenden Teilen. Nur diese sind in Figur 2 dargestellt.

Auf dem flachen Abschnitt der Membran 12 ruht eine Platine 33 auf welche eine Meßfeder 34 einwirkt. Die letztere ist durch Warzen 35 und 36 positioniert. Die Platine 33 weist ferner zwei Zungen 37 und 38 auf. Das von der Platine 33 entfernte Ende der Zunge ist mit dem Drücker 1 verbunden, von dem in Figur 2 nur die Bohrung dargestellt ist. Die Zunge 37 kann um eine Achse 39 gedreht werden, die durch überstehende Zapfen der Zunge 37 verläuft. Damit kann die durch die Zungen 37 und 38 und die Platine 33 gebildete Einheit um die Achse 39 geschwenkt werden. Die Zunge 38 trägt eine eingekerbte Anschlaglasche 32. Eine um eine Achse 28 drehbare Welle trägt einen Zeiger 27, der unter geringem Spiel um diese seine Achse 28 drehbar ist. Der Zeiger 27 ist mit einem Hebel 4o versehen, auf dem eine eingekerbte Anschlaglasche 2 9 ausgebildet ist, die der Anschlaglasche 32 gegenüberliegt. Ober die Kerben der beiden Anschlaglaschen ist, wie Figur 2 zeigt, ein Gummi 31 gespannt. Zugleich ist zwischen die Anschlaglaschen ein schrägstehender Lagerstift 3o eingeklemmt. Dieser weist an seinen beiden Enden konische Spitzen auf, die in Vertiefungen der Anschlaglaschen gelagert sind. Damit wird zwischen diesen Vertiefungen der Anschlaglaschen 29 und 32 ein gleichbleibender Abstand aufrechterhalten. Unter dem in der Druckkammer 2o herrschenden Druck wird die Platine und die Anschlaglasche 32 angehoben, wobei sie um die Achse 33 gedreht werden. Hierdurch wird die Anschlaglasche 29 urr_t die Achse 28 gedreht, da der Abstand zwischen der Vertiefung in der Anschlaglasche 29 und der Vertiefung in der Anschlaglasche

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32 gleichbleiben muß, nämlich gleich der· Länge· des Lagerstiftes 3o. Bei dieser Auslenkung wird der Zeiger 27 um einen gewissen Winkel gedreht. Der Lagerstift 3o kann auch durch ein aus elastomerem Material gefertigtes Teil ersetzt werden, welches flexibel ist, jedoch konstante Länge hat.

Anstelle der beiden Anschlaglaschen und des zwischen sie eingesetzten Lagerstiftes können auch andere geeignete Einrichtungen verwendet werden, welche eine geradlinige Bewegung in eine Drehbewegung um eine Drehachse umsetzen, welche parallel zur Richtung der geradlinigen Bewegung verläuft.

Der Ausschlag des Zeigers 27 wird auf einer Skala 41 abgelesen, die in den Drücker 1 eingraviert sein kann.

Das Ablesen wird durch die gewölbte Oberfläche des Drückers 1 erleichert (vergrößernde Lupe).

In Figur 3 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Niveaumessers dargestellt. Der dort dargestellte Niveaumesser weist zusätzlich zu dem durch das Teil 3 gebildeten schon beschriebenen Kolben der Strömungsmittelpumpe, durch den bei Betätigung des Drückers 1 das zum Messen des Flüssigkeitsstandes verwendete Rohr 24 von der in ihm befindlichen Flüssigkeit geleer-t wird, eine zweite Pumpe/auf, die bei dem durch die Feder 6 bewirkten Wiederanheben des Drückers 1 arbeitet. Dieses Zurückbewegen des Drückers in die angehobene Lage wird durch eine sehr kleine Bohrung 5 2 verzögert. Damit kann bei diesem langsamen Wie-

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deranheben des Drückers durch dieselbe Bohrung 52 eine sehr kleine Luftmensre in das zur Messung verwendete Rohr 24· eingeführt werden, v/odurch eventuelle Leckverluste ausgeglichen werden, die insbesondere bei der Ventilklappe 11 auftreten können. Damit kann eine on'äT'e Anzeige erbauten werden.

ie ^ohrunc S 2 der /.weiten Pu'npe bl führt bei der Betätigung des 'r'Ickers 1 nicht ;"i rinem merklichen Strömungsmittel verlust, welrher die anf *i^T-*^T 1 i clip Leerung des Rohres ?H durch den durch das ¹Pi] 3 roM l ir^tfMi Kolben behindern könnte, da die Bohrunn 52 sehr ¹I ei rinn Durchmesser aufweist.

