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Messgerät mit Arbeitsfedern, deren Bewegung durch messwertabhängige innere Kräfte hervor- gerufen wird.
Die nachfolgenden Ausführungen werden am Beispiel spiralig gewundener Arbeitsfedern von Manometern oder mechanischen Flüssigkeitsthermometern gemacht. Sie gelten mit sinngemässen Änderungen aber auch für andere Ausführungen von Arbeitsfedern, deren Bewegung durch messwertabhängige innere Kräfte hervorgerufen wird. Als derartige Ausführungsformen seien beispielsweise genannt : kreisförmig oder schraubenförmig gewundene Arbeitsfedern von Manometern und mechanischen Flüssigkeitsthermometern sowie die Federn von Thermometern aus Bimetall.
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bedeutet a die das Druckmittel zuführende Rohrleitung und b die spiralige Feder mit den Quadranten 1-2, 2-3,........... 13-14. c ist das Federendstück, an dem das Verbindungsstück d angelenkt ist.
Dieses Verbindungsstück wirkt alsdann unmittelbar, wie in Fig. 1 gezeichnet, oder auch
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punkt des Zeigers e und g das Gelenk zwischen dem Verbindungsstück d und dem Zeiger e. Die Zugstange d ist geschnitten dargestellt, um die durch die Zugstange übertragene Kraft P anschaulich darzustellen.
Wird eine Arbeitsfeder durch inneren Überdruck beansprucht, so verformt sich nach Überschreiten der Elastizitätsgrenze der Querschnitt der Arbeitsfeder bleibend, er nimmt dabei eine Gestalt an, die sich mehr dem Kreisquerschnitt nähert als die ursprüngliche. Eine solche bleibende Verformung des Querschnittes äussert sich sinnfälliger in einem Strecken"der Arbeitsfeder an den Stellen, wo
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Die praktischen Erfahrungen mit Arbeitsfedern nach Fig. 1, Teil b, lehren nun, dass bleibende
Verformungen zunächst im Bogen 1-2 auftreten. Unter einer Überbeanspruchung streckt sich dieser
Bogen vom Punkte 1 ausgehend bleibend, während die Verformungen der übrigen Teile der Arbeits- feder noch im elastischen Gebiete bleiben.
Diese örtliche Gefährdung der Arbeitsfeder bei Überbeanspruchungen zeigt, dass die Arbeits- feder nicht ihre günstigste Anordnung besitzt. Es ist dazu zu fordern, dass die Arbeitsfeder längs ihrer ganzen Erstreckung gleichmässig beansprucht wird.
Die Ursache dieser ungleichmässigen Beanspruchung liegt in folgendem :
Durch die Einzelkraft P entsteht in den Querschnitten der Arbeitsfeder ein über die Länge wechselndes Biegungsmoment. Dieses Biegungsmoment ist in Fig. 2 als Ordinate y über der gestreckten
Länge der Arbeitsfeder als Abszisse x dargestellt ; dieses über die Länge veränderliche Biegungsmoment ist in Fig. 2 mit 30 bezeichnet. Im Bogen 1-2 hat es einen geringen Wert ; an der Stelle 1 ist es Null und damit am kleinsten. Wenn nun der üblicherweise ovale oder ähnlich geformte Querschnitt der Arbeitsfeder b, Fig. 1, durch Innendruck auf Aufblähen beansprucht wird, so gibt die Feder diesem
Innendruck zuerst an den Stellen nach, wo das widerstehende Biegungsmoment einen geringen Wert hat.
Da nämlich eine bleibende Verformung des Querschnittes zugleich mit einem Strecken der Feder gekoppelt ist-siehe oben-, so wirkt ein von der äusseren Kraft P herrührendes widerstehendes
Biegungsmoment zwar zunächst auf eine Behinderung des Streckens", damit aber auch auf eine
Behinderung der bleibenden Querschnittsverformung.
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man die zu übertragende Kraft P klein hält. Die Verteilung des Biegungsmomentes behielte dann an sich den gleichen Charakter, wie es der Kurvenzug 30 in Fig. 2 zeigt, doch wäre die Grösse der einzelnen Ordinaten geringer. Eine Verkleinerung von P ist aber in vielen Fällen nicht möglich. Sollen beispielsweise elektrische Kontakte, Kippschalter od. dgl. betätigt werden, so muss eben eine Kraft übertragen werden, die nicht beliebig verkleinert werden kann.
Zur gleichmässigeren Verteilung des Biegungsmomentes über die Federlänge wird nun erfindunggemäss vorgeschlagen, die Feder nicht durch eine Einzelkraft P, sondern durch ein reines Kräftepaar beanspruchen zu lassen. Erfindungsgemäss wird also zwischen der Arbeitsfeder und der anzutreibenden Welle eine kinematische Anordnung bekannter Bauart angeordnet, die, abgesehen von Gewichtswirkungen, nur ein reines Kräftepaar überträgt. Auf diese Weise wird das in der Arbeitsfeder wirkende Biegungsmoment zu einer Konstanten längs der ganzen gestreckten Länge der Arbeitsfeder, wie das in Fig. 2 mit der strichpunktierten Geraden 31 angedeutet ist.
