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Einrichtung zur Darstellung physikalischer Vorgänge mittels elektrischer Funken.
Die Erfindung betrifft, Einrichtungen, welche physikalische Vorgänge, die aus zwei im rechtwinkligen Koordinatensystem sich vollziehenden Bewegungen zusammengesetzt sind. derart zur Erscheinung bringen, dass ihr Verlauf unmittelbar beobachtet werden kann. Als solche Vorgänge können beispielsweise in Betracht kommen : das Verhalten von Dämpfen und Gasen im Arbeitszylinder von Kraftmaschine während eines Kolbenhubes, die Spannung-
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Die Einrichtungen sind dadurch gekennzeichnet, dass sie die Bewegungen des betreffenden Vorgangs durch elektrische Funken sichtbar machen, die, von einem Funkeninduktor erzeugt. an den Kreuzungsstellen elektrischer Leiter überspringen, wenn diese von anderen Leitern bestrichen werden, die je eine Einzelbewegung des Vorgangs wiedergeben.
Die sich kreuzenden Leiter können als einzelne Stäbe beweglich, oder als Sc) aren paralleler Stäbe unbeweglich angeordnet sein. In beiden Fällen ergeben die in raschem Wechsel sich folgenden Funkenstrecken leuchtende Linien, die den Gesamtverlauf des Vorgangs in Gestalt eines geschlossenen Diagramms oder einer Kurve unmittelbar erkennen lassen.
Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, welche die Darstellung von Indikatordiagra1l1men auf optischem Wege mittels Linien und Spiegeln, oder auch mittels elektrischer Funken bezwecken.
Die der ersten Art sind jedoch sehr kostspielig und äusserst schwierig zu handhaben : die der zweiten machen den Vorgang nicht sichtbar, sondern zeichnen ihn lediglich auf ein eingelegtes Papierblatt zum Zwecke späterer Untersuchung.
Dagegen waren bisher Einrichtungen nicht bekannt, die das Verhalten der Dämpfe und
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auf Überspannungen, Phasenverschiebungen und dgl. mittels elektrischer Funken unmittelbar zu erkennen gestatten.
Einrichtungen dieser Art bilden den Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
In der Zeichnung ist :
Fig. 1 eine Einrichtung zur Darstellung von Dampfdiagrammen ;
Fig. 2 Teil eines Querschnittes durch die Schautafel dieser Einrichtung :
Fig. 3 eine Einrichtung zur Darstellung von Wechselströmen ;
Fig. 4 Teil eines Querschnittes durch die Schautafel dieser Einrichtung :
Fig. 5 Teil eines Schnittes durch dieselbe Schautafel, senkrecht zum Schnitt Fig. 4 :
Fig. 6 Teilansicht derselben Tafel von der Schauseite.
Die Fig. 1 und 3 sind schematisch und nicht im wahren Grössenverhältnis der einzelnen Teile zueinander gezeichnet, sondern so. dass die die Erfindung kennzeichnenden Teile deutlich hervortreten. Die Fig. 2, 4, 5 und 6 zeigen die betreffenden Teile in mehrfacher natürlicher Grösse.
Sind zwei in geringem Abstand voneinander rechtwinkclig sieh kreuzende Metallstäbe mit ihren einen Enden z. B. an die Sekundärspule eines Funkeninduktors angeschlossen und ihre ändern Enden elektrisch isoliert, so entsteht an der Kreuzungsstelle eine Funkenstrecke. Wird sodann der eine Stab im Sinne einer der Bewegungen, aus welchen der Vorgang zusammengesetzt ist, mit einer gewissen Geschwindigkeit senkrecht zu seiner Längsachse bewegt, desgleichen der
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beweglicher Stäbe zwei Scharen paralleler unbeweglicher Metallstäbe oder Leiter anzuordnen, deren Enden von andern Leitern im Sinne der Einzelbewegungen des Vorgangs bestrichen werden, die einerseits an die Sekundärspule des Funkeninduktors angeschlossen, andererseits elektrisch isoliert sind.
Dieser Art sind die Einrichtungen Fig. 1 und Fig. 3 der Zeichnung.
Die Einrichtung Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einer Schautafel mit sich kreuzenden Leitern 2 und 3, einem in dem Zylinder 4 beweglichen Kolben 5 mit der Stange 6 und einer daran elektrisch isoliert befestigten Scheibe 7 ; ferner aus einer Stange 8 mit einer ebenfalls elektrisch isolierten Scheibe 9, und aus einem Funkeninduktor 10 von bekannter Bauart.
Der Zylinder 4 steht durch den ihn umgebenden Mantel 11 mit dem Arbeitszylinder der zu untersuchenden Kraftmaschine derart in Verbindung, dass das bei a einströmende Dampfoder Gasgemisch durch die Öffnungen b hindurch hinter den Kolben 5 tritt und, ihn vor sich her schiebend, eine Feder 12 spannt, durch die er in die Nullstellung zurückgebracht wird, wenn das Druckmittel wieder ausströmt. Damit die Luft vor dem Kolben entweichen kann, ist in dem Zylinder 4 eine ins Freie führende Öffnung c angebracht.
