Herstellung eines Universal-Volt-Ampere-Meters.

Das im folgenden beschriebene Instrument ist ein sogenannter Dynamometer (Seite 207). Es ist deshalb sowohl für Wechsel- wie für Gleichstrom zu verwenden;zufolge seiner Konstruktion kann es, was Spannungen und Stromstärken betrifft, in sehr weiten Grenzen gebraucht werden. Ferner kann es bei sauberer Arbeit zu einem richtigen Präzisionsinstrument gemacht werden.

Abb. 236. Brett zum Wickeln der Spule.

Die Arbeit beginnt damit, daß man einem 1,5cmdicken, 10cmbreiten und beliebig langen Brettchen durch Abrunden der Kanten dieAbb. 236zu erkennende Form gibt. Dieses Brettchen umwickelt man nahe dem einen Ende mit einem nicht zu starken Bindfaden auf eine Strecke vonetwa 7cm, so daß Windung genau an Windung liegt. Darüber spannt man einen Streifen Pergamentpapier, dessen Enden man zusammenklebt, wobei man aber darauf achten muß, daß er nicht an dem Bindfadenbelag kleben bleibt. Darüber wird ein in einer dicken Schellacklösung getränktes Seidenpapier gelegt; ist das etwas angetrocknet, so wickelt man einen isolierten 0,4 bis 0,5mmstarken Kupferdraht darauf[11], wiederum Windung genau an Windung, bis man einen 2cmbreiten Belag erhalten hat. Darauf läßt man, indem man den Draht auf einer Schmalseite des Holzes quer herüberführt, einen 1,5cmbreiten Zwischenraum und legt einen zweiten, ebenfalls 2cmbreiten Belag an (Abb. 236,aundb). Die beiden Beläge werden mit Schellacklösung bestrichen und mit Papier überzogen. Darauf wickelt man die zweite Lage; hat man von links nach rechts zu wickeln begonnen, so wickelt man nun von rechts nach links. Den Übergang vonbnachamacht man auf der dem ersten Übergang entgegengesetzten Seite; dann wird wieder mit Schellack bestrichen, mit Papier belegt u. s. w., bis wir fünf oder sieben Lagen gewickelt haben. Der Übergang vonazubwird oben, vonbzuaimmer unten gemacht. Die Drahtenden sollen je 10cmfrei von der Spule abstehen.

Genau in derselben Weise werden fünf Lagen eines 1,0mm, drei Lagen eines 1,5mmund eine Lage eines 2mmstarken, isolierten Kupferdrahtes über die ersten Windungen gelegt.

Auf diese Weise sind zwei verbundene Drahtspulen entstanden; aus jeder ragen vier 10cmlange Drahtenden hervor. Die Windungen müssen natürlich alle auf derselben Seite begonnen und in demselben Drehungssinne ausgeführt sein.

Nun müssen die Spulen vom Holz abgenommen werden; da sie wahrscheinlich sehr fest aufsitzen, muß man erst den Belag von Bindfaden unter der Spule wegziehen. Um den Spulen mehr Halt zu geben, kann man jede quer zur Längsrichtung der Drähte mit schmalemIsolierband umwickeln. Ein dicker Schellacküberzug gibt auch hinreichend Halt.

Abb. 237zeigt, wie das Spulenpaara,bauf einem Grundbrettcbefestigt wird: es erhalten die beiden Brettchene₁unde₂je einen Ausschnitt, in den das untere Ende der Spulen genau hineinpaßt. Die beiden Brettchen werden aufcbefestigt und auf ihrer Oberseite durch die Brettcheni₁undi₂verbunden.

Abb. 237. Befestigung der Spulen auf dem Grundbrett.

Damit ist der erste Hauptteil des Apparates fertig. Der zweite, die bewegliche innere Spule und ihre Lager, müssen mit besonderer Sorgfalt hergestellt werden, da von der Genauigkeit der Ausführung dieser Teile hauptsächlich die Zuverlässigkeit und Empfindlichkeit des Instrumentes abhängt.

