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Hygrometer Bekannte Hygrometer leiten ihre Funktion von der Längenänderung
geradliniger hygroskopischer Bauelemente ab, die z. B. durch Haare oder hygroskopische
Kunststoffäden gebildet werden. Die Längenänderung dieser Bauelemente ist jedoch
in Abhängigkeit von den hygroskopischen Eigenschaften meist so klein, daß sie für
den erforderlichen Zeigerausschlag oder andere Anzeigeeinrichtungen übersetzt werden
muß. Durch diese Übersetzung ist eine erhöhte Labilität und eine gewisse Ungenauigkeit
der Anzeige in Kauf zu nehmen. Um diese Fehler gering zu halten, werden die Instrumente
möglichst groß gebaut, damit eine entsprechend große Länge des geradlinigen Meßelementes
untergebracht werden kann.
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Zur Verminderung des Platzbedarfes bei möglichst großer Länge der
Meßelemente ist bereits bekannt, das Meßelement winkelförmig über Abstützungen zu
führen. Es bildet damit ein Vieleck, dessen Eckpunkte durch die Abstützungen festgelegt
sind. Der Meßfaden wird bei derartigen bekannten Hygrometern über seine gesamte
Länge gespannt und muß bei Längenänderungen über die Abstützpunkte gleiten. Hierdurch
entsteht eine Reibung an diesen Abstützungen, die Meßungenauigkeiten hervorruft.
Da die Reibung je nach Ausdehnung des Meßelementes, d. h. bei verschiedenen Meßwerten,
unterschiedlich ist, ergeben sich unterschiedliche Ungenauigkeiten bei den einzelnen
Meßwerten. Außerdem wird der empfindliche Faden an den Knickpunkten, an denen er
unter Spannung aufliegt, bezüglich seiner Struktur geändert. Da er über die Abstützungen
ständig gleiten muß, wirken sich diese Strukturänderungen je nach ihrer Lage, d.
h. in Abhängigkeit von der Dehnung des Meßfadens, verschieden aus. Durch Verwendung
von Rollen an den Abstützpunkten, über die der Faden geführt wird, wird zwar die
Reibung vermindert, aber nicht völlig aufgehoben. Die Meßungenauigkeiten infolge
der Strukturänderungen können durch diese bekannte Verwendung von Rollen nicht vermieden
werden.
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Es ist auch bereits bekannt, das Meßelement auf beweglichen Abstützungen
zu lagern, derart, daß Teilabschnitte gebildet werden, die in Wirkverbindung miteinander
stehen. Diese Abstützungen können als bewegliche Schwenkarme ausgebildet sein, deren
Lagerstellen bzw. Drehpunkte im oder um den Mittelpunkt einer Kreisfläche angeordnet
sind. Die freien Enden der Schwenkarme folgen den Längenänderungen der zwischen
ihnen befindlichen Teile des Meßelementes.
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Bei einer bekannten Ausführungsform dieser Art sind die Teilabschnitte
des Meßelementes als in sich starre Metallstreifen ausgebildet und auf den Enden
der beweglichen Abstützungen gelenkig gelagert. An diesen Lagerstellen entsteht
bei Längenänderungen ebenfalls eine Reibung, die zu Meßungenauigkeiten führt.
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Bei einer anderen Ausführungsform der beschriebenen Art ist ein Meßfaden
durch an den Enden der Schwenkarme befindliche Lagerstellen geführt, und seine Enden
sind über einen Ring miteinander verbunden. An dieser Verbindungsstelle wird ein
Zug ausgeübt, so daß der Meßfaden die erforderliche Spannung erhält. Die Übertragung
der Längenänderungen des Meßfadens auf den Zeiger erfolgt über eine Zugfeder, deren
Kraft über ein Übertragungselement in der Mitte des Fadens zwischen zwei Abstützpunkten
angreift. Auch bei diesem Instrument ist der Faden über seine gesamte Länge gespannt
und an den Abstützpunkten gleitend gelagert. Die Längenänderungen rufen daher nicht
nur eine Bewegung der Schwenkarme hervor, sondern bewirken gleichzeitigen daß der
Faden in den Lagerstellen gleitet.
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Hierdurch entsteht eine zu Ungenauigkeiten in der Messung führende
Reibung, und außerdem wirken sich die infolge der Spannung an den Lagerstellen auftretenden
Strukturänderungen des Fadens je nach dessen Länge, d. h. der Lage dieser in ihrer
Struktur geänderten Teile des Fadens, verschieden aus, so daß bei verschiedenen
Meßwerten unterschiedliche Ungenauigkeiten auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Hygrometer diese
Nachteile des auf Schwenkarmen gelagerten Fadens zu vermeiden, ohne auf die Vorteile
der Platzersparnis dieser Anordnung zu verzichten.