Während der Bewegung des Kolbens 5 bewegt sich die Scheibe 7 einerseits einem isolierten Stab 13, andererseits der Leiterschar 2 entlang. Die Stange 8 ist durch eine Hubverminderung mit der Kolbenstange der zu untersuchenden Kraftmaschine verbunden und bewegt daher die Scheibe 9 entsprechend dem verminderten Kolbenweg einerseits den Enden der Leiterschar J, andererseits einem isolierten Stab 14 entlang hin und her.
Die Stäbe 13 und 14 sind durch isolierte Drähte 15 und 16 an die Sekundärspule d des Funkeninduktors 10 angeschlossen, folglich springen jeweils an der Kreuzungsstelle derjenigen Leiter 2 und 3, die von den Scheiben 7 und 9 gleichzeitig bestrichen werden, elektrische Funken über, die dann wegen der beständigen Verlegung ihres Ausgangspunktes die oben erwähnte leuchtende Linie, in diesem Falle, ein sogenanntes Indikatordiagramm, erzeugen.
Eine brauchbare Schautafel für diese Linien oder Kurven, bei der die Leiterscharen 2 und 3
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Man umwickelt eine rechteckige, mit abgeschrägten Kanten e, f versehene isolierende Platte 17 fortlaufend in gleicher Richtung mit einem Metalldraht von etwa 0'3 mm Dicke, der mit einer ungefähr 0'02 mm starken isolierenden Emailschicht überzogen ist und eine Spannung von () n V aushalten kann. Hierauf überfährt man die Drahtwindungen über dem vorderen ebenen Teil der Platte 17 und bei der Kante e aussen mit einem heissen Eisen, so dass der Email- überzug wegschmilzt und der blanke Draht zum Vorschein kommt. Über diese Drahtlage wickelt
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einen der beiden Drähte wieder ab, so dass die Windungen des anderen Drahtes nunmehr in einem Abstände voneinander gleich der Drahtstärke, die erste Drahtlage umgeben.
Sodann klemmt n na, n beide Drahtlagen mit Hilfe der Schraube 9 zwischen die Platte 17 und den Rahmen 18, schneidet die Drähte innerhalb des Rahmens ab, biegt die Enden wie aus Fig. 2 ersichtlich auf
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welche die Drahtenden festhalt und voneinander isoliert.
Wechnelsttnmdiagramme lassen sich auf gleiche Weise darstellen, wenn an den Funkeninduktor der Einrichtung einerseits ein schraubenförmig gewundener, isolierter elektrischer Leiter angeschlossen wird, der synchron mit den Schwingungen des darzustellenden Stroms umläuft und nacheinander die Enden der einen Leiterschar der Schautafel bestreicht ; während andererseits die Enden der zweiten Leiterschar von einem gleichfalls an den Funkeninduktor angeschlossenen isolierten Leiter Gestrichen werden, der den wechselnden Stromspannungen entsprechend hin und her bewegt wird. Das aber die Zahl dieser Wechsel in der Sekunde sehr gross ist, so darf die, Mn.asse des betreffenden Leiters nur sehr klein sein, weil er ihnen sonst nicht, folgen würde.
Aus
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bringen.
Dies geschieht bei der Einrichtung nach Fig. 3 dadu'eh, dass der erwähnte Leiter ein äusserst geringes Gewicht erhält und durch den Druckunterschied zweier Lufttsäulen hin und her bewegt wird, den der darzustellende Wechselstrom erzeugt.
In Fig. 3 ist, 19 eine als Glockenmagnet ausgebildete eiserne Dose mit den Polen 20, 21 und dem Verschlussdeckel 22. Zwischen Dose und Deckel ist eine Eisenmembran 23 eingeklemmt, welche die Verbindung der beiden Pole herstellt und zwischen den ringförmigen Endflächen 24, 2. 5 zweier Stöpsel 26, 27 hin und her schwingen kann, die verstellbar in Dose und Deckel eingeschraubt sind. Aus den Hohlräumen der Dose vor und hinter der Membran 23 führen Röhren 28, 29 zu
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aus denen die eine Schar der sich rechtwinkelig kreuzenden Leiter gebildet ist.
Eine von einer Batterie 35 mit Gleichstrom gespeiste Ringspule 36 aus isoliertem Kupferdraht dient zur Magnetisierung der Dose, während eine zweite Ringspule 37 von dem darzustellenden Wechselstrom durchflossen wird.
