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Anordnung zur Messung und Registrierung veränderlicher Kräfte nach
der Nullmethode Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Instrumente zur Messung und
Registrierung veränderlicher Kräfte, insbesondere Barorneter, die zum selbsttätigen
Zurückstellen des unter Einwirkung der zu messenden Kräfte beweglichen MeAorgans
mit einer vorzugsweise eine auf das Meßorgan wirkende Feder spannenden bzw. abspannenden
Nullstellvorrichtung versehen ist, welche durch einen mit dem Meßorgan verbundenen
Nullindikator gesteuert wird. Die Erfindung bezweckt vornehmlich, eine bedeutend
erhöhte Meßgenauigkeit@ und "Zuverlässigkeit solcher Instrumente zu erreichen. Dies
wird durch eine Verbindung von teilweise an sich bekannten Anordnungen erzielt,
welche darin besteht; daß der Nullindikator mittels einer elastischen Aufhängevorrichtung
in schwebender Lage drehbar angeordnet und mittels eines reibungslos arbeitenden,
aus biegsamen Bändern oder Drähten bestehenden Mersetzungsgetriebes mit dem Meßorgane
verbunden ist, derselbe ferner unter Verwendung einer an sich bekannten intermittierenden
Hilfskraft in Zeitabständen, während welcher er unter Einwirkung der zu messenden
Kräfte freischwingend ist, zur Ausübung der Steuerwirkung betätigt ,wird.
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Durch die Verbindung des aus biegsamen Bändern oder Drähten bestehenden,
reibungslos arbeitenden übersetzungsgetriebes zwischen dem Meßorgan und dem Nullindikator
mit der schwebenden Aufhängung des 'Zullindikators, die eine hohe Leichtbeweglichkeit
des Nullindikators ergibt, wird es möglich, eine extreme Empfindlichkeit des Instrumentes
zu erzielen. Andererseits ergeben die elastische Lagerung und die ,Zachgiebigkeit
des übersetzungsgetrieben den Vorteil, daß die intermittierende Zwangsbetätigung
des Nullindikators, die unter gewöhnlichen Umständen der Empfindlichkeit eine verhältnismäßig
niedrige Grenze setzen würde, hier gänzlich unschädlich gemacht wird. Es steht also
der Empfindlichkeitssteigerung nichts mehr im Wege.
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Die Erfindung ist beispielsweise an einem Gas- oder Luftdruckmesser
in (Zen beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Abb. t ist eine Vorderansicht der Vorrichtung. -Abb. 2 zeigt einen
Grundriß, Abb. 3 eine Seitenansicht und Abbq. eine Einzelheit in vergrößerten Maßstäbe.
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Bei der dargestellten Ausführungsform besteht das Meßorgan aus einer
luftleeren Membrandose r der bei Aneroiden u. dgl. üblichen Art, welche der resultierenden
Einwirkung des atmosphärischen Luftdruckes und
der Spannung einer
Schraubenfeder 2 ausgesetzt ist, welch letztere dem Luftdruck entgegenwirkt. Die
Feder 2 ist mit dem einen Ende an der Oberseite der Membrandose- i mittels eines
jochförmigen Bügels 3 befestigt, während das andere Ende mit einer auf eine Mikrometerschraube
5 aufgeschraubten Mutter 4. verbunden ist.
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Die Mikrometerschraube 5 ist gleichachsig mit einem verzahnten Rade
6 fest verbunden, welch letzteres im Gestell 7 des Apparates drehbar gelagert ist.
Die Mutter q. ist mit einem seitlich vorragenden Arm 8 versehen, dessen äußeres
Ende bei 9 aufgeschlitzt ist und eine senkrechte Führungsstange io umfaßt, so daß
die Mutter q. beim Drehen der Mikrometerschraube 5 nicht mitgedreht, sondern nur
in axialer Richtung verschoben wird, wobei die Feder gespannt bzw. entspannt wird.
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Mit dem beweglichen Meßorgan ist ein schwingbarer Zeiger i i, der
den Nullzeiger oder Nullindikator bildet, durch ein Übersetzungsgetriebe verbunden.