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Bei einem Hygrometer mit einem unter Federspannung stehenden Meßelement,
dessen eines Ende orts-
fest gelagert ist und dessen anderes Ende
mit dem Zeiger in Verbindung steht und das mehrere im Winkel zueinander und in Wirkverbindung
miteinander stehende, auf beweglichen Abstützungen gelagerte Teilabschnitte aufweist,
wird erfindungsgemäß jeder Teilabschnitt des Meßelementes ausschließlich durch die
ihm zugeordneten Abstützungen unter Spannung gehalten.
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Vorzugsweise ist das Meßelement von der ortsfesten Lagerstelle über
Schwenkarme geführt und an diesen befestigt, und sein Ende ist mit einem Arm eines
drehbaren Winkelhebels verbunden, dessen anderer Arm durch einen Übertragungsfaden
mit der durch eine Feder gespannten Zeigerrolle in Wirkverbindung steht.
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Dadurch, daß die Teilabschnitte des Meßelementes ausschließlich durch
die Abstützungen und nicht durch Zugausübung auf den gesamten Meßfaden gespannt
sind, werden alle Dehnungsänderungen von den beweglichen Abstützungen aufgenommen
und nur durch deren Lageänderung übertragen. Der Meßfaden gleitet also nicht über
die Abstützpunkte, so daß er keinen Reibungen ausgesetzt ist und seine Strukturänderungen
an diesen Abstützpunkten nicht in die Messung eingehen.
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Um die auf den Winkelhebel ausgeübte Zugkraft zu erhöhen. können
mehrere Meßelemente vorgesehen sein, die über auf je einer Achse sitzende Gruppen
von Schwenkarmen geführt und deren Enden miteinander verbunden sind.
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Zur Vergrößerung der Länge des Meßelementes können die Schwenkarme
derart angeordnet sein, daß das Meßelement nach Art einer Spirale oder mehrerer
ineinandergelegter Polygone von der ortsfesten Lagerstelle zu dem Winkelhebel verläuft.
In diesem Fall können die Schwenkarme so angeordnet sein, daß mindestens zwei Arme
einen gemeinsamen Drehpunkt haben und ihre Länge unterschiedlich ist.
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Die Teilabschnitte des Meßelementes können auch auf Schwenkarmpaaren
angeordnet sein, die durch Federn gespreizt und um ihren Scheitelpunkt drehbar sind.
Die Schwenkarmpaare sind in diesem Fall miteinander durch Druck- oder Zugübertragungsglieder
verbunden.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt ein Hygrometer mit polygonförmiger Führung des Meßelementes
bei Verwendung einarmiger Schwenkarme; Fig. 2 ist ein Schnitt nach Linie II-II der
Fig. 1; Fig. 3 zeigt eine andere Ausführung eines Hygrometers, bei welcher das Meßelement
in Form einer Spirale angeordnet ist; Fig. 4 zeigt eine Ausführung mit Unterteilung
des Meßelementes unter Verwendung der erfindungsgemäßen Konstruktionselemente; Fig.
5 stellt eine Ausführung dar, bei welcher die Anordnung der Meßelemente geradlinig
gewählt ist; Fig. 6, 6 a und 6b sind Beispiele mit Abstützung des Meßelementes auf
durch Federn auseinandergedrückten Rollen.
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Nach den Fig. 1 und 2 sind im oder um den Mittelpunkt 0 einer Kreisfläche
Lagerstellen für leicht bewegliche Schwenkarme 1 bis 5 angebracht, an deren freien
Enden das Meßelement, nämlich der Faden M, befestigt ist. Das Meßelement ist mit
seinem einen Ende gerätefest am Punkt A befestigt. Das Ende des
Meßelementes ist
mit dem Winkelhebel B verbunden, der um den Punkt 7 drehbar im Gehäuse gelagert
ist.
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An dem anderen Arm des Winkelhebels ist ein Übertragungsfaden 8 befestigt,
der auf die Rolle 9 läuft, welche durch eine nicht näher dargestellte Feder zusammen
mit dem auf der Achse 10 der Rolle 9 sitzenden Zeiger 11 vorgespannt ist. Die Teilabschnitte
des Meßelementes M sind somit von je zwei Schwenkarmen unter dauernder Federspannung
gehalten, so daß alle Längenänderungen dieser Sehnen durch die Lageänderung der
Schwenkarme als Summe auf die Zeigerachse 10 übertragen werden.