Wir kaufen uns ein 10cmlanges, 3mmstarkes Stück Rundstahl (Nickelstahl), das wir, falls es hart sein sollte, tüchtig durchglühen. Dabei ist aber darauf zu achten, daß sich das Stück nicht verbiegt. Ferner drehen wir uns aus einem sauberen, faser- und astlosen Stück Hartholz oder besser aus Hartgummi das inAbb. 238im Schnitt mit Maßangaben und inAbb. 239in der Außenansicht wiedergegebene Fassungsstück; dieses besteht aus drei Teilen, die inAbb. 239mita,b,cbezeichnet sind; es ist seiner ganzen Länge nach durchbohrt; man achte darauf, daß die Längsbohrung genau zentrisch sei. In den beiden mitbbezeichneten Teilen sind je drei 2 bis 3mmweite Löcher zu bohren, die in die Längsbohrung einmünden und um 120° gegeneinander verschoben sein sollen; sie sind inAbb. 238durch zwei Paare punktierter Linien inbangedeutet; inAbb. 239sind natürlich nur je zwei dieser Löcher zu sehen. Der Teilcwird längs einem seiner Durchmesser mit einer 2mmweiten Bohrung versehen. Ferner schneiden wir von einem starkwandigen Messingrohr, das sich gerade noch überbschieben läßt, zwei 4mmbreite Ringe ab und versehen sie mit je drei Bohrungen, die denen inbentsprechen, jedoch etwas enger als diese sein sollen; sie werden außerdem mit Gewinden versehen, durch welche sich Schrauben bis in die Längsbohrungen eindrehen lassen.

Abb. 238. Fassungsstück (Schnitt).

Abb. 239. Fassungsstück (Außenansicht).

Nun wird ein 10cmlanger, 2mmstarker Messing- oder Kupferdraht (kein Eisen!) durch das Loch incgeschoben, so daß nach beiden Seiten gleiche Teile hervorragen;der Draht muß fest sitzen, was man nötigenfalls dadurch erreichen kann, daß man ihn in der Mitte ein klein wenig verbiegt. Über die beiden dadurch entstandenen Drahtschenkel wickelt man einen gut isolierten 0,4 bis 0,5mmstarken Kupferdraht in regelmäßigen Windungen auf. Die Bewickelung beginnt man bei einem Drahtschenkel da, wo er aus dem Mittelstückcheraustritt; an dem Ende des Drahtes angelangt, wickelt man wieder bis zur Anfangsstelle zurück, wo man den Draht mit einem Bindfaden anbindet, um ein Aufschnurren der Spirale zu verhindern. Darauf wird er umbherum zum anderen Drahtschenkel geführt, der gerade so wie der erste bewickelt wird; dann wird wieder zum ersten, dann noch einmal zum zweiten übergegangen. Es sind somit auf jeden Schenkel vier Lagen aufzuwickeln. Das eine Drahtende ist auf dem einen, das andere auf dem anderen Messingring anzulöten. Die beiden länglichen Drahtspulen sind schließlich noch tüchtig mit Schellacklösung zu bestreichen.

Jetzt schneiden wir das schon oben erwähnte Stahlstäbchen in der Mitte auseinander und feilen jedem an einem Ende eine etwa 2cmlange Schneide an. Die Schneide ist zuerst mit einer gröberen, dann mit einer feinen Schlichtfeile sehr sorgfältig herzustellen. Die beiden die Schneide bildenden Flächen sollen einen Winkel von etwa 50° einschließen. Nun werden die beiden Stäbchen (h₁undh₂), wie ausAbb. 240zu ersehen ist, beiderseits in die Bohrung inagesteckt; sie dürfen aber nicht miteinander in leitende Berührung kommen, weshalb man sie am besten durch zwei Kartonscheibchen von dem durchclaufenden Drahte trennt. Die Bohrung inaist etwas weiter (3,5mm) als die Lagerstäbchen dick sind (3mm), weshalb diese nun etwas Spielraum haben; die beiden Mündungen der Längsbohrung werden deshalb durch eingeklebte Papierstreifen so weit verengt, daß die Stäbchenhnur noch knapp hineingehen. Das innere Ende vonhhat dann wieder mehr Spielraum, wird aber durch die Schräubchen inbfixiert; mittelst dieser werden die beiden Stäbchen so gestellt, daß ihre Schneidengenau in einer Geradenliegen.

