Nessgerät mit einer Arbeitsfeder, deren Deformation durch messwertabhängige innere Nr äfte hervorgerufen wird. Tu Fig. 1 ist ein bekanntes Messgerät mit einer spiralig gewundenen Arbeitsfeder und mit Anzeigewerk dargestellt. Es bedeutet a die das Druckmittel zuführende Rohrleitung, b die spiralige Feder mit den Quadranten 1-2, 2-3...... 13-14. c ist das Feder endstück, an dem das Verbindungsstück d an gelenkt ist.
Dieses Verbindungsstück wirkt alsdann unmittelbar wie gezeichnet oder auch mittelbar durch eine Räderübersetzung auf den Zeiger e. Die Zugstange d ist geschnitten dargestellt, um die durch die Zugstange über tragene Kraft P anschaulich darzustellen. Wird die Arbeitsfeder dieses Gerätes durch inneren Überdruck gestreckt und über die Elastizitätsgrenze hinaus beansprucht, so er leidet erfahrungsgemäss zunächst der Bogen 1-2 bleibende Formänderungen. Unter einer Überbeanspruchung streckt sich dieser Bogen vom Punkte 1 ausgehend bleibend, während die Verformungen der übrigen 'feile der Ar beitsfeder noch im elastischen Gebiete bleiben.
Diese örtliche Gefährdung der Arbeits feder bei Überbeanspruchungen zeigt, dass die Arbeitsfeder nicht ihre günstigste Anord nung besitzt. Es ist daher zu fordern, dass die Arbeitsfeder längs ihres ganzen Bogens gleichmässig beansprucht wird.
Die Ursache dieser ungleichmässigen Be anspruchung liegt in folgendem: Durch die Einzelkraft P entsteht in den Querschnitten der Arbeitsfeder ein über die Länge wechselndes Biegungsmoment. Dieses Biegungsmoment ist in Fig. 2 dargestellt, wo bei die Kurve 30 den Wert des Biegungs- momentes in der Y-Achse gemessen, längs der in der X-Achse abgewickelten Feder zeigt. Im Bogen 1-2 hat das Biegungsmoment seinen kleinsten Wert.
An der Stelle 1 ist es Null. Wenn der üblicherweise ovale oder ähn lich geformte Querschnitt der Arbeitsfeder b, Fig. 1, nunmehr durch Innendruck auf Auf blähen beansprucht wird, so gibt die Feder diesem Innendruck an den Stellen zuerst nach, wo das Biegungsmoment seinen gering- sten Wert hat. Das ist die Stelle 1. Hier setzt also naturnotwendig das Aufblasen der Feder ein.
Man könnte dieser Erscheinung dadurch entgegenwirken, dass man die zu übertragende Kraft P klein hält. Dieser Weg ist aber nicht in allen Fällen gangbar. Sollen beispielsweise elektrische Kontakte, Kippschalter oder der gleichen betätigt werden, so muss eben eine Kraft übertragen werden, die nicht beliebig verkleinert werden kann. Diese Erwägungen, die an dem 3lessgerät mit einer spiraligen Ar beitsfeder angestellt sind, gelten in gleicher Weise für kreis- und schraubenförmig ge wundene Federn, wie sie bei Manometern, me chanischen Flüssigkeitsthermometern oder bei Federn von Verbundmetallthermometern (Bi metallthermometern) Verwendung finden.
Die Erfindung betrifft ein Messgerät mit einer Arbeitsfeder, deren Deformation durch messwertabhängige innere Kräfte hervor gerufen wird. Erfindungsgemäss ist zwischen der Arbeitsfeder und der anzutreibenden Welle eine kinematische Übertragungsvor richtung angeordnet, die, abgesehen von Ge wichtswirkungen, nur ein reines Kräftepaar überträgt. Auf diese Weise wird das in der Arbeitsfeder wirkende Biegungsmoment zu einer Konstanten längs der ganzen gestreck- ten Länge der Arbeitsfeder, wie das in Fig. 2 mit der strichpunktierten Geraden 31 ange deutet ist.
