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Einrichtung zur Steuerung der Verschiebung eines universal angelenkten
Bauteils Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung der Verrllckungoder
Verschiebung eines universal angelenkten Bauteils, welches einer Kraft unterliegt,
die das Bauteil um seine Universalanlenkung dreht, so daß eine bestimmte Verrtlckung
oder Verschiebung in Abhängigkeit von der angelegten Kraft auftritt.
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Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Einrichtung in einem Meßgerät
zur Ermittlung der Geschwindigkeit und/ oder der Richtung des Windes verwendet werden,
welches einerseits ein universal angelenktes Bauteil umfaßt, das dem Wind so ausgesetzt
ist, daß es durch die dadurch über der Universalanlenkung angreifende Kraft verschoben
wird, und andererseits eine Einrichtung, die die durch die Verschiebung hervorgerufenen
Kräfte auf ein zweites universal angelenktes Bauteil überträgt, das als Anzeiger
oder Stellmarke dient.
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Es ist schon ein Meßgerät zur Ermittlung des einen oder der beiden
Parameter des Windes, nämlich der Windrichtung und der Windgeschwindigkeit vorgeschlagen
worden. Bei diesem Gerät wird ein Bauteil dem Wind ausgesetzt, das der durch den
Wind hervorgerufenen Kraft einen Widerstand entgegensetzt.
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Dieser Widerstand wirkt immer in der der Windrichtung entgegengesetzten
Richtung. Das Bauteil kann allseitig gedreht werden. Die Winkelverschiebung um die
Drehachse wird von Fühlern abgegriffen, die in Übereinstimmung mit der Größe und
Richtung der Verschiebung Signale liefern. Mindestens eine Anzeigeeinrichtung wird
durch die Signale gespeist, um wenigstens einen dieser Parameter anzuzeigen. Ein
solches Gerät wird als bereits vorgeschlagenes Windanzeigegerät" bezeichnet.
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Ziel der Erfindung ist eine Einrichtung zur Steuerung der Verrückung
oder Verschiebung eines universal angelenkten Bauteils, das in einer Windanzeigevorrichtung
oder für ähnliche Zwecke benutzt werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Einrichtung zur Erzeugung
einer Rückstellkraft gegen die Winkelverschiebung eines in allen Richtungen um seine
Universalanlenkung aus einer zentralen Stellung universal angelenkten Bauteils,
das länglich ausgebildet ist und sich weg von der Anlenkung erstreckt, vorgesehen,
daß das erste Ende eines Zugglieds mit dem einen Ende des universal angelenkten
Bauteils verbunden ist, so daß es sich erzwungen um die Universalanlenkung mit der
Winkelverschiebung des universal angelenkten Bauteils bewegt, daß das vom ersten
Ende und von der Universalanlenkung sich wegerstreckende Zugglied mit seinem zweiten
Ende gegen die Winkelbewegung um die allgemeine Drehachse festgehalten
ist,
daß das Zugglied eine Federeinrichtung umfaßt oder davon beaufschlagt wird, daß
die Universalanlenkung und das erste und zweite Ende des Zugglieds auf einer geraden
Linie liegen, wenn das universal angelenkte Bauteil in seiner zentralen Stellung
ist, so daß jede Verschiebung des universal angelenkten Bauteils aus seiner zentralen
Stellung in irgendeine Richtung die Federeinrichtung spannt und so zumindest einen
Teil der Rückstellkraft auf das allseitig drehbare Bauteil erzeugt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Universalanlenkung
des universal angelenkten Bauteils mit einer ringförmigen Buchse oder Membran aus
biegsamem und federndem Material versehen ist, deren äußerer Rand in einer festen
Fassung liegt, und deren innerer Rand so mit dem universal angelenkten Bauteil verbunden
ist, daß eine Winkelbewegung des Bauteils die Buchse oder die Membran verformt und
dadurch zumindest einen Teil der Rückstellkraft auf das Bauteil erzeugt.
