DE892076C

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Publication number: DE892076C
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Description

Die Erfindung betrifft ausdehnbare und zusammenziehbare Membranvorrichtungen, wie z. B. solche, die entweder aus einer einzigen naohgiebigen Metallscheibe, die sich unter dem Einfluß verschiedener auf die beiden Seiten derselben wirkender Drücke durchbiegt, oder aus zwei nachgiebigen Metallscheiben bestehen, die so zusammengefügt sind, daß sie eine, ausdehnbare Kapsel bilden, die sich ausdehnt oder zusammenzieht, je nachdem der Druck innerhalb oder außerhalb derselben vorwiegt. Die Erfindung betrifft insbesondere die Beseitigung von Temperaturfehlern bei nachgiebigen Metallmembranen. The invention relates to expandable and contractible membrane devices such as e.g. B. those that either come from a single generous Metal disc which, under the influence of different ones, acts on both sides of the same Press deflects, or consist of two resilient metal disks that are joined together are that they form an expandable capsule that expands or contracts, depending on the Pressure inside or outside the same predominates. The invention particularly relates to disposal of temperature errors in compliant metal diaphragms.

Membranvorrichtungen der obenerwähnten Art können gewellt oder sonstwie ausgeführt sein und außerdem zu mehreren zusammengefügt wenden, um mehrere Kapseln zu bilden und eine summierte oder erhöhte Wirkung zu erzeugen. Ferner können sie dazu verwendet werden, verschiedene Vorrichtungen., wie z. B. Druckregler, entsprechend einer Druck- oder einer ,Saugwirkung oder auch Änderungen einer Druck- oder Saugwirkung zu betätigen, um eine selbsttätige Regelung zu schaffen, oder sie können auch bei Instrumenten zur Messung und Anzeige eines Druckes öder einer Saugwirkung oder auch von Änderungen eines. Druckes oder einerMembrane devices of the type mentioned above can be corrugated or otherwise designed and In addition, turn several together to form several capsules and one totalized or to produce increased effect. They can also be used to control various devices., such as B. pressure regulator, corresponding to a pressure or a suction effect or changes to operate a pressure or suction effect in order to create an automatic control, or they can also be used in instruments for measuring and displaying a pressure or a suction effect or of changes to one. Print or one

Saugwirkung, wie ζ. B. bei Druckmessern, Saugmessern, Luftgeschwindigkeitsanzeigern für Luftfahrzeuge, Aneroidhöhenmessern und Aneroidbarometern, Barographen, Anzeigern für die Aufsteigge'schwindigkeit oder die lotrechte Geschwindigkeit für Luftfahrzeuge, hydrostatische Brennstoff messer u. dgl., verwendet werden.Suction, like ζ. B. for pressure gauges, suction gauges, Air speed indicators for aircraft, aneroid altimeters and aneroid barometers, Barographs, indicators for the rate of ascent or the vertical speed For aircraft, hydrostatic fuel knife and the like. Used.

Wenn eine Memibranvorrichtung der oben beschriebenen Art bei Instrumenten verwendet wird, ίο so wird sie sich dann durchbiegen, d. h. ausdehnen oder zusammenziehen, wenn, sie durch einen Druck oder eine Saugwirkung beeinflußt wird, und die auf diese Weise durch die nachgiebige Wand bzw. die nachgiebigen Wände der Vorrichtung erzeugte Bewegung wird durch ein geeignetes Getriebe, im allgemeinen ein Übersetzungsgetriebe, auf einen Zeiger oder ein Zifferblatt oder- eine .sonstige geeignete Anzeigevorrichtung übertragen, um einen Druck oder Druckänderungen oder auch sonstige ao vom Druck abhängige Größen anzuzeigen. Es ist hierbei zu bemerken, daß hier unter Druck entweder ein Unterdruck oder auch ein Überdruck zu verstehen ist.When a membrane device of the above described Kind of used with instruments, ίο it will then bend, i. H. expand or contract when it is affected by a pressure or a suction, and the generated in this way by the compliant wall or walls of the device Movement is through a suitable gear, generally a transmission gear, on one Pointer or a dial or any other suitable display device transferred to a To display pressure or pressure changes or other variables that are dependent on the pressure. It is It should be noted here that under pressure either a negative pressure or an overpressure is to be understood here is.

Gewisse Instrumente, wie z. B. Instrumente für Luftfahrzeuge, können von Natur aus sehr ver- -.- schiadenen Temperaturen ausgesetzt sein, da sie in verschiedenen Höhen und auch in verschiedenen Gegenden mit wechselnden klimatischen Verhältnissen arbeiten sollen. Bei irgendeiner Fahrt eines Luftfahrzeuges kann z. B. dann ein äußerst rascher Temperaturwechsel eintreten, wenn das Luftfahrzeug bis zu. einer großen Höhe steigt oder von einer großen Höhe heruntersteigt.Certain instruments, such as B. Instruments for aircraft, can by nature be very -.- be exposed to harmful temperatures as they are in different heights and also in different areas with changing climatic conditions should work. During any trip of an aircraft z. B. then an extremely fast one Temperature changes occur when the aircraft is up to. a great height rises or from one high altitude.

