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Schreibendes Meßgerät mit einem geradlinig verschiebbaren Schreibwagen
Die Aufgabe, die Bewegungen eines drehbar gelagerten Meßsystems in geradlinigen
Koordinaten auf einer ebenen Schreibfläche aufzuzeichnen,' wurde bisher meist in
der Weise gelöst, daß man mit d°m Meßsystem ein Lenkergeradführungsgetriebe, z.
B. einen Ellipsenlenker, kuppelte und die Schreibspitze in dem geradegeführten Punkt
des Lenkergetriebes anbrachte. Ein Beispiel einer solchen bekannten Anordnung ist
schematisch in Fig. r dargestellt. Mit der Meßwerkachse r ist ein Hebel i-2 fest
verbunden, der bei der Bewegung des Meßwerks den Kreisbogen a-2' beschreibt. Der
im Punkt 2 mit dem Hebel r-2 gelenkig verbundene Lenkerhebel 3-4 ist- an seinem
oberen Ende 4 mit einer Rolle versehen, die zwischen zwei geraden Führungsschienen
spielt, und trägt am unteren Ende 3 die Schreibspitze. Bei geeigneter Wahl der Lenkerabmessungen
wird die Schreibspitze mehr oder weniger genau auf einer -Geraden 3-3' geführt,
wenn der Punkt 2 den Bogen?--2' beschreibt.
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Um den jeweiligen Stand des Meßwerks an einer festen Skala ablesen
zu können, hat man mit dem Lenkerhebel 3-4 in der Nähe der Schreibstelle einen Zeiger
5 verbunden, dessen Spitze bei der Bewegung des Meßwerks einen flachen Bogen 5-5'
beschreibt. Dabei ist die Neigung des Zeigers an allen Punkten der Zeigerbahn verschieden,
so daß die Skaleneinteilung die in Fig. r angedeutete, unschöne, schwer ablesbare
und mit dem Skalenaufdruck der Schreibfläche auch der Größe nach nicht übereinstimmende
Form erhält.
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Andererseits ist es bekannt, bei derartigen Anordnungen den Zeiger
5 nach Fig. 2 mit dem Ausschlaghebel z-2 zu verbinden. Man liest dann den Stand
des Meßwerks wie bei einem gewöhnlichen Anzeigeinstrument an einer Kreisbogenskala
ab, hat aber in diesem Falle den Nachteil, daß die Skaleneinteilung nicht mit der
Einteilung der Schreibfläche übereinstimmt, da bekanntlich bei derartigen Lenkergeradführungen
die einer Winkelabweichung a des Ausschlaghebels von der Mittelstellung entsprechende,
von dem geradegeführten Punkt 3 zurückgelegte gerade Strecke X proportional dem
Sinus des Winkels a ist.
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Demgegenüber kann man ebenfalls in bekannter Weise eine mit der Einteilung
der Schreibfläche genau übereinstimmende Skaleneinteilung bei solchen Vorrichtungen
zur geradlinigen Führung des Schreiborgans erhalten, wenn dieses auf einer, geradlinigen
Führungsbahn verschiebbar angeordnet ist.
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Man hat beispielsweise das Schreiborgan als Schlitten oder Wagen ausgebildet,
der auf
einer oder mehreren parallel liegenden geradexi Führungsschienen
..sich -bewegen kann. Um nun das @o- ausgebildete Schreiborgan mit dem drehbaren.
M.eßwerk zu kuppeln, hat man: meist ein Zugorgangetriebe benutzt, wie es beispielsweise
in Fig.3 schematisch dargestellt ist.
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Zu diesem Zweck ist eine feste Führungsbahn 6 angeordnet, auf der
das als Wagen ausgebildete Schreiborgan mittels eines Schnurgetriebes 6' hin und
her bewegt werden kann. Die endlose Schnur läuft über Führungsrollen 7, 8 und eine
mit der Meßwerkaohse i gekuppelte große Schnurscheibe g. Der jeweilige Stand des
Meßwerks kann in diesem Falle mittels eines mit dem Schreiborgan verbundenen Zeigers
q. auf einer Skala abgelesen werden, deren Einteilung auch der Größe nach genau
mit der Einteilung der Schreibfläche übereinstimmt. Derartige Anordnungen haben
aber neben den mit der Verwendung von Zugorgangetrieben an sich verbundenen Übelständen
den Nachteil, daß die Anordnung infolge der bei Meßwerken, deren Drehwinkel auf
9o° beschränkt ist, erforderlichen großen Abmessungen der Antriebsscheibe 9 sehr
viel Raum in Anspruch nimmt. Vor allem aber wird die Meßwerkachse durch das Gewicht
der Antriebsscheibe sehr stark belastet, was bei empfindlichen Meßgeräten zu Beschädigungen
der Lagerstellen und zu unzulässig großen Meßfehlern führt.
