DE1140713B - Vorrichtung zur UEbertragung von Messbewegungen unter Verwendung eines Bimetalls zumAusgleich von Waermeeinfluessen - Google Patents

Description

In zahlreichen physikalischen Geräten, besonders in Meßgeräten, wird die Verrückung eines auf eine veränderliche physikalische Größe ansprechenden Teiles auf einen Zeiger oder einen anderen, diesen Vorgang ausnutzenden Teil übertragen. Dabei wird in die Übertragungsvorrichtung ein Bimetallteil eingefügt, dessen von der Temperatur abhängige Verformungen dazu dienen, die Temperatureinflüsse auf die Meßeigenschaften des Gerätes auszugleichen.

Je nach der Art der Übertragungsvorrichtung, die zwischen dem steuernden und dem gesteuerten Teil, wie z.B. einem Zeiger, angeordnet ist, können sich die Änderungen in den Abmessungen von gewissen Teilen der Vorrichtung auf Grund der Temperaturschwankungen in einer Verschiebung der Nullage des Gerätes auswirken, besonders wenn die Haupterstrekkung der Teile in einer Richtung verläuft. Ebenso können Änderungen der Abmessungen in anderen Teilen des Gerätes, welche in einer anderen Richtung angeordnet sind, sich in eine Schwankung des Übertragungsverhältnisses oder der Empfindlichkeit umsetzen, d. h., es ändert sich die Entfernung, um die sich der auswertende Teil bei einer gegebenen Änderung der fraglichen physikalischen Größe verschiebt.

Es ist gleichfalls bekannt, daß die Temperatur, besonders bei Metallen, nicht nur die Abmessungen, sondern auch den Elastizitätsmodul beeinflußt. Bei gewissen, häufig in physikalischen Geräten benutzten Teilen und besonders bei Manometerdosen und bei anderen, wegen ihrer Elastizität benutzten Teilen führen Änderungen in den Abmessungen zu einer Verschiebung der Nullage, während die Änderungen der Elastizität sich als Schwankung der Empfindlichkeit auswirken. Aus diesem Grunde werden die in Frage stehenden Vorrichtungen im allgemeinen zwei voneinander unabhängigen Einstell- oder Eichvorgängen unterworfen: Der eine betrifft die Festlegung des Nullpunktes und der andere die des Empfindlichkeitsverhältnisses. Die Einschaltung des Bimetalls bringt jedoch in dieser Hinsicht ernsthafte Schwierigkeiten mit sich. Die Verformungen des Bimetalls können sich auf die beiden eben erwähnten Eigenschaften, die Nullage und die Empfindlichkeit, in einem Maße auswirken, das nicht gleichbleibt, sondern selbst mit der Temperatur schwankt und so mehr oder weniger stark die beiden erwähnten Einstellungen verfälscht.

Es ist bereits bekannt (s. zum Beispiel die britische Patentschrift 514 568 des Erfinders), einen Hebelmechanismus zu verwenden, um eine Bewegung von einem Antriebsglied auf ein drehbares angetriebenes Glied zu übertragen, der ein längliches flexibles Bimetallelement umfaßt, das mit seiner Hauptachse Vorrichtung

zur Übertragung von Meßbewegungen

unter Verwendung eines Bimetalls

zum Ausgleich von Wärmeeinflüssen

Anmelder:

The Bendix Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. November 1958 (Nr. 776 492)

Alan Alfred Lorenz, Davenport, Ia. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

parallel zur Drehachse des angetriebenen Gliedes angeordnet ist, und das sich einstellbar um seine Hauptachse drehen kann, um so eine Einstellung der Winkellage seiner Biegeebene und damit der relativen Größen der Biegekomponente in zwei Richtungen radial und tangential zum Drehpfad des angetriebenen Gliedes zu gestatten.

Mit einer derartigen Anordnung ist es möglich, den relativen Einfluß der Biegedeformationen des Bimetallelementes auf die Nullage einerseits und das Übertragungsverhältnis oder die Empfindlichkeit der Vorrichtung andererseits vorher zu bestimmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Hebelgestänge für die Umsetzung eines Meßhubes in die Drehung einer Welle, insbesondere für Membrandruckmesser, mit einer Bimetallstange, die sich parallel zur Welle erstreckt, mit ihrem einen Ende in einer Bohrung drehbar und verschiebbar angeordnet ist und das Hubglied mit einem Hebelarm der Welle derart verbindet, daß sich bei der Durchbiegung der Bimetallstange der wirksame Hebelarm ändert, wodurch temperaturbedingte Fehler der zu übertragenden Bewegungsgröße kompensiert werden, zu verbessern. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die die Bimetallstange aufnehmende Bohrung exzentrisch in einem Zylinderstück angebracht ist, das in einem Hebelarm drehbar sitzt, und daß das andere

