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Spannbandlagerung für Messwerke mit einstellbarer Federkonstante, zugleich geeignet zur Übersetzung keiner Längsbewegungen in Drehbewegungen
Bei Messwerken, für deren Betätigung nur sehr wenig Energie zur Verfügung steht, verwendet man zur Vermeidung von Reibungsfehlern zweckmässig eine Bandaufhängung, oder, wenn deren Nachteile der Lage-und Erschütterungsempfindlichkeit vermieden werden soll, eine Spannbandlagerung. Will man den Einfluss der Massenträgheit des Messwerkes vermindern, oder handelt es sich um ein Messwerk, das grundsätzlich zunächst nur einen kleinen Verstellweg zur Verfügung stellt, so kann man das Messwerk über eine Übersetzung auf den Zeiger wirken lassen, wozu bekannte Anordnungen verwendet werden können. Eine derartige Anordnung besteht z.
B. aus einem um seine Achse von der Mitte aus gegenläufig verwundenem Band, das aber nur extrem kleine Längenänderungen zulässt, wenn man es nicht locht. Das Lochen ist aber bei den kleinen fur empfindliche Messwerke m Frage kommenden Abmessungen schwer durchfuhrbar. Bei einer anderen Ausführung wird eine von der Mitte aus gegenläufig gewickelte Schraubenfeder aus einem dünnen Metallband verwendet, die m der Mitte den Zeiger trägt und einseitig eingespannt ist, während auf das andere Ende die Messgrösse wirkt.
Alle diese Anordnungen besitzen eine Federkonstante, die nicht beliebig klein gemacht werden kann, weil die Abmessungen der verwendeten Metallbänder wegen der Forderung einer soliden Lagerung und auch wegen der Herstellbarkeit überhaupt nicht beliebig klein gemacht werden können. Hingegen ist es z. B. bei Quotientenmessung sogar wtinschenswert, eine Federkonstante uberhaupt zu vermeiden. Die erwähnten zugleich der Übersetzung dienenden Zeigerlagerungen weisen noch einen Nachteil auf, der darin besteht, dass eine höhere Energie zur Deckung der Form- änderungsarbeit erforderlich ist, als es der auf den Aufhängepunkt des Zeigers bezogenen Federkonstante entspricht. Diese Anordnungen besitzen also sozusagen einen schlechteren Wirkungsgrad, als ein aus starren Teilen bestehendes, unmittelbar auf einen z.
B. spannbandgelagerten Zeiger wirkendes Getriebe. Meist sind auch besondere Hilfsmittel, magnetische Nebenschlüsse, verstellbare Hebel und anderes erforderlich, um den jeweils geforderten Messbereich einzuhalten.
Die sich aus obigem ergebenden Aufgaben : Beseitigung oder Verringerung der Federkonstante, eventuelle Verbesserung des Wirkungsgrades, lassen sich so lösen, dass die Lagerung des Zeigers und allfälliger Messwerkteile in bekannter Weise, wie oben erwähnt, durch eine von der Mitte aus gegenläufig gewickelte Schraubenfeder 1 aus einem dünnen Metallband gemäss Fig. I erfolgt, die einseitig fest eingespannt ist, während auf das andere Ende erfindungsgemäss eine Anordnung mit negativer und eventuell auch einstellbarer Federkonstante wirkt. Die Messgrösse kann dabei sowohl in der Form einer Kraft P auf das bewegliche Ende der Schraubenfeder 1, als auch in Form eines Drehmomentes auf einen in der Bandmitte befestigten Messwerkteil wirken.
Die Fig. 2 zeigt die grundsätzliche Anordnung.
Hier ist angenommen, dass die den Zeiger tragende, von der Mitte aus gegenläufig gewickelte Schraubenfeder 1 durch eme an ihrem beweglichen Ende angreifende Kraft P betätigt wird. Dieses Ende ist in der Mitte einer Blattfeder 3 befestigt. Die Blattfeder 3 wird durch eine mit einer Feder 4
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auf die Mitte der Feder 3 eine negative Federkonstante.
Die Fig. 3 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit der einzelnen im Befestigungspunkt der Schraubenfeder 1 an der Feder 3 wirkenden Kräfte von der Lage x dieses Punktes. Pa bedeutet hierin die Kraf. der Schraubenfeder, während P,,,, bzw. Pb die von der Feder 3 an der gleichen Stelle erzeugte Kraft bedeutet, wenn PJ - 0 bzw. wenn
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zweiten Fall eine wesentlich kleinere Steigung auf, als die Charakteristik der Schraubenfeder allein. Die Empfindlichkeit ist also erhöht worden.
