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Stellvorrichtung für ein Anzeigeinstrument Die Erfindung bezieht sich
auf eine Vorrichtung, um die Bewegung zweier Organe, die auf zwei beliebigeveränderliche
physikalische Größen ansprechen, in die Bewegung eines Ausgangsorgans umzuformen,
wobei diese Bewegung gleichzeitig eine gegebene Funktion der beiden genannten Variablen
ist.
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Ein derartiges Problem ist beispielsweise bei Anzeigeinstrumenten
gegeben, welche auf einer Skala den Wert einer Größe anzeigen sollen, der nicht
direkt durch physikalische Mittel meßbar ist, sich jedoch durch eine mathematische
bekannte Beziehung als Funktion zweier direkt meßbarer physikalischer Größen ausdrücken
läßt, wie z. B. die Machzahl. Die Erfindung ist also besonders, aber nicht ausschließlich
auf ein Machmeter anwendbar.
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Bei einem derartigen Instrument ist eine Stellvorrichtung vorgesehen,
um eine Ausgangsbewegung abzuleiten, die eine gewünschte Funktion zweier Eingangsgrößen
ist, wobei zwei Elemente, vorzugsweise Manometerkapseln, die die beiden genannten
Größen erfassen, auf ein gemeinsames Stellorgan einwirken, das zwei Freiheitsgrade
hat und sich in Abhängigkeit von der Bewegung der zwei Elemente in zwei Koordinatenrichtungen
bewegt, und das über einen Schwenkarm die Ausgangswelle verdreht.
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Bei derartigen Stelleinrichtungen ist es oft erforderlich, die gewünschte
Abhängigkeit der Anzeige von den beiden Eingangsgrößen sehr schnell und einfach
und mit großer Empfindlichkeit zu verändern bzw. einzustellen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Stelleneinrichtung
zu schaffen, bei der die genannten Veränderungen bewirkt werden können.
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Die diese Aufgabe lösende Stellvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwenkarm aus einem elastischen Draht oder Streifen besteht, der zu einer
Kurvenbahn mit vorgebbarer Krümmung dadurch elastisch verformbar ist, daß auf der
Welle ein starrer Arm verschwenkbar befestigt ist, dessen Ansatz auf den elastischen
Draht oder Streifen einwirkt und die erwünschte Krümmung erzwingt, so daß eine Verstellung
des Stellorgans in jede der beiden Koordinatenrichtungen eine Verdrehung der Ausgangswelle
bewirkt und die resultierende Verdrehung der Augsgangswelle eine gleichzeitige Funktion
der Verschiebungen des Stellorgans in beiden Koordinatenrichtungen ist, die durch
die Kurvenform des Schwenkarmes bestimmt ist.
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Diese verstellbare Vorrichtung gestattet es, eine einfache Ausgangsbewegung
zu erhalten, welche in guter Annäherung den verhältnismäßig komplizierten Anderungen
der Ausgangsveränderlichen (beispiels-
weise der Machzahl), und zwar als Funktion
der Verschiebungen des Vermittlungsorgans entspricht. Die Anwendung der Vorrichtung
ist nicht auf den Fall begrenzt, daß die Ausgangsveränderliche eine komplizierte
Funktion eines einfachen Ausdruckes ist, welcher die beiden Eingangs größen verbindet.
Es kann vielmehr in allen Fällen die Möglichkeit wertvoll sein, in die Bewegung
des Ausgangsorgans eine veränderliche Korrektur einzuführen, ohne daß das Vermittlungsorgan,
auf welches die beiden Meßorgane einwirken, verstellt werden muß. DasVermittlungsorgan
kann nach der Fertigstellung des Anzeigeinstrumentes ein für alle Male eingestellt
werden, wodurch die Eichung des Instrumentes erleichtert wird, und ein gleichmäßiges
Auslenken des Zeigers über der unterteilten Skala oder die Wiederherstellung einer
gleichmäßigen Unterteilung nach einer bestimmten Betriebszeit gestattet.
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Die Organe, welche die variable Eingangsgröße erfassen oder messen,
beispielsweise zwei Manometerdosen, können unterschiedliche Kennlinien aufweisen.
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Die Auslenkungen oder Verformungen dieser beiden Organe, welche ihrer
Art nach ähnlich oder verschieden sein können, müssen zusammenarbeiten, um die gewollte
resultierende Bewegung des gemeinsamen Stellorgans hervorzurufen.