Zur Bewegungsübertragung kann eine Kreuzgelenk- oder Oldham-Kupplung ver wandt werden. Soll der Einfluss der Tempera tur auf den Inhalt der Arbeitsfeder ausge glichen werden, so kann die Kupplung ganz oder teilweise aus Verbundmetall (Bimetall) bestehen.
Ausser den obengenannten Vorzügen be sitzt das erfindungsgemässe Messgerät auch noch den Vorteil, dass die spezifische Richt- kraft, das ist die den Winkelausschlag er zeugende Kraft, wesentlich grösser wird als bei der bisher bekannten Übertragung. Ein weiterer Vorteil besteht infolge der gleich mässigen Belastung der Feder darin, dass die Skalenaufteilung vollkommen gleichmässig wird. Die erfindungsgemäss ausgebildeten Messgeräte brauchen daher nicht mehr von Hand justiert zu werden, es genügt vielmehr, wenn sie nur an zwei Punkten geeicht sind.
Es kann eine gedruckte oder mit Hilfe von Schablonen hergestellte, einheitliche Skala Verwendung finden, die nach den beiden ge eichten Punkten ausgerichtet wird. Falls ein Zeiger vorhanden ist, wird derselbe dann auf allen Zwischenpunkten die richtige Einstel lung haben.
Die beispielsweisen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar jeweils eine Ausführungsform in Fig. 3 bis 5, Fig. 6 bis 8 und Fig. 9 und 10.
Es bedeutet in Fig. 3 bis 5 a die das Druckmittel zuführende Rohrleitung, b die Arbeitsfeder. An dem äussern Ende dieser Ar beitsfeder ist starr befestigt und fest einge spannt ein Bügel h, der mit dem Längs schlitz o versehen ist. In den Längsschlitz o des Bügels greifen die Zapfen m der in Fig. 5 in perspektivischer Ansicht dargestellten Kupplungsscheibe<I>i</I> ein. Die Zapfen<I>n</I> dieser Kupplungsscheibe<I>i</I> greifen in die Nut<I>p</I> der den Zeiger tragenden Welle k, die im Lager 1 gelagert ist, ein.
In Fig. 3 bis 5 kreuzen sich die durch die Achse der Zapfen m gehende Achse I-I und die durch die Achse der Zapfen n gehende Achse II-II senkrecht zueinander. Die Win kelübertragung ist dabei verzerrungsfrei. Diese verzerrungsfreie Übertragung bleibt auch bei schiefwinklig gekreuzten Achsen er halten. Hier wird jedoch die Bewegung des Schwerpunktes der Kupplungsscheibe i un gleichförmig.
Auch wird bei schiefwinklig bekreuzten Achsen I-I und II-11 die Be wegung der Kupplungsscheibe relativ zu der abtreibenden Welle grösser als bei senkrecht gekreuzten Achsen 1-I und II-II.
Kinematisch ist die Verbindung eine Kreuzgelenk- oder Oldham-Kupplung. Jede Winkeländerung in der Lage des Bügels h überträgt sich dadurch ohne Verzerrung auf die Welle k. Die Kreuzgelenkkupplung über trägt dabei von der Feder auf die anzutrei- berede Welle k ein reines Kräftepaar, wenn man von den unbedeutenden Gewichtswir kungen der Kupplungsscheibe absieht.
Bei dem in Fig. 6 und 7 dargestellten Bei spiel ist die Arbeitsfeder spiralig von aussen nach innen gewickelt. Es bedeutet wieder a die das Druckmittel zuführende, fest einge spannte Rohrleitung, b die Arbeitsfeder, die mit ihrem innern Ende an einen Zapfen 2e aasgelenkt ist. Der Zapfen trägt in einer Quer- bohrung fest den Stift <I>v,</I> der in Bohrungen<I>q</I> der zylindrischen Hülse w eingreift. Diese Hülse w ist in Fig. 8 noch besonders heraus gezeichnet. Sie besitzt an der rechten Seite Schlitze s.
In diese Schlitze s greift ein Stift z, der in eine Querbohrung der den Zeiger tra genden Welle x eingesetzt ist. Die Welle x ist in dem Lager y geführt. Bei der Defor mation der Feder verdreht dieselbe den Zap fen u. Auch hier wird, abgesehen von Ge- wichtswiikungen, nur ein reines Kräftepaar übertragen.