Die Ablespeipenschaften der in den Drücker eingebauten Anzeige können, falls erwünscht, durch eine im Innern vorgesehene Beleuch tung und eine Verspiegelung der Kegel- oder Pyramidenstümpfe noch verbessert werden. Es versteht sich, daß anstelle der Ventilklap- OSi Io und 11 auch andere Ventile verwendet werden können. Auch die Membran 12 kann anders ausgebildet sein als die in den Zeichnungen dargestellte Membran.

Die obenstehend beschriebenen Einrichtungen eignen sich gut zur Miniaturisierung. Ein erfindungsgemäßer Drücker mit eingebauter Meßwertanzeige kann z.B. einen Gesamtdurchmesser von weniger als 3o mm aufweisen und trotzdem eine für die meisten industriellen Anwendungsfälle ausreichende Ablesefläche haben.

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Claims

Patentansprüche

1.!Meßinstrument stehenbleibender Meßwertanzeige, welches einen bei Betätigung den Meßvorgang einleitenden Drücker, der seinerseits ein bewegbares Teil mit einem zur Betätigung des Drückers vorgesehenen Betätigungskörper aufweist, und eine Anzeigeeinrichtung aufweist, die durch den durchsichtigen Betätigungskörper hindurch ablesbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Anzeigeeinrichtung (13, des Meßinstrumentes auf dem bewegbaren durchsichtigen Betätigungskörper (1) so angeordnet ist, daß sie bei Betätigung des Drückers zusammen mit dem Betätigungskörper (1) bewegt wird.

2. Meßinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht zum Betätigen dienende Oberfläche des durchsichtigen Betätigungskörpers 1 eine geneigte Reflexionsfläche (H2) und eine zur Bewegungsrichtung des Drückers parallele Fläche (14) aufweist, wobei die Anzeigeeinrichtung (13) längs dieser zur Bewegungsrichtung des Drückers parallelen Fläche (14) derart

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gleitend angeordnet ist, daß die Stellung eines Endes der Anzeigeeinrichtung (13) durch die zur Betätipung dienende Fläche des Betätigungskörpers abgelesen werden kann, wenn auf den Betätigungskörper (1) keine Kraft mehr ausgeübt wird.

3. Meßinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der durchsichtige Betätigungskörper eine Aufeinanderfolge schräger Flächen (42) aufweist, die durch senkrecht zur Bewegungsrichtung des Drückers angeordnete Absätze (43) getrennt sind, so daß die Stellung der Anzeigeeinrichtung (13) über die der schiefen Oberflächen (H2) abgelesen werden kann, in der sich das Ende der Anzeigeeinrichtung (13) spiegelt.

h. Meßinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung durch einen Zeiger (27) gebildet ist, der um eine zur Bewegungsrichtung des Drückers parallele Achse (28) drehbar ist.

δ. Meßinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durchsichtige Betätigungskörper eine eine Linse bildende Oberfläche aufweist, durch welche das Bild der , Anzeigeeinrichtung (13,27) vergrößert wird. :

6. Meßinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Druckanzeigekammer (2o) veränderlichen Volumens- aufweist, welche am Drücker (1) fest angebracht ist.

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7. Meßinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Strömungsmittelpumpe (19) aufweist, die durch die Bewegung des Drückers betätigt wird und gleichzeitig ein Gas in die Druckanzeigekammer (2o) mit veränderlichem Volumen und in ein Rohr (24·) drückt, das in einen Flüssigkeitsbehälter (25) eingeführt ist und in die Flüssigkeit eintaucht, wodurch der Pegel dieser Flüssigkeit durch Anzeige des sich aus dieser Saszuführung ergebenden Druckes gemessen werden kann,

8. Meßinstrument nach Anspruch 7₅ gekennzeichnet durch ein Rückschlagventil (H)₅ das die Verbindung zwischen der Druckanzeigekammer (2o) veränderlichen Volumens und der Strömungsmittelpumpe (19) unterbricht; wenn auf die der Betätigung; dienende Fläche des Drückers keine Kraft mehr ausgeübt wird.

9. Meßinstrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

es eine zweite Piimpe (51) aufweist, die über eine sehr kleine öffnung (5 2) mit der Druekanzsigekammer (2c) veränderlichen Volumens und mit dem in die Flüssigkeit eintauchenden Rohr (2h) in Verbindung steht und durch die Kraft einer Rückstellfeder (6) betätigt wird, v/enn auf die dar Betätigung dienende Fläche des Drückers keine Kraft mehr ausgeübt wird., und die zum Ausgleich möglicher- Strömungsmittel Verluste beim Rückschlagventil (11) dient.

10. Meßinstrument nach einem o.ei- Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß seine Bauteile koaxial angeordnet sind.

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