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Das gemeinsame Stellorgan ist als Stab ausgebildet, der im wesentlichen
in axialer Richtung verschiebbar ist und mit seinem Ende, das gabelförmig ausgebildet
ist,
leitend an dem als Kurvenbahn ausgebildeten Schwenkarm anliegt.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
in Gestalt eines Machmeters näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 die Ansicht der Skala
des Instrumentes, Fig. 2 eine etwas vereinfachte, perspektivische Ansicht der Anzeigevorrichtung.
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Der von einer Skala mit Machzahlen befindliche Instrumentenzeiger
14 ist auf einer Achse 56 befestigt.
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Diese Achse erhält ihre Bewegung über ein Ritzel 55 und über ein Zahnsegment
53, welches sich an einer drehbaren Welle 45, die am Rahmen des Instrumentes angebracht
ist, befindet. Eine Federspirale 47 stellt die Welle auf ihren Nullwert ein. Diese
Welle 45 erhält ihre Drehbewegung durch ein Vermittlungs- oder Übertragungsorgan,
das im folgenden beschrieben werden soll, derart, daß ihre Drehwinkel sehr empfindlich
den Machzahlen über den ganzen benötigten Bereich proportional sind.
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Es ist bekannt, daß sich die Machzahl, das Verhältnis der Fahrzeuggeschwindigkeit
zur Geschwindigkeit der das Fahrzeug umgebenden Luft als Funktion des Verhältnisses
iI P/Ps ausdrücken läßt. zIP P ist hier der dynamische Druck oder die Differenz
zwischen dem Gesamtdruck und dem statischen (oder barometrischen) Druck Pss Es ist
ebenfalls bekannt, daß die Größe P durch die lineare Deformation einer Membran oder
Manometerdose 16 und daß die Größe Ps durch die Verformung einer Membran oder Manometerdose
17 erhalten wird. Aus diesem Grunde ist die Dose 16 im Inneren mit einer Zuführung
des Gesamtdruckes eines aerodynamischen Geschwindigkeitsanzeigers durch eine hier
nicht gezeichnete Leitung verbunden, während das Äußere der Dose dem Druck ausgesetzt
ist, welcher in dem Instrumentengehäuse herrscht. Das Gehäuse ist mit der statischen
Druckleitung des eben erwähnten Anzeigegerätes verbunden. Die Deformationen der
Dose 16 sind dem Logarithmus der Änderungen der Differenz zwischen Innen- und Außendruck
der Dose, also dem Logarithmus der Größe A P proportional. Die bewegliche Wand der
Dose 16 weist eine axiale Verdickung35 auf, welche mit einer axialen Bohrung versehen
ist, durch welche eine Stange 38 geführt ist, um sie so durch eine Schaube 61 in
verstellbarer Lage festzuhalten. An der Stange 38 ist an ihrem freien Schenkel ein
verhältnismäßig langer und dünner senkrechter Stab 41 angelenkt. Dieser Stab 41
bildet das vorstehend definierte Zwischenorgan, dessen Auslenkungen von den beiden
Eingangsgrößen abhängig sind.
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Diese Auslenkungen werden einerseits durch die Längenänderungen der
Dose 16, die mit dem unteren Ende des Stabes verbunden ist, hervorgerufen, andererseits
aber ist der Stab 41, wie im folgenden beschrieben, der Wirkung der Dose 17 unterworfen.
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Die Dose 17 ist in ihrem Inneren evakuiert und von außen dem auf
das Instrumentengehäuse einwirkenden statischen Druck unterworfen. Ihre Deformation
ist dem Logarithmus von Ps proportional. Die bewegliche Wand der Dose 17 weist eine
axiale Verdickung 20 auf, an welcher eine Stange 19 gelenkig angebracht ist, die
mit ihrem anderen Ende an einer verstellbaren Stange25 angelenkt ist. Diese verstellbare
Stange 25 wird durch eine Querbohrung in der Welle 21 geführt und kann in dieser
mittels einer Schraube 60 festgestellt werden, welcher Vorgang die Veränderung der
wirksamen Länge der Stange 25 ge-
stattet. Zur Feinregulierung dieser Wirklänge wird
die Stange 25 durch einen geschlitzten Block 24 unterbrochen und in zwei Teile geteilt.
