Beutel- und Membranmeßdose. Von Dr.-Ing. Friedrich Rode.Der Verfasser hat die Arbeit vor dem Kriege begonnen und die Versuche noch gerade vor seiner Einberufung in das Heer abschließen können. Die Zusammenstellung hat er vom Felde aus angefertigt. Kurz nach seiner Promotion ist er auf dem Felde der Ehre am 7. Mai 1916 gefallen.Ich glaube es dem Andenken des Verstorbenen schuldig zu sein, durch diesen Auszug aus seiner Dissertation auf die wertvolle Arbeit aufmerksam zu machen.Dr. K. Schreber, Aachen, Maschinenlaborat. der K. T. H. (Aus dem Maschinenlaboratorium der Kgl. Technischen Hochschule Aachen.) RODE: Beutel- und Membranmeßdose. Einleitung. Ein sehr bequemes Instrument zum Messen von Kräften ist die Meßdose, welche in erster Linie von Martens auf der Versuchsanstalt in Berlin-Lichterfelde ausgebildet worden ist. Martens hat sie wesentlich zum Messen von starken Kräften angewendet. Da sie die für die Messung wechselnder, namentlich schwankender Kräfte sehr empfehlenswerte Eigenschaft hat, sich selbsttätig einzustellen, ohne, wie die Federwage, zu ermüden, so ist es in gewissen Fällen vom Vorteil, sie auch für schwache Kräfte auszubilden. Textabbildung Bd. 332, S. 35 Abb. 1. Beutelmeßdose mit hohlem Deckel und Boden Ein solches Bedürfnis lag im Maschinenlaboratorium der Techn. Hochschule Aachen vor, in welchem zur Messung der Arbeit sowohl von Wärmekraftmaschinen wie auch vieler Arbeitsmaschinen, namentlich Pumpen Pendeldynamo und Pendelmotor benutzt werden.Langer und Finzi, Z. d. V. d. I. 1914 S. 41. Die hierbei bisher angewendete Meßdose hatte eine äußerst einfache Gestalt (Abb. 1). In einem flach ausgehölten Holzboden lag ein linsenartiger Gummibeutel, der in der Mitte seiner Unterfläche einen Schlauchansatz hatte. Für diesen Ansatz war im Boden eine Durchbohrung vorgesehen. Auf die Linse wurde ein ähnlich wie der Boden ausgeholter Deckel gelegt, in dessen mit Eisen verstärkter Mitte der Krafthebel mit einer Körnerspitze angreift. Der Gummibeutel ist hergestellt, indem zwei Gummiplatten an ihrem Rand zusammengeklebt sind, so daß dadurch eine etwas verstärkte Naht entsteht (Abb. 2). Textabbildung Bd. 332, S. 35 Abb. 2. Versuchseinrichtung. Da aus dem Gebrauch der Meßdose bekannt war, daß der nichtgeführte Deckel mannigfachen Lagenänderungen beim Belasten unterworfen ist, so mußte zunächst darauf Bedacht genommen werden, die Deckelbewegungen verfolgen zu können. Diese Bewegungen setzen sich zusammen aus einer senkrechten Lagenänderung – im folgenden „Deckelweg“ genannt – und einer wagerechten Verschiebung nach beliebiger Richtung. Um beide Bewegungsarten unabhängig voneinander messen zu können, wurde folgende Einrichtung getroffen. An einem aus Profileisen hergestellten Gerüst (Abb. 3), auf welchem unten die Meßdose steht, sind über dem Umfang des Meßdosendeckels in gleichen Abständen drei Gehänge nach Abb. 4 angebracht. An der Feder f hängt zunächst ein kleiner Käfig, auf dessen Fläche h sich die Schneide eines um z drehbaren Zeigers stützt. Durch diese Schneidenlagerung ist bewirkt, daß sich der Zeiger praktisch unabhängig von seitlichen Deckelverschiebungen einstellen kann. Der Zeiger spielt vor der Skala S. Er läuft dort in eine dünne Zunge aus, welche 1/10 der 1 mm breiten Skalenteilung schätzen läßt. Die Ablesung erfolgt auf einem Kreisbogen um den Zapfen z, wodurch das Hebelverhältnis a/b immer dasselbe bleibt. Ueber die Eichung der Zeigerwerke wird weiter unten berichtet. Textabbildung Bd. 332, S. 36 Abb. 3. Versuchseinrichtung. Am Käfig hängt ein Stahldraht von 1 mm ?, welcher am Ende zur Vorspannung der Feder das Gewicht g trägt. In dieses Gewicht ist zur genauen Längeneinstellung eine Oese i eingeschraubt, deren Schneide in das kleine Häkchen am Deckelrand eingehängt wird. Die Anbringung dieser drei Zeigerwerke ist aus dem Bild der Versuchsanordnung (Abb. 3) gut zu erkennen. Die Abmessungen des Zeigerwerks sind so getroffen, daß die durch seitliche Deckelverschiebung auftretenden Fehler in der Anzeige des Deckelweges innerhalb der Beobachtungsfehler fallen. Die Genauigkeit der Ablesung des Deckelweges ist 1/25 mm. Die Einstellung der Zeigerwerke geschah mit Hilfe der Schrauben s so, daß die Zeiger bei freihängender Vorrichtung vor dem unteren Teil der Skala alle drei möglichst auf gleichem Teilstrich standen. Bei der Eichung wurde folgendermaßen verfahren. Textabbildung Bd. 332, S. 36 Abb. 4. Deckelwegeinzeiger. Eine Mikrometerschraube war in einem kleinen Gestell (Abb. 5) befestigt, welches mit dem Haken k in die Schneide der Oese i eingehängt werden konnte. Damit aber dieses Gewicht den Zeigern nicht schon einen erheblichen Ausschlag erteile, konnte zur Entlastung der Federn die gleich schwere Hülse l von den Gewichten g abgehoben werden (Abb. 4). Die Mikrometerschraube fand bei der Eichung einen Stützpunkt in der Vertiefung des Bügels m. Es konnten nun die Angaben der Zeiger in Skalenteilen mit den Verschiebungen der in 1/100 mm geteilten Schraube verglichen werden. Die drei Zeigerwerke stimmten so gut überein, daß mit dem Mittelwert