Was ist ein Manometer und wie ist seine Funktionsweise?

Unterschiedliche Drücke wirken sich auf alle Bereiche unseres Lebens aus. Sie beherrschen das Wetter, haben großen Einfluss auf die Funktionsweise von Verbrennungsmotoren, wirken als physikalische Kraft auf schwere Lasten, um sie anzuheben, und sorgen auch dafür, dass die Gartenbewässerung tadellos funktioniert. Wasserdruck und Luftdruck sind zwei Begriffe, von denen jeder schon einmal gehört hat. Druckmesser messen den Druck in Medien. Das kann eine Flüssigkeit ebenso sein wie Gase. Die Messgeräte sind essenziell für die einwandfreie Arbeit geschlossener, medienführender Systeme und Anlagen. Die Funktionsweise eines Manometers ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie durchdachte Technik und einfache Umsetzung die reibungslose Funktion ganzer Arbeitssysteme sicherstellen. Was ist ein Manometer? Und wie funktioniert die Messung damit? Hier erfahren Sie es.

Was sind Drücke und wie lassen sie sich berechnen?

Bevor wir uns der Frage „Was ist ein Manometer?“ genau widmen, schauen wir uns an, was denn ein Druck ist. Physikalisch betrachtet ist Druck per Definition die Wirkung einer flächenverteilten Kraft, die senkrecht auf einen Körper wirkt. Ein positiver Druck wirkt auf den Körper, ein negativer Druck zieht an ihm. Das Pascal’sche Prinzip (benannt nach Blaise Pascal, einem Physiker des 17. Jahrhunderts) besagt, dass sich ein Druck in ruhenden Flüssigkeiten und Gasen stets in alle Richtungen gleichermaßen ausbreitet. Leonhard Euler, seinerseits ebenfalls Physiker, stellte fest, dass Drücke in Gasen und Flüssigkeiten immer senkrecht auf eine Fläche wirken.

Die flächenverteilte Kraft beschreibt den mechanischen Druck (oder Zug), der auf eine Fläche respektive auf einen Körper wirkt. Dieser Druck p (in bar) auf eine Fläche A (in Quadratmeter) mit einer Kraft F (in Newton) berechnet sich dabei aus dem Quotienten der Kraft F durch die Fläche A. Die Formel lautet dementsprechend: p = F/A.

Manometer – Funktionsweise und innerer Aufbau

Ein Druckmessgerät ist eine Vorrichtung, welche den physikalischen Druck eines Mediums wie eine Flüssigkeit misst und anzeigt. Es besteht für gewöhnlich aus seinem Gehäuse sowie der Skala. Die Skalenanzeige kann auch digital sein. Druckmessgeräte zeigen in den meisten Fällen den sogenannten Relativdruck an. Der Relativdruck bezieht sich auf den mittleren atmosphärischen Luftdruck, welcher auf der Höhe des Meeresspiegels 1 bar beträgt (genau: 101.325 Pa = 101,325 kPa = 1013,25 hPa, was ungefähr 1 bar entspricht).

In Industrie und Handwerk sowie Privathaushalten kommen überwiegend Druckmessgeräte, deren Funktionsweise auf einem federelastischem Messglied beruht, zur Anwendung. Diese Rohrfedermanometer sind am weitesten verbreitet. Sie gelten als mittelbare Druckmesser und nutzen sekundäre physikalische Effekte, um den Druck in einem Medium anzuzeigen. Diese Druckmessgeräte bestehen aus einer mechanischen Komponente, welche sich durch den Druck eines Gases oder einer Flüssigkeit und dessen senkrechte Krafteinwirkung auf ihre Flächen, verformt. So kann die Funktionsweise knapp zusammengefasst und beschrieben werden.

Rohrfedermanometer sind eine spezielle Manometer-Form

Die Druckmessgeräte mit Rohrfeder eignen sich zum Messen von Gas- oder Wasserdrücken von bis zu 60 bar. Die Medien dürfen jedoch nicht zu zähflüssig oder kristallisierend sein. Sie sind die am häufigsten eingesetzten Druckmesser für Gase und Flüssigkeiten. Ein T-Stück verbindet das Rohrfeder-Druckmessgerät mit einer Leitung des Systems. Das Medium kann so in das Innere der Messuhr gelangen, das ist für die Funktionsweise entscheidend. Dort befindet sich eine kreisförmiges, zu einem Dreiviertelkreis gebogenes Rohr mit ovalem Querschnitt. Bei Beaufschlagung des Innern dieser Rohrfeder mit Druck, vergrößert sich ihr Durchmesser aufgrund der zunehmenden Ringspannung. Das Ende der Feder bewegt sich dadurch um wenige Millimeter, wodurch sich mit diesem Rohr der herrschende Gas- oder Wasserdruck im System ableiten lässt. Die Übertragung auf ein Zeigerwerk macht aus der linearen Bewegung des Federendes eine Drehbewegung. Der Zeiger befindet sich vor einer Skala, die es dem Anwender erlaubt, den momentanen herrschenden Systemdruck abzulesen. Diese Funktionsweise eignet sich aber, wie bereits erwähnt, nur für Druckbereiche bis zu 60 bar.

