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Einrichtung zur mechanischen Zeitintegration.
Um veränderliche Grössen als Funktion der Zeit zu integrieren, hat man bisher zwischen einer Uhr mit konstantem Gang und einem Zählwerk veränderliche Übersetzungen verwendet, die derart eingestellt wurden, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen der Uhr und dem Zählwerk der veränderlichen Grösse, welche als Funktion der Zeit integriert werden soll, proportional ist. Wenn z. B. die von einem Geschwindigkeitsmesser angegebene Geschwindigkeit als Funktion der Zeit integriert werden soll, um den Weg anzugeben, muss das Übersetzungsverhältnis in jedem Augenblicke der Geschwindigkeit proportional sein.
In vielen Fällen ist es wünschenswert, das Zeitintegral einer Quadratwurzel aus einer veränder-
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druck als Funktion der Zeit integrieren, um den Weg zu erhalten.
Die Erfindung hat zum Zweck, eine Uhr derart einzurichten, dass sie direkt entweder die Quadratwurzel aus einer veränderliehen Grösse oder diese Grösse selbst nach der Zeit integriert.
In jeder Uhr muss eine Kraft vorhanden sein, welche danach bestrebt ist, das schwingende Organ der Uhr (Pendel, Unruhe, auf einer Schraubeufeder aufgehängte, auf und nieder pendelnde Masse oder
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wenn die Schwingungsda'ter von der Grösse des Ausschlages unabhängig sein soll. Die Schwingungszeit eines schwingenden Körpers ist (siche z. B.
Chwolson, Lehrbach der Physik, Braunschweig 1902, Teil I, S. 361) :
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wobei K das Trägheitsmoment des schwingenden Körpers in bezug auf den Drehpunkt ist und C eine Konstante. die so bestimmt ist. dass das Kräftepaar (Drehungsmoment), welches bestrebt ist, den
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schwingende Masse, wenn K die Masse bezeichnet und die Konstante C so bestimmt ist, dass'die den Körper in die Gleichgewichtslage zurückführende Kraft = C z ist, wobei z den linearen Abstand des
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schwingt, deren Zuwachbetrag der Grösse ('. welche der Zeitintegration unterworfen werden soll, in jedem Augenblick proportional ist, indem wir C = rG setzen, wobei c eine Konstante ist, so ist die Dauer einer Schwingung :
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welche der Zeitintegration unterworfen werden soll und umgekehrt proportional der Quadratwurzel des Trägheitsmomentes der blasse. Während einer Zeit Z wird der Zeiger das Integral angeben :
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schwingenden Körper in die Gleichgewichtslage zurückführende Kraft (Drehungsmoment) in ähnlicher Weise dem Quadrate der Grösse, die nach der Zeit integriert werden soll. proportional gemacht.
In der Praxis vorkommende Fälle, wo es vorteilhaft sein kann. die Quadratwurzel einer veränderlichen Grösse nach der Zeit zu integrieren, sind ausser dem eben genannten Log, Windmesser, welche auf der Anwendung der Pitotschen Röhre oder auf dem Druck des Windes gegen eine Fläche beruhen oder auf Windmessung gegründete Geschwindigkeitsmesser, z. B.
für Luftfahrzeuge oder Dampf- und Gasmesser, die auf der Pitotsehen Röhre oder auf dem Di' ekuntersehied in einer Leitung vor und hinter einer Verengung beruhen, um die Dampf-oder Gasmenge anzugeben, oder auf der Pitotschen Röhre oder einem Venturirohr beruhende Wassermesser, um die Wassermenge zu bestimmen, welche durch eine Leitung hindurchgeht.
Die Zeichnungen zeigen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Kraft eingerichtet ist. Die-Uhr wird mittels einer Feder in Bewegung gehalten, welche in bekannter Weise mittels eines Räderwerkes und eines Steigrades einen schwingenden Körper 3 in Bewegung hält. Dieser Körper ist nach Fig. 1 als ein Doppelpendel. also als ein Körper ausgeführt, der an sich in aUen Lagen in Gleichgewicht ist. Statt als Doppelpendel kann natürlich der schwingende Körper in irgendeine andere Form ausgeführt sein. z. B. in Form eines Rades (Unrahe).
Auf einen mit dem schwingenden Körper fest verbundenem'Arm 2 wirkt eine Kraft C, welche durch passende Öbersetzungsvorrichtungen mit der Grösse, deren Quadratwurzel nach der Zeit integiert werden soll, in jedem Augenblicke proportional
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heiten in dem Zuge auszugleichen, kann das Zug- oder Druckorgan eventuell federna sein.
Nach Fig. 2 ist das Zugorgan nicht direkt an der Unruhe 3 befestigt, sondern au dem Arm 3 eines Zahnbogens 5, der in ein mit der Unruhe verbundenes Zahngetriebe 6 eingreift. Statt des Zahnbogens
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angreifen. Wenn das Organ 1 gespannt wird, suchen die Bäuder 9, 10 sich in eine Ebene einzustellen mit einer Kraft, deren Zuwaehsbetrag der Spannung des Zugorganes 7 proportional ist. Die Bänder haben also das Bestreben, die Unruhe mit dieser Kraft in ihre Gleichgewichtslage zurückzuführen. An Stelle der Bänder können zwei (oder mehrere) Fäden oder Drähte verwendet werden, die parallel sind
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durch ein Getriebe mit einem am Hebel des Kernes 7-/befestigten Zahnsegment in Eingriff steht, zeigt die Grösse der Kraft.
Wenn statt des Kernes 14 ein Solenoid verwendet wird. welches von demselben Strom (oder einem aliquoten Teil desselben durchflossen wird, wie die Wicklung 1. 3). wird das Zug-
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integral der Stromstärke. d. h. die Elektrizitätsmenge angeben.
