DE1115939B

DE1115939B - Selbsttaetig abgleichbare mechanische Rechen- und Messeinrichtung

Info

Publication number: DE1115939B
Application number: DES34105A
Authority: DE
Inventors: Johannes Sorteberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1952-08-26
Filing date: 1953-06-29
Publication date: 1961-10-26
Also published as: FR1081012A; US2643055A

Description

Selbsttätig abgleichbare mechanische Rechen- und Meßeinrichtung Die Erfindung betrifft eine selbsttätig abgleichbare mechanische Rechen- und- Meßeinrichtung für die fortlaufende Ermittlung veränderlicher physikalischer Größen unter Verwendung von zwei parallelen Hebeln, zwischen denen in ihrer Längsrichtung verschiebbare Rollenstützlager angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine mechanische Einrichtung zur Darstellung der Gleichung A - B = C - D anzugeben, wobei A, B, C, D Kräfte sind.
Es sind Einrichtungen zur mathematischen Zusammensetzung veränderlicher physikalischer Größen bekannt, bei denen eine Hilfskraft die veränderlichen Kräfte, welche an Hebeln angreifen, in einen Gleichgewichtszustand versetzt, in dem sie die gegenseitige Lage der Stütz- bzw. Angriffspunkte verändert, was als Maß für die Zusammensetzung der Kräfte dient. In diesen bekannten Vorrichtungen werden unter anderem auch zwei parallel angeordnete Waagebalken oder Hebel verwendet, zwischen denen in ihrer Längsrichtung verschiebbare Stützrollen angeordnet sind. Diese Hebel sind als einarmige Hebel verschiedener Länge jeweils an einem Ende in einem ortsfesten Lager drehbar gelagert. Es ist auch möglich, an Stelle der einarmigen, zueinander parallelen Hebel Doppel- oder Winkelhebel anzuwenden.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß es bei symmetrischer Anordnung zweier doppelarmiger Waagebalken möglich ist, durch gleich lange Bemessung der einander gegenüberliegenden Arme der Waagebalken die Hebellängen aus der Gleichung für den Gleichgewichtsfall zum Verschwinden zu bringen, so daß nur die Kräftebeziehungen übrigbleiben.
Gemäß der Erfindung ist die Rechen- und Meßeinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel als doppelarmige Waagebalken ausgebildet und zusammen mit den Rollenstützlagern symmetrisch angeordnet sind. Diese Anordnung wird vorzugsweise dadurch ermöglicht, daß die Waagebalken gegen Verschieben in ihrer Längsrichtung durch in dieser Richtung liegende Blattfedern gesichert sind. Beim Betrieb dieser Einrichtung können die den Drehpunkt der Waagebalken bildenden Rollenstützlager zusammen verschoben werden, wodurch ein Abgleich der auf den einen Waagebalken wirkenden Kräfte erfolgt, während zum selbsttätigen Abgleich des anderen Waagebalkens Einrichtungen vorgesehen sind, welche gleichzeitig die auf das eine Ende des anderen Waagebalkens wirkende Kraft verändern.
Trotz der Symmetrie der Anordnung ist es möglich, mit Kräften zu arbeiten, deren Größen unsymmetrisch sind.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird zum Abgleichen der auf die Waagebalkenenden und die Stützpunkte wirkenden Kräfte ein Luftdüsensystem verwendet, welches schon auf sehr kleine Bewegungen der Waagebalkenenden reagiert. Die Änderung der auf die Waagebalkenenden einwirkenden Kräfte kann ebenfalls durch ein pneumatisches System erfolgen.
Die Anordnung hat den Vorteil, daß sie hohe Empfindlichkeit aufweist, rasch anspricht und an die Lösung verschiedenster Aufgaben anpassungsfähig ist.
Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, welches befriedigende und zuverlässige Ergebnisse liefert, ist in der Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine mechanische Waage gemäß der Erfindung, die zur Lösung der methematischen Aufgaben benutzt werden kann; Fig. 2 ist ein Teilschnitt nach der Linie x-x der Fig. 1; Fig.3 zeigt schematisch eine Anordnung, die für das Quadratwurzelziehen benutzt werden kann; Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform zur Lösung von hyperbolischen Funktionen; Fig. 5 zeigt ein Diagramm der Anordnung gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 und 5 sind zwei Waagebalken 13 und 15 dargestellt, die auf Rollen aufliegen und um die Berührungspunkte F1 und F2 drehbar sind. Auf die Waagebalken wirken die Kräfte A, B, C, D in der dargestellten Weise mit den Hebelarmen a und b ein. Wenn das System im Gleichgewicht ist, dann stellen die Momente der Kräfte A, B, C und D um die Stützpunkte F1 und F2 die folgenden Gleichungen dar: A-b= D-a und B-a= C-b. (1) Aus dieser Gleichung ergibt sich durch Multiplikation A-B-a-b =C-D-a-b oder A-B---C-D. (3) Aus dieser Gleichung kann irgendeine der Kräfte als Funktion der anderen drei Kräfte ausgedrückt werden, z. B. wobei eine Multiplikation und eine Division auftritt. Bei einer praktischen Ausführungsform ist ein Gehäuse 1 mit Öffnungen 2 an den beiden Enden versehen, und zwar zur Aufnahme eines Stabes 3, der in Lagern 4 in Längsrichtung verschoben werden kann. Der Stab ist an einem Ende mit einem Balg 5 in einem Gehäuse 6 verbunden und steht unter der Einwirkung einer Feder 7. An dem Stab 3 ist ein Lagerkörper 12 befestigt, in dem Rollen 8 und 9 auf Spindeln 10 und 11 gelagert sind, die sich mit dem Stab bewegen.
Auf beiden Seiten der Rollen 8 und 9 sind Waagebalken 13 und 15 angeordnet, und die Berührungslinie der Waagebalken mit den Rollen bildet die Stützpunkte Fl und F2. Die Waagebalken sind an Blattfedern 14 und 16 angehängt.
An einem Balg 17 in einem Gehäuse 18, das mit dem Gehäuse 1 verbunden ist, ist ein Stab 19 so angeordnet, daß er senkrecht zu dem Waagebalken 13 steht und ihn berührt. An einem Balg 20 in einem Gehäuse 21, das ebenfalls mit dem Gehäuse 1 verbunden ist, ist ein Stab 22 derart befestigt, daß er senkrecht zu dem Waagebalken 15 steht und ihn berührt.
In einem Balg 23 in einem Gehäuse 24, das an dem Gehäuse 1 befestigt ist, befindet sich ein Stab 25, der auf dem Waagebalken 15 senkrecht steht und ihn berührt. An einem Balg 26 in einem Gehäuse 27, welches mit dem Gehäuse 1 verbunden ist, ist ein Stab 28 angebracht, der senkrecht auf dem Waagebalken 13 steht und ihn berührt. Die Stäbe 19, 22, 25 und 28 berühren die betreffenden Waagebalken an den Punkten PA, PB, PC und PD. Aus praktischen Gründen ist es wünschenswert, den Abstand zwischen den Berührungspunkten PA und PD gleich groß zu machen wie den Abstand zwischen den Berührungspunkten PB und PC. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Verbindungslinie der Mittelpunkte der Rollen 8 und 9 senkrecht auf den Waagebalken steht und die Waagebalken in gleichen Abständen von den Berührungspunkten PA, PC bzw. PB und PD schneidet.
Durch eine Leitung 29 wird Luft einer Düse 30 zugeführt, die gegenüber einer Verlängerung 31 des Waagebalkens 13 liegt.. Die Leitung zwischen der engen Zuleitung 29 und der Diise 30 ist mit dem Balggehäuse 6 durch eine Leitung 32 verbunden.