der Uebersetzung 1 : 5,09 gerechnet werden konnte. Eine gegen Ende der Versuche vorgenommene Wiederholung der Eichung ergab eine mittlere Uebersetzung von 1 : 5,08. Textabbildung Bd. 332, S. 36 Abb. 5. Zur Eichung der Deckelweganzeiger. Ebenso ergab sich auch für den Federmaßstab aller drei Federn derselbe Wert, der während der Versuche ebenfalls ungeändert blieb. Es entspricht 1 mm Deckelweg, wenn man die Kräfte aller drei Federn zusammen zählt, da sie ja stets zusammen tätig sind, im Mittel bei Beginn der Versuche 51,78 und beim Schluß 51,60 g. Aus der bei den späteren Versuchen festgestellten Nulllage und dem Zeigerausschlag bei Belastung der Meßdose konnte die Federspannkraft immer berechnet werden. Unter Belastung der Meßdose ist im folgenden immer die angehängte Last abzüglich der Tragkraft der Federn verstanden. Die wagerechten Verschiebungen des Deckels wurden mit zwei um 90° versetzten Schrauben m (Abb. 6) von ½ mm Steigung verfolgt. Der Umfang des Schraubenkopfes war in fünf gleiche Teile geteilt. Verschiebt sich der Deckel nicht genau in der Achsenrichtung der Schraube, so ist die Verschiebung um die Strecke ds zu groß gemessen. Die vorkommenden Verschiebungen senkrecht zur Schraubenachse sind im Verhältnis zum Deckeldurchmesser aber so klein, daß das Maß ds für die Ermittlung der Deckelverschiebung nicht in Frage kommt. Es beträgt bei 3 mm Verschiebung senkrecht zur Schraube erst wenige hundertstel mm; in der Abb. 6 ist der Deckelradius stark verkleinert angenommen. Die Verschiebung v des Deckels ist dann die Hypothenuse des aus den beiden Katheten s gebildeten rechtwinkligen Dreiecks. Textabbildung Bd. 332, S. 37 Abb. 6. Zur Messung der seitlichen Deckelverschiebung. Um gegebenenfalls den Einfluß der Temperaturschwankungen feststellen zu können, war durch den Schlauchanschluß hindurch in den Beutel ein Thermometer eingeführt (Abb. 3). Da das Instrument in umgekehrter Lage verwendet werden mußte, war ein Thermometer gewählt, bei welchem der Raum über dem Quecksilberfaden mit Stickstoff gefüllt ist. Temperaturänderungen mußten sich wie Füllungsänderungen kenntlich machen und eine Nullpunktverschiebung der Druckskala hervorrufen. Die Temperaturschwankungen während der Versuche waren immer so gering, daß ein Einfluß nicht wahrgenommen wurde. Besondere Versuche zur Bestimmung des Einflusses von Temperaturschwankungen konnten wegen der Einberufung nicht durchgeführt werden. Die Meßdose stand mit dem Steigrohr durch einen Gummischlauch mit Leinwandeinlage in Verbindung. Nachdem festgestellt war, daß ein solcher Schlauch selbst gegen Drücke von weniger als 0,2 at nicht genügend steif ist, wurde die Länge des Schlauches möglichst beschränkt und durch Kupferrohr ersetzt. Für die Versuche wurden Steigrohre von 3, 6 und 10 mm ? verwendet. Die Verwendung von Steigrohren hat gegenüber der von Bourdonfedern den Nachteil großer Deckelwege. Um die hierdurch bedingten Schwierigkeiten recht deutlich werden zu lassen, wurde bei den Versuchen auch mit weiten Steigrohren gearbeitet. Sie konnten ganz nach Belieben zu- und abgeschaltet werden. Zur Aenderung der Meßdosenfüllung dient die oben auf dem Gerüst stehende Flasche, welche durch eine Leitung mit dem Steigrohr in Verbindung steht. Nach Oeffnen des Abschlußhahnes kann durch Heben und Senken der Flasche die Füllung des Meßdosenbeutels beliebig vergrößert oder verkleinert werden. Das Füllen des Meßbeutels geschah in folgender Weise. Der Beutel wurde mit dem Dosendeckel in umgekehrter Lage auf den Fußboden gelegt und der Boden zunächst so gestützt, daß er nicht auf dem Beutel ruhte. Dann wurde der Beutel durch den Schlauchansatz mit abgekochtem Wasser gefüllt und das Steigrohr angeschlossen. Dem Steigrohranschluß wurde eine solche Lage gegeben, daß Luftblasen gut aufsteigen konnten. Nunmehr konnte der Beutel belastet und das Wasser in das Steigrohr gepreßt werden. Durch häufiges Belasten und Entlasten des Beutels in dieser Lage können alle Luftblasen aus dem Beutel herausgedrückt werden und in dem Steigrohr emporsteigen. Es empfiehlt sich, beim Füllen ein recht weites Rohr anzuschließen. Belastet wurde die Meßdose durch den in Abb. 3. erkennbaren BügelKurrein Falsche und richtige Verwendung von Meßdosen. Werkstattechnik 1915, 193. Dr. Rode mußte wegen Einberufung in das Feld seine Arbeit im März 1915 abschließen, so daß er diese Arbeit nicht mehr benutzen konnte. mit aufgelegten Platten, deren Gewicht vorher bestimmt war. Der Bügel trug noch einen Teller zur Aufnahme von Ausgleichgewichten, welche im Laufe der Versuche Verwendung fanden. Versuche mit der linsenförmigen Beutelmeßdose. Neigung und Verschiebung des Dekkels. Die ersten Versuche mit der Beutelmeßdose in der Ausführung, wie sie bisher im Laboratorium benutzt wurde und wie sie Abb. 1 zeigt, ergaben, daß sich der Deckel, welcher bei Beginn des Versuchs gut wagerecht stand, mit wachsender Belastung immer mehr und mehr neigte, daß die Richtung, in welche die größte Neigung fiel, sich fortwährend änderte und daß er sich auch ständig in wagerechter