Solche Temperaturwechsel beim Übergang von einer verhältnismäßig tiefen zu einer verhältnismäßig hohen Temperatur oder umgekehrt haben eine doppelte Wirkung. Zunächst ändern sich die Abmessungen und vielleicht auch die Formen der Gestelle, Rahmen, Lenker, Hebel, Getriebe, Wellen und sonstiger Teile des Instrumentenwerkes. Bei tiefen Temperaturen nehmen z. B. die Abmessungen solcher Teile entsprechend dem Temperaturabfall ab.Such changes in temperature when changing from a relatively low to a relatively low one high temperature or vice versa have a double effect. First of all, they change Dimensions and maybe also the shapes of the racks, frames, handlebars, levers, gears, shafts and other parts of the instrument work. At low temperatures, for. B. the dimensions such parts according to the temperature drop.

Die zweite Wirkung,- für die die vorliegende +5 Erfindung hauptsächlich in Frage kommt, betrifft die Änderung der physikalischen Eigenschaften des Materials, woraus die Membranvorrichtungen hergestellt sind.The second effect, - for the present one +5 The invention is mainly concerned with changing the physical properties of the Material from which the membrane devices are made.

Eine Metallmembranvorrichtung ist ein federndes 'Glied, und die Durchbiegung derselben hängt von dem auf die Teile derselben wirkenden Druck, ferner bei gewellten Scheiben von der Form und der Anzahl der in radialer Richtung verlaufenden Wellungen der Metallscheibe bzw. Metall scheiben sowie auch vom Elastizitätsmodul des verwendeten Metalls ab.A metal diaphragm device is a resilient member, and the deflection thereof hangs of the pressure acting on the parts of the same, furthermore, in the case of corrugated discs, of the shape and the number of corrugations extending in the radial direction of the metal disk or metal disks as well as the modulus of elasticity of the metal used.

Die Durchbiegung einer einmal hergestellten Membranvorrichtung für einen gegebenen· Druck wird immer die gleiche sein, vorausgesetzt, daß sich der Elastizitätsmodul des Materials nicht ändert. Der Elastizitätsmodul der für Federn und Membranen im allgemeinen .verwendeten Materialien wird jedoch von der Temperatur beeinflußt, ' und wenn ein' Instrument mit einer nachgiebigen iMetallmembran einer Temperatur ausgesetzt wird, die von der Temperatur abweicht, für die das Instrument geeicht wurde, so ist die Durchbiegung für einen gegebenen Druck nicht mehr dieselbe und die Anzeigen des Instrumentes sind fehlerhaft. Diese Wirkung tritt natürlich bei äußerst hohen bzw. tiefen Temperaturen am deutlichsten hervor. Die Änderung des Elastizitätsmoduls eines Metalls für je einen Temperaturgrad soll hier als thermoelastischer Koeffizient oder Temperaturkoeffizient des Elastizitätsmoduls des Metalls bezeichnet werden.The deflection of a membrane device, once manufactured, for a given pressure will always be the same, provided that the elastic modulus of the material is not changes. The modulus of elasticity of the materials used for springs and diaphragms in general however, is affected by temperature, 'and if an' instrument with a compliant iMetal membrane is exposed to a temperature different from the temperature for that the instrument was calibrated, the deflection is no longer the same for a given pressure and the displays on the instrument are incorrect. This effect occurs naturally at extremely high and low temperatures are most evident. The change in the Young's modulus of a Metal for each temperature degree should be used here as a thermoelastic coefficient or temperature coefficient the modulus of elasticity of the metal.

Luftfahrzeugkistrumente werden auch im allgemeinen bei der Raumtemperatur (ungefähr 21° C) und bei einer Temperatur von ungefähr — 35° C . geprüft, und es ist gefunden worden, daß, wenn ein Instrument mit Membranvorrichtungen der bisherigen Art abwechselnd einer äußersten Temperatur und dann einer anderen, wie z. B. der Raumtemperatur und dann einer Temperatur von — 35° C ausgesetzt wird, der Temperaturwechsel eine unmittelbare Wirkung auf alle Teile des Instrumentes hat. Es ergibt sich hieraus, daß die Ablesung am Instrument so lange vom wirklichen Wert abweicht, bis die Temperatur ihre volle Wirkung auf alle Teile ausgeübt hat, zu welcher Zeit dann die Ablesung wieder richtig erfolgt. Infolgedessen verstreicht stets eine gewisse Zeit, bis das Instrument wieder richtige Ablesungen gestattet.Aircraft instruments are also generally kept at room temperature (approximately 21 ° C) and at a temperature of approximately - 35 ° C. checked, and it has been found that if a Instrument with membrane devices of the previous type alternately at an extreme temperature and then another, such as B. the room temperature and then a temperature of - If exposed to 35 ° C, the temperature change has an immediate effect on all parts of the Instrument has. It follows from this that the reading on the instrument differs from the real one for so long Value deviates until the temperature has exerted its full effect on all parts, too which time the reading will then be correct again. As a result, a certain amount of time always passes Time until the instrument allows correct readings again.

Bisher wurden im Getriebe zwischen der Membranvorrichtung und dem Zeiger Bimetallstreifen verwendet, um sowohl die Wirkung einer Änderung des Elastizitätsmoduls des Materials der Membran infolge Temperaturänderungen als· auch die Wirkung einer Änderung der Abmessungen und Formen der Teile infolge Temperaturänderungen auszugleichen. Der Ausgleich der ersten Wirkung wird im allgemeinen, als Bereichausgleich und der , Ausgleich der zweiten Wirkung als Nullabgleich bezeichnet.So far, bimetal strips have been used in the transmission between the membrane device and the pointer used to both the effect of a change in the elastic modulus of the material of the Membrane as a result of temperature changes as well as the effect of a change in dimensions and Compensate for the shape of the parts as a result of temperature changes. The compensation of the first effect is generally used as a range compensation and the, compensation of the second effect as a zero balance designated.

