Herstellung eines Universal-Volt-Ampere-Meters.

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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 1,5 cm dicken, 10 cm breiten und beliebig langen Brettchen durch Abrunden der Kanten die [Abb. 236] zu erkennende Form gibt. Dieses Brettchen umwickelt man nahe dem einen Ende mit einem nicht zu starken Bindfaden auf eine Strecke von etwa 7 cm, 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 0,5 mm starken Kupferdraht darauf[11], wiederum Windung genau an Windung, bis man einen 2 cm breiten Belag erhalten hat. Darauf läßt man, indem man den Draht auf einer Schmalseite des Holzes quer herüberführt, einen 1,5 cm breiten Zwischenraum und legt einen zweiten, ebenfalls 2 cm breiten Belag an ([Abb. 236], a und b). 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 von b nach a macht 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 von a zu b wird oben, von b zu a immer unten gemacht. Die Drahtenden sollen je 10 cm frei von der Spule abstehen.

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

Auf diese Weise sind zwei verbundene Drahtspulen entstanden; aus jeder ragen vier 10 cm lange 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 schmalem Isolierband umwickeln. Ein dicker Schellacküberzug gibt auch hinreichend Halt.

[Abb. 237] zeigt, wie das Spulenpaar a, b auf einem Grundbrett c befestigt wird: es erhalten die beiden Brettchen e₁ und e₂ je einen Ausschnitt, in den das untere Ende der Spulen genau hineinpaßt. Die beiden Brettchen werden auf c befestigt und auf ihrer Oberseite durch die Brettchen i₁ und i₂ verbunden.

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 10 cm langes, 3 mm starkes 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 in [Abb. 238] im Schnitt mit Maßangaben und in [Abb. 239] in der Außenansicht wiedergegebene Fassungsstück; dieses besteht aus drei Teilen, die in [Abb. 239] mit a, b, c bezeichnet sind; es ist seiner ganzen Länge nach durchbohrt; man achte darauf, daß die Längsbohrung genau zentrisch sei. In den beiden mit b bezeichneten Teilen sind je drei 2 bis 3 mm weite Löcher zu bohren, die in die Längsbohrung einmünden und um 120° gegeneinander verschoben sein sollen; sie sind in [Abb. 238] durch zwei Paare punktierter Linien in b angedeutet; in [Abb. 239] sind natürlich nur je zwei dieser Löcher zu sehen. Der Teil c wird längs einem seiner Durchmesser mit einer 2 mm weiten Bohrung versehen. Ferner schneiden wir von einem starkwandigen Messingrohr, das sich gerade noch über b schieben läßt, zwei 4 mm breite Ringe ab und versehen sie mit je drei Bohrungen, die denen in b entsprechen, 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 10 cm langer, 2 mm starker Messing- oder Kupferdraht (kein Eisen!) durch das Loch in c geschoben, 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 0,5 mm starken Kupferdraht in regelmäßigen Windungen auf. Die Bewickelung beginnt man bei einem Drahtschenkel da, wo er aus dem Mittelstück c heraustritt; 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 um b herum 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 2 cm lange 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 (h₁ und h₂), wie aus [Abb. 240] zu ersehen ist, beiderseits in die Bohrung in a gesteckt; sie dürfen aber nicht miteinander in leitende Berührung kommen, weshalb man sie am besten durch zwei Kartonscheibchen von dem durch c laufenden Drahte trennt. Die Bohrung in a ist etwas weiter (3,5 mm) als die Lagerstäbchen dick sind (3 mm), weshalb diese nun etwas Spielraum haben; die beiden Mündungen der Längsbohrung werden deshalb durch eingeklebte Papierstreifen so weit verengt, daß die Stäbchen h nur noch knapp hineingehen. Das innere Ende von h hat dann wieder mehr Spielraum, wird aber durch die Schräubchen in b fixiert; mittelst dieser werden die beiden Stäbchen so gestellt, daß ihre Schneiden genau in einer Geraden liegen.

Abb. 240. Fertiger Anker (Ansicht).

