-
Fadenlose Aufhängung von Drehwaagen, Horizontalpendeln, lnagnetoskopen
u. dgl. Die hauptsächlichsten Mängel der bekannten Drehwaagen liegen in der Fadenaufhängung
des Waagebalkens. Der Torsionsfaden, welcher zur Erzielung möglichst großer Verdrehungswinkel
einen sehr kleinen Querschnitt haben muß, kann nur sehr kleine Anhängegewichte tragen,
auf welche dann die zu messenden kleinen Anziehungskräfte eine entsprechend geringe
Einwirkung haben. Außerdem ist der Torsionswiderstand des möglichst lang zu gestaltenden
Fadens (Drahtes) finit der über seine ganze Länge hinweg jeweils herrschenden Temperatur
veränderlich, weshalb der Faden durch besondere, sorgfältig auszuführende Metallummantelungen
gegen die kleinsten Temperaturschwankungen geschützt werden muß. Aus diesen Gründen
stellt eine fadenlose Aufhängung gemäß der Erfindung wesentliche Vorteile für den
Bau und die Benutzung der Drehwaage in Aussicht. Sie hat im wesentlichen folgende
Bedingungen zu erfüllen: i. Den Waagebalken mit seinen zur Erhöhung der Leistung
möglichst schwer zu machenden Belastungsgewichten zu tragen und 2. eine Drehung
der Waage um den Aufhängepunkt tunlichst frei von Reibung, insbesondere ohne Reibung
fester Teile aneinander, zu ermöglichen.
-
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in mehreren Ausführungen
in den Abb. i bis 5 wiedergegeben.
-
Die in der Einleitung angeführten Bedingungen werden durch die in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erreicht, nämlich durch die Anordnung
eines in eine Flüssigkeit c, p eintauchenden Schwimmers h., der durch die Kapillarkräfte
dieser Flüssigkeit oder einer Hilfsflüssigkeit i in der Gefäßmitte gehalten wird.
-
Wenn nämlich diese Flüssigkeiten am fest-.stehenden Gefäß g (Abb.
i bis 5) oder an Zubehörteilen desselben, z. B. an den Ankerkörpern k, 3 (Abb. 4
und 5), andersartige Menisken bilden als am beweglichen Schwimmer lz (Abb. i bis
5) oder an Zubehörteilen desselben, z. B. an dem vom Schwimmer h getragenen Gefäßehen
2 (Abb. 4 und 5), so werden die von der Flüssigkeitsoberfläche berührten Flächen
des Schwimmers und des Gefäßes oder der erwähnten Zubehörteile derselben um die
wagerechte Reichweite beider Menisken voneinander entfernt gehalten.
-
Es ist also beim Erfindungsgegenstand dafür zu sorgen, daß die Flüssigkeiten
c, p, i auf der Seite der beweglichen Körper h, o, 2 Menisken von anderer
Art als auf der Seite der feststehenden Körper g, k, 3 bilden, und daß der Abstand
zwischen den beweglichen und den feststehenden Körpern in der Höhe der Oberfläche
der Flüssigkeiten c, i die wagerechte Reichweite der beiderseitigen Menisken nicht
übersteigt.
-
Wenn der Schwimmer klein ist, also die von ihm zu tragende Last ein
geringes Gewicht hat, wie bei magnetischen oder elektrischen Meßgeräten, kann ein
einfacher Schwimmer verwendet werden, an dessen Außenfläche der eine Meniskus erzeugt
wird, während der andere an der inneren Fläche oder am obersten Rande des Gefäßes
entsteht, weil bei diesen kleinen Schwimmern der Abstand vom Gefäß kleiner ist als
die Reichweite der dazwischenliegenden beiden Menisken (vgl. Abb. i bis 3).
-
Wenn dagegen das Gewicht der Last größer ist wie z. B. bei Drehwaagen
oder Horizontalpendeln, so rückt auch der aus der Flüssigkeit hervorragende obere
verengte Teil des entsprechend größeren Schwimmers weiter vom Gefäß ab, als die
zwischen Gefäß und Schwimmer erzeugten Menisken reichen. Alsdann ist entweder der
stützende Meniskus am Gefäß dem zu stützenden Meniskus am Schwimmer durch eine entsprechende
Einengung des Gefäßes nachzuführen, 1vas durch einen in der Mitte kreisförmig durchbrochenen
Gefäßdeckel leicht geschehen kann, oder es sind besondere Meniskenpaare in der Nähe
und um die Gefäßachse herum zu erzeugen. So kann beispielsweise der Schwimmer an
der tiefsten Stelle eine Öffnung haben, wo hinein ein sich vom Gefäßboden erhebender
Ankerkörper mit Spielraum greift, und durch welche Öffnung auch Flüssigkeit eindringt.