Durch eine weitere Leitung 33 wird Luft einer Düse 34 zugeführt, die gegenüber einer Verlängerung 35 des Waagebalkens 15 liegt. Die Leitung zwischen der engen Leitung 33 und der Düse 34 ist über eine Leitung 36 mit dem Balgaehäuse 21 verbunden. Die Leitungen 29 und 33 haben ungefähr den halben Durchmesser wie (iie Düsen 30 und 34. Bei der normalen Benutzung werden Kräfte A. B, C und D auf die Waagebalken mittels der Bälge 17, 20. 23 und 26 und ihrer Stäbe 19, 22, 25 und 28 ausgeübt. Die Kräfte A, C und D können auf die Waagebalken auch durch andere Mittel als Luft, z. B. durch Federn. Gewichte usw., ausgeübt werden.
Wenn eine Quadratwurzel gezogen werden soll, ist es notwendig, die Balggehäuse 18 und 21 mittels einer Leitung 37 nach Fig. 3 zu verbinden, um die Kraft A = B zu machen. Die wirksame Fläche der Bälge 17 und 20 muß in diesem Fall identisch sein. Gleichung (4) nimmt dann die Form an: A2 (oder B2) = C - D bzw. A (oder B) _ @;C . D . Von besonderer Bedeutung ist eine Verbindung zwischen den Balggehäusen 24 und 27 über eine Leitung 38 nach Fig. 4. In diesem Fall nimmt die Gleichung (4) die Form an: C2 (oder D2) = A - B, vorausgesetzt, daß die Balgflächen 23 und 26 in diesem Fall einander gleich sind.
Für gegebene Werte von C (oder D) ist das Produkt A - B konstant. Dies ist die Gleichung für eine gleichzeitige Hyperbel.
Es ist ersichtlich, daß das Multiplikations-, Divisions- oder Radizierverfahren unabhängig von den Eigenschaften der Kräfte ist, die dazu benutzt werden, die Rollen 8 und 9 entlang der Waagebalken zu verschieben.
Wenn das System für eine Multiplikation und/oder Division benutzt wird, arbeitet es folgendermaßen: Es sei angenommen, daß die Kraft A sich verändert.
Hierdurch wird das Gleichgewicht des Waagebalkens 13 gestört mit der Wirkung, daß die Waagebalkenverlängerung 31 sich der Düse 30 nähert bzw. von ihr entfernt, wodurch der Rückdruck auf den Balg 5 durch die Leitung 32 vergrößert bzw. verkleinert wird. Der Balg 5 verschiebt die Rollen 8 und 9 und dadurch die Stützpunkte F1 und F2, bis der Waagebalken 13 im Gleichgewicht ist. Die Bewegung der Rollen 8 und 9 stört gleichzeitig das Gleichgewicht des Waagebalkens 15 mit dem Ergebnis, daß die Verlängerung 35 sich je nachdem der Düse 34 nähert oder von ihr entfernt. Hierdurch wird wiederum der Rückdruck auf den Balg 20 über die Leitung 36 vergrößert bzw. verkleinert, bis das Gleichgewicht hergestellt ist.
Wenn das System zum Quadratwurzelziehen benutzt wird, ist der Vorgang im wesentlichen der gleiche, jedoch mit der Ausnahme, daß der Druck auf den Balg 17 der gleiche ist wie der auf den Balg 20 wegen ihrer gemeinsamen Verbindung.
In allen Fällen finden die Druckveränderungen und die Bewegung der Rollen gleichzeitig statt, so daß sich ein fortlaufender Vorgang ergibt, bis das System im Gleichgewicht ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Selbsttätig abgleichbare mechanische Rechen-und Meßeinrichtung für die laufende Ermittlung veränderlicher physikalischer Größen unter Verwendung von zwei parallelen Hebeln, zwischen denen in ihrer Längsrichtung verschiebbare Rollenstützlager angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel als doppeiarinige Waagebalken (13, 15) ausgebildet und zusammen mit den Rollenstützlagern (F1, F2) symmetrisch zur Längsachse angeordnet sind. 2. Meßbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Waagebalken gegen Verschiebungen in ihrer Längsrichtung durch in dieser Richtung liegende Blattfedern gesichert sind. 3. Meßbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entgegen der Symmetrie der Anordnung die Größen der an den Waagebalken wirkenden Kräfte unsymmetrisch verteilt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 391 735, 687 271 881 738.