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Vorrichtung zum Messen insbesondere kleiner Winkelgeschwindigkeiten.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen von Winkelgeschwindig- keiten, insbesondere von kleinen Winkelgeschwindigkeiten. Die Vorrichtung ist in erster Linie für wissenschaftliche Zwecke bestimmt und ermöglicht es, Winkelgeschwindigkeiten in jedem gewünschten Intervall zu messen. Sie zeigt selbsttätig die Winkelgeschwindigkeiten und den Drehungssinn des Objekts an.
Die Wirkung der Vorrichtung beruht auf den Wechselbeziehungen zwischen einer Planscheibe. die mit der Winkelgeschwindigkeit des Objekts oder mit einer zu dieser Winkelgeschwindigkeit in konstantem Verhältnis stehenden Geschwindigkeit gedreht wird, und einem um die Achse der Planscheibe schwenkbaren Vergleichsuhrwerk. Diese Wechselbeziehungen werden vermittelt durch ein Rollrad, das auf der Planscheibe rollt und auf dem Polarm verschiebbar ist. Das Rollrad wird von dem Vergleichsuhrwerk mit konstanter Umlaufsgeschwindigkeit um die eigene Achse gedreht. Gemäss der Erfindung ist das Uhrwerk, das das Gegengewicht des Polarmes bildet und der Polarm selbst konzentrisch zur Achse der Planscheibe gelagert, wobei die Verschiebung des Rollrades bzw. des Rollradträgers durch eine Kurvenführung er-
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der gesuchten Winkelgeschwindigkeit zeigt.
Die Kurvenführung ist derart geformt, dass der Ausschlagwinkel des Polarmes selbst-
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Der Polarm trägt einen Zeiger, der auf einer logarithmischen Skala die wahre Winkelgeschwindigkeit oder je nach ihrer Einstellung ein konstantes Vielfaches der Winkelgeschwindigkeit angibt.
Das Zusammenarbeiten des Zeigers mit dieser Skala erinnert an die beiden gegenübergestellten logarithmischen Skalen des Rechenschiebers, mit dem Unterschiede, dass eine der logarithmischen Skalen des Rechenschiebers hier durch den Ausschlag des am Polarm befestigten Zeigers ersetzt wird. Ein weiterer, rein baulicher Unterschied ist der, dass die Skala, über die der Zeiger
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wie am Rechenschieber, wird das Produkt von zwei Faktoren oder den Quotienten zweier Grössen unmittelbar abgelesen.
Es bestehen für die Verwendung und Ausnutzung der Erfindung in der Technik drei Möglichkeiten für die Anbringung der Skala : i. Die Skala ist ein für allemal fest angebracht, wie bei dem weiter unten beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes angenommen ;
2. die Skala ist auf einer um die Hauptachse der Vorrichtung drehbaren Scheibe (Skalenscheibe) angebracht, die aber dann fest eingestellt wird ;
3. die Drehung der Skala ist stets veränderlich gemäss der stetig sich drehenden, im Falle 2 angedeuteten Scheibe.
Im ersten Falle ist der Faktor der Winkelgeschwindigkeit eine Konstante ; im zweiten Falle spielt der Faktor'der Winkelgeschwindigkeit die Rolle eines Parameters ; im dritten Falle die Rolle einer Veränderlichen.
Im zweiten Falle wird bei fest eingestellter Skalenscheibe stets dasselbe Vielfache der veränderlichen Winkelgeschwindigkeit abgelesen. Durch jede neue Einstellung erreicht man die Anwendung des Winkelgeschwindigkeitsmessers für die Untersuchung von Maschinen, die verschiedene Grösse der Scheiben oder Dicke der Wellen besitzen. Jedoch hat die Einstellung der Skalenscheibe-wie die der Zunge des Rechenschiebers-im logarithmischen Masse zu geschehen. Im dritten Falle ist die Skalenscheibe-wie im zweiten Falle-am unteren Ende der Vorrichtung angeordnet und gleichachsig mit dem Polarm im logarithmischen Masse drehbar, und zwar unabhängig von dem Gang der Vorrichtung.
Die Drehung der Skalenscheibe brauchtim allgemeinsten Falle der Anwendung-nur nach dem Logarithmus einer Funktion der die Drehung der Skalenscheibe veranlassenden Veränderlichen zu erfolgen. Die Drehung nach der logarithmischen Funktion kann z. B. durch eine zugehörige Kurvenführung erreicht werden.
Die Anordnung des am Polarm befestigten Zeigers in Verbindung mit einer im logarithmischen Masse veränderlich drehbaren Skala bietet aber noch weitere Vorteile :
In der Mechanik spielt die Beziehung p. (.) = : 1.. eine grosse Rolle. p. M und damit auch {i seien veränderlich.
Nach der Lehre der Differentialrechnung ist eine sehr kleine Änderung der Bewegung nach diesem Gesetz dargestellt durch
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Diese doppelte Veränderlichkeit kann wegen der Produktform nicht in brauchbarer Weise mechanisch dargestellt werden. Wenn man jedoch die Grössen im logarithmischen Mass misst, so stellt sich die doppelte differentiale Veränderung dar als
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Aus dieser Gleichung erhellt, dass sich die logarithmisch gemessene Änderung (Bewegung) als Summe zweier Funktionen ergibt, von denen jede nur von einer Veränderlichen abhängig ist.