Die Abmessungen
sind hierbei so zu treffen, daß der Ankerkörper
noch über den Spiegel der im Schwimmerinnern angesammelten Flüssigkeit hinausragt
und sich somit ein Meniskus um den Ankerkörper herum und ein andersartiger an der
Innenfläche des hohlen Schwimmers bilden kann (vgl. Abb. 4 und 5).
-
Der Schwimmer kann auch einen Aufbau erhalten, welcher ein kleines
Gefäß mit Flüssigkeit trägt, in welche von oben her ein Ankerkörper hineinragt,
so daß hier wiederum ein Paar 'ungleichartiger Menisken entstehen kann (vgl. Abb.
4 und 5).
-
Auf der Zeichnung sind verschiedene dieser Ausführungsformen einzeln
oder vereint dargestellt. Die Abb. i bis 3 zeigen in einfachen Umrissen den einfachen
Schwimmer 1a mit den beiden ungleichartigen Menisken auf der Oberfläche der den
Schwimmer tragenden Flüssigkeit c im Gefäß g, also die Einrichtungen, wie sie etwa
für magnetische und elektrische Meßgeräte genügen.
-
Die Abb. q_ und 5 stellen den größeren Schwimmer für Drehwaagen u.
dgl. dar, bei welchem der aus der Flüssigkeit c herausragende obere Schwimmerteil
o mit dem an ihm entstandenen und zu stützenden Meniskus weiter vom Gefäß entfernt
ist, als der an diesem entstandene stützende Meniskus reicht. Die Abbildungen zeigen
daher gemäß obiger Hinweise die am Boden des Schwimmers h befindliche Öffnung n
und die in den Schwimmer eingedrungene Flüssigkeitsmenge p, auf deren Oberfläche
in sich am Schwimmerinnern und amBolzen k die zur Fesselung des Schwimmers an die
Gefäßmitte dienenden verschiedenartigen Menisken bilden. Die Abbildungen zeigen
ferner den erwähnten Aufbau, welcher das Gefäßchen 2 mit der Flüssigkeit i trägt,
in die hinein von oben her der Ankerkörper 3 taucht, der aus einem Röhrchen bestehen
kann, welches zugleich zum Einfüllen der Flüssigkeit i dient.
-
Von den verschiedenen Meniskenpaaren gerügt, wie Versuche ergeben
haben, ein einziges, um den Schwimmer nach anfänglichem, vom Hantieren am Gerät
herrührenden Schwanken um die Gleichgewichtslage in die Gefäßmitte zu bringen. Als
Flüssigkeiten kommen nach Ausscheidung aller sauren, basi-.schen, giftigen, leicht
brennbaren und leicht verdunstlichen für die fadenlose Aufhängung von Drehwaagen
u. dgl. nur die in Betracht, welche mit möglichst großem Raumgewicht (Tragkraft)
eine möglichst kleine innere Reibung (Dämpfung) verbinden. Es sind dies neben Quecksilber
und dünnflüssigen Ölen noch reines Wasser und Alkohol, welche letzteren beide Gemische
mit tiefliegenden Gefrierpunkten zu erzeugen gestatten.
-
Bei Verwendung von Quecksilber würde in den Abb. i und .4 das Gefäß
g, in den Abb. 2, 3 und 5 der Schwimmer k an den Berührungsstellen mit den Flüssigkeiten
aus amalgamiertem Eisen bestehen müssen. In den Abb.4 und 5 träfe dies außerdem
für die Ankerbolzen k und 3 und in der Abb. 5 für das Gefäßchen 2 zu.
-
Während es beim Quecksilber gilt, dem natürlichen, nicht benetzenden
Meniskus einen künstlichen, benetzenden gegenüberzustellen, ist es bei den übrigen
Flüssigkeiten, welche von Natur aus alle festen Körper benetzen, umgekehrt. Als
Mittel der Unbenetzbarmachung kommen bei Wasser und Alkohol Befettung der vorher
möglichst geglätteten, d. h. geschliffenen und polierten Oberfläche dieser Körper
mit einem schwer löslichen Fett in Frage. Bei den Ölen ist jedoch dieses Mittel
ungeeignet, weil Fette und Öle als verwandte Körper in Berührung miteinander benetzende
.renisken bilden.