Das , Ziel der vorliegenden (Erfindung besteht darin, eine Membranvorrichtung zu schaffen, bei der Temperaturwech'sel selbsttätig ausgeglichen werden, so daß es sich nunmehr erübrigt, ein mit einer solchenMembranvorrichtung versehenes Instrument auszugleichen, das jetzt bei allen Temperaturen, wie z. B. bei Temperaturen zwischen —50⁰ und + So⁰C, richtige Ablesungen ergibt.The aim of the present invention is to create a membrane device in which temperature changes are automatically compensated, so that it is no longer necessary to compensate for an instrument provided with such a membrane device, which can now be used at all temperatures, e.g. at temperatures between -50 and + ⁰ Sun ⁰ C, gives correct readings.

Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, eine neuartige ausdehnbare Membranvorrichtung zu schaffen, bei der Temperaturänderungen selbsttätig ausgeglichen werden, und die aus zwei nachgiebigen Metallscheiben besteht, die längs ihres Umfanges zusammengefügt sind, um eine ausdehnbare Kapsel zu bilden, wobei die eine dieser Metallscheiben aus einemfMetall mit einem positiven Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls und die andere aus einem Metall mit einem negativen Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls besteht, so daß die. sich hieraus ergebende wirkliche Änderung in der Elastiziät der aus den beiden ,ScheibenOne embodiment of the invention is a novel expandable membrane device to create in which temperature changes are automatically compensated, and the two resilient metal disks that are joined together along their circumference to form an expandable To form a capsule, one of these metal disks being made of a metal with a positive temperature coefficient the modulus of elasticity and the other made of a metal with a negative temperature coefficient of the modulus of elasticity, so that the. real change resulting from this in the elasticity of the two disks

bestehenden Einrichtung infolge von Temperaturänderungen im wesentlichen gleich Null isst und die Ausdehnung und Zusammenziehung der Kapsel infolgedessen für einen gegebenen Druck ohne Rücksicht auf die Temperatur immer den gleichen Wert haben wird, oder, mit anderen Worten, die einzige eintretende Durchbiegung wird die durch den Druck hervorgerufene Durchbiegung sein.
Eine andere Ausführungsform der Erfindungexisting device eats essentially zero as a result of temperature changes and the expansion and contraction of the capsule will consequently always have the same value for a given pressure regardless of temperature, or, in other words, the only deflection occurring will be that caused by the pressure Be deflection.
Another embodiment of the invention

ίο besteht darin, eine neuartige ausdehnbare Membranvorrichtung zu schaffen, bei der Temperaturänderungen dadurch selbsttätig ausgeglichen werden, daß die Membran aus einem Metall besteht, dessen Temperaturkoeffizient des Elastizitätsmoduls im wesentlichen gleich Null ist, so daß sich die Durchbiegung desselben nicht bei Temperaturänderungen, sondern nur bei Druckänderungen ändert.ίο is a novel expandable membrane device in which temperature changes are automatically compensated for, that the membrane consists of a metal whose temperature coefficient of elasticity is im is essentially equal to zero, so that the deflection of the same does not change with temperature changes, but only changes when the pressure changes.

Obige sowie andere Vorteile der Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung, die an Hand der Zeichnungen gegeben wird, in denen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Es soll jedoch ausdrücklich bemerkt werden, daß es sich bei diesen dargestellten Ausführungsformen nur um Ausführungsbeispiele handelt, auf die sich die Erfindung nicht beschränkt, und daß für die Bestimmung des Schutzbereiches der Erfindung lediglich die am Schluß der Beschreibung aufgestellten Patentansprüche maßgebend sind.The above and other advantages of the invention will become more apparent from the following detailed description given with reference to the drawings, in which various embodiments of the invention are shown. It should be noted, however, that it These illustrated embodiments are only embodiments that relate to the invention is not limited and that for determining the scope of the invention only the claims made at the end of the description are authoritative.

In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsnummern in allen Abbildungen gleiche Teile bezeichnen, zeigtIn the drawings, in which like reference numbers indicate like parts in all figures, shows

Abb. ι eine Ausführungsform der ausdehnbaren Membranvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in der Vorderansicht,Fig. Ι an embodiment of the expandable membrane device according to the present invention in the front view,

Abb. 2 einen lotrechten Schnitt nach der Linie 2-2 der Abb. 1,Fig. 2 is a vertical section along the line 2-2 of Fig. 1,

Abb. 3 einen lotrechten Schnitt durch eine andere Ausführungsform einer Membranvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,Fig. 3 is a vertical section through another embodiment of a membrane device according to of the present invention,

Abb. 4 einen lotrechten Schnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Membranvorrichtung nach der Erfindung;Fig. 4 shows a vertical section through a further embodiment of a membrane device according to the invention;

Abb. 5 und 6 sind Kurven, die das Verhältnis des Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls zum Nickelinhalt der Nickel-Eisen-Legierungen zeigen, die für die Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.Figs. 5 and 6 are graphs showing the ratio of temperature coefficient of elastic modulus To show the nickel content of the nickel-iron alloys required for carrying out the present Invention can be used.