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Es sind auch bereits Anordnungen bekannt, bei denen das Meßwerk mit
dem Schreibvagen durch ein Hebelgetriebe, insbesondere durch ein Kurbelschleifengetriebe,
gekuppelt ist. Bei dieser.Anordnung ist die Meßwerkachse und somit auch die Hebelachse
lotrecht angeordnet. Der Schreibwagen rollt mit kugelförmigen Rädern auf einer Fahrbahn,
die aus zwei nebeneinanderliegenden rinnenförmigen Schienen besteht. An dem Schreibwagen
ist ein Stift befestigt, dessen Ende in den Schlitz eines auf der Meßwerkachse befestigten
Hebels eingreift.
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Wenn nun der Hebel unter einen spitzen Winkel, insbesondere in seinen
Endlagen, an dem Schreibwagen angreift, so entsteht eine in einer waagerechten Ebene
liegende quer zur Fahrbahn gerichtete Kraftkomponente, die bestrebt ist, den Wagen
aus der Bahn seitlich herauszudrängen, so daß gegebenenfalls besondere Vorkehrungen
dagegen getroffen werden müssen. Vor allem aber wird durch die seitlich auf den
Wagen wirkenden Kräfte die Reibung wesentlich erhöht und somit die Meßgenauigkeit
verringert: Diese Übelstände werden gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß die
Hebelachse waagerecht angeordnet und der Schreibwagen mit dem Hebelgetriebe derart
verbunden ist, daß die an dem Schreibwagen angreifenden, von dem Hebelgetriebe ausgeübten
Kräfte in einer lotrechten Ebene derart wirken, daß sie in bezug auf eine lotrechte
Achse kein oder nur ein sehr geringes Kippmoment auf den Schreibwagen ausüben. Dadurch
entfällt die Notwendigkeit, besondere Vorkehrungen dagegen zu treffen, daß der Wagen
aus der Bahngedrängt wird. Es genügt vielmehr eine einfache Schiene als Fahrbahn.
Dadurch wird die Anordnung nicht nur _ vereinfacht und an Platz gespart, sondern
auch das Gewicht des Wagens, und durch Verminderung der Anzahl der Räder auch die
Reibung, wesentlich verringert. Dadurch, daß die von dem mit dem Meßwerk verbundenen
Hebelgetriebe auf den Schreibwagen ausgeübten Kräfte in einer lotrechten Ebene wirken,
entsteht nur eine entsprechende Belastung oder Entlastung des Wagens und somit nur
eine verhältnismäßig geringfügige Erhöhung der Zapfenreibung an den Lagerstellen
der Radachsen, die keine wesentliche Verringerung der Meßgenauigkeit zur Folge hat.
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In den Fig. q. bis 7 sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
schematisch dargestellt.
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In allen Zeichnungen ist mit i die Meßwerkachse oder eine mit dieser
gekuppelte Drehachse bezeichnet, mit 3@ das Schreiborgan, mit 5 ein Zeiger, mit
6 eine Führungsschiene für den Schreibwagen, der das Schreiborgan und den Zeiger
5 trägt, mit i r die mit Hilfe einer Lochreihe 12 verschiebbare Schreibfläche und
mit 13 eine Ableseskala.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 ist an dem freien Ende 15 eines
mit der Drehachse i fest verbundenen Ausschlaghebels 14. ein Hebel 16 angelenkt,
der mittels eines Gelenkes 17 die Bewegung .der Systemachse auf das Schreiborgan
überträgt. Man erhält so ein kinematisch als Geradschubkürbel zu bezeichnendes Getriebe,
wobei der Hebel 14 der Kurbel und der Hebel 16 der Schubstange entspricht. Das Schreiborgan
besteht aus einem kleinen, leichten Wagen 18, der mittels Rollen auf der Führungsschiene
6 leicht hin und her bewegt werden kann. An dem `'Vagen 18 ist einerseits das Schreiborgan
3, andererseits der Zeiger 5 befestigt. Als Führungsschiene kann mit besonderem
Vorteil ein zwischen zwei abgebrochen gezeichneten, auf der nicht dargestellten
Grundplatte befestigten Böcken ig straff gespannter, verhältnismäßig dünner Draht
benutzt werden. Um diesen von dem Gewicht des Wagens 18 möglichst zu entlasten,
ist der Hebel 16 über das Gelenk 15 hinaus verlängert und mit einem entsprechend
bemessenen, gegebenenfalls verschiebbaren Gegengewicht 2o versehen. Ebenso
werden
zweckmäßig in an sich bekannter Weise in der Verlängerung des Ausschlaghebels 14
ein oder mehrere Gegengewichte2i vorgesehen.