Dieser Zeiger, der also die Bewegungen des Meßorgans, und zwar in vergrößertem Maße,
mitmacht, ist an einer Welle 12 befestigt, die ihrerseits zwischen zwei Ständern
13 und 14 mittels zweier Schraubenfedern 15 und 16 aufgehängt ist, welch letztere
die Enden der Welle mit je einem der Ständer 13 und 14 verbinden und bestrebt sind,
die Welle in einem bestimmten Sinne zu drehen. An der Welle 12 ist ein Querstift
17 befestigt, dessen Enden durch Drähte oder Bänder 18 bzw. i9 mit je einem von
zwei anderen Drähten oder Bändern 2o bzw. 21 verbunden sind, welch letztere mit
ihren unteren Enden bei 22 bzw. 23 im Gestell befestigt sind, während sie an ihren
oberen Enden mit je einem von zwei Armen 2q. und 25 verbunden sind, die sich an
den an der Membrandose befestigten und mit der Feder 2 verbundenen Bügel 3 seitwärts
ansetzen. Die Anordnung ist so getroffen, daß durch jede Bewegung der Membrane i
die winkelförmig gebogenen Drähte 2o, 21 -entweder angespannt werden oder nachgeben,
und dementsprechend die Welle 12 und der Zeiger i i in dem einen oder andern Sinne
gedreht werden. Wie leicht ersichtlich ist, weist das aus den Bändern 18 bis 21
und dem Querstift17 bestehende Übersetzungsgetriebe, welches dieBewegungen des Meßorgans
auf den Zeigerarm i i überträgt, ein sehr großes Übersetzungsverhältnis auf, so
daß auch sehr kleine Ausschläge des Meßorgans verhältnismäßig große Bewegungen des
freien Endes des Zeigers i i hervorrufen. Dieses Übersetzungsgetriebe und überhaupt
das ganze bewegliche System des Zeigers arbeitet ferner praktisch völlig reibungslos
und ohne Spiel an den Verbindungsstellen der verschiedenen Teile.
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Der Zeiger i i erstreckt sich nach vorn und nach oben, sein freies
Ende befindet sich an der Vorderseite des Instrumentes ungefähr in gleicher Höhe
mit dem verzahnten Rad 6. Wenn das Meßorgan sich in normaler Lage oder in der Nullage
befindet, nimmt auch der Zeiger i i eine entsprechende Nullage in der Mittelebene
des Instruments ein. Der Zeiger i i ist am oberen Ende mit einem spitzen, nach hinten
ragenden Stift 26 aus hartem Material versehen, dessen Spitze sich in der Nullage
des Zeigers ii einer festen, senkrechten, scharfen Kante oder Schneide 27 gerade
gegenüber befindet. Diese Schneide bildet die Vorderkante einer Platte 28, die an
einem kleinen Arm 29 festgelötet ist, welch letzterer seinerseits an der Vorderseite
einer senkrechten Trägerplatte 3o befestigt ist. Diese Trägerplatte 30 geht
unten in einen waagerecht nach hinten umgebogenen Teil 31 über, der am Gestell festgeschraubt
ist.
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Der Zeiger i i ist normalerweise unwirksam und unter dem Einflusse
der zu messendenKraft freischwingend, während die Spitze des Stiftes 26 sich dabei
nach links oder nach rechts im Verhältnis zur Schneide 27 bewegt.
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Der Zeiger i i soll aber in gleichbleibenden Zeitabständen zwecks
Herbeiführung der erforderlichen Steuerwirkung in bezug auf die noch zu beschreibende
\Tullstellvorrichtung betätigt werden. Zu diesem Zwecke ist über dem Zeiger i i
ein intermittierend angetriebener Hebel 32 an Vorsprüngen 33 der Platte 3o drehbar
gelagert. Dieser Hebel besitzt einen abwärts gerichteten Hebelarm, dessen freies
Ende vor dem oberen Ende des Zeigers endet und bei jedem Antriebshub des Hebels
das Zeigerende auffängt und mitnimmt. Damit der Hebel unter allen Umständen den
Zeiger i i ergreifen kann, ist das untere Ende des genannten Hebelarmes als eine
Platte 34 von solcher Breite ausgebildet, daß sie in jeder Stellung des Zeigers
ii dessen oberes Ende deckt. Der Hebel 32, besitzt ferner einen oberen Hebelarm,
der nach vorn gebogen ist und eine aufwärts gerichteteNase 35 trägt, welche unter
der Einwirkung einer auf den Hebel wirkenden Schraubenfeder 36 gegen den Umkreis
eines verzahnten Rades 37 gedrückt wird, welches an Vorsprüngen 38 der Trägerplatte
3o drehbar gelagert ist und durch eine nicht gezeigte Antriebsvorrichtung, ein Uhrwerk
o. dgl., in der Pfeilrichtung in steter Drehung gehalten wird.
