Meliinstrument mit einem als Torsionsstab ausgebildeten Richtkraftorgan.
Bei allen Messinstrumenten ist eine Richtkraft erforderlich, die für jeden Punkt der Skala die Gegenkraft zur ablenkenden Kraft der Messgrösse liefert. Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Eichung und somit auch jeder vorgenommenen Messung ist von der Unveränderlichkeit und Reproduzierbarkeit der Richtkraft abhängig. Ein unzuverlässiges Arbeiten des die Richtkraft liefernden Organes lässt sich nur durch Vergleichsmessungen ermitteln, mit Ausnahme des Sonderfalles, wo die Kraft der Messgrösse Null wird. Aus diesem Grund ist die Nullpunktsicherheit als gesonderter Begriff gebräuchlich geworden.
Werden mechanische Federn zur Erzeugung der Richtkraft in Messinstrumenten verwendet, so ist ihre Eignung für diesen Zweck abhängig von der Auswahl des Materials, der Formgebung und der Befestigung der Federenden.
Die Federform mit der höchsten Ausnutzung der elastischen Mat,erialeigenschaften bei geringstem Eigengewicht ist der Torsionsstab, bei dem die Endquerschnitte um die Längsachse gegeneinander verdreht werden. Eine allgemeine Verwendung dieser Federfonn. wurde bisher durch die Sehwierigkeit, der Befestigung der Stabenden behindert.
Die vorliegende Erfindung erstrebt eine Verbesserung der Messinstrumente durch Verwendung von Torsionsstäben, bei denen durch ihre Formgebung die Befestigungssehwierig- keiten behoben werden. Gemäss der Erfinden. weist der Torsionsstab, welcher als Riehtkraftorgan für das Anzeigemittel dient, zwischen den Befestigungsstellen mindestens teilweise eine Querschnittsform auf, die von derjenigen an den Befestigungsstellen verschieden ist, derart, dass die Torsionsfestigkeit an den Befestigungsstellen gross ist gegenüber derjenigen zwischen diesen Stellen, und wobei die Übergangszonen von den steiferen zu den weniger steifen Teilen des Torsionsstabes au sserhalb der Befestigungsstellen liegen.
Die Zeichnung, die in allem schematisch gehalten ist, zeigt in den Fig. 1 bis 5 bekannte Ausführungsformen, an Hand derer die auftretenden Schwierigkeiten erläutert seien, während die Fig. 6 ein erstes und die Fig. 7 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen.
Die Befestigung der Stabenden im Instrument kann durch Löten oder Klemmen erfolgen. In Fig. 1 ist eine solche Lötbefestigung dargestellt. 1 ist der Torsionsstab, dessen Querschnitt kreisförmig angenommen ist. 2 ist der Teil des Instrumentes, in dem das Ende des Torsionsstabes befestigt ist. 3 ist das Lot.
Bei einer Torsion des Stabes, wie sie beim Spielen des Anzeigemittels des Instrumentes entsteht, erfolgt an der Stelle 4 eine Verformung des Lotmetalles, deren Grösse vom Verdrehungswinkel und dem Unterschied der Fe stigkeitsziffern des Lot-lmd Federmaterials abhängig ist. Da zu jeder Feder zwei Befestigungsstellen gehören, das heisst der Stab an beiden Enden eingespannt ist, verdoppelt sich der durch diese Verformung entstehende Fehler, und er tritt bei der sog.
Spannbandanfhängung vervielfacht in Erscheinung. Ein Messinstrument mit einer solchen Befestigung ist daher immer mit einer elastischen Hysteresis behaftet, die nur durch Verlängerung des Stabes herabgesetzt werden könnte, wofür aber durch die Dimensionierung des ganzen Instrumentes Grenzen bestehen.
In Fig. 2 ist eine Klemmbefestigung dargestellt. Hier ist der Torsionsstab, der durch einen Federdraht 1 gebildet ist und wieder runden Querschnitt hat, in ein entsprechen- des Loch des Befestigungsteils 2 des Instrumentes eingeklemmt Abgesehen davon, dass bei den verwendeten Durchmessern (max.
0,03 mm) die Herstellung einer Klemmstelle in der gezeichneten guten Passung praktisch nicht möglich ist, ist es auch bei Annahme einer mechanisch vollkommenen Ausführung erkenntlich, dass an der Stelle 4 ein mehr oder weniger tief gehendes Verrutschen in der Drehrichtung der dort liegenden Drahtpartie unter Überwindung der Elemmreibung eintreten kann, so dass der gleiche Fehler resultiert wie bei der geschilderten Lotbefestigung.