Eine besondere Ausbildung kann die Kupplungshülse w dann erfahren, wenn eine zusätzliche Beeinflussung durch die Aussen temperatur gewünscht ist. Da ist zum Bei spiel bei Quecksilber-Federthermometern der Fall, wo man den Einfluss der Temperatur der Umgebung auf den Quecksilberinhalt der Arbeitsfeder auszugleichen wünscht. Es kann aber auch bei Manometern der Fall sein, um den Einfluss einer unterschiedlichen Aus dehnung der Werkteile auszugleichen. In diesen Fällen kann das Kupplungsstück 20 durch ein Stück t nach Fig. 9 ersetzt werden.
Dieses Stück ist in der in Fig. 9 gezeichneten Art geformt; Fig. 10 zeigt die Abwicklung desselben. Das Kupplungsstück ist aus zwei besonderen temperaturempfindlichen Bau elementen 20, 21, also aus Verbundmetall (z. B. Teil 21 aus Nickel-Eisen mit 25 % Ni und Teil 20 aus Nickel-Eisen mit<B>36%</B> Ni) hergestellt. Nimmt man an, dass zunächst die beiden Hauptachsen durch die Bohrungen q und die Schlitze s senkrecht aufeinander stehen, so werden sich diese Hauptachsen bei höherer Temperatur gegeneinander in einen andern Phasenwinkel neigen.
Dadurch ist also der Phasenwinkel zwischen Antrieb und Ab trieb von der Temperatur der Umgebung ab hängig. Die verzerrungsfreie Winkelübertra gung von dem Zapfen u, Fig. 7, auf die Welle x, Fig. 7, wird durch eine solche Winkel änderung nicht beeinflusst, wie bereits oben dargelegt.
Selbstverständlich kann die Beeinflussung des Kupplungsstückes durch die Temperatur auch auf andere Weise als gezeichnet ge schehen.
Measuring device with a working spring, the deformation of which is caused by measured value-dependent internal forces. Tu Fig. 1 is a known measuring device with a spirally wound working spring and with an indicator. It means a the pipeline supplying the pressure medium, b the spiral spring with quadrants 1-2, 2-3 ...... 13-14. c is the spring end piece on which the connector d is articulated.
This connecting piece then acts directly as shown or also indirectly through a gear ratio on the pointer e. The pull rod d is shown in section in order to clearly show the force P transmitted by the pull rod. If the working spring of this device is stretched by internal overpressure and stressed beyond the elastic limit, then experience has shown that initially the arches 1-2 suffer permanent changes in shape. When overstressed, this arc extends from point 1 permanently, while the deformations of the remaining 'file of the Ar beitsfeder still remain in the elastic area.
This local hazard to the work spring when it is overstressed shows that the work spring does not have its most favorable arrangement. It is therefore necessary that the working spring is stressed evenly along its entire arc.
The cause of this uneven loading lies in the following: The individual force P creates a bending moment that changes over the length in the cross-sections of the working spring. This bending moment is shown in FIG. 2, where curve 30 shows the value of the bending moment measured in the Y axis, along the spring unwound in the X axis. The bending moment has its smallest value in arc 1-2.
At position 1 it is zero. If the usually oval or similarly shaped cross section of the working spring b, FIG. 1, is now stressed by internal pressure to inflate, the spring first gives way to this internal pressure at the points where the bending moment has its lowest value. This is point 1. Here, naturally, the inflation of the spring begins.
This phenomenon could be counteracted by keeping the force P to be transmitted small. However, this path is not feasible in all cases. If, for example, electrical contacts, toggle switches or the like are to be actuated, a force must be transmitted that cannot be reduced at will. These considerations, which are made on the 3less device with a spiral working spring, apply in the same way to circular and helically wound springs, such as those used in pressure gauges, mechanical fluid thermometers or in the springs of composite metal thermometers (bi-metal thermometers).