Die Erfindung besteht im wesentlichen in der Ausführung, Vereinigung, Zusammensetzung, Einstellung und gegenseitigen Anordnung von Teilen zu dem Zweck, die gewünschten Ergebnisse entsprechend den obenerwähnten Zwecken zu erzielen, wie dies noch deutlicher aus der Beischreibung hervorgeht sowie in· den Zeichnungen dargestellt und endlich in den Patentansprüchen ausgedrückt ist.The invention consists essentially in the execution, association, composition, adjustment and mutual arrangement of parts for the purpose of producing the desired results accordingly to achieve the above-mentioned purposes, as this becomes even clearer from the description as well as in the drawings and finally expressed in the claims.

Um die Zwecke der Erfindung zu erreichen, kann die Membranvorrichtung eine einzige Einheit bilden, die aus zwei nachgiebigen Metallscheiben besteht, die längs ihres Umfanges zusammengefügt sind, um eine ausdehnbare und zusammendrückbare Kapsel zu bilden, oder die Vorrichtung kann auch aus zwei oder mehreren nachgiebigen Metallscheibenpaaren bestehen, wobei die Scheiben der einzelnen Paare längs ihres Umfanges miteinander verbunden und die einzelnen Paare dann zusammengeschaltet sind, um eine summierende oder erhöhte Wirkung zu erreichen. Eine Membranvorrichtung kann auch aus einer einzigen Membran bestehen, die längs ihres Umfanges mit einem starren Behälter vereinigt ist, um eine ausdehnbare Kapsel mit nur einer einzigen nachgiebigen Wand zu schaffen.In order to achieve the purposes of the invention, the membrane device can be a single unit form, which consists of two flexible metal discs that are joined together along their circumference to form an expandable and compressible capsule, or the device can also consist of two or more flexible metal disk pairs, the disks of the individual pairs are connected to one another along their circumference and the individual pairs are then interconnected are to achieve a summing or increased effect. A membrane device can also consist of a single membrane, which along its perimeter with a rigid container is united to create an expandable capsule with only a single compliant wall.

Gemäß der Erfindung besteht die eine Scheibe aus einem Paar aus einem Membranmetall, das sich durch eine Abnahme des Elastizitätsmoduls bei tiefen Temperaturen kennzeichnet, so daß sich die Membran bei einer niedrigen Temperatur weniger durchbiegt als bei der Raumtemperatur. Als solches Membranmetall kann man Neusilber mit einem negativen Temperaturkoeffizienten des Elastizität«- mpduls von—o,ooo34bis—0,00038 oder Phosphorbronze mit einem Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls von ungefähr —0,00036 bis —0,00038 oder auch Berylliumkupfer mit einem Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls von ungefähr ·—-0,00035 verwenden. Die andere Scheibe des betreffenden Paares besteht aus einem Metall, das sich durch eine Zunahme des Elastizitätsmoduls bei tiefen Temperaturen kennzeichnet. Ein solches Metall ist z. B. eine Nickel-Eisen-Legierung mit einem Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls von ungefähr +0,000482 und mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der im wesentlichen gleich Null ist. Diese hat ungefähr folgende Zusammensetzung: Nickel 34,9°/», Eisen 64,9%, ,Silicium 0,14%, Chrom 0,12%, Mangan 0,18%, Kohlenstoff o,;i6°/o.According to the invention, the one disc consists of a pair of a membrane metal, which characterized by a decrease in the modulus of elasticity at low temperatures, so that the Membrane flexes less at a low temperature than at room temperature. As such Membrane metal can be German silver with a negative temperature coefficient of elasticity «- mp module from -0, ooo34 to -0.00038 or phosphor bronze with a temperature coefficient of Young's modulus of approximately -0.00036 to -0.00038 or beryllium copper with a Use elastic modulus temperature coefficients of approximately · —-0.00035. The other disc of the pair in question consists of a metal that is characterized by an increase in the modulus of elasticity at low temperatures. Such a metal is e.g. B. a nickel-iron alloy with a temperature coefficient of elasticity of about +0.000482 and with a thermal expansion coefficient, which is essentially zero. This has about the following composition: nickel 34.9%, iron 64.9%, silicon 0.14%, chromium 0.12%, manganese 0.18%, carbon 0.16%.

Dadurch, daß die Membranen aus Metallen in der oben beschriebenen Weise hergestellt werden, wird erreicht, daß die Elastizitätsabnahme der einen Scheibe des einen Paares durch die Elastizitätszunahme der anderen Scheibe des Paares ausgeglichen wird. Das Elastizitätsmodul der beiden Scheiben eines eine Einheit bildenden Paares bleibt somit sowohl bei tiefen als auch bei hohen Temperaturen unverändert. Die für die verschiedenen Metalle oben angegebenen Werte der Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls sind Mittelwerte für Temperaturen zwischen —50⁰ und. + 50° C.The fact that the diaphragms are made of metals in the manner described above means that the decrease in elasticity of one disk of one pair is compensated for by the increase in elasticity of the other disk of the pair. The modulus of elasticity of the two disks of a pair that forms a unit thus remains unchanged at both low and high temperatures. The values given for the various metals above the temperature coefficient of elastic modulus are averages for temperatures between -50 ^0. + 50 ° C.