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Es ist auch vorteilhaft, daß das Zugglied zwischen dem Bauteil und
einer festen Verankerung vorgesehen ist, daß die Drehachse des Bauteils und die
feste Verankerung auf gegenüberliegenden Seiten der Verbindung des Zugglieds mit
dem Bauteil liegen, und daß diese miteinander und mit der Verbindung auf einer Linie
liegen, wenn sich das Bauteil in seiner zentralen Stellung befindet.
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In einer anderen Aus führungs form der Erfindung ist vorgesehen,
daß das eine Ende des Bauteils in einem Röhrchen gleitend gelagert ist, das von
einem Kardansystem gehalten ist und sich von diesem getrennt in der Richtung seiner
Achse
befindet, und daß am einen Ende des Röhrchens das Zugglied
befestigt ist, das eine Federung umfaßt oder daran angebracht ist, die sich bei
einer Bewegung des Bauteils aus der zentralen Stellung zunehmend spannt.
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Schließlich besteht auch eine Weiterbildung der Erfindung in einer
Vorrichtung zur Ermittlung der Windgeschwindigkeit und/oder der Windrichtung mit
einer Meßeinrichtung und einer Anzeigeeinrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist,
daß das universal angelenkte Bauteil der Meßeinrichtung ein dem Wind ausgesetztes
Teil umfaßt, daß das universal angelenkte Bauteil als Anzeiger der Anzeigeeinrichtung
mit einer Anzeigeskala für die Windgeschwindigkeit und/oder für die Windrichtung
verbunden ist, und daß die Verschiebung des Anzeigers in Größe und Richtung mit
Hilfe einer Ubertragungseinrichtung durch die Verschiebung des universal angelenkten
Bauteils der Meßeinrichtung bestimmt ist.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit zwei Ausbildungsformen
der Erfindung anhand der Figuren.
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Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Meßeinrichtung
und der Anzeigeeinrichtung einer Vorrichtung zur Ermittlung der Richtung und Geschwindigkeit
des Windes, wobei ein Teil des Gehäuses der Meßeinrichtung aufgebrochen wurde; Fig.
2 einen vergrößerten Schnitt der Meßeinrichtung; Fig. 3 einen Schnitt 3-3 durch
den Gegenstand der Fig. 2;
Fig. 4 einen Schnitt 4-4 durch den Gegenstand
der Fig. 2; Fig. 5 eine Draufsicht auf die Anzeigeeinrichtung; Fig. 6 einen senkrechten
Schnitt durch die in der Fig. 5 dargestellte Anzeigeeinrichtung; Fig. 7 einen vergrößerten
Schnitt 7-7 des Gegenstandes der Fig. 6.
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Die Vorrichtung besteht, wie in der Fig. 1 dargestellt, aus einer
mit Hilfe einer Klammer 11 in ein Gehäuse eingepaßten Meßeinrichtung 10, die sich
in einer dem Wind ausgesetzten Lage befindet, und aus einer Anzeigeeinrichtung 12,
die sich im Abstand von der Meßeinrichtung 10 befindet3 und mit dieser, wie weiter
unten noch erläutert wird, verbunden ist.
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Die Meßeinrichtung umfaßt ein längliches Gehäuse 13, das gewöhnlich
aus Metall besteht und im Schnitt kreisrund ausgebildet ist. Das Gehäuse 13 ist,
wie dargestellt, mit seiner Achse senkrecht montiert. An seinem oberen Ende hat
das Gehäuse 13 eine kreisrunde ordnung. In dieser ist eine biegsame Auflage 14 für
einen Stab 15 montiert, auf dessen oberem Ende ein Bauteil angebracht ist, das dem
Wind ausgesetzt ist, dessen Stärke und Richtung zu messen sind. Das Bauteil kann,
wie in den Figuren dargestellt, ein Hohlzylinder 17 sein, der von einem Führungskörper
16 getragen wird, welcher mit dem Stab 15 verbunden ist. Die Auflage 14 umfaßt eine
Buchse 14a (Fig. 2) aus elastischem Material, die auf ihrem inneren Umfang mit einer
Metallhülse 14b verbunden ist, welche fest auf dem Stab 15 anliegt, und die mit
ihren äußeren Kanten zwischen zwei Metallplatten 14c eingespannt ist, die
sie
im Gehäuse 13 festhalten. Der Stab 15 trägt im Innern des Gehäuses 13 ein Gegengewicht
18 und ist an seinem unteren Ende über ein Zugglied in der Form einer gewickelten
Zugfeder 19 mit einer am Gehäuse angebrachten Verankerung 21 verbunden. Die Verankerung
21 befindet sich in einer solchen Lage, daß sie auf der Achse des Stabes 15 liegt,
wenn dieser in seiner zentralen Stellung ist.