Aus diesem Grunde ist eine mechanische Kupplung von zwei voneinander unabhängigen Änderungen (Bewegungen) unnötig. Deshalb fällt eine gegenseitige Beeinflussung der die Änderungen verursachenden Kräfte völlig fort. Die Trennung der Bewegungen gestattet einen leichten und ungestörten Gang der Vorrichtung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. i ist ein senkrechter Schnitt nach der Achse der Vorrichtung.
Fig. 2 ein Grundriss mit abgenommener Planscheibe.
Fig. 3 ist ein Schnitt in grösserem Massstabe durch die Achse der Vorrichtung.
Fig. 4,5 und 6 sind, ebenfalls in grösserem Massstabe, Schnitte nach Linie 5-5, 6-6 und 7-7 der Fig. i.
Auf der Achse 1 der Vorrichtung ist drehbar die Planscheibe 2 gelagert, welche auf irgendeine Weise, z. B. durch einen Zahnkranz 3, mit dem Objekt, dessen Winkelgeschwindigkeit zu untersuchen ist, verbunden wird. Unterhalb der Planscheibe sitzt auf der Achse 1 die Nabe 4 des Polarmes, der hier als ein mit einer Parallelführung 6 versehenes U-Stück 5 ausgebildet ist.
In dem U-Stück ist eine Welle 7 gelagert, auf welcher ein mit der Planscheibe 2 durch Reibung in Eingriff stehendes Rad 8 so angeordnet ist, dass es sich auf der Welle 7 verschieben kann, sich aber mit ihr drehen muss. Die Welle 7 erhält ihren Antrieb von einem Uhrwerk 9 (Fig. 2), welches auf einer an die Nabe 4 angesetzten Platte 10 befestigt ist. Das Uhrwerk treibt eine Welle 11, deren Drehung auf eine Welle 12 und von da durch eine Zahnradübersetzung 13, 14 auf die Welle 7 übertragen wird. Auf diese Art erhält die Welle 7 eine gleichförmige Drehung.
Die Welle 11 trägt zwei Kegelräder 15 und 16 (Fig. 5), welche auf ihr frei drehbar sind und durch eine Kupplung 17 mit ihr in Eingriff gebracht werden können. Beide Kegelräder stehen in Eingriff mit dem auf der Welle 12 befestigten Kegelrad 18. Das Reibrad 8 ist in einem gegabelten Halter 19 (Fig-4) gelagert, der im unteren Teil vierkantig ausgebildet ist und in der Parallelführung 6 des U-Stückes 5 gleitet. Auf dem Halter 19 sind zwei drehbare Rollen 20 und 21 mit Hilfe eines Stiftes 23 befestigt. Die beiden Rollen 20 und 21 greifen in eine Kurve 24 ein (Fig. 2), die von zwei feststehenden Kurvenstücken 25 und 26 gemeinsam gebildet wird.
Wie Fig. 4 erkennen lässt, ist die Kurvenführung in den Stücken 25 und 26 so ausgebildet, dass die eine Seite von ihr im Kurvenstück 25, die andere im Kurvenstück 26 liegt.
Die Kurvenführung folgt mit ihrer Mittellinie dem Gesetz :
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worin up der Ausschlagwinkel des U-Stückes 5, r der jeweilige Abstand des Reibrades von Achse 1 und R der Abstand in der Endstellung oder Ruhestellung des Reibrades von der Achse 1 ist. Diese Formel ergibt eine Kurve, die stets die gleiche Neigung von 450 gegen den jeweiligen Radius besitzt, so dass die Kraft zur selbsttätigen Einstellung den grösstmöglichen Wert erhält.
Nach dem Gesetz r. to = konst. ist r der Abstand des Reibrollenrades 8 von der Achse 1, ein Mass für die Winkelgeschwindigkeit (ù. Darnach ist die Grösse des Ausschlagwinkels < p das logarithmische Mass für die Winkelgeschwindigkeit und wird auf einer logarithmischen Skala 45 abgelesen, über die ein am Ende des Polarmes oder U-Stückes 5 befestigter Zeiger 46 läuft.
Das obere Kurvenstück 25 ist mit seiner Nabe 27 auf der Achse 1 gegen Drehung gesichert.
Das untere Kurvenstück 26 ist an ihm irgendwie befestigt. Wie Fig. 3 erkennen lässt, schliesst sich an die Nabe 27 des Kurvenstückes 25 ein Arm 28 an, welcher durch einen Schlitz des Kurvenstückes 26 hindurchgreift. An dem Arm 28 ist ein zweiter, gegen die Parallelführung 6 im Grundriss geneigt stehender Arm 29 befestigt, (Fig. 2, ) der an seinem Ende einen Zahn 30 trägt.