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Ungefähr in gleicher Höhe mit dem freien Ende des Zeigers i i sind
zwei waagerechte Hebel 39 und 39' (in Abb. i fortgelassen) an- i geordnet, die mit
dem Stift 26 zur übertragung der zum jeweiligen Nullstellen des
Meßorgans
erforderlichen Bewegung zusammenwirken. Die aus Blech oder ähnlichem Baustoffe hergestellten
und übereinander angeordneten Hebel 39, 39' sind mittels senkrechter Zapfen
4o bzw. 4o' in Gleitblöcken 41 bzw. 41' in der Nähe der senkrechten Kanten der Trägerplatte
3o drehbar gelagert. Die Gleitblöcke sind mit je einem nach vorn gerichteten kleinen
Stiel 42 bzw. 42' versehen, die in Führungshülsen 43 bzw. 43' gleitbar stecken und
an ihren äußeren Enden mit Köpfen versehen sind. Die Führungshülsen sind durch Arme
44, 44' an der Trägerplatte 30 befestigt.
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Die Hebel 39, 39 besitzen je einen kürzeren, gegen das verzahnte Rad
6 gerichteten Arm 45 bzw. 45' und einen längeren, läng der Vorderseite der Trägerplatte
3o sich erstreckenden Arm 46 bzw. 46'. Für jeden der längeren Arme ist eine Führung
vorgesehen, indem der Arm am äußeren Ende mit einem von der Vorderkante rechtwinklig
hochgebogenen Lappen 47 bzw. 47' versehen ist, der ein längliches Loch aufweist,
durch welches ein in die Trägerplatte 3o hineingeschraubter und an seinem äußeren
Ende mit cinemKopfe versehener Führungszapfen 48 bzw. 48' hindurchragt. Gegen die
innere Seite jedes Lappens 47 bzw. 47' liegt das freie Ende einer an der Trägerplatte
3o befestigten Blattfeder 49 bzw.49' an, durch welche die freien Enden der Hebelarme46,
46' nor maf nach außen gegen die Köpfe der Führungszapfen 48, 48' gedrückt werden.
Andererseits liegen die Gleitblöcke 41, 41' normalerweise gegen die hinteren Enden
der Führungshülsen 43, 43' angedrückt, und zwar durch Einwirkung von Blattfedern
So, 5o', die ebenfalls an der Trägerplatte 3o nahe an den senkrechten Kanten. der
letzteren befestigt sind und mit ihren unteren freien Enden gegen die Hinterkanten
-der Hebel 39, 39' in der Nähe der Zapfenlagerungen 4o, 4o' drücken. Die Federn
So, 5ö sind weicher als die Federn 49, 49'.
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Die längeren Hebelarme 46, 46' sind ferner an ihren Vorderkanten mit
j e einem zweiten Lappen 51 bzw. 51' versehen, die recht`vinklig nach oben gebogen
sind und zu beiden Seiten der Platte 28 hochstehen. Wie aus Abb. i und 2 hervorgeht,
sind die Lappen 51, 51' so angeordnet, daß der Stift26 jedesmal, wenn der Zeiger
von der- Platte 3.4 ergriffen wird, gegen den einen oder den anderen der beiden
Lappen angedrückt wird.
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Die beiden kürzeren Hebelarme 39, 39' tragen j e eine Klinke 52 bzw.
52', die gegen den Umfang des Rades 6 vorragen und um je einen Zapfen 53 bzw. 53'
drehbar sind. Die Klinken sind durch Federn 54, 54' beeinflußt und normalerweise
mit ihren hinteren Enden gegen Anschläge 55, 55' an den Hebelarmen angedrückt. Die
vorderen Enden der Klinken sind zugespitzt, damit sie in die Zahnlücken des Rades
6 hineingreifen können.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Solange die Nase 35
des Hebels 32 in eine Zahnlücke des verzahnten Rades 37 hineinragt, wie dies ebb.
