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Differential -Wärmedehnungsmesser Es sind registrierende Differential-Wärmeausdehnungsmesser
bekannt, welche die Aufgabe der Dehnungsmessung von Probestäben in der Weise lösen,
daß gleichzeitig die Dehnung des Probestabes und die eines bereits geeichten Vergleichsstabes
aufgezeichnet wird. Dies erfolgt mit Hilfe eines Dreifußes, von dessen drei Spitzen
sich zwei auf die äußersten Enden der beiden genannten Stäbe stützen, während die
dritte Spitze sich nicht verschieben kann. Die Einrichtung ist so getroffen, daß
die Ausdehnung der Stäbe eine Drehung des Dreifußes um zwei aufeinander senkrechte
Achsen hervorruft, wobei die Drehung in der einen Achse proportional der Ausdehnung
des Wärmeeichstabes, die in der zweiten Achse aber proportional der Differenz der
Ausdehnungen des untersuchten Probestabes und des Eichstabes ist. Ein an dem Dreifuß
befestigter Zeiger beschreibt infolgedessen selbsttätig eine Kurve, deren Koordinaten
die genannte Differenz der Dehnung des Probestabes gegenüber der Dehnung des auf
gleiche Temperatur gebrachten Eichstabes bzw. die Dehnung des Eichstabes selbst
sind, wobei die letztere als Abszissenachse dient und die gemeinsame Temperatur
der beiden Stäbe angibt.
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Bei den bekann wn Ausführungen wird mit einem optischen Zeiger und
mit photographischer Aufzeichnung der Meßkurve gearbeitet.
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Eine derartige Vorrichtung weist jedoch eine Reihe von Nachteilen
auf, die nach der Erfindung in erster Linie dadurch beseitigt werden, daß eine mechanische
Schreibvorrichtung verwendet wird, mit deren Hilfe die gesuchte Kurve unmittelbar
und selbsttätig auf einer Papierfläche aufgezeichnet wird. Durch diese Einrichtung
wird die Bauart des Meßgerätes einfacher und widerstandsfähiger. Im Betrieb wird
es billiger, weil das für die Niederschrift der Meßkurve verwendete Papier weniger
Kosten verursacht, als etwa photographische Platten oder lichtempfindliches Papier.
Es ist auch nach der Erfindung nicht nötig, zur Cberwachung des @ erlaufes des Versuches
noch ein Pvrometer zu Hilfe zu nehmen. Die Kurve entsteht sichtbar vor den Augen
des Beobachters, so daß er nicht, wie bei dein optischenVerfahren, erst den Abschluß
des Versuches und die Entwicklung des Lichtbildes abzuwarten braucht, sondern in
jedem Augenblick erforderlichenfalls eingreifen kann, z. B. indem er die Wärmezufuhr
unterbricht, wenn ein charakteristischer oder kritischer Punkt des Versuches bzw.
der Kurve überschritten ist; auch könnte es vorkommen, daß unv orhergesehenermaßen
der Ausschlag des Zeigers so groß zu werden droht, daß eine Aufzeichnung auf der
zur Verfügung stehenden Fläche nicht möglich wäre. Im Gegensatz zum optischen Verfahren,
bei dem erst nach Entwicklung das Mißlingen des Versuches erkennbar wird, besteht
hier die Möglichkeit, einzugreifen, indem dem Zeiger so nachgestellt wird, daß der
weitere Verlauf der Kurve im Schreibfeld verbleibt. Aus allen diesen Gesichtspunkten
ergibt sich eine wesentliche Zeitersparnis bei
den üblichen ausgedehnten
Versuchsreihen, außerdem aber auch aus dem Grunde, weil infolge der ständigen Beobachtungsmöglichkeit
der Kurve die Niederschrift in dem Augenblick unterbrochen werden kann, sobald eine
bestimmte Beobachtung erfolgt ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Abb. i ist ein Seitenriß, Abb. 2 ein Aufriß und Abb. 3 ein Grundriß des erfindungsgemäßen
Dehnungsmessers. Abb.4 zeigt die die Probestücke enthaltenden Rohre im Schnitt,
Abb. 5 eine Ansicht der Abb.4; Abb. 6 ist eine Einzelheit in Stirnansicht und zeigt
die die Wand durchdringenden Quarzstangen. Abb. 7 ist eine Unteransicht der Grundplatte;
Abb.8 zeigt die die Dehnungen übertragenden Hebel in Stirnansicht; Abb.9 ist ein
Schnitt längs der Linie 9-9 der Abb. 8; Abb. io zeigt in Stirnansicht die Hebel
und den Dreifuß, der ihre Bewegungen verbindet; Abb. ii ist ein Schnitt durch den
Dreifuß, Abb. 12 eine schematische Darstellung der elektrischen Einrichtung für
die hin und her gehende Bewegung der das Registrierblatt tragenden Tafe Der Probestab
E, und der Eichstab EI sind in Quarzröhren T" T.= (Abb. 4) eingeschlossen.