Richtung verschob. Textabbildung Bd. 332, S. 37 Abb. 7. Verlauf von Richtung und Größe der Deckelneigung bei der Beutelmeßdose mit hohlem Deckel und Boden. Aus den Beobachtungen des Deckelweges an den drei Deckelweganzeigern können die ersten beiden dieser drei Bewegungen rechnungsmäßig verfolgt werden. Aus einer Reihe von Beobachtungen sind einige kennzeichnende Versuche herausgegriffen und in Abb. 7 dargestellt. Der Kreis soll den Deckelumfang darstellen. Die Ziffern 1, 2, 3 geben die Stellen, an denen die Deckelweganzeiger sitzen. Die an dem Umfang angesetzten Strahlen geben die Richtung, in welche die größte Neigung fällt, und in zwanzigfacher Vergrößerung im Vergleich mit dem Deckelradius die Abweichungen des Endpunktes des in die größte Neigung fallenden Radius von seiner wagerechten Lage, also die Tangente des Neigungswinkels. Textabbildung Bd. 332, S. 38 Abb. 8. Differenz der Druckhöhen zwischen ansteigender und abnehmender Belastung. Die Zahlen an den Kurven geben die Beutelfüllung in Litern an. Bei den Versuchen I und IV war der Deckel zu Anfang möglichst wagerecht aufgelegt. Der Deckel ist nach dem Versuch I abgehoben und neu aufgelegt worden, wobei seine anfänglich sehr kleine Neigung in eine andere Richtung gefallen ist. Die Deckelneigung hat deshalb einen anderen Verlauf genommen. Bei Versuch IV ist die Meßdose ohne Abheben des Deckels dreimal be- und entlastet worden. Die Wiederholungen gleichen der ersten Versuchsreihe sehr, für sie sind zur Erhaltung der Deutlichkeit nur die Anfangs- und Endneigung des Deckels angegeben und durch strichpunktierte Linien verbunden. Die Versuche II und III sind im Gegensatz zu den beiden besprochenen mit einem absichtlich schief aufgelegten Deckel begonnen worden. Die Aenderungen des Winkels, um welchen die durch die Linie größter Neigung gehende senkrechte Ebene von einer beliebig festgehaltenen senkrechten Ebene absteht, sind hier sehr gering. Bei allen Versuchen fällt Anfangs- und Endzustand fast zusammen. Der Verlauf dieser und anderer nicht dargestellter Versuche läßt keine Regelmäßigkeit erkennen. Es wird keine Richtung bevorzugt, wie es der Fall sein müßte, wenn eine Unregelmäßigkeit des Beutels die Ursache wäre. Weder lebhafte Erschütterungen noch möglichst stoßfreie Aenderung der Belastung, indem man Quecksilber vorsichtig zufließen ließ, lassen einen Einfluß auf die Deckelbewegung erkennen. Um die Deckelneigung für die weiteren Versuche auszuschalten, wurden am Deckel unter den Deckelweganzeigern drei Gewichtsschalen aufgehängt, in welche nach jeder Aenderung der Belastung so viele Gewichtsteine verteilt wurden, daß der Deckel wieder wagerecht lag. Damit die Gesamtbelastung nicht geändert würde, lagen die zu benutzenden Gewichtsteine auf dem in Abb. 3 sichtbaren Teller im Belastungsbügel. Jetzt verblieben nur noch die wagerechten Verschiebungen des Deckels, welche mit den in Abb. 6 dargestellten Schrauben gemessen wurden. Diese zeigten sehr schnell die Regelmäßigkeit, daß sie stets nach derselben Richtung hin stattfanden; und daß man sie vermeiden oder wenigstens vermindern könne, wenn man den Boden möglichst wagerecht stellt. Für die weiteren Versuche wurde stets der Boden sorgfältigst wagerecht gestellt, so daß von nun an die seitlichen Verschiebungen wie auch die Deckelneigungen ausgeschaltet waren. Einfluß der Füllung. Die nächsten Versuche betrafen die Feststellung des Einflusses der Füllung. Sie wurden in der Weise angestellt, daß bei einer bestimmten Füllung die Belastung bis zu einer für alle Versuche gleich starken stufenweise vermehrt und nachher in denselben Stufen wieder vermindert wurde. Es ergaben sich große Unterschiede der Druckhöhe im Steigrohr. In Abb. 8 sind diese Unterschiede dargestellt, und zwar sind sie positiv gerechnet, wenn bei zunehmender Belastung der Druck stärker ist, als bei abnehmender. Der Grund für diesen Unterschied und für ihre Veränderlichkeit mit der Füllung und dem Steigrohrdurchmesser liegt in der elastischen Hysterisis, die je nach der Füllung und dem Durchmesser des Steigrohres verschieden zur Wirkung kommt. Bei großer Füllung und engem Steigrohr wird durch die Hysteresis die Auflagefläche geändert. Gehen wir von der schwersten Belastung wieder zurück, so ist der Gummi von der vorhergehenden Belastung noch gedehnt und der Deckel wird eine größere Auflagefläche haben, so daß also der Druck bei gleicher Belastung schwächer und infolgedessen die Steighöhe geringer ist. Bei ganz kleiner Füllung liegt der Deckel fast auf der Naht des Randes auf, welche von der Belastung einen Teil Q1, die Randkraft, unmittelbar auf den Boden überträgt und nicht zur Einwirkung auf das Wasser im Beutel kommen läßt. Wird hier die Belastung schwächer, so wird wegen der Hysteresis die Randkraft kleiner sein als bei der gleichen Belastung vorher. Es muß durch den Wasserdruck, eine größere Belastung aufgenommen werden. Damit erhält aber der Unterschied der Steighöhe bei den beiden gleichen Belastungen das entgegengesetzte Vorzeichen. Textabbildung Bd. 332, S. 39 Abb. 9. 