The invention relates to a measuring device with a working spring, the deformation of which is caused by internal forces that are dependent on the measured value. According to the invention, a kinematic transmission device is arranged between the working spring and the shaft to be driven, which, apart from Ge weight effects, only transmits a pure couple of forces. In this way, the bending moment acting in the working spring becomes a constant along the entire extended length of the working spring, as indicated in FIG. 2 by the dash-dotted straight line 31.
A universal joint or Oldham coupling can be used to transmit movement. If the influence of the temperature on the contents of the working spring is to be compensated for, the coupling can consist entirely or partially of composite metal (bimetal).
In addition to the advantages mentioned above, the measuring device according to the invention also has the advantage that the specific directional force, that is the force generating the angular deflection, is significantly greater than with the previously known transmission. Another advantage, due to the even load on the spring, is that the scale division is completely even. The measuring devices designed according to the invention therefore no longer need to be adjusted by hand; rather, it is sufficient if they are only calibrated at two points.
A printed or stenciled, uniform scale can be used, which is aligned with the two ge calibrated points. If there is a pointer, it will then have the correct setting at all intermediate points.
The exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing, specifically one embodiment in each case in FIGS. 3 to 5, FIGS. 6 to 8 and FIGS. 9 and 10.
It means in Fig. 3 to 5 a the pipeline supplying the pressure medium, b the working spring. At the outer end of this work spring is rigidly attached and firmly clamped a bracket h, which is provided with the longitudinal slot o. The pins m of the clutch disc shown in a perspective view in FIG. 5 engage in the longitudinal slot o of the bracket. The pins <I> n </I> of this clutch disk <I> i </I> engage in the groove <I> p </I> of the shaft k which carries the pointer and which is mounted in the bearing 1.
In FIGS. 3 to 5, the axis I-I passing through the axis of the pins m and the axis II-II passing through the axis of the pins n cross perpendicular to one another. The angle transmission is distortion-free. This distortion-free transmission is retained even with axes that are crossed at an oblique angle. Here, however, the movement of the center of gravity of the clutch disc i un becomes uniform.
With axes I-I and II-11 crossed at an oblique angle, the movement of the clutch disc relative to the output shaft is greater than with axes 1-I and II-II crossed at right angles.
Kinematically the connection is a universal joint or Oldham coupling. Any change in angle in the position of the bracket h is thus transmitted to the shaft k without distortion. The universal joint coupling transfers a pure couple of forces from the spring to the shaft k to be driven, if one disregards the insignificant effects of the weight of the coupling disc.
In the case of the game shown in Figs. 6 and 7, the working spring is spirally wound from the outside inwards. It means again a the pressure medium supplying, firmly clamped pipeline, b the working spring, which is articulated with its inner end to a pin 2e. The pin carries the pin <I> v </I> firmly in a transverse bore, which engages in bores <I> q </I> of the cylindrical sleeve w. This sleeve w is particularly drawn out in FIG. It has slots on the right side.
In these slots s engages a pin z which is inserted into a transverse bore of the shaft x carrying the pointer. The shaft x is guided in the bearing y. In the defor mation of the spring the same twisted the Zap fen u. Here, too, apart from weight effects, only a pure couple of forces is transmitted.
The coupling sleeve can be given a special design if an additional influence from the outside temperature is desired. This is the case with mercury spring thermometers, for example, where one wishes to compensate for the influence of the temperature of the environment on the mercury content of the working spring. But it can also be the case with pressure gauges in order to compensate for the influence of different expansion of the work parts. In these cases the coupling piece 20 can be replaced by a piece t according to FIG.
This piece is shaped in the manner shown in Figure 9; Fig. 10 shows the development of the same. The coupling piece is made of two special temperature-sensitive construction elements 20, 21, i.e. made of composite metal (e.g. part 21 made of nickel-iron with 25% Ni and part 20 made of nickel-iron with <B> 36% </B> Ni) manufactured. If one assumes that initially the two main axes through the bores q and the slots s are perpendicular to one another, then these main axes will incline towards one another at a different phase angle at a higher temperature.
As a result, the phase angle between drive and output is dependent on the temperature of the environment. The distortion-free angular transmission from the pin u, FIG. 7, to the shaft x, FIG. 7, is not influenced by such an angle change, as already explained above.
Of course, the temperature can also affect the coupling piece in other ways than shown.