Geschichte
Im Jahr 1845 wurde vom deutschen Ingenieur Rudolf Eduard Schinz das Prinzip der Druckmessung mit Hilfe einer Rohrfeder eher zufällig entdeckt, als er versuchte, deformierte Rohre durch innere Druckbeaufschlagung instandzusetzen. Rudolf Eduard Schinz erkannte, dass mit Druck beaufschlagte Rohre immer wieder die gleiche Formänderung zeigten. Wegen der erstaunlich hohen Wiederholgenauigkeit dieses Effekts entwickelte der das erste Rohrfeder-Manometer. Hierbei verfügte die Rohrfeder über einen elliptischen Rohrquerschnitt. Die ersten Rohrfeder-Manometer wurden für die Dampfdruckmessung bei Lokomotiven eingesetzt.
Der Instrumentenmacher Eugène Bourdon aus Paris patentierte dieses Messprinzip im Jahr 1848. Daher wird die Rohrfeder auch heute noch als Bourdon-Rohrfeder bezeichnet.
Aufbau und Wirkungsweise
Rohrfeder-Manometer verfügen als Messglied über eine Rohrfeder, die abhängig vom zu messenden Druck in Kreis- oder Schraubenform ausgeführt wird. Die Rohrfedern besitzen immer über einen ovalen Querschnitt, er darf keine kreisrunde Form haben, da sonst der gewünschte Effekt nicht auftritt. Durch den Rohrquerschnitt, die Rohrwandstärke und die Geometrie des Querschnitts, sowie das verwendete Material bestimmen den Druckmessbereich.
Wenn der Druck im Inneren der Rohrfeder größer wird als an der Außenseite, so ist das Material bestrebt, den ovalen Querschnitt in Richtung einer kreisrunden Form zu ändern. Dabei biegt sich die gebogene Rohrfeder etwas auf, das freie Ende führt eine lineare Bewegung aus. Der Federweg beträgt zwischen 2 und 6 mm, abhängig von der Rohrfeder und des Messbereichs. Dieser Federweg wird über eine Zugstange an ein Zeigerwerk übertragen. Das Zeigerwerk wandelt die lineare Bewegung in eine Drehbewegung um. Die Drehbewegung wird über den Ausschlag des Manometerzeigers auf der Skala (Zifferblatt) zur Anzeige gebracht.
Konstruktiv bedingt und auch gewünscht, wird immer der relative Überdruck im Inneren der Rohrfeder vergleichen mit dem außen anliegenden Druck gemessen. Somit ist dieses Messprinzip physikalisch gesehen immer eine Differenzdruckmessung zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Systemdruck (Druckquelle).
Besonderheiten
Rohrfedermanometer können für Anzeigebereiche zwischen 0,6 bar (600 mbar) und 1000 bar verwendet werden. Für Drücke bis 60 bar wird eine Rohrfeder in Kreisform (Winkel ca. 245°C) verwendet, für höhere Drücke eine Rohrfeder in Schraubenform mit 2 1/2 Windungen. Für kleine Druckmessbereiche verfügen die Rohrfedern über ein olivenförmiges Profil, für größere Druckmessbereiche über eine einfache Abflachung. Höhere Drücke können mit Edelstahl-Rohrfedermanometern gemessen werden.
Zeigerwerke
Zeigerwerke werden in unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen verwendet, abhängig vom Federweg, den die Rohrfedern bezogen auf den Messbereich haben. Sie sind robust, verschleiß- und reibungsarm und müssen auch lageunabhängig arbeiten können. Es handelt sich um hochpräzise feinmechanische Bauteile. Die Lagersitze der Segmentwellen und der Zeigerachsen bestehen aus Neusilber und/oder Messing oder aus Edelstahl und sich in einer hervorragenden Oberflächengüte angefertigt. Hierdurch wird ein seidenweicher Lauf des Zeigers sichergestellt, der Verschleiß minimiert und somit die Lebensdauer des Rohrfeder-Manometers erhöht.
Gehäuse
Das Gehäuse eines Rohrfeder-Manometers schützt alle Innenteile vor mechanischen Einwirkungen und Verschmutzung. Es gibt Gehäuse aus Stahlblech, Kunststoff oder Edelstahl. Wenn bei der Druckmessung Vibrationen in der Anlage oder größere Druckpulsationen durch das Messmedium auftreten können, sollte das Gehäuse mit einer Dämpfungsflüssigkeit (in der Regel Glyzerin) gefüllt sein ("Glyzerin-Manometer"). Hierdurch wird ein Aufschwingen der Rohrfeder verhindert, die Anzeige des Zeigers stabilisiert und das Zeigerwerk vor Verschleiß geschützt.
Anwendung
Rohrfeder-Manometer sind die am häufigsten eingesetzten Druckmessgeräte. Sie sind kostengünstig, sehr langzeitstabil und einfach zu handhaben. Sie eignen sich für alle gasförmigen und dünnflüssigen Medien, die die Materialien der mediumberührten Teile nicht angreifen, sowie nicht kristallisieren oder hochviskos sind.
Messbereiche:
Relativdruckbereiche 0...0,6 bar bis 0...1000 bar, Vakuumbereiche bis -1...0 bar sowie Manovakuumbereiche.
Höhere Messbereiche: siehe Edelstahl-Rohrfedermanometer
Gehäusedurchmesser:
Nenngrößen 40, 50, 63, 72x72, 80, 100, 160 und 250 mm
Genauigkeiten: Kl. 1,0, Kl. 1,6 oder Kl. 2,5
Einsatzbereiche
- Hydraulik
- Maschinen- und Anlagenbau
- Energieversorgung
- Pumpenanlagen
- Kompressoren
- Chemische und petrochemische Industrie
- Lebensmittelindustrie
- Wasseraufbereitung
Grenzen der Anwendung
Rohrfeder-Manometer sind nicht geeignet für Druckmedien, die das Material der mediumberührten Teile angreifen, kristallisieren oder hochviskos sind. Ohne eine Flüssigkeitsdämpfung im Gehäuse sind Rohrfeder-Manometer sehr empfindlich gegenüber Vibrationen und dynamischen Belastungen. Ein Prozessanschluss mit Flansch ist technisch nicht sinnvoll realisierbar. Sie sind nur in einem begrenzten Maße überdrucksicher. Messbereiche unter 600 mbar sind nicht möglich