10 mm Steigrohrdurchmesser Wirksame Deckelflächen bei verschiedenen Füllungen und Steigrohrdurchmessern in Abhängigkeit von der Belastung für Beutelmeßdose mit hohlem Deckel und Boden. Die Zahlen an den Kurven geben die Beutelfüllung in Litern an Schließlich ist noch von Einfluß, daß die Beutelnaht wie eine Feder wirkt, deren unbeanspruchte Krümmung durch den Zustand bei der Herstellung der Meßdose gegeben ist. Bei großer Füllung wird durch zunehmende Belastung die Abweichung von dieser Gestalt immer größer, bei kleiner Füllung dagegen kann die Form durch die Form bei der Herstellung hindurchgehen. Bei verschiedener Füllung und verschiedener Belastung verlangt also der Kautschuk selbst verschiedene Kräfte, um in die entstehende Form gebogen zu werden. Diese Kräfte gehen ebenfalls von der Belastung ab und um sie weicht die Druckanzeige im Steigrohr von der aus der Belastung berechneten ab. Aus dieser Auseinandersetzung folgt, daß, wenn Q kg die Belastung und h mm die Steighöhe ist, man aus der Gleichung: \frac{Q}{h}\,10^4=F_w nicht die wirkliche Berührungsfläche erhält, sondern in cm2 die sogenannte wirksame Deckelfläche. Diese wirksamen Deckelflächen sind für alle Versuche berechnet worden. Abb. 9 gibt für eine Reihe von Füllungen bei Anwendung des Steigrohres von 10 mm ? diese so berechnete wirksame Deckelfläche an. Bei der kleinen Füllung 1,4 l sind sie durchgängig bedeutend größer als die wirkliche Deckelfläche D. Unter der Annahme, daß bei den großen Füllungen die Randkräfte Qr von geringem Einfluß auf die Berührungsfläche sind, läßt sich ein Wert für Qr errechnen. Rechnet man mit diesem die Berührungsfläche Fb nach der Gleichung F_b=\frac{Q-Q_r}{h}\,.\,10^4 aus, so erhält man Kurven, welche mit zunehmender Belastung einem Grenzwert zustreben, der der wirklichen Deckelfläche nahezu gleich ist. Da durch die Naht der Teil Qr der Belastung unmittelbar auf den Boden übertragen wird, so ist die im Steigrohr zum Ausdruck kommende Kraft um Qr kleiner als die Belastung: Beim Auftragen der Eichkurve einer Meßdose erhalten wir also eine Nullpunktverschiebung. Beutelmeßdose mit ebenem Deckel und Boden. Abänderung der Deckel- und Bodenform. Die Versuche an der Beutelmeßdose mit dem gewölbten Boden und Deckel haben also gezeigt, daß bei Aenderung der Belastung die wirkliche Berührungsfläche sich sehr ändert; daß wegen der elastischen Hysteresis diese Aenderungen für zunehmende und abnehmende Belastung sehr verschieden sind; daß bei starker Belastung, namentlich, wenn die Füllung nur klein ist, durch die Beutelnaht ein Teil der Belastung unmittelbar auf den Boden übertragen und so der Druckanzeige im Steigrohr entzogen wird; schließlich, daß dieser Belastungsanteil sehr durch elastische Hysteresis beeinflußt ist. Textabbildung Bd. 332, S. 39 Abb. 10. Es wurde deshalb eine Meßdose entworfen, deren Deckel eben ist und deren Boden nur eine so schwach kegelige Vertiefung nach der Mitte hin zeigt, daß der Beutel beim Einlegen sich richtig lagerte. Um vom Einfluß der Naht möglichst unabhängig zu werden, wurde der Deckeldurchmesser kleiner gewählt als der Durchmesser des Beutels. Der Beutel ist dann wegen der Wirkung seines überstehenden Teiles als eine Feder aufzufassen (Abb. 10). Je größer der Unterschied l zwischen Beutel- und Deckelradius wird, um so weniger Einfluß kann die Biegung auch bei großem Deckelweg, haben. Der größte Teil des Biegungswiderstandes liegt in der Nähe der steifen Naht. In dieser Ausführung wurden Versuche mit drei Deckeln von 219; 209,8 und 200 mm vorgenommen, bei einem Beuteldurchmesser von 232 mm. Die Füllung war bei allen Versuchen 0,4 l, die so gewählt war, daß der größte Deckel bei Anfangslast mit seiner ganzen Fläche auflag, ohne daß sich der Beutel merklich eindrückte. Dementsprechend lagen die beiden kleinen Deckel bei gleicher Belastung tiefer, so daß sich um den Deckel ein ausgeprägter Wulst bildete. Textabbildung Bd. 332, S. 40 Abb. 11. Ermittlung der Wulstform. Dieser Wulst wirkt, wie schon oben bemerkt, wie eine gespannte Feder. Um über deren Kraft Aufschluß zu erhalten, muß zunächst die Form des Wulstringes ermittelt werden. Dazu war am Boden der Meßdose an drei um 120° voneinander abstehenden Stellen je eine Marke M (Abb. 11) angebracht. Das Maß b, der Abstand der Marke vom oberen Rand des Bodens war bekannt, ebenso die Neigung der Bodenfläche (1 : 30). Durch Abmessen der Länge y mittels des in Abb. 11 eingezeichneten Tasters konnte 2 r = y – b + db bestimmt werden, wobei db aus db = 0,033 (x + r) zur Berücksichtigung der Bodenneigung nach annähernder Bestimmung von x und r berechnet wurde. Das Maß m für die Anfangslage des Deckels wurde aus a, f und y bestimmt, nachdem a mit dem gleichen Taster gemessen war. Für die weiteren Belastungsstufen wurde dann noch der Deckelweg in die Rechnung eingeführt, je und e wurden durch Mikrometerschraube gemessen. Mit diesen Angaben kann man dann die Entfernung des höchsten Punktes des Wulstes vom Deckel berechnen und damit auch die Kraft, mit welcher der Wulst den Deckel hebt, unter der Voraussetzung, daß