Abb. 240. Fertiger Anker (Ansicht).

Abb. 240zeigt den fertigen Anker in der Ansicht; dieLagerf₁undf₂sind im Schnitt gezeichnet. Sie bestehen je aus einem rechteckigen Eisenplättchen (g₁undg₂), das in der Mitte durchbohrt ist. Dies Eisenplättchen wird auf einem ebenen Sandstein mit feinem Schmirgelpulver und Wasser völlig eben geschliffen und schließlich mit dem Polierstahl (oder einem Glasstab) poliert. Darauf spannen wir einen etwa 0,4mmdicken Federstahldraht in einen Laubsägebogen ein, der ihn straff spannt. Das rechteckige Eisenplättchen befestigen wir mit ein paar seitlich eingeschlagenen Nägeln auf einem starken Brett, legen den gespannten Stahldraht parallel einer Seite quer über die Mitte des Plättchens und geben auf den Draht, der sich aber dabei nicht verschieben darf, ein paar kräftige Hammerschläge. Dadurch entsteht ingeine kleine Rinne, in welche später die Schneide vonheingesetzt wird. Die beiden Lagerplättchen und die Achsenstäbe werden nun auf helle Rotglut erhitzt, in Öl abgeschreckt und schließlich dunkelbraun angelassen. An jedes der Plättchengwird ein einige Zentimeter langer Kupferdraht angelötet. Diese Lager werden nun auf den Holzklötzchenf₁undf₂befestigt, wie dies ausAbb. 237erhellt. Die oberen Flächen vong₁undg₂müssengenau in einer Ebene, die beiden mit dem Stahldraht hergestellten Rinnengenau in einer Geradenliegen. Um dies sicher zu erreichen, verfährt man folgendermaßen. Man bringt auf die Endflächen vonf₁undf₂etwas Glaserkitt und legtg₁undg₂darauf. Mit einem ausgespannten Faden prüft man zuerst, ob die Rinnen genau in einer Linie liegen; nötigenfallswerden die Plättchen verschoben, bis sie richtig liegen. Darauf werden sie beide gleichzeitig mit einer hinreichend großen,ebenenGlasplatte (Spiegelglas) oder sonst einem Gegenstand, der sicher eben ist, fest aufgedrückt; dann prüft man nochmals mit dem Faden, ob die Rinnen noch richtig liegen, drückt die Glasplatte nochmals auf u. s. f., bis man sicher ist, daß die beiden Lagerplättchen genau richtig liegen.

Da wo die Schneiden der Achse über die Löcher ingzu liegen kommen, werden sie mit Schmirgelpapier gereinigt und mit 2 bis 3 Windungen eines 1mmstarken nackten Kupferdrahtes umwickelt; die Enden des Drahtes werden auf der Unterseite fest zusammengedreht, kurz abgeschnitten und verlötet (e).

Die Mühe, das Lager in der eben beschriebenen Weise herzustellen, lohnt sich nur dann, wenn unbedingt genau und sorgfältig gearbeitet wird. Wer nicht genügend Handfertigkeit in diesen Arbeiten besitzt, der erhält mit den im folgenden angegebenen einfacheren Ausführungen wahrscheinlich ein genauer arbeitendes Instrument.

Abb. 241. Einfachere Lagerung.

Die Stäbchenherhalten keine Schneide, dagegen dreht man ihnen nahe der Stelle, wo sie ausaherausragen, eine Einschnürung an, wie dies ausAbb. 241zu erkennen ist. Mit der Einschnürung ruht das Lagerstäbchen auf einem Streifen von Messingblechd, der anfbefestigt ist. Ferner wird anh, das in diesem Fall auch aus gewöhnlichem Rundeisen hergestellt werden kann, aus Kupferblech ein Scheibcheneangelötet und unter diesem infeine entsprechende Vertiefung angebracht.