(Eine Membranvorrichtung mit selbsttätigem Ausgleich kann auch aus zwei nachgiebigen Scheiben aus demselben Metall bestehen, jedoch soll dann ein Metall gewählt werden, das bei Temperaturen zwischen — 50⁰ und +50'⁰¹C einen Temperaturkoeffizienten des (Elastizitätsmoduls besitzt, der gleich Null ist. Ein solches Metall kann z. B. eine Nickel-Eisen-Legierung mit ungefähr 29% Nickel, 68% Eisen und 3% Verunreinigungen oder eine Legierung sein, die ungefähr 45% Nickel, 52% Eisen und 3% Verunreinigungen enthält. Eine Legierung, die ungefähr 36¹Vo Nickel, 52% Eisen und 12% Chrom enthält, kann auch verwendet werden.(A membrane device with self-balancing can also consist of two flexible disks made of the same metal, but then a metal should be selected that has a temperature coefficient of the (modulus of elasticity that is equal to zero ^{at temperatures between - 50 0} and +50 ^{'01 C).} Such a metal can be, for example, a nickel-iron alloy with approximately 29% nickel, 68% iron and 3% impurities or an alloy containing approximately 45% nickel, 52% iron and 3% impurities. contains about 36 ¹ Vo nickel, 52% iron and 12% chromium, may also be used.

Abb. ι und 2 zeigen zwei Membranvorrichtungen 9 und 10, von denen die eine aus zwei nachgiebigenFig. Ι and 2 show two membrane devices 9 and 10, one of which is flexible from two

gewellten Metallscheiben ii und 12 und die andere aus zwei nachgiebigen gewellten Metallscheiben 13 und 14 besteht. Die beiden Membranvorrichtungen sind in ihrer Mitte durch einen Zapfen 15 miteinander verbunden. Wenn die Vorrichtungen in einem Aneroidhöhenmesser oder in einem Aneroidbarometer verwendet werden sollen, so werden sie luftleer gemacht, so daß sie sich bei einer Abnahme des äußeren atmosphärischen Druckes ausdehnen·, wenn die erreichte Höhe zunimmt, oder umgekehrt. Die Vorrichtung 9 ist mit einem Zapfen 16 versehen, durch den sie an einem Instrumentengehäuse einstellbar oder fest befestigt werden kann, und die Vorrichtung 10 ist mit einem Lappen 17 versehen, an dem das eine Ende eines geeigneten Getriebes befestigt werden kann, um die Ausdehnung und Zusammenziehung der beiden Vorrichtungen 9 und 10 auf einen geeigneten (nicht dargestellten) Anzeiger zu übertragen.corrugated metal disks ii and 12 and the other of two flexible corrugated metal disks 13 and 14 consists. The two membrane devices are connected to one another in their center by a pin 15 tied together. If the devices are in an aneroid altimeter or in an aneroid barometer are to be used, they are evacuated so that they can be used in the event of a decrease of external atmospheric pressure when the altitude reached increases, or vice versa. The device 9 is provided with a pin 16 through which it is attached to an instrument housing adjustable or fixed, and the device 10 is provided with a tab 17, to which one end of a suitable gear can be attached to allow expansion and contraction of the two devices 9 and 10 on a suitable indicator (not shown) transferred to.

Die gewellten Scheiben 11 und 14 der Vorrichtungen 9 bzw. 10 der obenerwähnten Ausführungsform bestehen aus Berylliumkupfer (das manchmal auch Berylliumbronze genannt wird), welches ungefähr 97,7 bis 98,1 °/o Kupfer und 2,3 bis 1,9 °/o Beryllium enthält und dessen Temperaturkoeffizient des Elastizitätsmoduls negativ ist und ungefähr —0,00035 beträgt. Andererseits bestehen die Scheiben 12 und 13 der Vorrichtungen 9 bzw. 10 aus einer Legierung, die ungefähr 34,9% Nickel, 64,5 % Eisen und 0,6% Verunreinigungen, wie z.B. Silicium, Chrom, Mangan und Kohlenstoff enthält.. Der thermoelastische Koeffizient oder Temperaturkoeffizient des Elastizitätsmoduls dieser Legierung ist positiv und beträgt ungefähr + 0,000482. Auf diese Weise wird die in den Scheiben 11 und 14 durch Temperaturveränderungen bewirkte Elastizitätsabnahme durch die durch dieselben Temperaturänderungen in den Scheiben 12 und 13 bewirkte Elastizitätszunahme ausgeglichen, und infolgedessen ist die Resultierende durch Temperaturänderungen in den beiden Scheiben 9 und 10 bewirkte Elastizitätsänderung im wesentlichen gleich Null. Die einzige Durchbiegung oder Ausdehnung und Zusammenziehung der Vorrichtungen 9 und 10 ist daher die, die durch einen Druckunterschied zwischen der Außen- und der Innenseite der beiden Vorrichtungen bewirkt wird. Infolgedessen wird der Ausgleich der Membranvorrichtungen selbsttätig erfolgen, so daß keine äußere Temperaturabgleichvorrichtung nötig ist und auch die Verwendung von Bimetallstreifen in dem Triebwerk unterbleiben kann.The corrugated washers 11 and 14 of the devices 9 and 10, respectively, of the above-mentioned embodiment are made of beryllium copper (the sometimes also called beryllium bronze), which is about 97.7 to 98.1% copper and 2.3 contains up to 1.9% beryllium and the temperature coefficient of the modulus of elasticity is negative and is approximately -0.00035. On the other hand, the disks 12 and 13 of the devices 9 and 10 made from an alloy containing approximately 34.9% nickel, 64.5% iron and 0.6% impurities such as e.g. Contains silicon, chromium, manganese and carbon .. The thermoelastic coefficient or temperature coefficient the modulus of elasticity of this alloy is positive and is approximately + 0.000482. on in this way the decrease in elasticity caused in the disks 11 and 14 by temperature changes caused by the same temperature changes in the disks 12 and 13 The increase in elasticity is compensated for, and consequently the resultant is caused by temperature changes in the two disks 9 and 10 Change in elasticity essentially equal to zero. The only deflection or expansion and contraction of the devices 9 and 10 is therefore that caused by a pressure difference is effected between the outside and the inside of the two devices. As a result, will the compensation of the membrane devices take place automatically, so that no external temperature compensation device is necessary and also the use of bimetal strips in the engine can be omitted.