In Fig. 3 ist übrigens angenommen worden, dass die Feder 3 so beschaffen ist, dass sie im unbelasteten Zustand leicht gekrümmt ist, ihre Charakteristik also nicht durch den Nullpunkt geht, damit die Schraubenfeder 1 auch dann noch gespannt ist, wenn keine Kraft P wirksam ist.
Ausserdem ist die Feder 4 so zu bemessen, dass
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sich die Kraft Pi innerhalb des Arbeitsbereiches nicht merklich ändert.
Durch geeignete Bemessung der Kraft PI kann man zu der von der Schraubenfeder und allfälligen anderen Federn des Messwerkes herrührenden positiven Federkonstante jeden gewünschen negativen Wert zufügen, also die Empfindlichkeit beliebig erhöhen, oder die Federkonstante überhaupt zum Verschwinden bringen, wie es zur Quotientenmessung gewünscht wird.
Eine Quotientenmessung kann auch in der Weise erfolgen, dass die eine Messgrösse ganz oder teilweise die Kraft f\ erzeugt. Eine Einstellbarkeit der Kraft ? i erübrigt sonst notwendige Mittel zur Einhaltung eines bestimmten Messbereiches.
Wenn die Federkonstante der Schraubenfeder und allfälliger weiterer Messwerkteile in bezug auf das bewegliche Ende der Schraubenfeder nahezu kompensiert ist, genügen viel kleinere Kräfte zur Bewegung des Zeigers, als sie zu einer von einander unabhängigen Bewegung des Zeigers und des Endes der Schraubenfeder erforderlich sind. Die Anordnung verhält sich dann ähnlich wie ein aus starren Teilen bestehendes Getriebe mit einer zugefügten schwachen Feder. Die Formänderungen sind ungefähr dieselben, ob nun bestimmte Zeigerverstellungen durch Drehmomente oder durch Kräfte P bewirkt werden.
Es ist somit auch die erforderliche Arbeit bei einer Verstellung des Zeigers nur wenig grösser, wenn sie durch eine Kraft P anstatt durch ein Drehmoment erfolgt. In dem Fall, wo das Messwerk auf das bewegliche Ende der Schraubenfeder wirkt, ist somit auch eine Verbesserung des eingangs erwähnten Wirkungsgrades erzielt worden, der nahezu den Wert 1 erreichen kann. Trägt die Schraubenfeder ausser dem Zeiger auch einen ein Drehmoment erzeu- gendr. Messwerkteil, so gelten nach obigem zweifellos die selben Überlegungen hinsichtlich einer Beeinflussung der Empfindlichkeit.
Vielfach wächst die nutzbare Kraft mit dem
Quadrat der Messgrösse, während eine annähernd lineare Skalenteilung erwünscht ist. In diesem Fall ist die Feder 4 so steif zu bemessen, dass sich die Kraft Pi bei einem Ausknicken der Feder 3 wesentlich verringert. Dann ergeben sich Kurven gemäss Fig. 4, wobei die Charakteristik Pa==/ absichtlich so gewählt ist, dass sich eine stabile Nullage ergibt, während der Aufgabe gemäss sich die beiden Charakteristiken Pb=f (x) und - Po==/ eigentlich berühren sollten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Spannbandlagerung für Messwerke mit ein- stellbarer Federkonstante, zugleich geeignet zur Übersetzung kleiner Längsbewegungen in Dreh- bewegungen, bei der die Messgrösse in üblicher Weise auf einen gemeinsam mit dem Zeiger in der Mitte eines Spannbandes befestigten Messwerkteil oder aber in Form einer Kraft P auf das bewegliche Ende eines einseitig eingespannten und nur der Lagerung des Zeigers dienenden Spannbandes wirkt, wobei dieses als eine von der Mitte aus gegenläufig gewickelte Schraubenfeder (1) aus einem dünnen Metallband ausgeführt ist und bei einer Verschiebung des beweglichen Endes eine Verstellung des Zeigers bewirkt, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem beweglichen Ende des Spannbandes und festen Teilen des Messwerkes eine Federnanordnung mit negativer und auch einstellbarer Federkonstante eingefügt ist.