Der Stahldraht 32 ist mit dem einen Ende der Sekundärspule eines Funkeninduktors 38 leitend verbunden, während an das andere Ende ein Metallstab 39 angeschlossen ist, der sich schraubenförmig einmal um eine aus Isoliermasse bestehende Walze 40 windet. Diese Walze wird von einem Motor angetrieben, der synchron mit den Schwingungen des darzustellenden Wechselstroms umläuft. Dabei bestreicht der Stab 39 nacheinander die ebenfalls zugeschärften Enden der Metallstreifen 41, aus welchen die andere Schar der sich kreuzenden Leiter zusammengesetzt ist.
Die Stöpsel 26,27 sind so eingestellt, dass die durch Magnetisierung der Dose gespannte Membran 23 genau die Mittellage zwischen den beiden Endflächen 24, 25 einhält.
Das Rohr 42 dient mit seiner Gabelung h zur Einführung von Luft höherer Pressung als die Aussenluft auf beide Seiten der Membran 23 bzw. des Kölbchens 33. In den Röhren 28, 29 sind Öffnungen p, q von kleinerem Querschnitt vorgesehen, durch welche die eingeführte Luft wieder entweichen kann, so dass keine weitere Verdichtung entsteht.
Wird nun in die magnetisierte Dose Druckluft eingeführt, so bilden sich zu beiden Seiten der Membran 23 Luftdrucksäulen von genau gleicher Höhe, die das Kölbchen 33 in den Druckmittelpunkt einstellen. Lässt man sodann den darzustellenden Wechselstrom durch die Spule 37 fliessen, so wird bei gleicher Richtung mit dem Magnetisierungsstrom die Magnetisierung verstärkt, dadurch die Membran vom Pol 21 angezogen und der Luftdurchgang zwischen ihr und dem Stöpsel 27 verengt. Daraus folgt eine Verminderung des Luftdrucks in dem Rohr 29 und somit eine Verschiebung des Kölbchens 33 nach der Seite dieses Rohres hin.
Bei entgegengesetzten Richtungen des darzustellenden und des Magnetisierungsstromes wird umgekehrt die Membran 33 vom Pol 21 abgestossen, der Luftdurchgang auf der Seite des Stöpsels 26 verengt und der Luftdruck im Rohr 28 vermindert, so dass nun eine Verschiebung des Kölbchens nach der Seite des Rohres 28 erfolgt. Da die Membran 23 gleich der Membran eines Telephons allen Wechseln des Stromes folgt und somit entsprechende Luftdruckwechsel in den Röhren 28 und 29 erzeugt. die auf das Kölbchen 33 wie beschrieben einwirken, so gibt seine Hin-und Herbewegung ein Bild der Spannungsänderungen des darzustellenden Stromes.
Bei dieser Bewegung überträgt das Kölbchen 33 den ihm durch den Draht 32 zugeführten Induktorstrom nacheinander auf die Leiter 34 und bewirkt das Überspringen von Funken an der Kreuzung derjenigen Leiter 34 und-/7. die jeweils in den Induktorstrom eingeschaltet sind.
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der betreffenden Spannungsänderungen geben.
Wird ein zweites, den entgegengesetzten Enden der Leiter 34 entlang bewegliches Kölbchen-', das ebenfalls an einen Funkeninduktor an- geschlossen ist, von einem zweiten, dem beschriebenen durchaus gleichen Steuerapparat gesteuert.
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ein zweiter, an obigen Funkeninduktor angeschlossener die andere Enden der Leitergruppe 41 bestreichender, gewundener Leiter 39' von dieser zweiten Wechselstrommaschine angetrieben. so erscheinen auf der Schautafel zwei voneinander abweichende Spannunj'2 ; skurven, die aber in eine einzige übergehen, sobald beide Wechselstrommaschinen synchron umlaulen, in welchem Zeitpunkte sie alsdann parallel geschaltet werden können.
Ebenso sind auf der gleichen Schautafel gleichzeitig Spannungs-und Stromkurven dar-
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zwar von demselben Wechselstrom durchflossen werden. von welchen aber die eine für Strom- Hpannung, die andere für Stromstärke bemessen ist.
Die Fig. 4 bis 6 zeigen eine andere Herstellungsart der Kurvenschautafel, die selbstverständlich auch bei Einrichtungen nach Fig. 1 verwendbar ist.
An den Enden zugespitzte Metallstreifen i werden mit Isolierstreifen k von gleicher Breite mittels eiserner Schienen 1 und isolierter Schraubenbolzen m fest zusammengepresst. In die Sehaufläche werden sodann Nuten M eingefräst und in diese Metallstreifen o eingelegt, die mit Isolieremail iiberzogen sind. Hierauf werden die Metallstreifen o an der Schauseite mittels eines heissen Eisens von dem Email befreit, so dass die Tafel in der Schauebene sich kreuzende Streifen blanken Metalls, unterbrochen durch isolierende Streifen, aufweist.
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