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Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere
Meßelemente über auf je einer Achse sitzende Schwenkarme geführt. Ihre Enden sind
miteinander verbunden, so daß beliebig viele gespannte Meßelemente M bei fast gleichem
Raumaufwand parallel wirksam werden. Die hierdurch gewonnene größere Zugkraft der
Meßelemente vermindert die Labilität der Bewegung des Zeigersll und vergrößert somit
die Genauigkeit der Messung.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel wird
eine erhebliche Verlängerung des Meßelementes durch Anordnung als Plan- oder Zylinderspirale
erreicht. Wie Fig. 3 zeigt. ist das eine Ende des Meßelementes M wie in Fig. 1 an
dem ortsfesten Punkt A befestigt und läuft dann über die Schwenkarme 1', 2', 3'
usw., an deren Enden es befestigt ist und deren Länge größer als die der auf derselben
Drehachse sitzenden Schwenkarme la bis 11 ist, über die das Meßelement weitergeführt
ist. Es ergibt sich eine annähernd spiralförmige Führung des Meßelementes, bei welcher
die verschiedenen hintereinandergeschalteten Polygone in einer oder verschiedenen
Ebene-n ineinanderliegen. Der WinkelhebelB übernimmt das Ende des Meßfadens M und
ist, wie in Fig. 1 beschrieben, über den Faden 8' mit der Zeigerrolle 9' verbunden.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung gemäß der Fig. 3 kann eine sehr große Länge
eines Meßelementes auf äußerst kleinem Raum untergebracht werden. Infolge der großen
Längenänderungen, die hier erzielt werden, kann die Ubersetzung herabgesetzt und
die Anzeigegenauigkeit des Hygrometers gesteigert werden.
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In den Fig. 4 und 5 werden die Schwenkarme winkelförmig angeordnet.
Die Teilabschnitte Ml bis M6 des Meßelementes bilden zusammen mit den winkelförmig
zueinander stehenden Schwenkarmen 1 A, 1A' einzelne Sektoren, wobei die Spannung
der Teilabschnitte durch je eine die beiden Schwenkarme 1 A und lA' auseinanderhaltende
Feder erzeugt wird. Die einzelnen Sektoren stehen miteinander über Verbindungsglieder
F beispielsweise in Form von Rollen in Wirkverbindung. Sie sind somit über die Verbindungsglieder
F auf Druckanlage hintereinandergeschaltet und ergeben eine gleiche Wirkungsweise
wie die in Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele.
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Das letzte WinkelpaariG, 1G' lehnt sich an einen AnschlagF' an, der
mit dem WinkelhebelB verbunden ist, welcher seinerseits wieder über den Übertragungsfaden
8 mit der Rolle9 in Wirkverbindung steht.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist ein dem Ausführungsbeispiel
der Fig.4 entsprechendes Meßelement auf winkelförmig zueinander liegenden, frei
beweglichen, um einen gemeinsamen Drehpunkt drehbaren Schwenkarmen gelagert, die
auf einer Führungsschiene 12 angeordnet sind. In Fig.S sind
die
Teilabschnitte des Meßelementes mit M bezeichnet, während die winkelförmig zueinander
liegenden, um den gemeinsamen Drehpunkt frei beweglichen Arme mit 1A und 1A' bezeichnet
sind. Die Druckfeder, die zwischen den beiden Armen liegt, ist mit D bezeichnet.
Die einzelnen Meßelemente stehen miteinander durch einen Verbindungsteil, z. B.
eine Klammer od. dgl., in Wirkverbindung. Die Dehnungsrichtung der Meßelemente M
ist durch die Pfeile der Fig. 5 verdeutlicht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung können
als Abstützungen auch Rollen dienen, wie sie in den Ausführungsbeispielen der Fig.
6, 6 a, 6b dargestellt sind. Diese Rollen liegen einander gegenüber und sind durch
mindestens eine Feder derart auseinandergehalten, daß die über die Rollen, R1 geführten
Teilabschnitte des Meßfadens M stets unter Spannung gehalten sind. Es lassen sich
mehrere Rollenpaare beliebig hintereinander anordnen, so daß ebenfalls eine erhebliche
Verlängerung des Meßelementes und damit eine wesentlich größere Genauigkeit der
Meßanzeige bei räumlich geringem Aufwand erreicht werden kann. Die einzelnen Rollenpaare
sind durch eine Abstützungl3, die in Fig. 6 schematisch dargestellt ist, gehäusefest
gehalten. In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann jede Rollenachse
14, wie es in Fig. 6 b schematisch dargestellt ist, mehrere hintereinanderliegende
Rollen 15, 16, 17 tragen, welche unabhängig voneinander und leicht drehbar auf der
Achse 14 sitzen, so daß eine mit einem Flaschenzug und dessen Übersetzungsverhältnis
vergleichbare Anordnung erzielt wird. Mit diesen verschiedenartig ausgebildeten
Meßelementen können wiederum die vorstehend geschilderten Kombinationen unter geringem
Raumaufwand und unter erheblichen fertigungstechnischen Vorteilen aufgebaut werden.
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PATENTANSPRt}CHE: 1. Hygrometer mit einem unter Federspannung stehenden
Meßelement, dessen eines Ende ortsfest gelagert ist und dessen anderes Ende mit
dem Zeiger in Verbindung steht und das mehrere im Winkel zueinander und in Wirkverbindung
miteinander stehende, auf beweglichen Abstützungen gelagerte Teilabschnitte aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilabschnitt des Meßelementes ausschließlich
durch die ihm zugeordneten Abstützungen unter Spannung gehalten wird.