Höhere Drücke erfordern dagegen eine Schrauben- oder Schnecken-Rohrfeder. Die Messung von Drücken bis 7.000 bar ist bei entsprechend gewähltem Material und passender Geometrie möglich. Verschiedene Legierungen und Werkstoffe finden bei aggressiven Medien Verwendung, um auch langfristig die Funktionsweise der Manometer zu gewährleisten.

Was ist ein Membranmanometer?

Es gibt außerdem noch als Variante Druckmessgeräte mit Membran. Diese sogenannten Membranmanometer sind sehr robust. Für die Membran steht eine große Werkstoffauswahl zur Verfügung wie Edelstahl und zahlreichen säurefesten Stoffen. Eine spezielle Form des Membranmanometers ist das Barometer für die Messung von Luftdruck.

Wo kommen Manometer zum Einsatz?

Manometer kommen überall dort zum Einsatz, wo die einwandfreie Funktion eines Systems mit flüssigen oder gasförmigen Medien vom Arbeitsdruck innerhalb der einzelnen Komponenten abhängt. In Industrie- und Handwerksbetrieben ist in Pressluftsystemen ein Arbeitsdruck von 12 bar üblich. Druckminderer an den jeweiligen Abnahmestellen im gesamten Betrieb sorgen dafür, dass pneumatische Anlagen, Luftdruckpistolen und luftbetriebene Werkzeuge mit adäquatem Druck beaufschlagt werden und deren Funktionsweise sichergestellt ist. In der Regel befindet sich hinter jedem Druckminderer ein Druckmessgerät, auf dem sich der eingestellte Druck ablesen lässt.

Manometer in verschiedensten Bauformen sind unabdingbar, um den Reifenluftdruck von Kraftfahrzeugen genau zu bestimmten. Ebenso benötigt ein Bewässerungssystem für den heimischen Garten ein Druckmessgerät, um zu gewährleisten, dass alle Sprinkler und Regner der Anlage fehlerlos arbeiten. Pneumatische Aktoren, die Zufuhr von Schweißgas sowie die Versorgung von Privathaushalten mit Gas und Frischwasser sind weitere Beispiele für den Einsatz der Druckmesser. Die Vielfalt der Anwendungsgebiete verdeutlicht, von welchem Wert die Erfindung und die Funktionsweise des Manometers in seinen verschiedenen Bauformen für die moderne Gesellschaft ist.

Manometer-Funktionsweise in der Bewässerungstechnik

Druckmessgeräte kommen, wie eingangs erwähnt, auch für die Messung von Wasserdruck bei der Gartenbewässerung zum Einsatz. Eine Bewässerungsanlage benötigt leistungsstarke Gartenpumpen, um den erforderlichen Wasserdruck von drei bis vier bar aufzubauen. Bei niedrigeren Drücken kann es vorkommen, dass den Sprühdüsen der einzelnen Sprinkler nicht genügend Wasser zur Verfügung steht. Daher ist für die Bewässerung eines Gartens durch eine Bewässerungsanlage unbedingt ein Druckmessgerät zu verwenden, um die Flüssigkeit zu prüfen. Nur so ist dauerhaft sicherzustellen, dass die Anlage mit dem erforderlichen Wasserdruck arbeitet. Der Aufwand für den Einbau sowie die Höhe der Kosten sind überschaubar. Insbesondere bei Betrachtung des großen Nutzens dieser Messgeräte. Denn nur durch den passenden Druck ist die ordnungsgemäße Funktion der Bewässerungsanlage langfristig sicherzustellen.

Manometer-Funktion im Bewässerungssystem sicherstellen

Damit die Funktion des eingesetzten Manometers während des gesamten Betriebs gewährleistet ist, gilt es einige Kriterien für den Einbauort zu beachten. Im Normalfall besitzt eine Anlage zur Bewässerung einen gesonderten Anschluss, welcher für ein Druckmessgerät vorgesehen ist. Die Montage des Manometer-Anschlusses in der Nähe der Hauptleitung, welche die Wasserzufuhr für die gesamte Bewässerung sicherstellt, hat sich bewährt. Wichtig für die Funktionsweise ist, dass der reale Leitungsinnendruck auf die Mechanik im Druckmessgerät wirkt. Das Messgerät darf sich also nicht innerhalb eines abgesperrten Teilkreislaufes befinden.

Da die Bewässerung des Gartens mittels Bewässerungssystem den gesamten Vorgang automatisieren und vereinfachen soll, ist die Installation an einer gut zugänglichen Stelle sinnvoll. So lässt sich der Wasserdruck am Manometer jederzeit genau ablesen. Wartung und Instandhaltung, die erforderlich sind, um die optimale Funktionsweise des Messgerätes zu gewährleisten, lassen sich dadurch ebenfalls leichter vornehmen, was sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit der Anlage auswirkt.