Auf Wunsch können jedoch die gewellten Scheiben 11 und 14 aus Neusilber oder Phosphorbronze statt aus Berylliumkupfer bestehen. Das Neusilber kann einen negativen thermoelastischen Koeffizienten von —0,000345 bis —0,000379 besitzen und 60,4 bis 614,8 % Kupfer enthalten sowie ferner 9,8 bis 19,3 °/o Nickel, ο bis 0,05 %> Eisen, 16,2 bis 25,4% Zink und ο bis 0,03% Mangan. Die Phosphorbronze kann einen negativen thermoelastischen Koeffizienten von 0,00036 bisIf desired, however, the corrugated disks 11 and 14 can be made of nickel silver or phosphor bronze instead of beryllium copper. The German silver can have a negative thermoelastic effect Have coefficients from -0.000345 to -0.000379 and contain 60.4 to 614.8% copper as well also 9.8 to 19.3% nickel, ο to 0.05%> Iron, 16.2 to 25.4% zinc and ο to 0.03% manganese. The phosphor bronze can have a negative thermoelastic coefficient from 0.00036 to

—0,00040 besitzen und 94,6 bis 95,3 °/o Kupfer, 4,3 bis 4,6% Zinn, ο bis 0,01% Nickel und 0,29 bis 0,40 °/o Phosphor enthalten.-0.00040 and 94.6 to 95.3 per cent copper, 4.3 to 4.6% tin, ο to 0.01% nickel and 0.29 to Contains 0.40% phosphorus.

Die Änderung des thermoelastischen Koeffizienten oder Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls l-jy-l der Nickelstähle mit einem Nickelgehalt bei 2O° C sind in den Abb. 5 und 6 der Zeichnungen gezeigt. Aus Abb. 5 ist es ersichtlich, daß eine Legierung mit ungefähr 34,9% Nickel den höchsten positiven Temperaturkoeffizientendes Elastizitätsmoduls besitzt, indem nämlich ⁼ +0,000482.The change in the thermoelastic coefficient or temperature coefficient of the modulus of elasticity l-jy-l of nickel steels with a nickel content at 20 ° C are shown in Figs. 5 and 6 of the drawings. From Fig. 5 it can be seen that an alloy with approximately 34.9% nickel has the highest positive temperature coefficient of elastic modulus, namely ⁼ +0.000482.

Aus der Kurve der Abb. 5 ist ferner ersichtlich, daß es zwei Legierungen gibt, die 29 bzw. 45% Nickel enthalten und Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls besitzen, die bei 20⁰ C gleich Null sind..The curve in Fig. 5 also shows that there are two alloys which contain 29 and 45% nickel and which have temperature coefficients of the modulus of elasticity which are equal to zero ^{at 20 ° C.}

Die Kurve nach Abb. 5 kann so abgeändert werden, daß sie die Kurve nach Abb. 6 ergibt, wenn ein Teil des Eisens durch Chrom ersetzt wird. Hierdurch wird der Temperaturkoeffizient des Elastizitätsmoduls der Legierung so herabgesetzt, daß er bei einem Nickelgehalt von ungefähr 36% gleich Null wird und bei anderen Nickelgehalten von 20 bis 80 % negativ ist.The curve of Fig. 5 can be modified so that it results in the curve of Fig. 6, if part of the iron is replaced by chromium. This becomes the temperature coefficient of the modulus of elasticity of the alloy so that it is equal to a nickel content of about 36% Becomes zero and is negative at other nickel contents of 20 to 80%.