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Der Stab 15, der Führungskörper 16, der Hohlzylinder 17 und das Gegengewicht
18 bilden zusammen das universal angelenkte Bauteil.
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Die Anzeigeeinrichtung umfaßt eine Grundplatte 22, einen Zylindermantel
23 und einen durchsichtigen Aufsatz 24. Der Zylindermantel 23 ist zwischen die Grundplatte
22 und die Kante des Aufsatzes 24 geklemmt. Dies kann durch Stangen 25 (vgl.
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Fig. 6) geschehen, deren mit Gewinde versehene Enden durch Löcher
in der Grundplatte 22 und im Aufsatz 24 reichen, und auf denen Muttern vorgesehen
sind.
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Eine Nadel 26, die sich um einen auf der A se des Zylindermantels
23 gelegenen Punkt allseitig drehen kann, und so ein universal angelenktes Bauteil
darstellt, wirkt auf Markierungen des durchsichtigen Aufsatzes 24. Diese Markierungen
bestehen aus konzentrischen Kreisen 27, die eine Skala für die Windgeschwindigkeit
darstellen, und aus radialen Linien 28, die die Skala für die Windrichtung sind.
Die Nadel 26 wird durch eine biegsame und federnde Membran gehalten, die sich in
einem Ring 29 befindet. Der Ring 29 ist starr mit einer weiteren Grundplatte 31
verbunden, die si<'1- im Abstand oberhalb von der Hauptgrundplatte 22 befindet.
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Eine Verschiebung oder Verrückung des Stabes 15 aus seiner zentralen
Lage durch einen auf den Hohlzylinder 17
einwirkenden Winddruck
wird durch im Gehäuse 13 angeordnete Fühler aufgenommen, welche die Signale zu entsprechenden
angetriebenen Elementen in der Anzeigevorrichtung 12 weiterleiten, um die Nadel
26 zu bewegen. Es kann Jede Kombination von Fühlern und angetriebenen Elementen
verwendet werden, die geeignet ist, die Nadel 26 in eine solche Richtung abzulenken,
die mit einer Verschiebung des Hohlzylinders 17 immer in derselben Beziehung steht,
und sie in einem solchen Ausmaß abzulenken, das vom Verschiebungswinkel des Hohlzylinders
17 abhängt. Als Beispiel für eine geeignete Einrichtung sind in der Meßeinrichtung
10 drei flexible Bälge 32 (Fig. 1, 2 und 3) vorgesehen, Ihre Achsen weisen radial
in gleichen Winkelabständen vom Stab 15 weg. Die äußeren Enden der Bälge 32 werden,
wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt, im Gehäuse 13 in festen Lagen gehalten. Ihre
inneren Enden sind mit dem Stab 15 verbunden. thnliche angetriebene Bälge 33 sind,
wie in den Fig. 1 und 6 dargestellt, in der Anzeigeeinrichtung 12 vorgesehen. Ihre
Achsen sind parallel zum Zylindermantel 23.
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Sie sind zwischen einer ringförmigen Platte 34, die mit der weiteren
Grundplatte 31 fest verbunden ist, und einem Ring 35 angeordnet. Der Ring 35 bildet
den äußeren Ring eines Kardansystems, dessen innerer Ring 36 auf dem festen Ring
35 angebracht ist. Jeder Balg 32 ist durch einen biegsamen Schlauch 40 mit einem
der Bälge 33 verbunden. Die Bälge und Schläuche sind mit Luft gefüllt. Eine Volumenänderung
eines Balgs 32 aufgrund einer Verschiebung des Stabes 15 bewirkt eine entsprechende
Volumenänderung im verbundenen Balg 33.