Diese Röhren werden gleichzeitig in .einem elektrischen Ofen erhitzt, und die Ausdehnungen
der Probestücke werden mittels der Ouarzstangen t,, t, auf die Vergrößerungseinrichtung
übertragen. Die Quarzrohre T1, T, sind an einer lotrechten Platte i befestigt, die
an der waagerechten Grundplatte 2 des Dehnungsmessers angebracht ist, und die Quarzstangen
t1, t, durchdringen die Platte i (Abb. 5). Das Ende oder die Kappe dieser Stangen
legt sich gegen die Stoßstangen 3 und .4 (Abb. 3, 5), . die in einer Muffe 5 geführt
sind. Auf der Platte i ist mittels der Füße i und 8 (Abb. 2, 6, 8) ein Gestell 9
angebracht, das man in Abb.8 von Vorn und in Abb. 9 im Schnitt sieht. Dieses Gestell
trägt vier einstellbare Anschläge io, die längs zweier paralleler Linien angeordnet
sind und gegen welche sich die Spitzen und p,, P2' der Hebel L,, L, (Abb. 8 bis
io) stützen. Diese Hebel tragen in ihren Mittelteilen Spitzen i i und 12, gegen
welche sich die Stoßstangen 3 und ,4 legen (Abb. 2 und 9). Andererseits endigen
die Hebel L1, L., in zwei Klötzchen g1, g, aus gehärtetem Stahl. Eine Feder,
wie z. B. 13 in Abb. 2, hält jeden der Hebel Lt, L.; an seiner Stelle.
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Die Hebel L, L., sind somit um die Verbindungslinien der Spitzen p,,
p,' bzw. p,, p,' schwenkbar und bilden .eine erste Vergrößerungseinrichtung, indem
die Klötzchen g,, g, am Ende dieser Hebel sich um einen der Dehnung je eines Probestückes
El, E, proportionalen Betrag Verschieben. Diese Dehnungen werden mittels eines Dreifußes
B (Abb.9 bis i i), der mit drei in Form eines rechtwinkligen Dreieckes angeordneten
scharfen Spitzen a1, a." a. versehen ist, zusammengesetzt. Die Spitze a, am Scheitel
des rechten Winkels ruht in einer kleinen Pfanne 0 in der Mitte des Klötzchens g=
(Abb. 8). Die Spitze a3 stützt sich auf die sorgfältig polierte ebene Fläche des
Klötzchens g,. Die Spitze al endlich greift in eine waagerechte Nut ,im Stahlklotz
1I (Abb. i i) ein, der auf dem an der Platte i angebrachten Träger 14 befestigt
ist (Abb. 2). Diese Nut und die Pfanne 0, die in der Verlängerung derselben angeordnet
ist, verhindern jede Drehung des Dreifußes in seiner eigenen Ebene. D,ie Federn
r1, r." r" (Abb. io und i i) sichern die Berührung zwischen den verschiedenen Bestandteilen.
Eine Nadel A, die in einer mit Glycerintinte benetzten Feder P endet, ist in den
Dreifuß B eingesetzt, und zwar senkrecht zur Ebene der drei Spitzen a" a." d3 (Abb.
2 und 3).
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Die dreizinkige Gabel 30 (Abb. 6) ist ein Keil, den man während
der Dehnung unter die Kappen der Stangen t1, t, schiebt. Dieser Keil begrenzt die
Verschiebung der Gleitstücke nach links und bewahrt den Dreifuß B vor .allzu großen
Winkelausschlägen.
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Wenn die Probestücke sich ausdehnen, so vollführt der Dreifuß eine
aus zwei Drehungen zusammengesetzte Bewegung zu der festen Spitze a,; die eine Drehung,
die um die waagerechte Achse a,, a, erfolgt, ist proportional der Differenz
der Dehnungen der beiden Probestücke; die zweite, die Drehung um eine lotrechte
Achse durch a,, ist proportional der Dehnung des Eichmaßstabes. Auf diese Weise
beschreibt das Ende der Feder P die Differentialdehnungskurve auf einer Kugelfläche
mit dem Mittelpunkt a,.
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Es handelt sich nun darum, diese sphärische Kurve auf einem ebenen
Blatt Papier zu registrieren und dabei Reibungen auszuschließen, die der Genauigkeit
der Aufzeichnung abträglich wären. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, das
Blatt auf einer Tafel D anzubringen, die von einem auf den Schienen 15 und 16 des
Sockels :2 beweglichen Schlitten G getragen wird (Abb. 2, 3), der eine hin und her
gehende Be«egung senkrecht zur mittleren Richtung der Nadel q beschreibt.