Noch mehr vereinfachen kann man das Lager, wenn man statt des runden Stäbchensheinen Messingblechstreifen verwendet, der mit seiner Kante auf der des Lagerblechesdaufliegt. Es fällt damit der mittlere, inAbb. 238und239abgebildete Teil ganz weg. Es wird einfachder etwa 1mmstarke Messingblechstreifen an den Lagerstellen messerartig geschärft, und durch zwei eingesägte Schlitze in der Mitte wird der Kupferdraht, der Kern der Spulen, hindurchgesteckt und festgelötet. Die Zuleitungsdrähte zu den Spulen werden nach rechts und links auf dem Blechstreifen nach außen geführt und mit etwas Schellack- oder Kolophonium-Wachskitt auf dem Bleche befestigt. Die Enden des Drahtes werden nach unten gebogen und von der Umspinnung frei gemacht; sie sollen so lang sein, daß sie noch in die infeingebohrte Vertiefung hinabreichen.

Abb. 242zeigt diese Anordnung, die an Empfindlichkeit den beiden anderen kaum nachsteht und zudem viel einfacher herzustellen ist; sie hat aber den Nachteil, daß sie keine gleichmäßigen Ausschläge liefert, da sich die Schneiden des Lagers ständig verändern. Wir werden also auf diese Weise kein Präzisionsinstrument herstellen können. Immerhin werden wir mit den letztgenannten Anordnungen, wenn sie auch nur einigermaßen sauber ausgeführt sind, weit genauere Resultate erzielen als mit der ersten, wenn diese nicht sehr zuverlässig gearbeitet ist.

Abb. 242. Lagerung mit einem Blechstreifen.

Wie diese Teile nun montiert werden, geht wohl zur Genüge ausAbb. 237hervor; es sei nur noch bemerkt, daß die beiden festen Spulenaundb, die ursprünglicheinen Abstand von 1,5cmhaben, jetzt so nahe zusammengerückt werden, daß die Achse des Ankers gerade noch freien Spielraum hat. Sie werden dann in der schon erwähnten Weise mit etwas Schellackkitt auf dem Brettchenebefestigt.

Abb. 243. Die Platte des Stöpselkontaktes.

Abb. 244. Schema des Stöpselkontaktes.

Es sind nun noch die zehn Drahtenden (a¹|₂,b¹|₂,c¹|₂,d¹|₂,lundm) mit einer ausc(Abb. 237) anzubringenden Schaltvorrichtung zu versorgen. Diese Schaltvorrichtung wird durch ein System von sogenannten Stöpselkontakten hergestellt. Wir beschaffen uns zu diesem Zweck ein 8cmlanges, 3cmbreites und 2mmstarkes Kupfer- oder Messingblech, in das wir die ausAbb. 243hervorgehende Einteilung einritzen; an den mit[senkrecht durchgestrichener Kreis]bezeichneten Stellen werden 2mmweite Löcher gebohrt, durch welche die Schräubchen gehen sollen, mit denen die einzelnen Teileauf ihrer Unterlage befestigt werden. An den mit[schwarzer Punkt]bezeichneten Stellen werden 3 bis 4mmweite Löcher eingebohrt. Darauf wird dieses Blech auf seine Unterlage gelegt, und man bezeichnet genau die Stellen für die Schraubenlöcher. Dann werden die einzelnen Teile auseinandergesägt und mit so langen Schrauben auf ein Brettchen aufgeschraubt, daß sie durch das Brettchen hindurchgehen. Die zehn Drahtenden werden nun so, wie dies aus dem Schema (Abb. 244) hervorgeht, mit den einzelnen Teilen des Stöpselhalters verbunden, indem sie an die unteren Enden der Schrauben angelötet werden. Außerdem werden noch die beiden Klemmschrauben I und II mit den Stücken β und δ verlötet. Ferner drehen wir uns noch aus einem 4 bis 5mmstarken Kupferdraht zehn ein wenig konische Stöpsel, die gut in die Löcher passen; zur besseren Handhabung kann man sie oben zu einer Schlinge biegen.