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Wenn beim Ausschlag des Meßsystems der Punkt 15 den Bogen i 5-i 5'
beschreibt, so bewegt sich der Punkt 17 auf einer Geraden nach dem Punkt 37', wobei
die Schreibspitze 3 und der Zeiger 5 sich auf geraden Bahnen in die Stellungen 3'
bzw. 5' bewegen. In der Zeichnung ist ferner die einer Einteilung des Ausschlagwinkels
in acht gleiche Teile entsprechende Einteilung der Ablescskala 13 bzw. des Schreibstreifens
i i angedeutet.
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Eine noch etwas einfachere Anordnung erhält man, wenn man beispielsweise
nach Fig. 5 statt der gelenkigen Verbindung des Ausschlaghebels mit dem Schreiborgan
durch den Zwischenhebel 16 eine Geradführung anwendet. Zu diesem Zweck ist in Fig.
5 der mit der Drehachse i verbundene Ausschlaghebel 22 in an sich bekannter Weise
an seinem freien Ende gabelförmig gestaltet zur Aufnahme einer Rolle 23, die an
dem Schreibwagen befestigt ist. Der Schreibwagen, der ebenso wie Fit'-. q. das Schreiborgan
3 und den Zeiger 5 trägt, rollt auf der aus einem zwischen den Böcken 19
gespannten Draht 6 bestehenden Führungsschiene. Die beschriebene kinematische Verbindung
der betreffenden Glieder ist als ein Kurbelschleifengetriebe zu bezeichnen, wobei
die Kurbelschleife durch das gabelförmige Ende des Ausschlaghebels 22 gebildet wird.
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Wenn derAusschlaghebe122denvollen Ausschlagwinkel bestreicht, bewegt
sich der Mittelpunkt der Rolle 23 auf einer Geraden nach dem Punkt 23'. Die Ausführung
nach Fig. 5 ist gegenüber der nach Fig. q. insofern von Vorteil, als die Anordnung
symmetrisch aufgebaut ist und daher weniger Platz in Anspruch nimmt und weniger
Gelenkstellen enthält. Auch das Trägheitsmoment der zu bewegenden Massen ist im
allgemeinen etwas geringer. Demgegenüber steht allerdings der Nachteil, daß eine
Gleitführung vorhanden ist, deren Reibung jedoch durch Anwendung einer Rolle stark
verringert werden kann, und daß es nicht, wie bei der Anordnung nach Fig. q., in
einfacher Weise durch Gegengewichte möglich ist, die Führungsbahn von dem Gewicht
des Schreibwagens zu entlasten.
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In Fig.6 ist eine ähnliche Anordnung schematisch dargestellt, die
insofern gewissermaßen eine kinematische Umkehrung der Anordnung nach Fig. 5 darstellt,
als die Gleitbahn an dem Schreibwagen und die auf dieser geführte Rolle 24 an dem
mit der Drehachse i verbundenen Ausschlaghebel 25 angebracht ist. Auf diese Weise
erhält man ein sogenanntes Kreuzschleifengetriebe. In der Zeichnung ist angedeutet,
daß der auf der Führungsschiene 6 rollende Schreibwagen so ausgebildet ist, daß
er gleichzeitig als Gleitbahn für die 1Zolle 2q. dient. Im übrigen sind die Bewegungsverhältnisse
und dementsprechend auch die Einteilungen der Skala 13
und der Schreibfläche
i i ebenfalls die gleichen wie bei der Ausführung nach Fig. 5.
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In Fig. 7 ist dargestellt, wie es im Rahmen des Erfindungsgedankens
möglich ist, eine Anordnung mit einer Lenkergeradführung, ähnlich Fig. i, in der
Weise zu verbessern, daß die Skaleneinteilung für den Zeiger mit der Einteilung
des Schreibstreifens übereinstimmt. In Fig. 7 ist eine Geradführung des Endes 29
des Hebels q.-29 mittels eines sogenannten Evanslenkers gezeichnet. Die Anordnung,
bei der die wirksame Länge des Hauptlenkers q.-29 doppelt so groß ist als die Länge
des Gegenlenkers i-2 und .das Gelenk 2 in der Mitte des Hauptlenkers liegt, hat
bekanntlich den Vorzug, daß der Punkt 29 auf einer genau geraden Linie geführt wird.