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Ende der Bimetallstange an einen zweiten Hebelarm Schwingarms 60 versehen ist. Mit diesem Verlängeangelenkt ist, der senkrecht zu seiner Schwenkbewe- rungsteil ist das obere Ende des Schwingarms 60 mitgung kippbar ist. tels einer kleinen federnden Feststellklammer 62 ver-

Durch diese drehbare Anordnung ergibt sich neben bunden. Das Exzenterstück 40 ist mit einer Nut 42 verder einfachen und genauen Einstellung der Vorteil, daß 5 sehen, so daß es mit Hilfe eines Schraubenziehers die ganze Vorrichtung in einem leicht zu handhaben- möglich ist, das Stück und damit auch die Bimetallden Bauteil zusammengefaßt werden kann. stange 50 gegenüber dem Kurbelarm 36 zu verdrehen.

Vorteilhaft kann zum wahlweisen Drehen des Zy- Ferner ist auf dem linken Ende der Stange 50 eine linderstücks oder der Bimetallstange das Zylinder- Mutter 74 befestigt, so daß mittels eines Schlüssels stück mit einem Schraubenschlitz und das freie Ende io eine Drehung der Stange gegenüber dem Exzenterder Bimetallstange mit einer Mutter versehen sein. stück 40 und auch dem Schwingarm 60 ausgeführt

Im folgenden wird als Beispiel eine Ausführungs- werden kann.

form der Erfindung beschrieben, wobei als Anwendung Wie die Fig. 2 zeigt, stehen in der Mittelstellung der

ein druckempfindliches Gerät, wie es ein Höhenmesser Vorrichtung der Schwingarm 60 und der Kurbelarm ist, gewählt wurde. 15 36 in einem merklichen Winkel zueinander, so daß

In der Zeichnung zeigt die Vertikalverschiebungen des unteren Endes des

Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht der Vorrich- Schwingarms 60 auf Grund der Verformungen der tung, Dose 24 eine Drehung des Kurbelarms 36 und auf

Fig. 2 eine entsprechende Endansicht und Grund dessen der Welle 20 und damit des Zeigers 14

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Einzel- 2° bewirken. Bei Fehlen jeglicher Temperaturschwanteiles aus der Fig. 1, teilweise im Schnitt. kungen verhält sich die Bimetallstange 50 wie eine

In der Zeichnung ist eine Höhenmeßvorrichtung einfache Drehachse zwischen dem Schwingarm 60 und dargestellt, bei der einem Zeiger 14, der sich vor einer dem Kurbelarm 36.

Skalenscheibe 10 drehen kann, die in Abhängigkeit Die Fig. 2 läßt klar erkennen, daß eine Verände-

von dem Druck der Umgebung eintretende Verfor- ²5 rung der Länge des Kurbelarms 36, besonders eine mung einer Manometerdose 24 übertragen wird. Verlängerung oder Verkürzung auf Grund von Wärme-

. Zu diesem Zweck ist die Welle 12 des Zeigers 14, einwirkueg, eine Veränderung des Winkels nach sich die sich in einem Lager 32 dreht, mit einem Antriebs- zieht, um den sich die Welle 20 und infolgedessen auch ritzel 16 versehen, das mit einem Sektor 18 im Ein- der Zeiger 14 dreht, um eine Verschiebungseinheit des griff steht, der mittels einer Einstellschraube 22 auf 3° Oberteils der Dose 24 anzuzeigen, so daß sich diese einer in den Lagern 34 sich drehenden Welle 20 be- Schwankung in einer Empfindlichkeitsänderung des festigt ist. Instrumentes auswirkt. Im Gegensatz dazu führt eine

Die Manometerdose 24 ist am Gehäuse mittels eines Änderung in der Länge des Schwingarms 60 zu einer Fußes befestigt, dessen Höhe in einer Fassung 30 mit Drehung des Kurbelarms 36, der Welle 20 und des Hilfe einer Einstellschraube 70 geregelt werden kann. 35 Zeigers 14, so daß dadurch eine Nullpunktverschie-Die Vorrichtung überträgt die senkrechten Verschie- bung des Instrumentes verursacht wird, bungen des Oberteils der Dose 24, die von den Auch auf die Dose 24 wirkt sich eine Temperatur-

Schwankungen des umgebenden Druckmittels bewirkt änderung in zweierlei Weise aus. Der Meßwert wird werden, in eine Drehung der Welle 20 und infolge- dadurch beeinflußt, daß durch eine Ausdehnung oder dessen auch in eine solche des Zeigers 14. Zu diesem 4° Zusammenziehung in senkrechter Richtung eine VerZweck wird eine Vorrichtung der allgemein aus Schiebung des Nullpunkts des Instrumentes verursacht Schwingarm und Kurbelarm bestehenden Art verwen- wird; ferner ergibt sich ein Einfluß auf die Elastizitätsdet, die nach der Erfindung abgewandelt ist. Verhältnisse durch eine Änderung des Youngschen

Am oberen Teil der Dose 24 ist mittels eines Gabel- Moduls, die sich als Änderung der Empfindlichkeit gelenks 64 das Ende eines Schwingarms 60 angelenkt. 45 überträgt.

