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Vorrichtung zur 1VIessung veränderlicher Kräfte. Die Erfindung bezieht
sich auf eine Übersetzungsvorrichtung zur Vergrößerung und zum deutlichen Sichtbarmachen
der Ablenkungen oder Schwankungen, denen ein bewegliches Meßorgan unter dem Einfluß
der zu messenden Kraft oder des zu messenden Vorganges unterworfen ist. Die Erfindung
bezweckt, eine besonders für hochempfindliche Meßv orrichtungen vorgesehene übersetzungsvorrichtung
zu schaffen, durch welche ohne Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit der Meßvorrichtung
ein sehr großes Übersetzungsverhältnis und eine entsprechend bedeutende Vergrößerung
der Ablenkbe#Nvegungen hergestellt wird. Das ablenkbare Meßorgan kann beliebiger
Art sein. Es kann z. B. aus der Membran eines Federluftdruckmessers (Aneroidbarometers),
aus der Drehspule eines elektrischen Strommessers, aus einer Magnetnadel oder aus
sonst irgendeinem durch Drehung oder Verschiebung beweglichen Meßkörper bestehen.
Für die Zwecke der Luftdruck- oder Gasdruckmessungen insbesondere war die Herstellung
hochempfindlicher und dennoch gleichzeitig zuverlässiger Meßvorrichtungen bisher
mit großen Schwierigkeiten verknüpft, was um so nachteiliger war, als bei solchen
Messungen im allgemeinen angestrebt wird, die Ablesungsfehler auf ein Mindestmaß
herabzudrücken. Eine ganz besonders große Empfindlichkeit ist erwünscht, wenn es
sich darum handelt, Höhenunterschiede mittels Luftdruckmessers-festzustellen oder
zu messen.
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Die Übersetzungsvorrichtung nach der Erfindung enthält als wesentlichen
Bestandteil einen ungleicharmigen Hebel, bei welchem die Zapfenlagerung durch eine
schwebende Lagerung oder Aufhängung mittels Aufhängefedern ersetzt und dadurch die
Reibung durch Lager beseitigt worden ist. Die Verbindung dieses Hebels mit dem ablenkbaren
Meßorgan (Luftdruckmessermembran usw.) einerseits und einer Zeigevorrichtung o.
dgl. anderseits wird zweckmäßig in an sich bekannter Weise mittels feiner biegsamer
Drähte oder Bänder hergestellt.
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Eine Meßvorrichtung, deren Empfindlichkeit mittels einer Übersetzungsvorrichtung
gemäß der Erfindung sehr gesteigert ist, wird vorzugsweise mit einer Kompensierungs-oder
Nullstellvorrichtung für das bewegliche Meßorgan versehen, mittels welcher die auf
letzteres jeweilig wirkende ablenkende Kraft ganz oder zum Teil kompensiert werden
kann. Dadurch kann trotz der hohen Empfindlichkeit ein sehr großer Meßbereich gedeckt
werden. Die Nullstellvorrichtung wird zweckmäßig mit einer Ablesevorrichtung versehen,
welche die Größe der kompensierten Lenkkraft angibt und die infolgedessen gestattet,
die absolute Größe der Lenkkraft stets festzustellen.
Die Erfindung
läßt sich sehr wohl für tragbare Vorrichtungen verwerten, da ihre Handlichkeit nicht
durch die hochempfindliche Ausführung beeinträchtigt zu werden braucht.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsformen, durch welche der Erfindungsgedanke
verwirklicht werden kann, und zwar in Anwendung von Luftdruckmeßvor richtungen.
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Abb. i zeigt eine Vorderansicht eines Federluftdruckmessers (Aneroidbarometers)
mit einer Übersetzungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
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Abb. 2 gibt in Seitenansicht einen Teil des Druckmessers nach Abb.
i wieder.
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Abb. 3 und 4 zeigen von vorn und teilweise im Schnitt und von der
Seite eine andere Ausführungsform eines Federluftdruckmessers.
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Abb.5 ist eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform.
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Die Druckdose i des Luftdruckmessers nach Abb. i und 2 ruht auf einem
im Gestell :2 fest angebrachten Ständer 3. An die Oberseite der Membran ist der
eine Schenkel eines Bügels 4 festgenietet oder in sonstiger geeigneter Weise befestigt.