Die Abb. 3 der Zeichnungen zeigt eine einfache Vorrichtung 18 mit nur einer Membranscheibenanordnung, die aus zwei nachgiebigen gewellten Metallscheiben 19 und 20 besteht. 'Letztere bestehen aus 32 bis 36% Nickel, 61 bis 53% Eisen, 4 bis 12% Chrom und 0,5 bis 2% Verunreinigungen. Falls es nötig sein· sollte, diese Legierung einer Wärmebehandlung zu unterwerfen, 'so wird eine .geringe Berylliummenge von z.B. 0,5- bis 2,5 °/o zugesetzt. Der Temperaturkoeffizient des Elastizitätsmoduls einer solchen Legierung ist im wesentliehen gleich Null, und infolgedessen wird die einzige erzeugte Durchbiegung der Membranvorrichtung 18 die sein, die durch einen Druckunterschied zwischen der Außen- und der Innenseite der Vorrichtung bewirkt wird. Die Vorrichtung 18 ist auch als Aneroidvorrichtung zur Verwendung in einem Höhenmesser geeignet.Fig. 3 of the drawings shows a simple device 18 with only one membrane disk arrangement, which consists of two flexible corrugated metal disks 19 and 20. 'The latter exist from 32 to 36% nickel, 61 to 53% iron, 4 to 12% chromium and 0.5 to 2% impurities. If it should be necessary to subject this alloy to a heat treatment, a . A small amount of beryllium of e.g. 0.5 to 2.5% added. The temperature coefficient of the modulus of elasticity of such an alloy is essentially zero, and consequently the The only deflection produced in the membrane device 18 will be that caused by a pressure difference is effected between the outside and the inside of the device. The device 18 is also suitable as an aneroid device for use in an altimeter.

Die Abb. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Membranvorrichtung zur Verwendung z. B. in einem Druckmesser.Fig. 4 shows a further embodiment of a membrane device for use e.g. Am a pressure gauge.

Diese Vorrichtung besteht aus einem schalenförmigen Behälter 21, der durch eine nachgiebige gewellte Metallscheibe 22 luftdicht abgeschlossen und auf ihrer Rückwand 23 mit einem Nippel. 24 für Druckanschluß versehen ist. Die nachgiebige gewellte Metallscheibe 22 dieser Ausführungsform kann aus einer Legierung bestehen, die 29% Nickel oder 45 % Nickel enthält' (s. die Punkte A und B der Kurve der Abb. 5). Für den einen wie für den anderen Nickelgehalt ist der Temperaturkoeffizient des Elastizitätsmoduls gleich Null, und infolgedessen biegt sich die Scheibe 22 nur nach Maßgabe des Druckes im Behälter 21 durch, während Temperaturänderungen keine Durchbiegung -bewirken, zumal sich die Elastizität mit der Temperatur nicht ändert.This device consists of a bowl-shaped container 21, which is hermetically sealed by a flexible corrugated metal disc 22 and on its rear wall 23 with a nipple. 24 is provided for pressure connection. The resilient corrugated metal disk 22 of this embodiment can be made of an alloy containing 29% nickel or 45% nickel (see points A and B of the curve in Fig. 5). For one as well as for the other nickel content, the temperature coefficient of the modulus of elasticity is zero, and as a result the disk 22 bends only in accordance with the pressure in the container 21, while temperature changes do not cause any deflection, especially since the elasticity does not change with temperature.

Da die Membranvorrichtung eines Höhenmessers luftleer ist, so ergibt sich die-größte Beanspruchung in Meereshöhe, d. h. wenn der Höhenmesser normal Null zeigt. Bei einer Membranvorrichtung nach der' bisherigen Bauart nimmt die 'Elastizität des Metalls mit der Temperatur ab, so daß sich die Membran in der Richtung durchbiegt, von der aus sie sich bewegt, wenn sie luftleer gemacht wird. Diese Durchbiegung bedingt eine falsche Höhenanzeige.Since the diaphragm device of an altimeter is evacuated, the greatest stress arises at sea level, d. H. when the altimeter shows normal zero. In a membrane device according to the ' previous design decreases the elasticity of the metal with the temperature, so that the membrane deflects in the direction it is moving when evacuated. These Deflection causes an incorrect height display.

ίο Eine selbstkompensierende Membranvorrichtung nach der Erfindung vermeidet diesen Übelstand, da sich die Membran beim Auspumpen der Kapsel ohne Rücksicht auf die Temperatur in dem gleichen Maß zusammenzieht und der Elastizitätsmodul der eine Einheit bildenden Membranvorrichtung bei allen Temperaturen gleich bleibt. Demgemäß folgen Ausdehnung Und Zusammenziehung der Membranvorrichtung nur Änderungen des äußeren Druckes. Bei empfindlichen Höhenmessern mit den bisherigen Membranen und Bereich- sowie Nullausgleich schwanken die Angaben bei einer Temperatur von —35°'C um 0,45 bis 1,05% über oder unter den entsprechenden Angaben bei einer Temperatur von +20⁰C zwischen ο und 10700 m über Meereshöhe. Werden aber die bisherigen Membranen durch Membranen nach der Erfindung ersetzt, so schwanken ohne Bereichausgleich die Angaben bei einer Temperatur von —35° C nur um 0,012 bis 0,037% über oder unter den entsprechenden Angaben bei einer Temperatur von + 20° C zwischen ο und 10700 m über Meereshöhe. Die Fehler werden also so weit vermindert, daß sie vernachlässigbar klein sind.A self-compensating membrane device according to the invention avoids this disadvantage, since the membrane contracts to the same extent when the capsule is pumped out regardless of the temperature and the modulus of elasticity of the membrane device forming a unit remains the same at all temperatures. Accordingly, the expansion and contraction of the diaphragm device only follow changes in external pressure. In sensitive altimeters with the previous membranes and range- and zero compensation, the data vary at a temperature of -35 ° 'C to 0.45 to 1.05% above or below the corresponding details at a temperature of +20 ⁰ C and between ο 10700 m above sea level. However, if the previous membranes are replaced by membranes according to the invention, the values at a temperature of -35 ° C fluctuate only by 0.012 to 0.037% above or below the corresponding values at a temperature of + 20 ° C between ο and 10700 without area compensation m above sea level. The errors are thus reduced to such an extent that they are negligibly small.