3 veranschaulicht, bleibt der Hebel unter der Wirkung der Feder 36 in unwirksamer
Stellung, während der Zeiger i i dann unter dem Einfluß der zu messenden Kräfte
frei schwingt. Je nachdem der atmosphärische Druck steigt oder sinkt, bewegt sich
dabei die Spitze 26 im Verhältnis zur Schneide 27 nach links oder nach rechts. Beim
t Weiterdrehen des verzahnten Rades 37 wird die Nase 35 durch einen Zahn des Rades
herabgedrückt, der untere Hebelarm nach hinten geschwenkt und das obere Ende des
Zeigers i i von der Platte 34 ergriffen und mitgenotnmen, und zwar in einer zur
normalen Bewegungsbahn desselben senkrechten Richtung, wobei die elastische Aufhängung
des Zeigers dieser Zwangsbewegung elastisch nachgibt. Je nachdem der Zeiger in dem
Augenblicke, in welchem er ergriffen wird, nach links oder nach rechts ausschlägt,
wird er gegen den Lappen 5i oder gegen den Lappen 51' geführt und preßt dadurch
den Hebelarm 46 oder 46' gegen die Trägerplatte 30. Sollte die Verrükkung des Zeigers
aus der Nullage in dem betreffenden Augenblick sehr klein sein, so wird die Spitze
des Stiftes 26 erst gegen die eine oder die andere der schief gestellten Seitenflächen
der Schneide 27 geführt und wird an diesen abgleiten, wobei die seitliche Verrückung
des Zeigers aus der Nullage selbsttätig vergrößert wird, so daß die Spitze unter
allen Umständen auf einen der beiden Lappen 51, 51' auftrifft.
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Es sei beispielsweise angenommen, daß der Zeiger i i im Augenblicke
der Betätigung durch den Hebel 52 nach rechts versetzt ist, wie dies Abb: i zeigt.
Der Stift 26 wird dann gegen den Lappen 51' geführt und drückt den Arm 4.6' des
Hebels 39' rückwärts. Von den beiden auf den Hebel 39' wirkenden Federn wird zuerst
nur die weichere 5o' nachgeben, der Hebel wird also zunächst um denjenigen Punkt
schwingen an welchem die stärkere Feder 49' gegen den Lappen 47' des Hebels anliegt,
und das Gleitblöckchen 41', welches die Zapfenlagerung des Hebels trägt, wird nach
hinten so lange verschoben, bis der Kopf des Stieles 42' gegen die Führungshülse
43' anschlägt. Durch diese erste Schwenkbewegung des Hebels 39' wird die Spitze
der an dem kürzeren Hebelarm gelagerten Klinke 52' in eine Zahnlücke des Rades 6
hineingeführt. Der Stift 26 wird jedoch weiter nach hinten gedrückt, und der
Hebel
fängt nun an, sich um seinen Zapfen 4o' zu drehen, der ja jetzt feststeht. Dabei
wird jetzt die stärkere Feder 49' gezwungen nachzugeben. Die Klinke 52', die fortwährend
. gegen den Anschlag 55' angedrückt bleibt, wird also nach rechts (Abb. 2, q.) geschwenkt
und erteilt dadurch dem Rade 6 eine kleine Drehung in einer dem Sinne des Uhrzeigers
entgegengesetzten Drehrichtung, und zwar um einen der Zahnteilung des Rades etwa
entsprechenden Winkel. Diese N'ullstellbewegung überträgt sich durch die Mikrometerschraube
5 und die Mutter d. auf die Feder 2 und bewirkt eine Entspannung der Feder, wodurch
das bewegliche Meßorgan in seine Nulllage zurückgeführt wird.
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In dem Augenblick, in welchem die Spitze des gegen die Nase 35 des
Hebels 32 wirkenden Zahnes von der Nase abgleitet, schnappt diese sogleich in die
folgende Zahnlücke ein, wobei der Hebel 3a unter Einwirkung der Feder 36 in die
in der Zeichnung gezeigte Ruhelage zurückkehrt. Der Zeiger i i wird also frei gemacht
und gibt seinerseits den Hebel 39' frei,, der nun unter Einwirkung der Federn 49',
5o' in seine Normallage zurückgestellt wird. Damit wird zugleich die Klinke 52'
aus der Verzahnung des Rades 6 herausgezogen, ohne bei dieser Rückbewegung das Rad
irgendwie zu beeinflussen, indem die Klinke dem dabei etwa entstehenden Druck gegen
den im Verhältnis zum vorherigen Nullstellimpuls hinteren Zahn elastisch nachgibt.