An dem anderen Schenkel des Bügels ist das untere Ende einer Schraubenfeder 5 befestigt,
deren oberes Ende an einer mit einem seitwärts verlängerten Arm 6 versehenen Schraubenmutter
7 befestigt ist, welche auf einen in der oberen Platte 8 des Gestelles 2 gelagerten
Schraubenbolzen 9 aufgeschraubt ist. Der Arm 6 der Schraubenmutter 7 ist an seinem
äußeren Ende mit einer Aussparung versehen, die zusammen mit der rechten Tragsäule
io des Gestelles 2 eine Gleitführung bildet, wodurch die Schraubenmutter 7 beim
Umdrehen des Schraubenbolzens 9 in einer bestimmten Winkelstellung festgehalten
bleibt, ohne daß die Aufwärts- oder Abwärtsverrückung der Mutter verhindert wird.
Der obere Teil des Bolzens io ist als Stellknopf ii ausgebildet und trägt eine mit.
passender Teilung versehene Zeigerplatte 12, die kreisförmig ausgebildet sein kann
und neben welcher ein Zeiger 13 am Gestell festgeschraubt ist.
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Die Mitte der Membran i ist ferner mittels eines feinen, biegsamen
Drahtes oder Bandes 14 mit dem kürzeren Arm eines Hebels 15 verbunden, welch letzterer
mittels einer zweckmäßig blatt- oder bandförmig ausgebildeten Aufhängefeder 16 an
einem von der Platte 8 herabragenden Träger 17 aufgehängt ist. Diese Aufhängung
ersetzt die gewöhnliche Zapfenlagerung und bildet eine reibungslose; schwebende
Lagerung des Hebels 15; der längere Hebelarm ist mittels eines biegsamen Drahtes
oder Bandes 18 mit der Drehspindel i9 einer Zeigevorrichtung 2o mittels eines sehr
kurzarmigen Hebelarmes 2 i verbunden. Die Zeigev orrichtung 2o hat eine ähnliche
schwebende und reibungslose Lagerung oder Aufhängung wie der Hebel 15. Diese Lagerung
besteht aus zwei Schraubenfedern 22, 23, welche je zwischen einem Ende der Drehspindel
i9 und einem festen Widerlager 24 bzw. 25 gespannt sind. Die Spannfedern 22, #23
haben je für sich eine passend bemessene Längsspannung, welche die Zeigerspindel
i9 in der richtigen Höhenlage schwebend zu erhalten vermag. Außerdem sollen die
Spannfedern 22, 23 eine passende Drehspannung derart haben, daß sie bestrebt sind,
die Zeigevorrichtung 20 im Sinne des Uhrzeigers (Abb. i) zu drehen, wodurch die
Bänder 14 und 18 gespannt gehalten werden. Infolge des Durchhanges der Spannfedern
fällt die Drehachse der Spindel i 9 nicht ganz mit den geometrischen Achsen der
Spannfedern zusammen. Damit nun die Höhenlage der Zeigerspindel i 9 beim Ablenken
des Hebels 15 möglichst gleichbleibend ist, wird an der Spindel ig ein zweiter kurzer
Hebelarm 26 vorgesehen, der dem Hebelarm 21 entgegengesetzt gerichtet -ist und mittels
eines biegsamen, nach unten gespannten Bandes 27 mit einem festen Punkte 28 verbunden
ist. Die Zeigevorrichtung 2o spielt über einer fest angebrachten Zeigerplatte 29.
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Der auf die Membran jeweils wirkende Luftdruck kann mittels der rechts
befindlichen Kompensierungsvorrichtung sehr genau ausgeglichen werden, und zwar
dadurch, daß die an der Membran angreifende Schraubenfeder 5 mittels des Stellknopfes
i i gespannt oder entspannt wird, bis die Zeigevorrichtung 2o über den Nullstrich
in der Mitte der Meßplatte 29 steht. Jedem Wert des Luftdruckes entspricht somit
eine gewisse Winkelstellung der mit dem Stellknopf i i verbundenen Kreisscheibe
12. Die betreffende Winkeleinstellung wird an Hand der Gradeinteilung der. Scheibe
12 am festen Zeiger 13 abgelesen. Zweckmäßig wird die Scheibe 12 auf Grund von Versuchen
so in Grade eingeteilt, daß der herrschende absolute Luftdruck nach Nullstellung
unmittelbar in Millimetern abgelesen werden kann.
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Sehr kleine Druckschwankungen können an der Gradteilung 29 festgestellt
und gemessen werden. Wenn der Luftdruck z. B. etwas wächst, wird der kurze Hebelarm
des Hebels 15 infolge der Durchbiegung der Membran nach unten gezogen, der längere
Hebelarm dagegen gehoben, und der Zeiger 2o schwingt nach links (Abb. i) über die
Teilung 29. Gleichzeitig wird die Zeigerspindel i9 infolge ihrer federnden Aufhängung
etwas nach oben bewegt, diese Aufwärtsverrückung aber bleibt wegen der Verbindung
mit dem festen Punkte 28 nur sehr klein.