nur Innendruck den Wulst beansprucht. Träfe diese Voraussetzung zu, so müßte der Wulst als Querschnitt einen Kreis haben. Die eingehende Untersuchung des Wulstes zeigt aber, daß der Querschnitt von der Kreisform abweicht. Der Grund hierfür ist in der Naht zu suchen. Bei leerem Beutel ist der den Wulst nachher bildende Kautschukteil eine sehr flache Ellipse. Wird der Beutel gefüllt und mit Hilfe eines Deckels beansprucht, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Beutels, so bestrebt sich der Kautschukteil, sich kreisförmig einzustellen. Dazu muß der Umfang des Beutels sich verkürzen. Dem widerstrebt die Steifigkeit der Naht. Die wirksame Wulstbreite wurde deshalb als Ellipse angesehen und damit die vom Wulst übertragene Kraft berechnet. Versuchsergebnisse. Nachdem so die durch den Wulst übertragene Kraft Qs berechnet ist, sollte man erwarten, daß sie zusammen mit der durch den Deckel selbst übertragenen Kraft Qd gleich der Belastung Q der Meßdose ist. Es ergibt aber der Versuch, daß wir setzen müssen: Q = Qd+ Qs + q. Ueber die Größenordnung von q ergibt Abb. 12 ein Beispiel. Man erkennt, daß q nahezu unabhängig von der auf der Meßdose lastenden Kraft ist. Der Vergleich mit den Versuchen mit gewölbtem Deckel und Boden ergibt, daß auch hier q die unmittelbar durch den Kautschuk infolge seiner Durchbiegung übertragene Kraft ist. Um q möglichst klein zu halten, muß also der Deckeldurchmesser so gehalten werden, daß die Biegungskräfte möglichst gering bleiben. Ferner muß der Beutel so gefüllt sein, daß beim Auflegen des Deckels keine erhebliche Kraft zur Formänderung des Beutels erforderlich ist. In den Eichkurven erscheint q wieder als Nullpunktverschiebung (Abb. 13). Wie weit durch die Anwendung eines ebenen Deckels und Bodens, wenn der Deckel einen kleineren Durchmesser hat als der Beutel, der Unterschied in der Höhenanzeige beim Be- und Entlasten kleiner geworden ist im Vergleich mit der Anwendung des gewölbten Deckels und Bodens, zeigt der untere Teil desselben Schaubildes. Textabbildung Bd. 332, S. 40 Abb. 12. Deckeldurchmesser 200 mm. Wulstragkraft Qs und Restglied q für verschiedene Deckeldurchmesser ohne Deckelführung Beutelmeßdose mit geführtem ebenem Deckel und Boden. Beschreibung. Bisher mußten die Versuche noch immer so durchgeführt werden, daß der Deckel nach jeder Belastungsänderung, durch Gewichtsverschiebungen auf den Wagschalen wieder in die wagerechte Lage gebracht wurde. Dieses zeitraubende und umständliche Verfahren kann für praktische Messungen nicht in Frage kommen. Ferner besteht die Schwierigkeit, den Deckel in solcher Weise auf den Beutel aufzulegen, daß sich der Wulst am ganzen Umfange möglichst gleich einstellt. Befindet sich an einer Seite zu viel freier Kautschuk, so schwillt der Wulst hier stark an und drückt den Deckel nach der entgegengesetzten Seite. Falls der Deckel nicht in die wagerechte Lage zurückgebracht wird, neigt er sich stark. Beide Erscheinungen, ungleichmäßiger Wulst und Deckelneigung, müssen aber bei jedesmaliger anderer Deckellage die Druckanzeigen beeinflussen. Textabbildung Bd. 332, S. 41 Abb. 13. Eichkurven der Beutelmeßdose bei ebenen Deckeln von verschiedenen Durchmesser ohne Deckelführung Es ist deshalb dem Deckel eine Führung gegeben worden, wie sie in Abb. 14 dargestellt ist. Hierdurch ist die Schieflage des Deckels ausgeschlossen. Auch eine seitliche Verschiebung kann nicht mehr stattfinden. Es ist nun natürlich nicht zweckmäßig, sich hiermit abzufinden, da sonst die zur Deckelbewegung Veranlassung gebenden Kräfte beträchtliche Reibung in der Führung hervorrufen könnten. Man muß dafür Sorge tragen, diese Kräfte auch bei Anwendung einer Führung möglichst zu vermeiden. Die Hauptursache haben wir in der ungleichmäßigen Wulstbildung gefunden. Um nun leicht eine solche Lage des Deckels zum Beutel zu finden, die einen möglichst regelmäßigen Wulst entstehen läßt, wurde der Beutel auf eine Bodenplatte gelegt, welche sich unter dem geführten Deckel durch Schrauben verschieben läßt. Es war nun leicht, durch einige Belastungsproben diejenige gegenseitige Lage zwischen Beutel und Deckel zu finden, bei welcher der Wulst sich gleichmäßig ausbildet. In dieser Lage ist dann die Bodenplatte festgestellt worden. Natürlich muß dafür gesorgt werden, daß sich der Beutel auf der Bodenplatte nicht verschieben kann. Textabbildung Bd. 332, S. 41 Abb. 14. Beutelmeßdose mit ebenen Deckel, flachen Boden und Deckelführung Textabbildung Bd. 332, S. 41 Abb. 15a. u. 15b. Wulstragkraft Qs und Restglied q bei 200 mm Deckeldurchmesser und Deckelführung für verschiedene Deckelstellung Versuchsergebnisse. Da an der Uebertragung der Belastung auf die Meßdose durch die jetzt angebrachte Führung des Deckels nichts Wesentliches geändert ist, so ist dasselbe Ergebnis zu erwarten, welches schon bei nichtgeführtem Deckel erhalten wurde. Das bestätigen auch die Versuche (Abb. 15a u. b). Man erkennt durch Vergleich namentlich von Abb. 15a mit 13, welche beide mit derselben anfänglichen Deckelstellung ausgeführt wurden, kaum einen