Das U-Stuck 5 hat eine Blattfeder 47, welche sich in der Ruhestellung des Reibrades 8, d. h. in seiner grössten Entfernung R von der Achse 1, gegen das Reibrad anlegt und es dadurch verhindert, sich zu drehen. Die Folge davon ist, dass bei einer Drehung der Scheibe 2 das Reibrad zunächst mitgenommen wird, ohne sich zu drehen, wobei seine Welle 7 samt dem U-Stück 5 um die Achse 1 sich herumdreht.
Infolgedessen wird der Uhrwerksträger 10 ebenfalls gedreht, so dass ein in einem Bock 48 an der Scheibe 10 drehbar gelagerter, gezahnter Hebel 49 (Fig. 5) durch den Zahn 30 des Armes 29 gedreht wird und dadurch die Kupplung 17 mit dem Kegel-
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genügt eine sehr geringe Drehung des U-Stückes 5, für welt he an der Spitze der Kurve : 2-1 (Ruhe- stellung) genügend Spielraum vorgesehen ist. Gleichzeitig mit der Einkupplung wird selbsttätig eine Sperrung, beispielsweise mit Hilfe des Hebels 4. 9. aufgehoben, welche das Uhrwerk so lange stillstellt, wie das Reibrad sich in der Ruhestellung befindet. Das Uhrwerk beginnt also in dem Augenblicke zu arbeiten, in welchem die Welle 11 mit einem der Kegelräder 1eS oder 16 gekuppelt wird.
Die Folge davon ist, dass das Reibrad A'vom Uhrwerk mit gleichförmiger Geschwindigkeit um seine Welle 7 gedreht wird. Dabei rollt es auf der Scheibe 2 ab. Da das' Rad sich mit konstanter Geschwindigkeit dreht. so versetzt es das U-Stück 5 (Polarm) in Drehung und verschiebt sich-durch die Kurvenführung veranlasst-gleichzeitig so lange auf der Welle 7, bis die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe in ihrem Berührungspunkte mit
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Stellung zeigt der Polarm mit dem daran befindlichen Zeiger 46 auf der Skala 45 die wahre Winkelgeschwindigkeit, oder bei weiterer Ausnutzung der Erfindung nach Feststellung der
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das Produkt aus der Winkelgeschwindigkeit und der die Drehung der Skala veranlassenden Veränderlichen.
Für den Fall, dass die Winkelgeschwindigkeit des Objekts so gross werden sollte, dass sie von der Vorrichtung nicht mehr gemessen werden kann, ist eine selbsttätige Ausrückung vor- gesehen. Bei einer derart hohen Winkelgeschwindigkeit wird das Reibrad 8 durch die Kurven- führung 24 in eine Ausdrehung 50 der Scheibe 2 gedrückt. in welcher es mit der Scheibe ausser
Eingriff gelangt. Um das Rad aus dieser Stellung wieder in die Arbeitslage zurückzubringen, können auf der Welle 7 irgendwelche Rückführungsorgane, Blattfedern o. dgl., angeordnet werden.
Die dem Reibrad 8 durch die Kurvenführung 24 erteilte Bewegung nach der Achse I hin kann ausgenutzt werden, um in dem Uhrwerk ein schnelleres Übersetzungsverhältnis einzuschalten, so dass das Reibrad 8 von dem Uhrwerk mit einer grösseren konstanten Umlaufsgeschwindigkeit angetrieben wird.
Um grosse Genauigkeit in der Arbeitsweise der Vorrichtung in jeder Lage der Achse 1 zu erzielen, empfiehlt es sich, die einzelnen Teile der Vorrichtung so auszubilden, dass ihr Schwerpunkt in die Mittellinie der Achse 1 fällt. Damit infolge der Drehung des Uhrwerks trägers 10 um die Achse 1 der Planscheibe der Gang des Uhrwerks nicht beeinflusst wird, empfiehlt es sich, die schwingenden Teile der Uhr so einzubauen, dass die Drehmomente ihrer Welle senkrecht zur Achse 1 der Planscheibe stehen. Desgleichen ist es zweckmässig, auf der Uhrwerksseite des Polarmes ein den Bewegungen des Rollrades genau folgendes, verschiebbares Gegengewicht anzubringen.
PATEXT-AXSPRÜCHE : i. Vorrichtung zum Messen insbesondere kleiner Winkelgeschwindigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit einem sich in Drehung setzenden oder in Drehung befindlichen.
Objekte zwangläufig verbundene Planscheibe (2) und ein auf einem zu ihr konzentrisch lagernden Polarm (5) verschiebbares, mit der Planscheibe in Eingriff stehendes Reibrollrad (8), welches von einem auf der Verlängerung (10) des schwingenden Polarmes (5) angebrachten Uhrwerk (9) eine konstante Drehgeschwindigkeit'erhält und nach einer Kurvenführung (25, 26) bis zur Gleichheit der Umfangsgeschwindigkeiten von Planscheibe und Rollrad verschoben wird, einen solchen Ausschlag des Polarmes (5) hervorrufen, dass der Winkel seines Ausschlages das log- arithmische Mass der Winkelgeschwindigkeit der Planscheibe (2) ist.