Wenn man nun an dem auf einer Geraden sich bewegenden Ende 29 des Haupthebels einen
Halter 26 anlenkt, der beispielsweise mittels einer Rolle 27 auf der parallel zur
Bahn des geradegeführten Hebelendes 29 liegenden Führungsschiene 6 leicht aufliegt,
so wird der ganze Halter 26, der die Schreibspitze 3 und den Zeiger 5 trägt, in
allen seinen Punkten geradegeführt, so daß die Einteilungen der Skala 13 und der
Schreibfläche i i übereinstimmen. Durch .ein gegebenenfalls verstellbares Gegengewicht
28 kann auch hier der als Führungsschiene zwischen den Böcken i9 gespannte Draht
6 von dem Druck der Rolle 27 mehr oder weniger entlastet werden.
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In den Fig. q. bis 7 sind die einzelnen Konstruktionsteile nur schematisch
angedeutet, und auch die in den Zeichnungen dargestellte Lage der einzelnen Teile
zueinander kann den jeweiligen besonderen Bedürfnissen entsprechend wesentlich abweichend
gestaltet werden. Im übrigen wird es bei der konstruktiven Ausführung in vielen
Fällen zweckmäßig sein, die als einfache glatte Hebel gezeichneten Teile in .an
sich bekannter Weise an den Gelenken teilweise zu gabeln oder auf der ganzen Länge
doppelt auszuführen.
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Die Fig. 8 und 9 zeigen in zwei Ansichten, teilweise im Schnitt, die
konstruktive Ausführung einer Einrichtung, bei der entsprechend Fig.5 der Schreibwagen
durch ein Kurbelschleifengetriebe mit dem Meßsystem gekuppelt ist. Dabei ist der
Schreibwagen und damit auch der auf der Meßwerkachse i befestigte Ausschlaghebel22
in der Mittelstellung senkrecht zur Führungsbahn gezeichnet.
Das
gegaberte Ende des Ausschlaghebels 22 umgreift die in der Mitte des Wagens. 18 gelagerte
Rolle 23. Nur wenig seitlich davon sind zwei als Pillenscheiben ausgebildete Räder
30 in dem Wagengestell gelagert, die auf der als gespannter Draht ausgebildeten
Führungsschiene 6 laufen. An dem Wagengestell 18 ist der eigentliche Halter
3 1 für das das Schreiborgan bildende Tintengefäß 3 angebracht. Der Halter
3.1 dient gleichzeitig auch zur Befestigung des Zeigers 5, der so gebogen ist, daß
er die Skalenplatte 13 von unten umfaßt. Da der Schreibwagen bei dieser Ausführung
mit den beiden Rädern 30 auf einer einzigen Schiene läuft, ist er um den Krümmungsmittelpunkt
des Schienenprofils kippbar gelagert. Infolgedessen ist eine besondere gelenkige
Anordnung des das Tintengefäß tragenden Halters an dem Schreibwagen nicht erforderlich.
Vielmehr kann man die Lage des Schwerpunktes der Schreibanordnung so wählen, gegebenenfalls
durch ein besonderes einstellbares Zusatzgewicht 32, daß die Schreibspitze mit dem
für die Aufzeichnung erforderlichen Druck auf dem Schreibstreifen i i aufliegt.
Dieser wird zweckmäßig in an sich bekannter Weise durch ein nicht gezeichnetes Triebwerk
mit Hilfe eines in die Löcher i2 eingreifenden Transportrades über eine parallel
zur Schreibbahn drehbar gelagerte Führungswalze 33 gezogen.
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Wenn es auch durch das Anbringen von Laufrädern an dem das Meßorgan
tragenden Wagen möglich ist, die zum Verschieben des Schreiborgans erforderliche
Kraft wesentlich zu verringern, so.kann es doch erwünscht sein, die Reibung noch
weiter herabzusetzen. Ein bekanntes Mittel, um die Reibung von Meßwerkteilen zu
verringern, besteht darin, daß man die betreffenden Teile in Erschütterungen versetzt.
Demgemäß kann man in diesem Falle -beispielsweise die zweckmäßig aus einem' gespannten
dünnen Stahldraht bestehende Führungsschiene dadurch in leichte Schwingungen versetzen,
daß man in der Nähe des Drahtes einen kleinen mit Wechselstrom gespeisten Elektromagneten
anbringt. Der Wechselstrommagnet kann aber auch an einem der zum Spannen des Drahtes
dienenden Böcke oder an einer anderen geeigneten Stelle angebracht werden. -