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Verfahren zur Längenbestimmung Für die Zwecke einer genauenbängenbestimmung
bedient man sich in der Technik im allgemeinen der sogenannten Teilmaschinen. Diese
arbeiten mit einer Schraubenspindel, auf der eine Markiervorrichtung, im allgemeinen
ein Reißerwerk, durch Drehung der Spindel jedesmal um einen bestimmten Betrag verschoben
werden kann. Der Herstellung von Spindeln bereitet, besonders wenn die Anforderungen
an die Genauigkeit der Teilungsherstellnng wachsen, außerordentliche Schwierikeiten.
Die Genauigkeit dieses Verfahrens kann im übrigen nicht beliebig gesteigert werden,
da jede Spindel zu ihrer Betätigung eines gewissen Spiels bedarf.
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\\wenn das Spiel der gleitenden Teile geringer wird als etwa Io 8,
so ist eine einwandfreie Bewegung der Spindel nicht mehr möglich.
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Die Erfindung beruht demgegenüber auf dem grundsätzlich neuen Gedanken,
zur Längenbestimmung das Absinken oder Steigen des Spiegels einer Flüssigkeit zu
benutzen der bestimmte Mengen in der Zeiteinheit zugeführt bzw. entnommen werden.
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Es hat sich nämlich herausgestellt, daß das Messen der zu- oder abgeführten
Flussibakeitsmengen mit außerordentlicher Genauigkeit erfolgen kann, so daß bei
Anwendung von Gefäßen mit entsprechend großem Flüssigkeitsfassungsvermögen und entsprechend
großer Oberfläche der durch Messung der zu- oder abgeführten Flüssigkeitsmenge etwa
gemachte Fehler prozentual fast beliebig verkleinert werden kann. IAuf diese Weise
läßt sich also eine Genauigkeit erreichen, die noch viele Zehnerpotenzen höher geht,
als es bisher möglich erschien.
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Um bei Entnahme oder Zusatz gleicher Flüssigkeitsmengen ein gleiches
Absinken oder Steigen des Flüssigkeitsspiegels zu erreichen, ist die Verwen-
dung
eines annähernd parallelwandigen Gefäßes erforderlich. Wie jedoch eine kurze Uberschlagsrechnung
ergibt, werden an die Parallektät der Wandung keine außerordentlichen Anforderungen
gestellt, da ein geringes Abweichen hiervon, etwa um 1lio mm, bei einer Kantenlänge
des Gefäßes von ro cm, d. h. also einem Flüssigkeitsspiegel von etwa 100 qcm, sich
erst in der siebenten Stelle bemerkbar machen könnte.
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Als Flüssigkeit, deren Spiegel gehoben oder gesenkt werden soll,
wird man zweckmäßigQuecksilber benutzen. Wasser ist infolge leichter Verdunstung
nicht ratsam.
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Brauchbar wäre vielleicht noch ein vechältmsmäßig hochsiedendes Ö1,
doch ist dessen Kompressibilität unter manchen Umständen für Präzisionsmessungen
nicht so günstig. -XDielMessung,der zuzusetzenden oder abzuführenden Flüssigkeit
kann in verschiedener Weise erfolgen. Beispielsweise kann aus einer Kapillare bestimmten
Durchmessers die Flnxssiglceit zum stetigen Abtropfen gebracht werden. Die abtropfende
Menge wird in einem Gefäß aufgefangen und die in der Zeiteinheit abgetropfte Menge
durch Wägen bestimmt. Die Tropfengröße, insbesondere von Quecksilber, läßt sich
jedoch durch Regulierung der Tropfbedingungen, insbesondere Größe und Länge der
Kapillare, dem vor und hinter der Kapillare herrschenden Druck usw. mit Leichtigkeit
bis auf 1/100 genau regulieren. Somit kann die Zahl der in der Zeiteinheit sich
bildenden Tropfen ohne weiteres als Maß für das ,Steigen oder Absinken des Flüssigkeitsspiegels
dienen. Wenn der Flüssigkeitsspiegel des Gefäßes, wie oben angenommen, eine Fläche
von 100 qcm aufweist und die Tropfengröße I cbmm beträgt, so läßt sich auch ohne
große Rechnung leicht übersehen, daß das Absinken oder Steigen der Flüssigkeit durch
Messung der zu- oder abgetropften Flüssigkeit mit einer bisher unerreichten Genauigkeit
meßbar ist.
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Will man das Steigen oder Absinken des Flüssigkeitsspiegels nicht
automatisch erfolgen lassen, so kann beispielsweise in die Ablaufröhre ein Hahn
eingeschaltet werden, dessen Kücken eine genau bestimmbare, stets gleichbleibende
Flüssigkeitsmenge enthält. Durch jedesmaliges Drehen des Rückens, was auf Wunsch
auch selbsttätig erfolgen kann, wird eine bestimmte Flüssigkeitsmenge aus dem Behälter
entnommen.