Ferner ist auf der Welle 20 mit einer Schraube 38 ein Im übrigen haben, bevor sich während des Betrie-

Kurbelarm 36 befestigt. Die freien Enden des Schwing- bes Temperaturschwankungen auswirken können, die arms und des Kurbelarms sind nicht unmittelbar ge- Abweichungen, welche auf Herstellungstoleranzen für lenkig miteinander verbunden, sondern durch Zwi- die Abmessungen der verschiedenen Bauteile und für schenschaltung eines Bauteils, der einen Bimetallteil 5° das Herstellungsmaterial der Dose 24 zurückzuführen in Form einer Stange 50 enthält. Der Bimetallteil sind, die gleiche zweifache Auswirkung auf den NuIl-(s. Fig. 3) besteht aus zwei Halbstangen 52 und 54 punkt des Instrumentes und auf seine Empfindlichkeit aus Stoffen mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizien- wie die obenerwähnten Temperatureinflüsse. Daher ten, beispielsweise aus »Invar«-Legierung und Kupfer, muß jedes Instrument einer Baureihe nach dem Zuwie an sich bekannt ist. Das rechte Ende der Stange 55 sammenbau einer zweifachen Eichung unterworfen 50 sitzt in einer Bohrung 152, die sich in einem Ex- werden. Bei dieser zweifachen Eichung nach der Herzenterstück 40 befindet, das seinerseits in einer Boh- stellung lassen sich zuerst die unabhängig voneinander rung im unteren Ende des Kurbelarms 36 angeordnet wirkenden Einflüsse der Temperatur feststellen, ist. Die Fassungen dieser Teile werden durch eine Die Einstellung der Empfindlichkeit, die von der

derartige Reibung bewirkt, daß man die Teile 36, 40 60 wirksamen Länge des Kurbelarmes 36 abhängt, kann und 50 so gegeneinander verstellen kann, wie die wei- dadurch ausgeführt werden, daß mit einem in die ter unten beschriebene Regulierung der Vorrichtung Nut 42 eingesetzten Schraubenzieher das Exzenteres erfordert, wobei zwischen diesen Teilen bei ge- stück 40 so weit gedreht wird, wie es dem gewünschwöhnlichem Betrieb ein fester Zusammenhalt gewähr- ten Längenwert entspricht.

leistet ist. 65 Der Nullpunkt kann sehr einfach dadurch einge-

Das linke Ende der Bimetallstange 50 besitzt eine stellt werden, daß eine der Schrauben 22 oder 38 geaxiale Verlängerung 56, die sich frei in einer Boh- löst wird und der Zeiger 14 entsprechend gedreht wird rung drehen kann, mit der das obere Ende des oder daß die Skalenscheibe 10 gedreht wird.

Diese anfänglich doppelte Einstellung ist unabhängig von der Tatsache, daß die Stange 50 ein verformbares Bimetallstück ist, und würde in gleicher Weise vor sich gehen, wenn die Stange durch eine beliebige andere Stange ersetzt werden würde. Jedoch werden im vorliegenden Fall die Einstellung der Empfindlichkeit und die der Nullage durch die Schwankungen der Umgebungstemperatur während des Betriebes gestört. Wie bereits ausgeführt wurde, verursachen die Verkürzungen und Verlängerungen des Kurbelarmes 36 ebenso wie Schwankungen in der Elastizität der Dose 24 eine Veränderung der Empfindlichkeit. Die Verkürzungen und Verlängerungen des Schwingarmes 60 und der Dose 24 führen in gleicher Weise zu einer Veränderung der Nullage.

Auf Grund der Bimetalleigenschaften der Stange 50 führt jede Temperaturänderung zu einer Biegung in einer durch ihre Achse gehenden Ebene, die senkrecht zur Verbindungsebene der beiden Hälften 52 und 54 verläuft. Eine solche Biegung beeinflußt jedesmal die obenerwähnten beiden Einstellungen, und es läßt sich zeigen, daß das Wirkungsverhältnis dieser beiden Einflüsse in Abhängigkeit von der eingestellten Richtung der Biegeebene der Stange geregelt werden kann, und zwar durch eine einfache Drehung dieser Stange um ihre Achse in der Bohrung 152 des Stückes 40.