-
Bei der Verwendung von Wasser und Alkohol würde also der Schwimmer
h in Abb. r und 4 auf seiner Oberfläche, in Abb. 4 außerdem auf seiner Innenfläche
befettet sein müssen, um die dargestellten nicht benetzenden Menisken zu erzeugen.
In den Abb.2 und 5 würde dagegen die Befettung auf der inneren Gefäßfläche und in
Abb. 5 außerdem auf der Oberfläche der Ankerbolzen k und 3 anzubringen sein, um
dieselbe Wirkung zu erzielen.
-
Ein nie versagendes Mittel, auf der Oberfläche von Flüssigkeiten aller
Art als auch der Öle konvexe Menisken zu erzeugen, bei dem man selbst auf jede weitere
Nachhilfe, wie Befettung, Politur usw., verzichten kann, ist in den Abb. 3 und 4
dargestellt, worin die Flüssigkeiten c, i die Gefäße g, 2 über den obersten, übrigens
möglichst scharfen Rand hinaus anfüllen.
-
Bei der Abdrängung eines um einen schwimmenden Körper herum gebildeten
Meniskus durch einen am Gefäßrande stehenden Meniskus von anderer Art zur Gefäßmitte
sind nicht etwa irgendwelche seitlichen Richtkräfte der Schwere zu überwinden; denn
da die ebene Oberfläche der Flüssigkeiten sich stets rechtwinklig zur Lotrichtung
stellt, die ja die mittlere Gesamtrichtung aller Anziehungskräfte eines Ortes bildet,
so fehlt es an Komponenten der Anziehungskraft, welche den Schwimmer auf der Oberfläche
der ihn tragenden Flüssigkeit seitlich fortbewegen könnten. Und da hierfür auch
keine anderen Kräfte in Frage kommen, zumal in den Flüssigkeiten und der umgebenden
Luft einseitige Erwärmungen und damit Strömungen vermieden werden müssen, so genügen
die kleinen Kapillarkräfte, die beim Ineinanderschieben zweier ungleichartiger Menisken
wirksam
werden, um den vötn schvVimmenden'Menisküs umgebenen beweglichen
Körper nach anfänglichem Drehen öder Schwanken um die Gleichgewichtslage in diese
hinein und damit in die Gefäßmitte zu bringen. Es kann daher durch die Erfindung
keine dauernde Berührung und also auch keine Reibung zwischen festen Teilen stattfinden.
-
Wo aber bei Horizontalpendeln, d. h. einarmig belastetenDrehwaagen,
die auf der einen Seite fehlende Belastung durch ein Lug- oder Stützorgan ersetzt
wird, da treten auch mit den zu messenden seitlichen Anziehungskräften entsprechend
kleine wagerechte Kräfte am Schwimmer auf, welche die zwischen Schwimmer und Gefäß
wirksamen gegenstrebigen Kapillarkräfte mehr oder weniger zu überwinden vermögen.
Wenn alsdann auch, was nur bei den größten seitlichen Anziehungskräften und querschnittlich
sehr klein bemessenen Ankerkörpern k, 3 denkbar ist, eine Berührung zwischen den
Teilen des Schwimmers und des Gefäßes stattfindet, welche durch die dazwischenliegenden
verschiedenartigen Menisken voneinander entfernt gehalten werden sollen, so wird
doch die Reibung zwischen diesen Teilen, die außerdem rollend auftritt, durch die
Kapillarkräfte der Flüssigkeit so stark vermindert sein, daß die Vorrichtung auch
in diesen Fällen noch brauchbare Messungsergebnisse liefern dürfte. Nötigenfalls
kann dann in der Berührungszone oder in der Achse des sich drehenden Schwimmers
ein zueinander rechtwinklig stehendes Schneidenpaar oder eine scharfe Spitze angeordnet
werden. Durch diese beiden Vorrichtungen wird entweder der Schwimmerhals gegen den
durchbrochenen Gefäßdeckel oder der Rand der Durchbrechung n oder die Wandung des
Gefäßchens 2 gegen die Ankerkörper k oder 3, oder eine konische Vertiefung im Boden
des Gefäßchens 2 gegen eine nadelartige Fortsetzung des Ankerkörpers 3 punktförmig
abgestützt.