Unterschied. Auch die Eichkurve (Abb. 16) verläuft wie dort als gerade Linie. Der Linienzug 1 entspricht der höheren anfänglichen Deckellage, 2 der niedrigeren. Wie bei Abb. 13, sind auch hier die Mittelwerte für zunehmende und abnehmende Belastung als Eichkurve gezeichnet, während die Abweichungen beider voneinander darunter als Δ h aufgetragen sind. Diese sind hier bedeutend kleiner als bei der linsenförmigen Meßdose, da hier die Randquetschung vollständig vermieden ist. Sie sind hier nur bedingt durch die Hysterisis des den Wulst bildenden Kautschuks. Textabbildung Bd. 332, S. 42 Abb. 16. Eichkurven der Beutelmeßdose bei ebenem Deckel von 200 mm Durchmesser mit Führung für verschiedene Deckelstellungen Hier mag auch noch erwähnt werden, daß die Wulstvergrößerung nur infolge Dehnung des den Wulst bildenden Kautschuks eintritt, daß aber nicht der unter dem Deckel befindliche Kautschuk sich hervorzieht und seinerseits zur Vergrößerung des Wulstes beiträgt. Versuche mit glattem Deckel auf dem mit Talkum eingeriebenen Beutel ergaben keine Abweichungen von Versuchen, bei welchen Deckel und Boden zur Erzielung einer hohen Reibungszahl mit rauhem Stoff beklebt waren. Textabbildung Bd. 332, S. 42 Abb. 17. Deckelwege der Beutelmeßdose für verschiedene Deckeldurchmesser Textabbildung Bd. 332, S. 42 Abb. 18. Bemerkenswert ist das Ergebnis der Untersuchung der Deckelwege. In Abb. 17 sind zwei Versuche mit dem Deckeldurchmesser 200 mm dargestellt, und zwar einer mit höherer, ein anderer mit tieferer Anfangstellung. Man erkennt, daß der Deckel nach vollständiger Entlastung nicht wieder in seine Anfangstellung zurückgekehrt ist. Daß das nur eine Folge der elastischen Hysteresis ist, zeigt Abb. 18, bei welchem die Meßdose zuerst gleich voll belastet, dann wieder voll entlastet und nun zwei Belastungsänderungen mit den üblichen Stufen ausgesetzt wurde, zwischen denen nur eine geringe Zeit lag. Man sieht, daß der Deckelweg der dritten Belastungsreihe mit dem der zweiten nahe zusammentreten. Die wirkliche Größe des Deckelweges wird durch die Verschiebung der Anfangslage wenig geändert. Durch die aufeinanderfolgende Beanspruchung nähert sich der Kautschuk einer durch die Formänderung bedingten neuen Gleichgewichtslage. Die Membranmeßdose. Einfluß der Naht auf die Wulständerung. Es war schon oben davon die Rede, daß der Wulst sich deshalb nicht auf einen kreisförmigen Querschnitt einstellt, weil die am Umfang des Beutels befindliche Naht ihre Länge nicht oder wenigstens nur schwer ändern kann. Eine eingehende Untersuchung über die Frage, ob sich die wirksame Wulstbreite, d.h. die Fläche, welche zur wirklichen Deckelfläche hinzugezählt werden muß, um die gesamte wirksame Fläche zu erhalten, sich mehr ändert bei steifer Naht oder ohne eine solche, ergibt nun, daß eine steife Naht zum Vorteil ist. Je steifer die Naht ist, um so weniger ändert sich die wirksame Fläche des Wulstringes. Beste Steifigkeit der Naht, das heißt unveränderlichen Beutelumfang erhält man aber durch Fortlassen der unteren Beutelhälfte und Einspannen des Kautschuks am Rande, wobei dann der Kautschuk als ebene Membran gespannt ist. Textabbildung Bd. 332, S. 43 Meßdose mit ebener Kautschukplatte oder ebenem Kautschukring Auf diese Weise geht die Beutelmeßdose in die Membranmeßdose über. Abb. 19b gibt einen Schnitt durch die Membranmeßdose, welche zu den weiteren Versuchen benutzt wurde. (Ueber Abb. 19a wird weiter unten gesprochen werden.) Sie besteht aus Deckel, Boden und den beiden Ringen a und b, zwischen welchen die Kautschukplatte eingespannt ist. Der Ring a ragt mit seiner Dichtungsfläche nach innen über den Ring b hinaus, um, wie Martens angibt, den durch die Pressung an der Dichtungsstelle herausquellenden Kautschuk nicht in den Spalt gelangen zu lassen, wo er zu Klemmungen Veranlassung geben könnte. Bei den hier auftretenden Drucken braucht die Dichtungspressung nur gering zu sein. Dennoch findet das Herausquellen des Kautschuks in merklichem Maße statt. Es ist daher nicht zu erreichen, daß die Kautschukplatte nach der Einspannung ganz glatt ist, wenn man sie nicht vorher schon mit Vorspannung eingesetzt hat. Zu diesem Zwecke ist folgendes Verfahren eingeschlagen. Ring a wird mit dem Deckel in umgekehrter Lage hingelegt und eine Kautschukplatte etwa vom äußeren Durchmesser des Ringes a aufgelegt. Man belastet den Kautschuk durch eine Platte von ungefähr Deckelgröße mit aufgelegten Gewichtsstücken. Es ist dann möglich, durch Ziehen an dem hervorstehenden Kautschukrand den Kautschuk unter der belasteten Fläche etwas zu dehnen. Natürlich muß man diese Dehnung am ganzen Umfang möglichst gleichmäßig vornehmen. Ist dieses geschehen, so werden im Kautschuk für die Schrauben d Löcher oder Schlitze eingeschnitten und dann der Ring b aufgelegt. Nach leichtem Anziehen der möglichst zahlreichen Schrauben d kann die Kautschukplatte noch von außen in dem freien Ringraum glattgezogen werden. Dann werden die Schrauben zur Erreichung des nötigen Dichtungsdruckes weiter vorsichtig angezogen. Da der Boden noch nicht