Bourdonfeder

Vorderansicht eines Manometers mit doppelter Skala. Außen amerikanische Druckeinheit, innen veraltete deutsche Druckeinheit. Sowohl für Unter- als auch für Überdruck.

Zugehörige Innenansicht zum obigen Bild mit Bourdonfeder und Zeigerantrieb.

In den meisten mechanischen Manometern (auch Druckuhren genannt) ist die Bourdonfeder (auch Bourdonrohr, unzutreffend auch Bourdonröhre genannt) als Messgrößenwandler zu finden.
Sie setzt den Druck (genau genommen die Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Feder und ihrer Umgebung) in eine bogenförmige Bewegung um, die dem Antrieb eines Zeigers dient.

Die Bourdonfeder ist eine rund gebogene Rohrfeder ovalen Querschnitts, die sich unter Druckeinwirkung dem kreisförmigen Querschnitt nähert und dadurch aufbiegt.

Geschichte

Lange nach der Entdeckung des atmosphärischen Luftdrucks durch Evangelista Torricelli (1608-1647) sollte ein Arbeiter ein Rohr für einen Destillationsapparat zu einer Wendelform biegen. Da der Rohrbieger es beim Wickeln jedoch ungeschickt verbeulte, versuchte er, es durch Innendruck wieder zu richten. Durch die Druckbeaufschlagung streckte es sich wieder. Das führte zur Idee, diesen Effekt zur Druckmessung einzusetzen.

Nach Strohmeyer war der Erfinder der Rohrfeder ein deutscher Ingenieur namens Schinz, der 1845 bei Roskopf, Koblenz die erste Röhrenfeder herstellte. Jedoch meldete drei Jahre später im Jahr 1848 der Pariser Instrumentenmacher Eugène Bourdon die Rohrfeder zum Patent an.

Der Name „Bourdonfeder“ etablierte sich und blieb bis heute erhalten, auch wenn Bourdon nicht lange Inhaber des Patents blieb - im Jahr 1859 wurde das Patent Pat. US Nr. 9163 vom 3. August 1852 (ET) erfolgreich von Lucien Vidie, dem Erfinder der Aneroiddose angefochten und mit Hilfe seines Freundes und Patentanwalts Pierre Armand Lecomte niedergeschlagen.

Anwendung

Das Bourdonrohr ist bis heute das Messglied von mechanischen Manometern im Bereich von ca. 0,5 bis ca. 5000 bar. Bei geringeren Drücken werden Membranen oder Membrankapseln als Messelemente verwendet. Der Vorteil der Bourdonfeder ist dabei die große Kraft, die zum Antrieb des Zeigers zur Verfügung steht. Die geringe Auslenkung von wenigen mm (das Rohr darf sich nur im elastischen Bereich verformen) wird mit einem spielfreien Zahnstangen- oder Zahnradtrieb in die Drehbewegung des Zeigers umgesetzt.

Die Anpassung an verschiedene Messbereiche erfolgt durch Variation des Rohrwandstärke und der Rohrquerschnittsgeometrie. Für Messbereiche ab ca. 100 bar wird es meist zu mehrgängigen Wendeln gebogen, darunter beträgt der Biegewinkel in der Regel weniger als 360°.

Literatur

• Matthias Künzel: Ein Beitrag zur interferenzoptischen Präzisionsdruckmessung mit Quarz-Bourdonfedern