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Eine andere sehr brauchbare Methode stellt die Zersetzung. der Flüssigkeit
auf elektrolytischem Wege dar. Da nach dem Coulombschen Gesetz die Menge der in
einer bestimmten Zeiteinheit durch den Strom zersetzten Flüssigkeit der Strommenge
unmittelbar proportional ist, kann durch Messung des verbrauchten Stroms auf das
genaueste die Messung der zersetzten Flüssigkeit erfolgen.
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Um das Absinken oder Steigen des Flüssigkeitsspiegels zu beobachten,
kann in einfachster Weise ein Schwimmer dienen, der sich zusammen mit dem Flüssigkeitsspiegel
hebt und senkt. Auf diesem Schwimmer können während des Hebens oder Senkens von
einer stationären Markiervorrichtung aus entsprechende Marken in bestimmten Abständen
angebracht werden, wobei das Aufbringen mechanisch, etwa durch einen Gravierstift
od. dgl., oder auch optisch mit Hilfe eines Richtstrahls erfolgen kann. Umgeloehrt
kann natürlich auch auf dem Schwimmer selbst eine Lichtquelle oder eine Markieyvorrichtung
in Gestalt eines Reißerwerkes od. dgl. angebracht sein, die bei ihrer Verschiebung
auf einer stationären Fläche entsprechende Marlçen hinterläßt.
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-Statt dessen kann auch die Änderung des Flüssigkeitsniveaus durch
Spiegelung von Licht- oder anderen Strahlen an seiner Oberfläche erkennbar gemacht
werden. Zur Erzeugung feinster Meßmarken kann man sich mit besonderem Vorteil eines
möglichst kurzweliligen Strahls, also beispielsweise eines Röntgen- oder Elektronenstrahls,
bedienen. Hierbei kann z. B. auch die Einrichtung derart getroffen sein, daß der
Schwimmer eine entsprechende Blende oder Optik trägt und durch Steigen oder Sinken
des Schwimmers das von einer verhältnismäßig breiten Lichtquelle herrührende, möglichst
scharf strich- oder punktförmig gestaltete Bild auf einer gegenüberliegenden, für
die betreffende Strahlung empfindlichen Schicht in entsprechenden Abständen wiederbaegeben
wird. Selbstverständllich sollen hiermit nur einige Ausffihrungsformen des obenerwähnten
allgemeinen siedankens angedeutet sein, ohne die tMöglichkeitien begrenzen zu wollen.-Für
Präzisionsmessungen ist es naturgemäß empfehlenswert, das Gerät völlig erschütterungsfrei
aufzustellen. Hierbei kann eine kardanische, gegebenenfalls nochmals gefederte Aufhängung
des ganzen Gefäßes von Vorteil sein. Glieichzeitig muß für Temperaturkonstanz in
dem Raum, in welchem die Messung stattfindet, gesorgt werden, da sonst die verhältnismäßig
große Volumenänderung von Flüssigkeiten bei Temperaturänderung störend in Erscheinung
treten würde.
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Um die durch die Ausdehnung der Flüssigkeit bei etwaigen trotzdem
auftretenden Temperaturschwankungen auftretende - Ungenauigkeit auszugleichen, kann
die Einrichtung in der Weise getroffen werden, daß nicht nur die zu teilende bzw.
zu messende Fläche, sondern auch die Teil- bzw.
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Meßvorrichtung ihrerseits schwimmend auf der gleichen Flüssigkeit
angeordnet wird. Wählt man für beide Schwimmeinrichtungen Gefäße mit etwa dem gleichen
Querschnitt, so wird sich eine durch Temperaturänderung bedingte bAusdehnung oder
Zusammenziehung der Flüssigkeit automatisch lcompensieren. Im übrigen ist die Wärmekapazität
des in erster Linie in Betracht gezogenen Quecksilbers eine derart erhebliche, daß
geringe Temperaturschwankungen bei Anwendung der erforderlichen großen Flüssigkeitsmenge
sich nur äußerst langsam auszuwirken vermögen.
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Das neue Verfahren eignet sich in besonders hervorragender Weise
zur Herstellung von Beugungsgittern, da es das Ziehen einer großen Anzahl von Strichen
in denkbar geringstem, stets genau gleichbleibendem Abstand voneinander auf einer
Fläche
ermöglicht. Es können jedoch auch gewöhnliche Teilungen,.
wie auf Teilmaschinen, oder andere Graduierungen erfolgen. Das folgende Beispiel
möge die Herstellung solcher Teilungen erläutern.