Es wäre endlich noch der Zeiger und die Skala herzustellen. Der Zeiger, der an der Stirnseite des Stäbchenshmittels eines Schräubchens angebracht wird, muß aus dünnem Messingblech hergestellt werden und zweiteilig sein. An der unteren Hälfte wird aus dem gleichen Blech ein rundes, auf dem Zeiger verschiebbares Scheibchen angebracht; außerdem verfertigen wir noch zwei andere aus dickerem Blech, so daß wir drei verschieden schwere Scheibchen haben, die wir sowohl einzeln als auch alle drei zugleich auf die untere Zeigerhälfte schieben können.

Hinter dem Zeiger befestigen wir an dem Klötzchenfein kreisrundes Brettchen, dessen Durchmesser etwas mehr als die ganze Zeigerlänge beträgt und auf dessen Vorderseite ein weißer Karton aufgeklebt ist. In die in die Plättcheng₁undg₂gebohrten Löcher wird so viel Quecksilber gegossen, das es sich etwas über die Fläche von g herauswölbt. Im Falle daß die inAbb. 241oder242angedeutete Konstruktion verwendet wurde, werden die Vertiefungen inf₁undf₂, in die auch die Drähtelundmhineinragen, mit Quecksilber ausgefüllt.

Nun bringen wir noch auf der Unterseite des mit Stollen zu versehenden Grundbrettes drei verschiedeneNebenschlußwiderstände an. Über deren genauere Bestimmung vergleicheSeite 108/109und97.

Zuletzt ist das Instrument zu eichen. Wir können mit Hilfe unseres Stöpselschalters die vier verschiedenen Wickelungen hinter- oder nebeneinander schalten, können auch einzelne ausschalten, ganz wie wir wollen. Soll das Instrument z. B. als Amperemeter für starke Ströme benutzt werden, so schieben wir auf den Zeiger alle drei Ballastplättchen, das schwerste zu unterst, und schalten alle Drahtwindungen nebeneinander, was durch folgende Verbindung geschieht. Es werden durch Stöpsel verbunden (siehe SchemaAbb. 243und244): β mit α mit 1, dann γ mit 3, dann γ mit 5, dann γ mit 7, dann δ mit 2, dann δ mit 4, dann δ mit 6 und endlich δ mit 8. Wollen wir dagegen sehr schwache Ströme messen, so müssen wir alle Drahtwickelungen hintereinanderschalten; dies geschieht durch die Verbindung von β mit α mit 1, 2 mit 3, 4 mit 5, 6 mit 7, 8 mit δ.

Auf dem Skalenbrett haben wir sechs konzentrische Kreise aufgezeichnet und mit den Ziffern 1 bis 6 versehen. Für jede Skala gilt nur eine ganz bestimmte Schaltung und für Stromstärken in bestimmten Grenzen. So die Skala 1 als Voltskala für große Spannungen, Skala 2 als Ampereskala für große Stromstärken, Skala 3 als Voltskala für mittlere Spannungen, Skala 4 als Ampereskala für mittlere Stromstärken; Skala 5 als Voltskala für geringe Spannungen, Skala 6 als Ampereskala für geringe Stromstärken.

Wie schon erwähnt, gehört zu jeder Skala eine besondere Schaltung; es wird darum von Vorteil sein, auf dem Grundbrett des Apparates ein Schaltungsschema anzubringen, auf dem mit verschiedenen Farben die verschiedenen Schaltungen angedeutet sind; dabei darf die Angabe der verwendeten Ballastplättchen und ihrer Lage am Zeiger nicht vergessen werden. Wie solche Instrumente durch Vergleich mit anderen geeicht werden, ist schon aufSeite 97und108eingehend besprochen worden.

Soll das Instrument auch für Wechselströme Verwendung finden, so muß dafür eine besondere Skala geeichtwerden, an der auch die Periode des Wechselstromes angeschrieben ist. (VergleicheSeite 188.)

Schließlich können wir uns noch einen Schutzkasten mit einer Glaswand auf der Vorderseite herstellen, der so über das Ganze paßt, daß nur die Schaltvorrichtung freiliegt.

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