DE892682C - Verfahren zur Laengenbestimmung - Google Patents

Verfahren zur Laengenbestimmung

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DE892682C
DE892682C DEH5998D DEH0005998D DE892682C DE 892682 C DE892682 C DE 892682C DE H5998 D DEH5998 D DE H5998D DE H0005998 D DEH0005998 D DE H0005998D DE 892682 C DE892682 C DE 892682C
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liquid
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DEH5998D
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Inventor
Johannes Dr Heidenhain
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Firma Wenczler and Heidenhain
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Firma Wenczler and Heidenhain
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/02Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring length, width or thickness

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Level Indicators Using A Float (AREA)

Description

  • 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.
  • \\wenn das Spiel der gleitenden Teile geringer wird als etwa Io 8, so ist eine einwandfreie Bewegung der Spindel nicht mehr möglich.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Als Flüssigkeit, deren Spiegel gehoben oder gesenkt werden soll, wird man zweckmäßigQuecksilber benutzen. Wasser ist infolge leichter Verdunstung nicht ratsam.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • -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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigen oder Fallen eines Schwimmers durch eine stationäre Markiereinrichtung kenntlich gemacht wird.
    3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Steigen oder Fallen des Flüssigkeitsniveaus durch Spiegelung eines von einer stationären Quelle ausgesandten Strahls markiert wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Wahl äußerst kurzwelliger Strahlen. wie z. B. Röntgen- oder Elektronenstrahlen.
    5. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der zu-oder abfließenden Flüssigrkeitsmenge nach der Zahl der eine bestimmte Größe aufweisenden Tropfen erfolgt.
    6. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Absenken des Flüssigkeitsspiegels durch elektrolytische Zersetzung einer bestimmten Flüssigkeitsmenge mit einem gemessenen Strom erfolgt.
    7. Verfahren nach Anspruch I, gekennzeichnet durch die Wahl von Quecksilber.
    8. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß mit der Flüssigkeit, deren Spiegel gehoben oder gesenkt werden soll, erschütterungsfrei und in einem temperaturkonstanten Raum aufgestellt ist.
    9. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Markierungsvorrichtung auf einer Flüsskgl<eit schwimmend an- geordnet wird, wobei vorteilhaftArt und Menge der Flüssigkeit die gleiche ist wie die, welche den zu teilenden oder zu messenden Gegenstand trägt.
    IO. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, zur Herstellung- von Gitterteilungen, dadurch gekennzeichnet, daß über eine an einem schweren Schwimmer befestigte, hochpolierte Metallplatte jedesmal nach Absinken oder Heben des Flüssigkeitsspiegels um einen. bestimmten Betrag ein Reißerwerk hinülbergeführt wird.
DEH5998D 1943-01-22 1943-01-22 Verfahren zur Laengenbestimmung Expired DE892682C (de)

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