[Abb. 240] zeigt den fertigen Anker in der Ansicht; die Lager f₁ und f₂ sind im Schnitt gezeichnet. Sie bestehen je aus einem rechteckigen Eisenplättchen (g₁ und g₂), 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 0,4 mm dicken 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 in g eine kleine Rinne, in welche später die Schneide von h eingesetzt wird. Die beiden Lagerplättchen und die Achsenstäbe werden nun auf helle Rotglut erhitzt, in Öl abgeschreckt und schließlich dunkelbraun angelassen. An jedes der Plättchen g wird ein einige Zentimeter langer Kupferdraht angelötet. Diese Lager werden nun auf den Holzklötzchen f₁ und f₂ befestigt, wie dies aus [Abb. 237] erhellt. Die oberen Flächen von g₁ und g₂ müssen genau in einer Ebene, die beiden mit dem Stahldraht hergestellten Rinnen genau in einer Geraden liegen. Um dies sicher zu erreichen, verfährt man folgendermaßen. Man bringt auf die Endflächen von f₁ und f₂ etwas Glaserkitt und legt g₁ und g₂ darauf. Mit einem ausgespannten Faden prüft man zuerst, ob die Rinnen genau in einer Linie liegen; nötigenfalls werden die Plättchen verschoben, bis sie richtig liegen. Darauf werden sie beide gleichzeitig mit einer hinreichend großen, ebenen Glasplatte (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 in g zu liegen kommen, werden sie mit Schmirgelpapier gereinigt und mit 2 bis 3 Windungen eines 1 mm starken 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 Stäbchen h erhalten keine Schneide, dagegen dreht man ihnen nahe der Stelle, wo sie aus a herausragen, eine Einschnürung an, wie dies aus [Abb. 241] zu erkennen ist. Mit der Einschnürung ruht das Lagerstäbchen auf einem Streifen von Messingblech d, der an f befestigt ist. Ferner wird an h, das in diesem Fall auch aus gewöhnlichem Rundeisen hergestellt werden kann, aus Kupferblech ein Scheibchen e angelötet und unter diesem in f eine entsprechende Vertiefung angebracht.

Noch mehr vereinfachen kann man das Lager, wenn man statt des runden Stäbchens h einen Messingblechstreifen verwendet, der mit seiner Kante auf der des Lagerbleches d aufliegt. Es fällt damit der mittlere, in [Abb. 238] und [239] abgebildete Teil ganz weg. Es wird einfach der etwa 1 mm starke 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 in f eingebohrte Vertiefung hinabreichen.

[Abb. 242] zeigt 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 aus [Abb. 237] hervor; es sei nur noch bemerkt, daß die beiden festen Spulen a und b, die ursprünglich einen Abstand von 1,5 cm haben, 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 Brettchen e befestigt.

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, l und m) mit einer aus c ([Abb. 237]) anzubringenden Schaltvorrichtung zu versorgen. Diese Schaltvorrichtung wird durch ein System von sogenannten Stöpselkontakten hergestellt. Wir beschaffen uns zu diesem Zweck ein 8 cm langes, 3 cm breites und 2 mm starkes Kupfer- oder Messingblech, in das wir die aus [Abb. 243] hervorgehende Einteilung einritzen; an den mit

bezeichneten Stellen werden 2 mm weite Löcher gebohrt, durch welche die Schräubchen gehen sollen, mit denen die einzelnen Teile auf ihrer Unterlage befestigt werden. An den mit

bezeichneten Stellen werden 3 bis 4 mm weite 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 5 mm starken 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 Stäbchens h mittels 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 Klötzchen f ein kreisrundes Brettchen, dessen Durchmesser etwas mehr als die ganze Zeigerlänge beträgt und auf dessen Vorderseite ein weißer Karton aufgeklebt ist. In die in die Plättchen g₁ und g₂ gebohrten Löcher wird so viel Quecksilber gegossen, das es sich etwas über die Fläche von g herauswölbt. Im Falle daß die in [Abb. 241] oder [242] angedeutete Konstruktion verwendet wurde, werden die Vertiefungen in f₁ und f₂, in die auch die Drähte l und m hineinragen, mit Quecksilber ausgefüllt.

Nun bringen wir noch auf der Unterseite des mit Stollen zu versehenden Grundbrettes drei verschiedene Nebenschlußwiderstände an. Über deren genauere Bestimmung vergleiche [Seite 108/109] und [97].

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 Schema [Abb. 243] und [244]): 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 auf [Seite 97] und [108] eingehend besprochen worden.

Soll das Instrument auch für Wechselströme Verwendung finden, so muß dafür eine besondere Skala geeicht werden, an der auch die Periode des Wechselstromes angeschrieben ist. (Vergleiche [Seite 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.