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Wenn andererseits der Nullindikator im Augenblicke der Betätigung
durch den Antriebshebel 32 in einer nach links aus der Mittelebene des Instrumentes
herausgeschwenkten Lage steht, so wird die Spitze des Stiftes 26 den Lappen 51 des
Hebels 39 treffen. Die Betätigung des Hebels erfolgt dann in einer der vorher beschriebenen
Betätigung des Hebels 39' ganz ähnlichen Weise, indem die Klinke 52 in Eingriff
mit dem Rade 6 kommt, dem in diesem Falle eine kleine Drehung im Sinne des Uhrzeigers
erteilt wird, wodurch die Feder = etwas mehr gespannt wird.
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Es ist einleuchtend, daß die Gesamtdrehung des Rades 6 ein Maß des
jeweiligen atmosphärischen Druckes ergibt, und dieser Druck kann also unmittelbar,
z. B. mittels eines am Rade 6 befestigten Zeigers und einer festen Skala, abgelesen
werden. Andererseits können die Druckschwankungen, wie auf der Zeichnung angedeutet,
graphisch registriert werden, und zwar mittels eines am Rade 6 befestigten Schreibstiftes
56, dessen Schreibspitze über einen in axialer Richtung gleichmäßig verschiebbaren
Zylinder 57 läuft.
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Das verzahnte Antriebsrad 37 kann gegebenenfalls durch eine mit der
Hand zu betätigende Antriebsvorrichtung in Bewegung gehalten werden.
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Das bewegliche System des Nullindikators i i, welches außer diesem
selbst aus der elastischen Aufhängevorrichtung 15, 16 und den nachgiebigen Bändern
18 bis 21 besteht, arbeitet, wie aus dem obigen hervorgeht, praktisch reibungslos
und ohne Spiel und besitzt außerdem die Eigenschaft, daß es der intermittierend
erfolgenden Zwangsbetätigung des Nullindikators elastisch nachgibt. Durch die Ausbildung
des beweglichen Systems wird jede Möglichkeit einer Beschädigung oder ungewollter
gegenseitiger Verrückungen seiner Teile infolge der genannten Zwangsbetätigung gänzlich
vermieden.
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Das Übersetzungsverhältnis des aus den Bändern oder Drähten 18 bis
21 bestehenden Übersetzungsgetriebes zwischen dem Meßorgan und dem Nullindikator
hängt von der Größe der von den Bändern 2o, 21 gebildeten Winkel ab. Dieses Übersetzungsverhältnis
kann wegen der Leichtbeweglichkeit des Nullindikators und der Beseitigung störender
Einflüsse sehr hoch gewählt werden.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform bildet der Nullindikator oder
"der Stift 26 einen Teil einer lösbaren mechanischen Kupplung; die durch die Zwangsbetätigung
des Nullindikators zur Übertragung der Nullstellbewegung in dem einen oder anderen
Sinne auf die Feder 2 bereitgestellt wird, je nachdem der Nullindikator im Augenblicke
der Betätigung von der Nullage aus nach der einen oder anderen Seite hin versetzt
ist. Diese lösbare Kupplung besteht außer dem Stifte 26 noch aus den Hebeln 39,
39' und den mit der Verzahnung des Rades 6 zusammenwirkenden Klinken 52, 52'.
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Anstatt den Nullindikator zur unmittelbar mechanischen Betätigung
der Nullstellvorrichtung zu benu'zen kann man diesen gegebenenfalls als elektrisches
Kontaktorgan ausbilden, durch welches eine elektromagnetische Nullstellvorrichtung
auf rein elektrischem Wege gesteuert wird. In diesem Falle können z. B. die Lappen
51, 51' durch feste elektrische Kontaktplatten ersetzt werden, mit denen der als
beweglicher Kontakt dienende Nullindikator zusammenwirkt.