In Fig. Ï ist ein hydrostatisches Log gezeigt, welches mit der vorliegenden Einrichtung zur Zeitintegration der Quadratwurzel des Geschwindigkeitsdruckes versehen ist, um den zurückgelegten Weg anzuzeigen. Durch einen Balgapparat 16 oder einen andern Druckanzeiger (Membran, Kolben, Bourdon-
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durch eine Feder 18 mit einem festen Punkt des Gestelles verbunden ist. Der Ausschlag des unter der Einwirkung der Feder stehenden Hebels ist dem Geschwindigkeitsdrucke proportional. Dieser Druck
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auch unmittelbar die augenblickliche Geschwindigkeit anzeigen kann. An einem Punkte des Hebels 17 ist eine Feder 1 befestigt, welche den Hebel mit der Unrube des Uhrwerkes 4 derart verbindet, dass die Feder in der Nullage des Apparates ungespannt ist.
Wenn der Druck in dem Druckaufnehmer 16 auf auf den Hebel 11 wirkt. wird die Feder 1 mit einer Kraft gespannt, welche der Verlängerung der Feder. also dem Geschwindigkeitsdrucke, proportional ist. Die Ganggeselhwindigkeit der l'hr wird also der
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oder dgl. geregelt werden.
Nach Fig. 6 trägt der Hebel 77 einen um den Punkt 11 beweglichen Winkelhebel 27. 22. dessen Arm 27 durch einen an der Stange 20 befestigten-Drücker e beeinflusst wird, während der Arm 22 an dem
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so dass das Gewicht der Teile kein Drehmoment hervorbringt. In der Nullage des Apparates liegt der Drücker e über der Achse des Zapfens a, so dass das Drehmoment auf den Hebel Null wird. Wenn der Hebel 17 einen Ausschlag macht, wird der Abstand a/e, d, h, die wirksame Länge des Hebelarmes : 21. dem Geschwindigkeitsdrucke proportional und demzufolge wird der Zug in dem Zugorgan ebenfalls dem Geschwindigkeitsdrucke proportional. Die Ganggeschwindigkeit der Uhr wird der Geschwindigkeit des Schiffes proportional.
Nach Fig. 6a ist der Winkelhebel durch Lenker 21, 22 ersetzt. Der eine Endpunkt des Lenkers 27 ist beweglich an einem Punkte des Hebels 20 befestigt und der Lenker 2 : 2 ist in derselben Weise an einem Punkte des Hebels 7 ?' befestigt. Die Lenker 27. 22 sind an den andern Enden miteinander verbunden.
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zusammen. Wenn der Hebel 7/einen Ausschlag macht, wird der obere Drehpunkt des Lenkers 22 nach rechts verschoben und der Abstand zwischen den oberen Drehpunkten der Lenker 21. 22 wird dem Geschwindigkeitsdrucke proportional.
Das Ganze wirkt wie ein Hebel. von dem ein Arm dem Abstande
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kombiniert werden, die mit einem Pitotschen- oder Venturirohr ausgestattet sind. um die durchgehende Wind-. Wasser-oder Gasmenge zu messen.
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zwischen Führungen -1. 9 gleitet. Das Gleitstück- 48 wird von der zu integrierenden Kraft beeinflusst, Die Spannung in dem Zugorgane und in der Feder o'wird daher dieser Kraft proportional. Gleichzeitig wird die Feder ? verlängert und der Zapfen 45 bewegt sich in der Richtung der Führung aus seiner Gleich-
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Organ verwendet werden.
Die beschriebene Erfindung kann für alle möglichen Masszwecke verwendet und mit allen genannten Apparaten kombiniert werden.
Nach der vorliegenden Erfindung kann man auch das Produkt einer Grösse und der Quadratwurzel aus einer andern Grösse als Funktion der Zeit integrieren. Ein Fall, in dem dies von Nutzen sein kann, ist die Prüfung von Turbinen. Um den Nutzeffekt der Turbine zu ermitteln, vergleicht man die während einer gewissen Zeit von der Turbine gelieferte Energiemenge mit der Energiemenge des während der gleichen Zeit durchströmenden Treibmittel. Die letztgenannte Energiemenge ist gleich dem Zeitintegral des Produktes aus Druckabfall und Stromstärke. In dem Zuleitungsrohre Z der Turbine T
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lässt, so wird die Uhr das Zeitintegral der Stromstärke anzeigen.
Um mit diesem Integral dasjenige des Spannungsabfalles zu multiplizieren, lässt man die Uhr eine bekannte Zeitintegrationsvorriehtung treiben. welche den Spannungsfall integriert. Man lässt z. B. die die Stromstärke integrierende Uhr einen Konus K oder eine Scheibe treiben, gegen welche eine Reibrolle R anliegt, deren Abstand von der Spitze des Konus oder des Zentrums der Scheibe in irgendeinem konstanten Verhältnis zu dem Druckunterschiede S-S1 steht. Die Reibrolle treibt ein Zählwerk, welches also das Zeitintegral des Produktes aus Druckabfall
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kann statt Reibrolle und Konus irgendwelche andere bekannte Zeitintegrationsvorriehtung in Verbindung mit dem vorliegenden Uhrwerk verwendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur mechanischen Zeitintegration der Quadratwurzel aus einer veränderlichen Kraft oder einer andern Grösse (Länge, Masse, Stromstärke usw.), mit welcher eine Kraft proportional gemacht werden kann. dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kraft und einer Vorrichtung, welche
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mit einer Kraft beeinflusst wird, deren Zuwaehsbetrag (Kraft geteilt durch Ablenkung) der als Funktion der Zeit zu integrierenden Kraft proportional ist, so dass die Schwingungsdauer des Pendels oder der'
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anzeigt.