DE459866C - Vorrichtung zur Messung veraenderlicher Kraefte - Google Patents

Vorrichtung zur Messung veraenderlicher Kraefte

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DE459866C
DE459866C DEP51754D DEP0051754D DE459866C DE 459866 C DE459866 C DE 459866C DE P51754 D DEP51754 D DE P51754D DE P0051754 D DEP0051754 D DE P0051754D DE 459866 C DE459866 C DE 459866C
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DEP51754D
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English (en)
Inventor
Josua Gabriel Paulin
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L7/00Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements
    • G01L7/02Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges
    • G01L7/10Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges of the capsule type
    • G01L7/104Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges of the capsule type with mechanical transmitting or indicating means

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Zeichnung zeigt Ausführungsformen, durch welche der Erfindungsgedanke verwirklicht werden kann, und zwar in Anwendung von Luftdruckmeßvor richtungen.
  • Abb. i zeigt eine Vorderansicht eines Federluftdruckmessers (Aneroidbarometers) mit einer Übersetzungsvorrichtung gemäß der Erfindung.
  • Abb. 2 gibt in Seitenansicht einen Teil des Druckmessers nach Abb. i wieder.
  • Abb. 3 und 4 zeigen von vorn und teilweise im Schnitt und von der Seite eine andere Ausführungsform eines Federluftdruckmessers.
  • Abb.5 ist eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur Messung veränderlicher Kräfte, gekennzeichnet durch einen mittels geeigneter Organe, wie Federn, Bänder o. dgl., schwebend aufgehängten ungleicharmigen Übertragungshebel (15), der die Bewegungen des von den Kräften unmittelbar beeinflußten Meßorgans in vergrößertem Maßstabe auf einen an sich bekannten Zeigerhebel (2o) überträgt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der ungleicharmige Übertragungshebel (15) mittels biegsamer gespannter Drähte oder Bänder (17) an das Meßorgan einerseits und an die Zeigevorrichtung (2o) anderseits angeschlossen ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ungleicharmige Übertragungshebel (15) durch eine hängende Blattfeder- (16) o. dgl. so getragen wird, daß ihre Befestigungsstelle mit dem Hebel (15) dessen Drehpunkt oder seine Drehachse bildet.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ungleicharmige Übertragungshebel (15) zwischen zwei in der Nähe seines Drehpunktes oder seiner Drehachse befestigten und nach entgegengesetzten Richtungen gespannten Schraubenfedern (31, 32) eingespannt und somit angenähert um die geometrische Achse der Federn (31, 32) drehbar ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (3I, 32), deren Längsspannung nur einen unerheblichen Durchhang bewirkt, mit angenähert wagerechter Achse angeordnet sind und zusammen den ungleicharmigen Übertragungshebel (15) tragen.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (3i, 32) je eine gewisse Drehspannung besitzen, die gleichsinnig auf den ungleicharmigen Übertragungshebel (15) drehend einwirkt und die Verbindungsdrähte oder -bänder (18) des Hehels (15) gespannt hält.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch q. bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur möglichsten Verringerung der durch Schwankungen des auf den ungleicharmigen Übertragungshebel (15) einseitig übertragenen Drehmoments hervorgerufenen Änderungen der schwebenden Lage des Hebels (15) ein biegsames Band (27 oder 34) zwischen einem festen Punkt (28 oder 35) und einem dem Drehpunkt des Hebels (15) benachbarten Punkt des letzteren gespannt ist. B. Vorrichtung nach Anspruch r bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermehrung des Vergrößerungsverhältnisses mehrere ungleichförmige Übertragungshebel (15) hintereinandergeschaltet sind. g. Vorrichtung nach Anspruch i bis 8, gekennzeichnet durch die Hintereinanderschaltung des ungleicharmigen übertragungshebels (15) und eines Drahtgebildes (38, 39), bestehend aus zwei biegsamen Bändetn, von denen das eine zwischen einem festen Punkt und einem Punkt des Hebels (15) gespannt ist, während das andere zwischen einem Punkt des erstgenannten Bandes und einem folgenden Hebel (15) oder der Zeigevorrichtung (2o) gespannt ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1129715B (de) * 1958-06-07 1962-05-17 Klaus Kramer Bewegungsuebertragung einer Laengsbewegung in eine Drehbewegung bei Messinstrumenten, insbesondere mit druckelastischem Messkoerper
DE1220151B (de) * 1963-09-24 1966-06-30 M K Juchheim Thermometerfabrik Zeigeruebersetzungswerk

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