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Wie in der Fig. 6 dargestellt, ist am Ring 35 ein Arm 37 eines L-förmigen
Bauteils befestigt, dessen anderer Arm 38 unter den Ring 29 reicht und ein Röhrchen
39 trägt, dessen unteres Ende geschlossen ist, und in dem ein kugelförmiges
Ende
41 der Nadel 26 gleitend gelagert ist. Wenn die Nadel 26 parallel zur Achse des
Zylindermantels 23 ausgerichtet ist, dann liegt der Ring 35 in einer parallelen
Ebene zu den Grundplatten 22 und 31.
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Ein Zugglied 42 in der Form eines im wesentlichen nicht dehnbaren
Fadens ist mit seinem einen Ende in der Mitte des unteren geschlossenen Endes des
Röhrchens 39, und mit seinem anderen Ende an dem einen Ende einer Blattfeder 43
befestigt, die unter der Grundplatte 31 vorgesehen ist, radial nach außen weist,
und mit ihrem anderen Ende durch eine Schraube 44 mit der Grundplatte 31 verbunden
ist. Die Blattfeder 43 übt eine nach unten gerichtete Kraft auf das Zugglied 42
aus, die mit der Ablenkung der Nadel 26 aus ihrer zentralen Lage anwächst.
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Mehrere im Abstand angeordnete Widerlager in der Form von Stellschrauben
45 für die Blatt feder 43 sind in Gewindelöchern der Grundplatte 31 vorgesehen,
so daß durch die Einstellung der Stellschrauben 45 die Blattfeder 43 so ausgerichtet
werden kann, wie sie durch eine Spannung im Zugglied 42 ausgelenkt wurde. Dadurch
wird die Wirkung der Feder erhöht.
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Die Nadel 26 wird, wie in der Fig. 6 dargestellt, für eine Universalanlenkung
durch eie elastische Membran 46 gehalten. Die Nadel 26 hat einen verJüngten Aufsatzzapfen,
der durch ein Loch in der Mitte der Membran 46 geht. Die äußeren Teile der Membran
46 werden von der Endfläche 47 eines ringförmigen Absatzes auf der Unterseite des
Ringes 29 gegen eine Deckplatte 48 gehalten. Die äußeren Teile der Membran 46 haben
vorzugsweise solche Abmessungen in bezug auf den ringförmigen Absatz, daß die Membran,
obwohl dicht gelagert, keinen radialen oder axialen Drücken oder Spannungen ausgesetzt
ist. Die allgemeine Drehachse der Nadel 26 liegt in der Langsrichtung
der
Nadel, zwischen der Ebene des Kardansystems und dem kugelförmigen Ende 41 der Nadel
26. Die Nadel 26 kann anstelle der Membran ein Kugelgelenk aufweisen. Die BUckstellkraft
wird dann nur durch die Blattfeder 43 über das Zugglied 42 au wirkt.
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Es ist allgemein bekannt, daß die auf einen starren Körper, wie den
Hohlsylinder 17, durch ein flüssiges oder gasförmiges Medium, das relativ zum Körper
bewegt ist, ein wirkende Kraft im wesentlichen proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit
des Mediums ist, so daß, wenn die Winkelverschiebung des Hohlzylinders 17 mit der
auf ihn einwirkenden Kraft in einer linearen Beziehung steht, und wenn die Nadel
26 im selben Ausmaß wie der Hohlzylinder 17 bewegt wird, die Bewegung der Nadel
26 bei einem gleichen Anwachsen der Windgeschwindigkeit für kleine Windgesohwindigkeiten
von der Bewegung der Nadel 26 bei großen Windgeschwindigkeiten betrSchtlich verschieden
iat Die Kr 27 auf dem Aufsatz 24 sind daher im Zentrum des Aufsatzes zusammengedrngt
und liegen am Rand weiter voneinander entfernt.
