-
Anordnung an Meßinstrumenten mit einer Torsionsfeder als Richtkrafterzeuger
Bei
allen McDinstrumcnten ist eine Richtkraft erforderlich, die für jeden Punkt der
Skala die Gegenkraft zur ablcnkenden Kraft der Meßgröße liefert.
-
Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Eichung und somit auch jeder
vorgenommenen Messung ist von der trnverallderlichkeit und Reproduzierbarkeit der
Eigenschaften der Richtkraft abhängig. Eine fehlerhafte Funktioii der Richtkraft
läßt sich nur durch Vergleichsmessullgen ermitteln, mit Ausnahme des Sonderfalles,
bei dem die Kraft der MclJgriil'K: Null wird. Aus diesem Grund ist die Nullpunktsichcrheit
als gesonderter Begriff gebräuchlich geworden.
-
Werden mechanische Federn als Richtkrafterzeuger für Meßinstrumente
verwendet, so ist ihre I ignung für diesen Zweck abhängig von der Auswahl des Materials,
der Formgebung und der Befestigung der Federenden.
-
Die Federform mit der höchsten Ausnutzung der elastischen Materialeigenschaften
bei geringstem Eigengewicht ist die Torsionsfeder, bei der die Endquerschnitte eines
Stabes, mit der Längsachse als Drehpunkt, gegeneinander verdreht werden. Eine allgemeine
Verwendung dieser Federform wurde bisher durch die Schwierigkeit der Befestigung
der Federenden behindert.
-
Die Erfindung erstrebt eine Verbesserung der Meßillstrumente durch
Verwendung von Torsionsfedern, bei denen durch ihre Formgebung die Befestigungsschwierigkeiten
behoben sind. Gemäß der Erfindung hat die Torsionsfeder, welche als Richtkraft erzeuger
für das Anzeigeorgan dient, an den Befestigungsstellen eine Querschnittsform, die
eine möglichst hohe Torsionsfestigkeit hat, und die Querschnittsform ist zwischen
den Befestigungsstellen so geändert, daß sich dort eine möglichst geringe Torsionsfestigkeit
ergibt, so daß die Übergangszonen vom elastisch beanspruchten zum elastisch nicht-
beanspruchten
Federteil im Federmaterial und außerhalb der Befestigungsstellen liegen.
-
Die Zeichnung, die in allem schematisch gehalten ist, zeigt in den
Fig. 1 bis 5 bekannte Ausführungsanordnungen solcher Torsionsfedern, während die
Fig. G ein erstes und die Fig.7 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulichen:
Die Befestigung der Enden von Torsionsfedern im Instrument kann durch Löten oder
Klemmen erfolgen. In Fig. 1 ist eine solche Lötbefestigung dargestellt. I ist die
Torsionsfeder, die mit rundem Querschnitt angenommen ist. 2 ist der Teil des Instruments,
in dem das Ende der Torsionsfeder be-Eestigt ist. 3 ist das Lot. Bei einer Torsion
der Feder, wie sie beim Spielen des Anzeigeorgans des Instruments entsteht, erfolgt
an der Stelle 4 eine Verformung des Lotmetalls, deren Größe vom Verdrehungswinkel
und dem Unterschied der Festigkeitsziffcrn des Lot- und des Federmaterials abhängig
ist. Da zu jeder Feder zwei Befestigungsstellen gehören, d. h. die Feder an beiden
Enden eingespannt ist, verdoppelt sich der durch diese Verformung entstehende Fehler,
und er tritt bei der sog. Spannbandaufhängung vervielfacht in Erscheinung. Ein Meßinstrument
mit einer solchen Federbefestigungsart ist daher immer mit einer elastischen Hysteresis
behaftet, die nur durch Verlängerung der Feder herabgesetzt werden könnte, wofür
aber mit Rücksicht auf die Dimensionierung des ganzen Instruments Grenzen bestehen.
-
In Fig. 2 ist eine Klemmbefestigung dargestellt.
-
Hier ist der Federdraht 1, der wieder runden Querschnitt bat, in ein
entsprechendes Loch des Befestigungsteils 2 des Instruments eingeklemmt. Abgesehen
davon, daß bei den verwendeten Durchmessern (max. 0,03 mm) die Herstellung einer
Klemmstelle in der gezeichneten guten Fassung praktisch nicht möglich ist ist es
auch bei Annahme einer mechanisch vollkommenen Ausführung augenscheinlich, daß an
der Stelle 4 ein mehr oder weniger tief gehendes Verrutschen in der Drehrichtung
der dort liegenden Drahtpartie unter Obenvindung der Klemmreibung eintritt, so daß
der gleiche Fehler resultiert wie bei der geschilderten Lotbefestigung.
-
Wird statt eines runden Querschnitts für die Torsionsfeder ein rechteckiger
genommen, d. h. ein Band statt eines Drahtes verwendet, so ergibt sich für die Befestigung
wohl der Vorteil, daß eine Beanspruchung eines Bekstigungsmaterials wie beim Löten
bzw. ein Verrutschen wie beim Klemmen nicht mehr eintreten kann, der Fehler wird
aber nur gemildert und nicht behoben, da die Unsicherheit der Zahl der Berührungspunkte
zwischen der Oberfläche des Bandes und derjenigen des Loches im Instrumententeil
verbleibt. Dies ist. durch Fig. 3 illustriert.
-
Dort ist 5 das Federband und 2 wieder der Befestigungsteil des Instruments.