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Kupplung, oder eine ähnliche, an sich bekannte kinematische Anordnung verwendet, die man wohl auch als"Gleichgangkupplung"bezeichnet deswegen, weil sie Winkeländerungen verzerrungsfrei
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Ausser den obengenannten Vorzügen zeichnet sich das neue Messgerät auch noch dadurch aus, dass die Arbeitsfähigkeit der Feder wesentlich grösser ist als bei den bisher bekannten Übertragungen, weil das Biegungsmoment sich über die ganze Länge der Feder gleichmässig verteilt. Ist dies nämlich der Fall, so handelt es sich bei der Feder um einen Körper gleicher Festigkeit, von dem es allgemein bekannt ist, dass er grundsätzlich die grösste überhaupt mögliche Arbeitsfähigkeit gegenüber allen anderen Formen besitzt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Skalenaufteilung vollständig gleichmässig mit dem inneren Überdruck fortschreitet, der in der betreffenden Arbeitsfeder herrscht. Das ist eine Folge davon, dass Winkeländerungen der Arbeitsfeder verzerrungsfrei durch eine Gleichgangkupplung übertragen werden, dass das Übersetzungsverhältnis dieser Übertragung also für alle Punkte der Skala genau das gleiche ist. Die nach der Erfindung ausgebildeten Messgeräte brauchen deshalb nicht mehr von Hand an vielen Punkten ausgeteilt zu werden. Es kann vielmehr eine gedruckte oder mit Hilfe von Schablonen hergestellte, einheitliche Skala verwendet werden, die nach nur zwei geeichten Punkten ausgerichtet wird. Der Zeiger wird dann auf allen Zwichenpunkten die richtige Einstellung haben.
Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgedankens sind in der Zeichnung dargestellt, u. zw. jeweils eine Ausführungsform in den Fig. 3-5, 6--8 und 9 und 10.
Es bedeutet a die das Druckmittel zuführende Rohrleitung, b die Arbeitsfeder. An dem Ende dieser Arbeitsfeder ist starr befestigt und fest eingespannt ein Bügel h, der mit dem Längsschlitz o versehen ist. In den Längsschlitz o des Bügels greifen die Zapfen m der in Fig. 5 in perspektivischer Ansicht dargestellten Kupplungsscheibe i ein. Die Zapfen n dieser Kupplungsscheibe i greifen in die Nut p der Welle k, die in dem Lager I gelagert ist, ein.
Im allgemeinen kreuzen sich die Achsen 1-1 und 11-11 senkrecht zueinander. Ist das nicht der Fall, so bleibt die verzerrungsfreie Winkelübertragung trotzdem erhalten. Kinematisch ist die Verbindung also eine umlaufende Kreuzschleife oder Oldham-Kupplung. Jede Winkeländerung in der Lage des Bügels h überträgt sich dadurch ohne Verzerrung auf die Welle k. Die Kupplung i überträgt
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ziehen ist, wenn die Arbeitsfeder spiralig von aussen nach innen gewickelt ist. Es bedeutet wieder a die das Druckmittel zuführende fest eingespannte Rohrleitung, b die Arbeitsfeder, die in ihrer Mitte einen Zapfen u trägt. Der Zapfen it trägt in einer Querbohrung fest den Stift v, der in Bohrungen q der zylindrischen Hülse w eingreift.
Diese Hülse w ist in Fig. 8 noch besonders herausgezeichnet. Sie besitzt an der anderen Seite Schlitze s. In diese Schlitze s greift ein Stift s, der in eine Querbohrung der Welle x
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der Fall, wo man den Einfluss der Temperatur auf den Quecksilberinhalt der Arbeitsfeder auszugleichen wünscht. Es kann aber auch bei Manometern der Fall sein, um den Einfluss einer unterschiedlichen Ausdehnung der Werkteile auszugleichen. In diesem Falle kann das Kupplungsstück w durch ein Stück t nach Fig. 9 ersetzt werden. Dieses Stück ist in der in Fig. 9 gezeichneten Art geformt ; Fig. 10 zeigt die Abwicklung. Das Kupplungsstück t ist aus Verbundmetall (Bimetall) 20 und 21 hergestellt.
Nimmt man an, dass zunächst die beiden Hauptachsen durch die Bohrungen q und die Schlitze s senkrecht aufeinander stehen, so werden sich diese Hauptachsen bei höherer Temperatur gegeneinander in einen anderen Winkel neigen. Die verzerrungsfreie Winkelübertragung von dem Zapfen u, Fig. 7,
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auf die Welle x, Fig. 7, wird durch eine solche Winkeländerung nicht beeinflusst, wie bereits oben dargelegt.
Eine Änderung des Phasenwinkels zwischen den zwei für eine umlaufende Kreuzschleife kenn- zeichnenden Achsen (z. B. 1-1 und 11-11 in Fig. 5) lässt sich auch durch andere temperaturempfindliche Glieder in naheliegender Weise erreichen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Messgerät mit Arbdtsfedern, deren Bewegung durch messwertabhängige innere Kräfte (z. B. inneren Druck oder Schub pannungen) hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Arbeitsfeder und der anzutreibenden Welle eine kinematische Anordnung bekannter Bauart (z. B. eine umlaufende Kreuz-schleife oder eine Kreuzgelenkkupplung oder eine gleichwertige kinematische
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