aufgeschraubt ist, läßt sich das Einspannen der Platte in jedem Augenblick gut verfolgen. Nach Entfernen des Gewichtes wird sich die Kautschukplatte in der Mitte wieder teilweise entspannen und dabei den in den Ringraum vorgequollenen Kautschuk glätten. Die Kautschukplatte bildet jetzt eine gute glatte Fläche. Nach Aufschrauben des zur leichteren Entfernung der Luft kegelförmig ausgedrehten Bodens wird die Meßdose mit ausgekochtem Wasser gefüllt und mit dem Druckrohr so verbunden, daß die Meßdose mit dem Deckel nach unten in die tiefste Lage gebracht werden kann. Wie schon bei der Beutelmeßdose beschrieben wurde, kann noch etwa in der Dose vorhandene Luft durch wiederholtes Belasten und Entlasten des Bodens gut entfernt werden, wenn dafür gesorgt ist, daß die Luftblasen leicht im Druckrohr aufsteigen können. Die Spaltbreite betrug 2,5 mm, die Kautschukdicke 1,5 mm. Die übrigen Hauptabmessungen sind aus der Abb. 19 zu entnehmen. Versuche mit der Membranmeßdose. Die ersten Versuche betrafen auch hier die Berechnung der wirksamen Deckelfläche aus Gesamtbelastung und Druckhöhe im Steigrohr. Sie ergab sich als sehr abhängig von der Anfangstellung des Deckels. Bei sehr tiefer Anfangstellung, also kleiner Füllung, ist die wirksame Fläche kleiner als die Deckelfläche und erreicht diese nur bei ganz schwerer Belastung. Bei hoher Anfangslage dagegen, also großer Füllung ist die wirksame Fläche stets größer als die Deckelfläche; sie reicht über den Spalt hinweg bis auf den Ring a. Diese Aenderung der wirksamen Deckelfläche ist natürlich nur durch die verschiedene Beanspruchung der Membran zustande gekommen. Deshalb war es nötig, die Wulstbildung innerhalb des Spaltes zu untersuchen. Bei dem engen Spalt ist das schwer durchführbar. Es wurde deshalb nur an einer Stelle genau in der Mitte des Spaltes die Höhenlage der Membran festgestellt. Geführt durch einen Block (Abb. 20), welcher so auf den Ring aufgesetzt wird, daß die Nadel genau in der Mitte des Spaltes sich befindet, ruht die Nadel N mit ihrer Spitze auf der Kautschukplatte. Auf ihr liegt der Zeiger Z aus ganz dünnem Aluminiumblech, welcher sich gegen die Schneide S stützt. Die Uebersetzung wurde mit Mikrometerschraube in einem besonderen Versuch zu 1 : 10,0 festgestellt. Aus der Wulststellung sind dann die in Abb. 21 dargestellten Lagen des freien Kautschuks bei Anfangs- und Höchstbelastung ermittelt worden. In derselben Abbildung sind unten die Durchmesser der wirksamen Deckelfläche für die verschiedenen Belastungsstufen eingezeichnet. Versuche a b c d sind mit dem Steigrohr 3 mm und verschiedener Anfangslage ausgeführt, Versuch e mit dem Steigrohr 10 mm. Textabbildung Bd. 332, S. 44 Abb. 20. Bei a liegt nicht die ganze Deckelfläche auf dem Kautschuk auf, deshalb ist auch die wirksame Deckelfläche kleiner als die wirkliche. Durch Vermehren der Belastung sinkt der Deckel etwas ein, gleichzeitig wird aber durch den Druck im Innern der Kautschuk gegen den Spalt gepreßt, so daß die wirksame Deckelfläche zum Schluß etwas größer ist als die wirkliche. Bei b, wo der Deckel am Anfang ganz aufliegt, findet durch die zunehmende Belastung eine Ausbuchtung des Kautschuks in den Spalt hinein statt, und die wirksame Deckelfläche vergrößert sich bis zum Gipfel dieser Krümmung. Bei c liegt bei Beginn der Belastung die Grenze der wirksamen Deckelfläche zunächst noch im Spalt, wandert dann infolge des Sinkens des Deckels auf den festen Ring, um nachher bei noch schwererer Belastung infolge der Ausbuchtung des Kautschuks durch den Innendruck wieder in den Spalt hinein zurückzukehren. Bei ganz tiefer Deckellage d, wird der Deckel in seiner Anfangstellung sogar durch die unmittelbare Spannung des Kautschuks etwas getragen, das heißt, die Deckelfläche reicht bis weit in den festen Ring hinein. Durch Verstärkung der Belastung wandert ihre Begrenzung infolge der Durchpressung des Kautschuks durch den Innendruck wieder zurück, ohne aber den Spalt zu erreichen. Beim weiten Steigrohr, Versuch e, haben wir alle diese Einflüsse zusammen, so daß die wirksame Deckelfläche bei Beginn des Versuchs kleiner ist als die wirkliche Deckelfläche, bei schwerster Belastung dagegen bis weit in den festen Ring hinein reicht. Beim Versuch b ist die wirkliche Belastung Q ungefähr gleich der Summe aus der Belastung Qd, welche die wirkliche Deckelfläche, und Qs, welche vom Kautschuk übertragen wird; d.h. das Glied q (s. S. 40) wird nahezu Null. Das gilt stets, wenn die Deckelstellung nur sehr wenig von der Nullage abweicht. Die Eichkurven verlaufen bei mittlerer und tiefer Deckellage fast geradlinig, und die Unterschiede zwischen Be- und Entlastung sind beim engen Steigrohr sehr gering. Am geringsten bei der Deckellage, welche von der Nullage am wenigsten abweicht. Meßdose mit ringförmiger Membran. Da die Kautschukflächen, welche sich unter dem Deckel befinden, einen Einfluß auf die Größe der Dehnung der freien Kautschukflächen nicht haben, wie bei den vorhergehenden Versuchen mit rauhem Deckel gefunden ist, so hat es auch wenig Wert, diesen Kautschuk