Da bei den erforderlichen Bandabmessungen (o,ol X o,oo5) eine planparallele Anlage
der Oberflächen aneinander nicht erreichbar ist, ergibt sich etwa eine Anlagestelle,
wie sie in Fig. 3 stark vergrößert bei 6 angedeutet ist. Es wurde hier schon versucht,
eine Verbesserung durch Einlegen kurzer Bandstücke, wie in Fig. 4 durch 7 angedeutet
zu erzielen; der Erfolg war jedoch gering und entsprach nicht dem Aufwand.
-
Bei Bändern als Torsionsfedern ergibt sich aber eine neue Fehlerquelle,
denn bei derart kleinen Abmessungen lassen sich solche Bänder nur durch Auswalzen
eines dünnen Drahtes herstellen und trotz genauester Herstellung und Lagerung der
Walzen gelingt es praktisch nicht, Unebenheiten und Exzentrizitäten in der Grölienordnung
etwa von 1/ooo mm zu vermeiden. Die Folge davon ist, wie Fig. 5 übertrieben zeigt,
etxva eine Form der Breitseite 8 des Bandes, die nicht nach einer Geraden verläuft.
Der Fehler läßt sich bei der Breite des Bandes von nur o, X mm oder noch Weniger
mit bloßem Auge nicht erkennen, es ergeben sich aber bei der Verwendung eines solchen
Bandes als Torsionsfeder lknickeffekte, die an gewissen Stellen der Skala eine störende
Unsicherheit der Einstellung des Anzeigeorganes des Instrumentes bewirken. Dieser
Fehler könnte gemildert werden wenn das Band möglichst kurz gehalten wird, was aber
wieder den eingangs geschilderten Nachteil elastischer Hysteresis zur Folge haben
würde.
-
Wählte man dagegen eille mittlere Federlänge, so wäre man wieder in
der konstruktiven Durchbildung des Meßinstrumelltes behindert.
-
Erfindungsgemäß wird null eine Torsionsfeder 8, die nach Fig. 6 kreisrunden
Grundquerschnitt hat, verwendet, die mit ihren Enden in den llefestigungs. teilen
3 des Instrumentes eingelötet oder eingeklemmt oder auch durch Punktschweißung befestigt
ist. Zwischen diesen eingespannten Enden ist die Feder annähernd auf ihrer ganzen
Länge durch eine Flachpressung 9 im Querschnitt verformt. Diese Flachpressung g
kaml sowohl vor dem Einspannen der Feder in die Teile 3, als wie auch nach dem erfolgten
Einspannen angebracht werden Eine solche Feder hat den bekannten gegenüber den großen
Vorteil, daß die elastischen Verformungen und Beanspruchungen bei der Torsion nur
in dem flachgepreßten Teil der Feder auftreten, während die eingespannten Enden
der Federn an der Torsion nicht teilnehmen, so daß bei Lötung keine Verformung von
Lotmaterial und bei Klemmung kein Verrutschen der am Rand der Befestigung liegenden
Federstellen eintritt und die Festigkeitsdaten des Federmaterials allein als Richtkraft
für das Anzeigeorgan des Instrumentes gültig bleiben. Durch ein solches Flachpressen
ist auch eine höhere Verdichtung des Materials erzielbar, wie etwa durch Ziehen
oder Walzen, und die Herstellung gerader Bandkanten ist leicht möglich, weil das
zu benutzende Werkzeug nur einmal mit planparallelen Preßbacken ausgerüstet werden
muß und jederzeit ein Nachstellen des Werkzeuges erfolgen kann.
-
Sollten Torsionsfedern größerer Länge in Frage kommen, so könnten,
wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt, mehrere Flachpressungen 9 zwischen
Grundquerschnitten 8 der Feder vorgesehen sein.
-
Die Querschnittsform an den Befestigungsstellen kaml statt rund auch
eckig sein.
-
Mit der Anordnung gemäß der Erfindung lassen sich Meßinstrumente
bauen, die frei sind von jeder Unsichesrheit des Nullpunktes bzw. der Zeigereinstellung
vmd die keine Unstetigkeit der Skalenteilung haben und keine elastische Nachwirkung
oder Hysteresis zeigen.
-
Es ist an sich bekannt, daß bei den zur Werkstoffprüfung gebräuchlichen
Torsionsstäben die Übergangszonen vom elastisch beanspruchten Teil zum elastisch
nicht beanspruchten Teil außerhalb der Befestigungszonen liegen. Bei diesen Stäben,
die im allgemeinen erhebliche Kräfte zu übertragen gestatten, besitzt der elastisch
beanspruchte Teil einen gleichförmigen, jedoch geringeren Querschnitt als die verdickten
Einspannenden. Dagegen ist bei der erfindungsgemäßen Torsionsfeder für Meßinstrumente
der Querschnitt des beanspruchten 'Mittelteils nicht gegenüber den Einspannenden
verringert, sondern lediglich seine Form ist so verändert, daß sich dort eine möglichst
geringe Torsionsfestigkeit ergibt.
-
PATENTANSPROCHE: 1. Anordnung an Meßinstrumenten mit einer Torsionsfeder
als Richtkrafteræuger, bei der die Übergangszonen vom elastisch beanspruchten Teil
zum elastisch nicht beanspruchten Teil außerhalb der Befestigungsstellen liegen,
dadurch gekennzeichnet, daß durch Veränderung der Querschnittsform des elastisch
beanspruchten Teils die Torsionsfestigkeit desselben verringert ist.