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Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, findet
an keinem
einzigen Punkt des übersetzungsgetriebes eine gleitende Reibung statt. Da die innere
Reibung in den biegsamen Bändern und in den Federn durch passende Wahl des Baustoffes
unschwer verschwindend klein gemacht werden kann,- so wird durch die beschriebene
Anordnung ein fast völlig reibungslos und demgemäß außerordentlich zuverlässig arbeitendes
Übersetzungsgetriebe erzielt.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 und .@. ist für den Hebel 15 eine
schwebende Lagerung oder Aufhängung vorgesehen, die der vorher beschriebenen Aufhängung
des Zeigers 2o ganz ähnlich ist. Der Hebel ist demgemäß mit einer kleinen Drehspindel
30 versehen, an deren Enden Schraubenfedern 31, 32 befestigt sind, die von
Haltern 33 getragen werden. Der Hebel 15 besteht in diesem Falle aus einem doppelten
Winkelhebel mit zwei kurzen, ungefähr wagerecht gerichteten Armen und zwei längeren,
senkrecht gerichteten Armen. Von den beiden kurzen Hebelarmen ist der eine mittels
des biegsamen Bandes 14. mit dem Mittelpunkt der Membran i, der andere mittels eines
nach oben gestreckten Bandes 34 mit einem im Gestell 2 vorgesehenen festen Punkt
35 verbunden. Die beiden längeren Hebelarme sind durch Bänder 18 mit einem auf der
Drehspindel 19 des Zeigers 2o angebrachten, und zwar etwa in der Form eines Rädchens
21' ausgebildetenkurzarmigen Hebels verbunden. Die Übertragung der Bewegungen des
Hebels 15 auf den Zeiger 2o erfolgt also ähnlich wie im erstbeschriebenen Falle.
Die ` ullstellvorrichtung unterscheidet sich von dem vorher beschriebenen nur dadurch,
daß zwei Kompensationsfedern 5 vorgesehen sind, die zwischen einer mit der Membran
i verbundenen Ouerstange 36 und je einem mit der Schraubenmutter 7 verbundenen Arm
37 eingespannt sind.
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Abb.5 zeigt eine Anordnung mit noch weiter vergrößertem L'bersetzungsverhältnis.
Ähnlich wie nach Abb. 3 und 4 ist der Hebel 15 als doppelter Winkelhebel ausgebildet,
dessen kürzere Arme mit der Membran i bzw. mit dem festen Spannpunkt 35 verbunden
sind. Die längeren Arme des Hebels 15 sind aber nicht unmittelbar mit dem kleinen
Hebel 21 der Zeigerspindel i9, sondern mittels zwischengeschalteter Drähte oder
Bänder 38, 39 verbunden, die zwischen je einem der längeren Hebelarme und je einem
im Gestell 2 festen Punkt 4o bzw. 41 gespannt sind und an deren Mittelpunkten die
Bänder 18 angreifen, die ihrerseits mit den Enden des kleinen Hebels 21 verbunden
sind. Durch die Spannung der Bänder 18 werden die zusätzlichen Bänder 38 und 39
derart gespannt, daß ihre beiden Hälften einen stumpfen Winkel einschließen. Es
erfolgt also in diesem Fall eine dreifache Vergrößerung der Membranbewegungen, und
zwar durch den Hebel 15, durch das Drahtgebilde 18, 38, 39 und endlich durch den
Zeiger selbst, der mit dem kleinen Hebel 21 zusammen einen ungleicharmigen Hebel
bildet.
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Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß an Stelle des Drahtgebildes
18, 38, 39 ein zweiter Hebel 15 eingeschaltet sein könnte, um das Übersetzungsverhältnis
weiter zu steigern. Die Reibungslosigkeit des beschriebenen Getriebes macht es überhaupt
möglich, mehrere Zwischenhebel 15 hintereinanderzuschalten.
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Zwecks Dämpfung der Schwingungen der ganzen Zeigevorrichtung bzw.
der einzelnen Teile der Übersetzungsvorrichtung können an sich bekannte Dämpfungsvorrichtungen
vorgesehen werden, welche derart zu wählen sind, daß nicht etwa durch sie eine gleitende
Reibung in die Gesamtvorrichtung eingeführt wird. Es können zu diesem Zweck z. B.
Luft- oder Wirbelstromdämpfvorrichtungen zur Verwendung kommen.