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Beispiel In einem verhältmsmäßig großen Gefäß mit einer Oberfläche
von 100 qcm, das etwa bis zur Höhe von 50 cm mit Quecksilber gefüllt ist und an
seinem unteren Ende eine mit einem Hahn verschließbare I(apillare von I mm Durchmesser
besitzt, ist ein verhältnismäßig großer Schwimmer angeordnet, der in seiner Breite
mindestens 4/5 der Gefäßoberfläche einnimmt. Vorteilhaft verwendet man einen Schwimmer
hohen spezifischentGewichtes, dessen Oberfläche gleichzeitig chemisch nicht angreifbar
ist. Falls keine metallischen Schwimmer angewendet werden sollen, kann man beispielsweise
solche aus Glas oder keramischem Material benutzen, die zur Erhöhung des spezifischen
C;ewichtes mit Quecksilber oder anderen schweren Körpern gefüllt werden können.
Auf diese Weise ist es möglich, das scheinbare spezifische Gewicht des Schwimmers
demjenigen der Flüssigkeit beliebig dicht zu nähern.
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Durch die Größe des Schwimmers im Verhältnis zur 'Gefäßoberfläche
wird erreicht, daß durch die Oberflächenspannung des Quecksilberrandes der Schimmer
stets von selbst in der Mitte des Unltersuchungsgefäßes gehalten wird. An der einen
Seite des entsprechend ausbalancierten Schwimmers ist eine hochpolierte Metallplatte
angeordnet. Ihr gegenüber befindet sich ein stationäres Reißerwerk, dessen mit einem
Diamanten versehener Stichel so eingerichtet ist, daß er bei jedesmaligem Einschalten
des Reißerwerkes mit einem ganz geringen Druck von etwa 1 mg an der hochpolierten
Metallfläche vorbeistreicht. Infolge der Größe und Masse des Schwimmers tritt durch
die Berührung des Reißerwerkes keinerlei Verschiebung desselben ein, zumal dem Umfang
und Gewicht des Schwimmers ja praktisch kaum Grenzen gesetzt sind. Es steht jedoch
nichts im Wege, wenn auf eine besonders gute Führung des Schwimmers im Trog Wert
gelegt wird, oberhalb und gegebenenfalls auch unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
eine Geradführung (beiE spielsweise durch Rollen) für den Schwimmer im Behälter
anzuordnen. Nach dem Öffnen des Hahnes läßt man eine Anzahl Tropfen aus dem Behälter
herausfallen, wohei die Einrichtung so getroffen ist, daß jedesmal nach Abtropfen
einer Flüssigkeitsmenge, die einem Absinken des Schwimmers um beispielsweise 10
/t entspricht, das Reißerwerk von selbst in Tätigleeit tritt und die Marlçierung
anbringt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das Auffanggefäß für die
abtropfende Menge an einer Waage befestigt ist, die bei Erreichen des entsprechenden
Gewichtes jedesmal einen elektischen Kontakt schließt, wobei gleichzeitig durch
Entleeren des Gefäßes die Vorrichtung wieder in den Anfangszustand zurückgebracht
wird. Wird diese Einrichtung zum Erzeugen von Gittern benutzt, so braucht während
der Betätigung des Reiflerwerkes in dem Abtropfen der Flüssigkeit gegebenenfalls
nicht einmal eine Unterbrechung stattzufinden, da es in diesem Falle genügt, wenn
die einzelnen Gitterstriche untereinander genau parallel sind, gleichgültig, ob
sie alle zusammen gegen die Kante des Metallstreifens ein wenig geneigt sind.
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Die geschilderte Vorrichtung kann natürlich ebensogut zum Nachmessen
von bereits fertigen Teilungen verwendet werden, indem man beispielsweise die Flüssigkeitsmenge
gravimetrisch bestimmt, die dem Abstand zweier Teilstriche auf der nachzumessenden
Teilung entspricht. iWie oben bereits nachgewiesen, ist ja die Menge der ausfließenden
Flüssigkeit ein außerordentlich genaues Maß für das Absinken des Flüssiglceitsspiegels.
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Mit der geschilderten Einrichtung lassen sich auch Kreisteilungen
herstellen. Um die Vorrichtung in dieser Weise benutzen zu können, ist es lediglich
erforderlich, daß man die Länvgsverschiebu,ng des Schwimmers etwa durch einen Draht
auf eine zentrisch zur Achse der Kreisteilmaschine angeordnete Rolle überträgt.
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PATENTANSPROCHE: I. Verfahren zurLängenbestimmung, dadurch gekennzeichnet,
daß die durch Zusetzen oder Wegnehmen einer bestimmten Flüssigkeitsmenge in einem
annähernd parallelwandigen 'Gefäß entstehende Spiegel'differenz nutzbar gemacht
wird.