Da das rechte Ende der Stange in dem Stück 40 starr gehalten ist, führt die Biegung zu einer Auslenkung ihres linken Endes und des Schwingarms 60, was durch die Art der Verbindung zwischen diesen beiden Teilen ermöglicht wird. Falls angenommen wird, daß die Stange 50 so angeordnet ist, daß die Lage ihrer Biegeebene mit der mittleren Richtung des Kurbelarms übereinstimmt, ändert jede Biegung der Stange grundsätzlich die wirkende Länge dieses Kurbelarms und hat daher einen fast ausschließlichen Einfluß auf das Empfindlichkeitsverhältnis. Falls im Gegensatz dazu die Stange 50 so angeordnet ist, daß ihre Biegungsebene normal zur Mittelrichtung des Kurbelarms 36 liegt, ändert jede Biegung der Stange die Winkellage dieses Kurbelarms zu seiner Drehachse W und beeinflußt daher ausschließlich die Nulllage. Bei jeder dazwischenliegenden Anordnung der Bimetallstange beeinflußt ihre Biegung gleichzeitig beide Eigenschaften, wobei die beiden Einflüsse den Längen der Radial- und Tangentialkomponente der Biegung proportional sind, d. h. der Komponenten, die durch Projektion auf die Mittelrichtung des Kurbelarms 36 und auf die senkrechte Richtung dazu entstehen.

Bei einem gegebenen Instrument ist das Verhältnis zwischen den beiden ausgleichenden Einflüssen konstant, die auf die beiden vorerwähnten Eigenschaften ausgeübt werden. Es ist stets möglich, die Bimetallstange 50 in der Bohrung 152 derart anzuordnen, daß das gewünschte Verhältnis hergestellt wird. Im übrigen ist der nicht aufeinander bezogene, d. h. der Betragswert oder Modul der beiden Teilvektoren durch das Ausmaß bestimmt, in dem sich die Bimetallstange bei einer gegebenen Temperaturänderung biegt. Diese Größe hängt auch von der freien Länge der Stange zwischen ihren beiden Endbefestigungen ab. Sie läßt sich leicht dadurch einstellen, daß das rechte Ende der Stange 50 mehr oder weniger weit in die Bohrung 152 des Exzenterstückes 40 eingeführt wird.

Es muß darauf hingewiesen werden, daß bei der Vorrichtung die eben beschriebene Regelmöglichkeit auf Grund der wärmeausgleichenden Einflüsse des Bimetalls auf die Empfindlichkeit und die Nullage unabhängig von den vorher beschriebenen Regelmöglichkeiten für die Eichung des Instrumentes in bezug auf die beiden gleichen Eigenschaften ist. Infolgedessen stört die Wärmeausgleichregelung nicht die Eicheinstellung und umgekehrt. Beispielsweise kann die Stange 50 in der Bohrung 152 mit Hilfe eines auf die Mutter 74 gesetzten Schlüssels gedreht werden, während das Exzenterstück 40 mit einem Schraubenzieher festgehalten wird. Umgekehrt läßt sich das Exzenterstück 40 im Kurbelarm 36 mit Hilfe eines Schraubenziehers drehen, während die Mutter 74 mit einem Schlüssel festgehalten wird.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung kann in verschiedener Hinsicht abgewandelt werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann bei dem aus Schwingarm und Kurbelarm bestehenden Mechanismus das Exzenterstück 40, das zur Einstellung der wirksamen Länge des Kurbelarms bei der Eichung der Empfindlichkeit dient, anstatt zwischen dem Bimetall und dem Kurbelarm zwischen Kurbelarm und der Welle 20 angeordnet werden oder auch zwischen dem Bimetall und dem Schwingarm 60. Schließlich kann das Exzenterstück auch durch andere gleichwertige Mittel ersetzt werden.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Hebelgestänge für die Umsetzung eines Meßhubes in die Drehung einer Welle, insbesondere für Membrandruckmesser, mit einer Bimetallstange, die sich parallel zur Welle erstreckt, mit ihrem einen Ende in einer Bohrung drehbar und verschiebbar angeordnet ist und das Hubglied mit einem Hebelarm der Welle derart verbindet, daß sich bei der Durchbiegung der Bimetallstange der wirksame Hebelarm ändert, wodurch temperaturbedingte Fehler der zu übertragenden Bewegungsgröße kompensiert werden, dadurch gekennzeich net, daß die die Bimetallstange (50) aufnehmende Bohrung (152) exzentrisch in einem Zylinderstück (40) angebracht ist, das in einem Hebelarm (36) drehbar sitzt, und daß das andere Ende der Bimetallstange an einen zweiten Hebelarm (60) angelenkt ist, der senkrecht zu seiner Schwenkbewegung kippbar ist.

2. Hebelgestänge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum wahlweisen Drehen des Zylinderstückes oder der Bimetallstange das Zylinderstück (40) mit einem Schraubenschlitz (42) und das freie Ende der Bimetallstange mit einer Mutter (74) versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 723 655;
französische Patentschrift Nr. 854 557;
britische Patentschrift Nr. 514 568.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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