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Es ist daher wünschenswert, daß die Beziehung zwischen der auf den
Hohlzylinder 17 einwirkenden Kraft des Windes und der Bewegung der Nadel 26 gesondert
wird, so daß die Bewegung der letzteren für eine gegebene änderung der Kraft des
Windes abniinrnt, Je weiter der Hohlylinder 17 von seiner zentralen Lage entfernt
i2Ft.
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Ein Zugglied, das selbst federnd ist, oder das mit einer Feder ausgestattet
ist, welches eine anwachsende Belattung auf den Stab 15 oder die Nadel 26 gibt,
wenn diese aus ihrer zentralen Lage entfernt werden, lierert einen Widerstand
gegen
die Winkelverschiebung des Stabes 15 oder der Nadel 26. Dieser Widerstand kann in
Jeder gewünschten Art mit der Verschiebung geändert werden.
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Die Verwendung einer elastischen Membran oder Buchse, die durch die
Bewegung des Stabes 15 oder der Nadel 26 ausgelenkt wird, liefert ebenfalls einen
Widerstand gegen die Winkelverschiebung, der mit der Verschiebung in Jeder gewünschten
Art geändert werden kann.
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Wegen der Wirkung der Zugfeder 19 und der Auflage 14 wächst deshalb
die Verschiebung des Hohlzylinders 17 mit der Windgeschwindigkeit langsamer als
mit dem Quadrat der Windgeschwindigkeit an. Wegen der Wirkung des Zugglieds 42 und
der Membran 46 bewegt sich weiterhin die Nadel 26 für ein gegebenes Signal von der
Meßeinrichtung über einen von der Winkelbewegung des Hohlzylinders 17 abhängigen
Winkel, der mit wachsender Winkelbewegung des Hohlzylinders 17 abnimmt. Die Bewegung
der Nadel 26 kann daher mit der Ist-Geschwindigkeit des Windes in eine nahezu lineare
Beziehung gebracht wurden. Daher können die Markierungen für die Windgeschwindigkeit
auf dem Aufsatz 24 vom einen Ende der Skala bis zum anderen nahezu gleiche Abstände
haben.
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Um die anfängliche Belastung der Zugfeder 19 ausrichten zu können,
besteht die Verankerung 21 aus einem mit einem Gewinde versehenen Stab, der mit
einem Gewinderohr 49 (Fig. 2) verbunden ist, das in einer geeigneten Lage am Gehäuse
13 befestigt ist. Das Zugglied kann, anstelle als gewA lte Zugfeder 19 oder als
anderes derglied, auch als nlcht-dehnbarer Draht, Faden oder Paser ausgebildet sein.
Winkelverschiebungen
des Hohlzylinders 37 und die daraus resultierende
Verschiebung des Zuggliedes rufen im Zugglied eine Spannung hervor. Wenn das Zugglied
selbst federnd ist, dann wird eine Rückstellkraft sowohl durch die Dehnung des Zugglieds
als auch durch die axiale Formänderung der elastischen Auflage 14 dank der anwachsenden
Spannung bewirkt. Ist das Zugglied selbst aber im wesentlichen nicht dehnbar, dann
wird die Rückstellkraft allein durch die axiale Formveränderung der Auflage 14 erzeugt.
Die Rückstellkraft ändert sich in beiden Fällen mit der Winkelverschiebung.
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Um die Nadel 26 in eine wirklich zentrale Lage zu den Markierungen
des Aufsatzes 24 der Anzeigeeinrichtung 12 bringen zu können, ist die Verbindung
zwischen dem Zugglied 42 und der Blattfeder 43 einstellbar. Wie in der Fig. 6 dargestellt,
kann das Zugglied 42 mit einem Gleitstück 51 verbunden sein, das in Langsrichtung
auf der Blattfeder 43 gleitet.
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Die Blattfeder 43 kann um die Schraube 44 drehbar gelagert sein.