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Die Feder ist am Ende eines Rohres C befestigt, das auf der Nadel
A gleiten kann; dieses Rohr steht unter der Wirkung einer Feder R, die das Rohr
gegen den Anschlagstift b drückt (Abb. 2).
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Die Amplitude der hin und her gehenden Bewegung des Schlittens G ist
so bemessen, daß die Feder außer Berührung mit der "Tafel D kommt, sobald der Schlitten
am Ende
seines Weges angelangt ist; wenn aber die Tafel sich in
Abb. 2 nach links verschiebt, so trifft sie die Feder P und schiebt das Rohr C auf
der Nadel A zurück, wobei ein Punkt auf dem Papier eingetragen wird. Die Kurve wird
somit von einer Reihe von Punkten gebildet, die einander genügend nahe sind, um
eine fortlaufende Linie zu bilden.
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Da nach jeder Eintragung eines Punktes die Berührung zwischen Feder
und Papier unterbrochen wird, ist die Einstellung der Nadel A unbeeinflußt von einer
Reibung der Feder am Papier.
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Um der Tafel die hin und her gehende Bewegung zu erteilen, kann man
eine beliebige mechanische Vorrichtung verwenden, z. B. einen durch Uhrwerk oder
einen Elektromotor betätigten Exzenter. Vorteilhaft ist z. B. die folgende auf der
Dehnung eines Drahtes beruhende Vorrichtung.
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Die Tafel D wird von einem Haken U (Abb. 12 und 2) bewegt, der mit
einem unter der Grundplatte 2 angeordneten Hebel K verbunden ist (Abb. 7 und i2).
Dieser Hebel ist um eine lotrechte Achse 1-1, 1I' sch«enkbar, Am Ende
TV des Hebels K ist ein Draht F befestigt, dessen anderes Ende an einer Stellschraube
l;'' festgemacht ist. Um den Platz zu sparen, ist der Draht F um eine Rolle r i
geführt, so daß die wirksame Länge des Drahtes annähernd gleich der doppelten Länge
der Grundplatte 2 ist. Dieser Draht F besteht aus einer Eisen-Nickel-Chromlegierung
von großer Wärmedehnung und großer Zähigkeit in der Hitze. Er kann durch einen elektrischen
Strom erhitzt werden, dessen Unterbrechen und Schließen durch einen Quecksilber-Tropfenunterbrecher
1 erfolgt. Dieser Unterbrecher ist um eine waagerechte Achse O schwenkbar. Die Schwenkbewegung
wird durch einen Arm S bewirkt, der starr mit dem Hebel K verbunden ist. Am Ende
dieses Armes S ist eine Stellschraube h angeordnet, die auf den mit dem Unterbrecher
1 verbundenen Arm Q-X einwirkt. Eine Feder N, deren freies Ende an dem Haken U angreift,
hält den Draht F andauernd gespannt. Der Unterbrecher 1 und die Stellschraube V'
sind mit zwei Klemmen 18, i9 verbunden, an die eine beliebige Stromquelle gelegt
wird (Abb. i2).
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Durch den Strom erhitzt sich der Draht F und dehnt sich aus. Die Längenänderung
wird durch den Hebel K vergrößert auf den Halten U übertragen, und die Tafel
D trifft unter dem Einfluß der Feder N auf die Feder P.
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Diese Bewegung bewirkt aber eine Schwenkung des Quecksilberunterbrechers
I, dessen Arm Y von der Stellschraube V betätigt wird, und der Stromkreis wird unterbrochen.
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Der Draht erkaltet und zieht sich zusammen, der Schlitten wird bis
zu dem Punkt zurückgezogen, wo der Unterbrecher I von neuem geschlossen wird, worauf
sich das Spiel wiederholt.
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Die Stellschrauben Z' und V' gestatten die Amplitude der hin und her
gehenden Bewegung und die Mittellage ihres Hubes in bezug auf die Spitze der Feder
P zu regeln.
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Die Bewegung erfolgt geräuschlos und regelmäßig. Außerdem gestattet
die beschriebene Vorrichtung, die Zeit auf den Differentialdehnungskurven zu vermerken.
Wird nämlich der den Dehnungsantrieb speisende elektrische Strom durch einen. Zeitunterbrecher
gesteuert, z. B. alle fünf Minuten für eine Minute unterbrochen, dann setzt sich
die Kurve aus isochronen Stücken zusammen, deren Länge die Zeitdauer von vier Minuten
bedeutet, während der Zwischenraum zwischen ihnen einer Minute entspricht.