Wird statt eines runden Querschnittes für den Torsionsstab ein rechteckiger genommen, das heisst ein Band statt eines Drahtes verwendet, so ergibt sich für die Befestigung wohl der Vorteil, dass eine Beanspruchung eines Befestigungsmaterials wie beim Löten bzw. ein Verrutschen wie beim Klemmen nicht mehr eintreten kann; der Fehler wird aber nur gemildert und nicht behoben, da die Unsicherheit der Zahl der Berührungspunkte zwischen der Oberfläche des Bandes und derjenigen des Loches im Instrumententeil verbleibt. Dies ist durch Fig. 3 illustriert. Dort ist 5 das Federband und 2 wieder der Befestigungsteil des Instrumentes.
Da bei den erforderlichen Bandabmessungen (0, 01 X 0,005) eine planparallele Anlage der Oberflächen aneinander nicht erreichbar ist, ergibt sicn etwa eine Anlagestelle. wie sie in Fig. 3 stark vergrössert bei 6 angedeutet ist. Es wurde hier schon versucht, eine Verbesserung d'irch Eilllegen kurzer Bandstüeke, wie in Fig.4 durch angedeutet, zn erzielen; der Erfolg war doch gering und entsprach nicht dem Auf- wand.
Bei der Verwendung von Bändern ergibt sich aber eine neue Fehlerquelle, denn bei derart kleinen Abmessungen lassen sieh solche Bänder nur durch Auswalzen eines dünnen Drahtes herstellen, und trotz genanester Her- stellung und Lagerung der N\Talzen gelingt es praktisch nicht, Unebenheiten und Exzentrizitäten in der Grössenordnung von etwa 1/1000 mm zu vermeiden. Die Folge davon ist, wie Fig. 5 übertrieben zeigt, etwa eine Form der Breitseite 8 des Bandes; die nicht nach einer Geraden verläuft.
Der Fehler lässt sich bei der Breite des Bandes von nur 0,1 mm oder noch weniger mit blossem Auge nicht erkennen; es ergeben sich aber bei Verwendung; eines solchen Bandes als Torsionsstab Knick- effekte, die an gewissen Stellen der Skala eine störende Unsicherheit der Einstellung des An- zeigeorganes des Instrumentes bewirken. Dieser Fehler könnte gemildert werden, weun das Band möglichst kurz gehalten wird, was aber wieder den eingangs geschilderten Nachteil elastischer Hysteresis zur Folge haben würde.
Wählte man dagegen eine mittlere Stablänge, so wäre man wieder in der konstruktiven Durchbildung des Messinstrument es behindert.
Erfindungsgemäss wird nun ein Torsions- stab verwendet, dessen Torsionssteifigkeit zwischen den Befestigungsstellen kleiner ist als an diesen selbst. Dadurch wird die Verfor- mung des Stabes an den Befesfiguigsstellei verringert, und damit werden die oben ganzen führten Schwierigkeiten weitgehend beseitigr-.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 hat. der Torsionsstab 8 an den Befestigungsstellen 3 kreisförmigen Quersehnitt und ist eingelötet oder eingeklen; nit oder auch durch Punkt - schweissung befestigt. Zwischen diesen eingespannten Enden ist der Stab annähernd auf seiner ganzen Länge durch eine Flachpressung 9 im Querschnitt verformt. Diese Flachpres- sung 9 kann sowohl vor dem Einspannen als wie auch nach dem erfolgten Einspannen vorgenommen werden.
Ein solches Torsionselement hat den bekannten gegenüber den grossen Vorteil, dass die elastischen Verformungen und Beanspruehungen bei der Torsion nur in dem flachgepressten Teil des Elementes auftreten, während die eingespannten Enden desselben an der Torsion praktisch nicht teilnehmen, so dass bei Lötung keine Verlorlllllllg von Lotmaterial und bei klemmung kein Verrutschen der am Rand der Befestigung liegenden Stellen eintritt.
Durch ein solches Flaehpressen ist aueh eine höhere Verdichtung des materials erzielbar, wie etwa durch Ziehen oder Walzen, und die llerstellung gerader Bandkanten ist leicht möglich, weil das bezügliche Werkzeug nur einmal mit planparallelen Pressbacken ausgerüstet werden muss und jederzeit ein Nachstellen des Werkzeuges erfolgen kann.
Bei Torsionselementen grösserer Länge köiiii- ten, wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt, mehrere flachgepresste Teile 9 vorgesehen sein, die durch relative kurze Stücke von beispielsweise kreisförmigcni Quersehnftt voneinander getrennt sind.
Die Querschnittsform an den Befestigungsstellen kann statt rund auch eckig sein.