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Im aufgestellten Zustand muß der Hohlzylinder 17 so zur Nadel 26
ausgerichtet sein, daß sich der Hohlzylinder 17 in seiner zentralen Lage befindet,
wenn die Nadel 26 in ihrer zentralen Lage ist. Da die Bälge 32 mit den Bälgen 33
verbunden werden, nachdem die Meßeinrichtung aufgestellt wurde und so irgendeinem
Windstoß ausgesetzt wird, ist in vorteilhafter Weise eiiie Einrichtung vorgesehen,
die den Hohlzylinder 17 in seiner zentralen Lage hält, bis die Verbindungen zwischen
den Bälgen durch die Schläuche 40 hergestellt sind.
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Wie in den Fig. 2 und 4 dargestellt, umfassen diese Einrichtungen
zwei Fanghaken 52, die drehbar am Gewinderohr 49 angebracht sind und gewölbte Teile
53 haben. Jeder Fanghaken
umfaßt zwei Bogen, zwischen denen eine
im wesentlichen V-förmige Nut 54 liegt. Auf die Fanghaken 52 wirken Federn 55, die
sie normalerweise in dem in den Fig. 2 und 4 dargestellten Abstand halten, und Einrichtungen,
die sie aufeinander zu bewegen, so daß die gewölbten Teile 53 einander überlappen
und das untere Ende des Stabes 15 in der Öffnung der beiden Nuten geführt ist. Die
Bogen der gewölbten Teile 53 greifen dabei mit ihrem äußeren Ende an die Innenwand
des Gehäuses 13 und zentrieren so den Stab 15 und den Hohlzylinder 17.
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Die Fanghaken 52 können aufeinander zugetrieben werden, wenn Luft
in aufblasbare Balge 56 eingefüllt wird, von denen Jeder zwischen einem Fanghaken
52 und der Wand des Gehäuses 13 liegt. Zu den Bälgen 56 führen Schläuche 57, die
mit einem Blasbalg oder einer anderen Einrichtung verbunden sind, um Luft durch
die Schläuche 57 zu zwängen. Der Blasbalg befindet sich in der Nähe der Anzeigeeinrichtung
12.
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Die Fühler (Bälge 32) der Meßeinrichtung 10 und die Antriebselemente
(Bälge )3) der Anzeigeeinrichtung 12 sind tatschlich druck- und temperaturabhängig.
Änderungen dieser Größen rufen Veränderungen des Luftdrucks der Bälge hervor.
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Die oben beschriebene Vorrichtung gleicht sich unter den Annahmen,
daß die beiden Parameter für die drei Bälge 32 die gleichen sind, daß die beiden
Parameter für die drei angetriebenen Bälge 33 die gleichen sind, und daß die beiden
Parameter für die drei Schläuche 40 die gleichen sind, selbst dann aus, wenn die
beiden Parameter für die drei Abschnitte der Vorrichtung verschieden sind. Gewöhnlich
sind die beiden auf Jeden Abschnitt des Systems einwirkenden Parameter zumindest
im wesentlichen gleich. Um die Gefahr eines Verlusts dieser Einheitlichkeit zu verringern
sind das Gehäuse 13 und das durch
die Grundplatte 22, den Zylindermantel
23 und den Aufsatz 24 gebildete Gehäuse abgedichtet und durch ein Rohr verbunden,
so daß innere Druckunterschiede ausgeglichen werden. Als weiterer Schutz können
die Schläuche 40 in einer dichten Rohreinheit geführt werden, deren Enden in der
Fig. 1 mit 58 bezeichnet sind. Diese Rohreinheit 58 dient als das die Gehäuse verbindende
Rohr.
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Die Nadel 26 kann durch einen Lichtstrahl ersetzt werden, wobei auf
der Membran 46 ein Teil aufliegt, das auf der Seite der Membran 46 gegenüber zum
kugelförmigen Ende 41 eine Lichtquelle oder einen Spiegel trägt, der Licht von einer
festen Lichtquelle reflektiert.
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Jede der beschriebenen Einrichtungen kann in der Meßeinrichtung und/oder
Anzeigeeinrichtung benutzt werden.