Wenn auch nur drei Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und dargestellt wurden und nur eine Anwendung erwähnt wurde, so versteht es sich doch von selbst, daß es auch möglich ist, die Zusammensetzung der Metallscheiben der Membranvorrichtung bzw. Membranvorrichtungen zu ändem und die Vorrichtungen im Rahmen der Erfindung auch für andere als die gezeigten Instrumente zu verwenden. Wesentlich bleibt für die Membranvorrichtung, daß ihre Durchbiegung nur vom Unterschied zwischen dem Außen- und Innendruck, dagegen nicht von der Temperatur abhängig ist.Even if only three embodiments of the invention have been described and illustrated and only an application was mentioned, it goes without saying that it is also possible to use the composition to change the metal disks of the membrane device or membrane devices and the devices within the scope of the invention for instruments other than those shown to use. It remains essential for the membrane device that its deflection only on the difference between the external and internal pressure, but not dependent on the temperature is.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Membrane device having an expandable and contractible chamber therethrough characterized in that the elasticity of the membrane material is balanced so that External temperature changes do not appear.

2. Membrane device according to claim 1, characterized in that it is made of a metal is made, the temperature coefficient of elasticity of which is substantially the same Is zero.

3. Membrane device according to claim 1, characterized in that it consists of a pair flexible metal strip is made, which along its circumference with each other to form an expandable and contractible chambers are connected and one of which is made of a metal is made with a positive temperature coefficient of elasticity and the others made of a metal with a negative temperature coefficient of elasticity exists, these coefficients being chosen so that the resulting actual change the elasticity of the two panes as a resultant due to the temperature changes is essentially zero.

4. Membrane device according to claim 1 and 2, characterized in that it consists of one There is a pair of flexible metal disks that are joined together along their circumference to form an expandable and the contractible chamber are connected and made of a metal whose thermoelastic coefficient is the same Is zero.

5. Membrane device according to claim 1 and 3, characterized in that one of the a chamber-forming disks made of a metal with an average temperature coefficient of elastic modulus of about + 0.000482 and the other made of a metal with a temperature coefficient of The modulus of elasticity is established around -0.00035, which gives the actual change in the elasticity of the two disks due to temperature changes essentially equals zero.

6. Membrane device according to claim 1 and 3, characterized in that one of the Discs made of a metal with a positive thermoelastic coefficient of approximately + 0.000482 and the other made of a metal with a negative thermoelastic coefficient from about -0.00034 to -0.00038 is made.

7. Membrane device according to claim 1 and 3, characterized in that one of the Nickel alloy discs with approximately 34.9% nickel, 64.5% iron and 0.6% Impurities is made and the other disk is made of nickel silver with about 60.4 to 64.8% copper, 9.8 to 19.3% nickel, 16.2 to 25.4% zinc and ο to 0.05% impurities consists.

8. Membrane device according to claim 1 and 3, characterized in that one of the Discs made from a nickel alloy with approximately 34.9% nickel, 64.5% iron and 0.6% impurities and the other disk is made of a copper alloy containing about 97.7 to 98.1% copper and 2.3 to 1.9% Consists of beryllium.

9. Membrane device according to claim 1 and 3, characterized in that one of the Nickel alloy discs with approximately 34.9% nickel, 64.5% iron and 0.6% impurities is made and the other disk is made of a phosphor bronze with approximately

94) 6 to 95.3% copper, 4.3 to 4.6% tin, ο to o, oi% nickel, o.29 to 0.40% phosphorus.

10. Membrane device according to claim 1 and 2, characterized in that it is a flexible metal disc made from an alloy which has approximately 29% nickel and 71% iron.

11. Membrane device according to claim 1 and -2, characterized in that it is a flexible metal disc made from an alloy which has approximately 46% nickel and 54% iron.

12. Membrane device according to claim 1, 2 and 4, characterized in that both discs are made of a metal alloy which is approximately 29% nickel and 71% iron.

13. Membrane device according to claim 1, 2 and 4, characterized in that both discs are made of a metal alloy which is approximately 46% nickel and 54% iron.

14. Membrane device according to claim 1, 2 and 4, characterized in that both discs are made of a metal alloy which are approximately 32 to 36% nickel, 61 to 53% iron, 4 to 12% chromium, 1 to 4% tungsten and o has up to 2% impurities.

15. Membrane device according to claim 1,

2 and 4, characterized in that both discs are made of a metal alloy which are about 32 to 36% nickel, 61 to 53% iron, 4 to 12% ghrome, 1 to 4% tungsten, 0.5 to 2.5% beryllium, 0.5 to 2% silicon, 0.5 to 2% carbon and 0.5 to 2% Having manganese.

16. Device for displaying pressure changes, characterized by the use of a pressure sensitive membrane device, according to one of claims 1 to 15.

17. Altimeter with one on altitude changes responsive aneroid membrane. device characterized by the use an aeroid membrane device according to any one of claims 1 to 15, whereby the Displays in the entire height measuring range are essentially unaffected by temperature changes. stay influenced.

For this purpose ι sheet of drawings