etwa dadurch zu vermeiden, daß durch eine Platte im Innern des Dosenraumes die Membran gegen den Deckel gepreßt wird (Abb. 13 a), wobei die Kautschukplatte zu einem Ring geworden ist, der nur den Spalt überbrückt. Die Versuche mit dieser Ausführungsform haben keine anderen Ergebnisse gehabt, als die Versuche mit ganzer Kautschukplatte. Es ist nur schwieriger, den Kautschukring gut glatt einzusetzen. Um die Platte für die Anwendung eines Kautschukringes in den Dosenraum hineinbringen zu können, war dieser entsprechend groß ausgeführt. Bei der Herstellung von Meßdosen wird man sonst darauf sehen, daß die Flüssigkeitsmenge möglichst gering wird. Vergleich der aus dem Dosenraum verdrängten mit der vom Steigrohr aufgenommenen Druckflüssigkeitsmenge. Textabbildung Bd. 332, S. 44 Abb. 21. Kautschuklage im Spalt bei verschiedenen Deckelstellungen für kleinste und höchste Belastung Durchmesser der wirksamen Deckelfläche Sowohl bei der Beutelmeßdose als auch bei der Membranmeßdose wurde das aus dem Beutel bzw. Dosenraum verdrängte Wasser mit dem vom Druckrohr aufgenommenen Wasser verglichen. Bei der Beutelmeßdose wurde dabei Deckeldurchmesser, Deckelweg und Wulständerung berücksichtigt. Letzteres geschah dadurch, daß die Wulstformen nach den Abmessungen für verschiedene Belastungen aufgezeichnet und ausplanimetriert wurden. Bei der Membranmeßdose wurden die Versuche bei mittleren Deckellagen, bei welchen sich der Wulst im Spalt wenig ändert, zu dem Vergleich der Wassermengen herangezogen. Zur genaueren Messung der Deckelwege war hierbei noch das Zeigerwerk (Abb. 19) so geändert, daß es eine 30-fache Uebersetzung ergab, und dann auf einem Bügel in der Weise befestigt, daß die Nadel auf der die Belastung übertragenen Druckschraube in Mitte Deckel auflag. Der Bügel war unmittelbar am Boden der Meßdose befestigt, so daß Verspannungen des die Meßdose und die seitlichen Deckelweganzeiger tragenden Gerüstes ausgeschaltet waren. Bei beiden Meßdosen ergaben sich Unterschiede zwischen der verdrängten und der vom Druckrohr aufgenommenen Wassermenge, und zwar wurde die verdrängte Wassermenge stets größer gefunden. Bei der Beutelmeßdose sind sie wegen der Unsicherheit in der vom Wulst aufgenommenen Wassermenge unzuverlässig. Bei der Membranmeßdose kann man aber große Genauigkeit erwarten. Die auffallende Erscheinung, daß die verdrängte Wassermenge stets größer war als die vom Druckrohr aufgenommene, wurde an dieser Meßdose wiederholt nachgeprüft. Bei einer Druckrohraufnahme von etwa 12 cm3 wurde eine verdrängte Wassermenge von etwa 13,5 cm3 festgestellt. Die Differenz von 1,5 cm3 entsprach etwa einem Deckelweg von 0,045 mm und wurde auch bei verschiedenen neuen Füllungen der Meßdose immer in gleicher Größenordnung gefunden. Zu ganz gleichem Ergebnis kam man, wenn das Druckrohr gänzlich abgeschaltet war und die festverschlossene Meßdose dann belastet wurde. Der Deckel legte auch dann etwa einen Weg von 0,04 bis 0,05 mm zurück. 1,5 cm3 Volumenänderung würden bei den auftretenden Drucken etwa 8 bis 9 cm3 Luft im Meßdosenraum entsprechen. Es ist ausgeschlossen, daß sich so große Luftmengen noch in der. Dose gefunden haben und bei verschiedenen, unabhängig voneinander vorgenommenen Füllungen immer wieder in gleicher Menge im Dosenraum verblieben sind. Die geringe Kompressibilität des Wassers und ebenso des Kautschuks, welche der des Wassers gleich zu setzen ist, können zur Erklärung nichts beitragen. Es ist dann auch noch versucht worden, festzustellen, ob etwa erst mit zunehmender Belastung eine innigere Anlage zwischen Kautschuk und Deckel stattfindet. Zu diesem Zweck wurde der Spalt mit Wasser aufgefüllt und dann die Meßdose belastet; es konnten aber keine nennenswerten zwischen Deckel und Kautschuk hervortretenden Luftmengen beobachtet werden. Ferner wurde zur Erreichung einer besseren Anlage zwischen Deckel und Kautschuk der letztere eingefettet. Auch hiermit konnten die Deckelbewegungen der vollständig geschlossenen Meßdose nicht beseitigt werden. Leider war es nicht mehr möglich weitere Versuche zur Klärung dieser Frage anzustellen. Eine ganz ähnliche Erscheinung hat auch Szitnick in seiner schon genannten Arbeit an einer 10 T-Meßdose festgestellt. Szitnick rechnet von vornherein so, als ob bei der Füllung noch Luft im Dosenraum verblieben sei, findet aber, daß die auf diese Weise gefundene Luftmenge unwahrscheinlich groß ist, ohne eine andere Erklärung für diese Erscheinung anzugeben. Zusammenfassung. Ausgehend von der einfachsten Form einer Beutelmeßdose werden die Bedingungen entwickelt, welche erfüllt sein müssen, um mit einer solchen Meßdose gute Ergebnisse zu erzielen. Der Zusammenhang zwischen diesen Beutelmeßdosen und den üblichen Membranmeßdosen wird klargestellt. Die Versuche ergaben für die in ihrem Aufbau sehr einfache Beutelmeßdose bei Anwendung eines flachen Bodens und eines kleinen, ebenen Deckels mit Führung praktisch brauchbare Messungen. Die Membranmeßdose kann als Verbesserung dieser Beutelmeßdose aufgefaßt werden, sie ist im Aufbau aber weniger einfach.