Druckmessgeräte Was Plattenfedermanometer zu Spezialisten der Prozessindustrie macht

Autor / Redakteur: Silvia Weber* / Dr. Jörg Kempf

Im Vergleich zu den Rohrfedermanometern stehen Plattenfedermanometer eher in der zweiten Reihe: Doch wo die Top-Seller der mechanischen Druckmesstechnik an ihre Grenzen stoßen, kommen die Plattenfedermanometer zum Zuge. Sie sind die Spezialisten der Prozessindustrie, wenn es um kritische Messaufgaben wie im Fall hochkorrosiver oder viskoser Medien, um niedrige Drücke und Überlast geht.

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Druckmessgerät mit Plattenfeder Typ 432.50
Druckmessgerät mit Plattenfeder Typ 432.50
(Bild: Wika/www.Foto-Ziemlich.de)

Plattenfedermanometer eignen sich für Relativ-, Absolut- und Differenzdruck. Ihr Herzstück, die Plattenfeder, ist eine kreisförmige, gewellte Membran, die zwischen zwei Flansche eingespannt oder geschweißt ist. Sie wird in der Regel aus hochwertigen federelastischen Stählen wie CrNi-Stahl oder Inconel gefertigt. Bei Druckbeaufschlagung wird die Durchbiegung des Messglieds proportional zum anstehenden Druck über eine Schubstange zum Zeigerwerk übertragen.

Hohe Wiederholungsgenauigkeit durch kurzen nutzbaren Federweg

Der nutzbare Federweg fällt mit etwa einem Millimeter kurz aus, was eine hohe Wiederholungsgenauigkeit bietet. Allerdings stellt diese Eigenschaft entsprechende Anforderungen an Qualität und Toleranzen des Federmaterials. Neben dem Werkstoff bestimmen Materialstärke, Wellenkontur und Durchmesser die messtechnischen Eigenschaften der Membran und damit die Qualität des Messergebnisses für den jeweiligen Druckbereich. Plattenfedern haben grundsätzlich ein gewelltes Profil. Eine ebene Metallmembrane würde sich unter der Belastung plastisch verformen und eine präzise Druckmessung unmöglich machen.

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Für die Entwicklung einer Plattenfeder waren früher zahlreiche Tests notwendig. Mittlerweile wird das Design des Messglieds mittels der Zeit und Kosten sparenden Finite-Elemente-Methode (FEM) festgelegt. Die grafische Darstellung dieser Berechnung zeigt an, wo die druckbedingten Spannungen am größten sind. Aus diesem Modell lässt sich ableiten, wie die messtechnischen Eigenschaften – also Federweg, Linearität und Hysterese – sowie die Lebensdauer der Membran optimiert werden können.

Gegenüber dem Rohrfedermanometer haben die „Kollegen“ mit Membranmessglied eindeutige Vorteile, wie im Folgenden aufgezeigt wird.

Messung niedriger Drücke

Plattenfedermanometer von Wika messen Drücke bereits ab 16 mbar, der Maximalwert liegt im Durchschnitt bei etwa 25 bar. Bei Messgeräten mit Rohrfedern hingegen ist bei 600 mbar der physikalisch niedrigste Messwert erreicht. Schon optisch lässt sich leicht erkennen, ob das Gerät für „bar“- oder „mbar“-Messbereiche ausgelegt ist: je größer der Membran-Durchmesser, umso niedriger der messbare Druck gemäß der Formel Druck = Kraft / Fläche.

Bei Drücken unter 16 mbar jedoch stoßen Plattenfedern an ihre Grenzen: Sie müssten äußerst dünn sein, um die notwendige Elastizität zu erreichen, und wären somit nicht mehr zuverlässig stabil.

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