Die beiden Schenkel des Blockes sind an jeder Stangenhälfte fest angebracht (beispielsweise
durch Verschraubung oder Verschweißung ). Der Schlitz29 des schlitzförmigen Blockes
endet in einer vergrößerten Bohrung und gibt somit den beiden Schenkeln des Blockes
einen einstellbaren Abstand. Die Elastizität dieses Blockes bewirkt, daß sich die
beiden Schenkel einander nähern wollen und demzufolge eine Verkürzung der gesamten
Länge der Stange 25 hervorrufen wollen.
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Eine Mikrometerschraube 31, welche in einer der Schenkel eingeschraubt
ist, gestattet die Feineinstellung der Wirklänge der Stange 25.
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Die Welle 21, welche in Lagern des Gehäuses drehbar angeordnet ist,
trägt einen senkrecht befestigten Arm 32, welcher sich auf einen schrägen Teil 40
des Stabes 41, in dem der Schrägteil durch Knickung gebildet ist, stützt. Ein federnder
Streifen 43 ist fest an dem einen Ende des Stabes 41 angebracht und ist am anderen
Ende mit einem Kragen 33 verbunden, der sich auf dem äußeren Ende des Armes 32 befindet.
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Dieser Kragen kann mittels einer Feststellschraube 34 verstellt werden.
Die Verspannung des Federbügels 43 kann auf Grund der Stellung des erwähnten Kragens
33 eingestellt werden und hat die Wirkung, daß sich der Arm 32 gegen den Teil 40
des Stabes 41 abstützt.
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Es ist ersichtlich, daß sich eine Drehung der Achse 21 im Uhrzeigersinn,
wie es in Fig. 2 gezeigt ist, in einer Senkung des Stabes 41 auswirkt, wogegen eine
Drehung der Achse 21 entgegen dem Uhrzeigersinn eine Rückbewegung des Stabes nach
oben bewirkt.
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(Die erwähnte Senkung des Stabes geschieht auf Grund einer Ausdehnung
der dem statischen Druck ausgesetzten Dose 17, was beispielsweise beim Steigen eines
flugzeuges der Fall ist.) Die Deformationen der auf den dynamischen Druck ansprechenden
Dose folgen der Richtung, welche in der Fig. 2 durch einen Pfeil X bezeichnet ist,
und die Abweichungen des Armes 32, hervorgerufen durch die statische Druckdose 17,
folgen der durch den Pfeil Y angezeigten Richtung. So wird durch die einen und anderen
Auslenkungen eine axiale Translationsbewegung des Stabes 41 hervorgerufen, dessen
Gesamtverschiebung eine Funktion des dynamischen und statischen Druckes ist. Die
geometrische Charakteristik dieses Systems kann mit Leichtigkeit so eingestellt
werden, daß die Gesamtverschiebung der Differenz der Teilverschiebungen proportional
ist, d. h., mit anderen Worten, abhängig vom Logarithmus des Verhältnisses der beiden
erwähnten Drücke ist. Da die Machzahl selbst eine ziemlich komplizierte Funktion
dieses Verhältnisses ist, ist ein besonderer Mechanismus vorgesehen, um die Verschiebungen
des Stabes 41 in eine Drehung der Welle 45 umzuwandeln, womit die gewünschte Funktion
mit großer Annäherung dargestellt wird.
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Das obere Ende des Stabes 41 ist als Gabel 42 ausgebildet, die an
beiden Seiten an einem elastischen Bügel 52 anliegt, welcher mit einem seiner Enden
in die Welle 45 eingesetzt ist, während das andere Bügelende der Wirkung eines Stiftes
51 unterliegt, der vorzugsweise eine Rille zur Führung des elastischen Bügels52
aufweist. Dieser Stift 51 wird durch einen Arm 44, welcher auf der Welle 45 angebracht
ist, parallel zu letzterer gehalten. Der Arm 44 kann
auf Grund einer
schlitzförmigen Ausbildung49 an seinem einen Ende mittels einer Klemmschraube 50
auf der Welle 45 eingerichtet werden. Es ist verständlich, daß auch andere Befestigungsmöglichkeiten
vorgesehen sein können, die den Arm 44 auf der Welle 45 verstellen. Durch Veränderung
der Lage des Armes 44 kann man experimentell eine geeignete Krümmung des elastischen
Bügels 52 einstellen, damit die Drehungen der Welle 45 den Machzahlwerten weitgehend
proportional sind, und zwar in dem ganzen Bereich der praktisch wichtigen Machzahlen,
und das ebenso im Bereich des Überschalles wie des Unterschalles und ebenso in dem
dazwischenliegenden Bereich, beispielsweise zwischen M 0,5 bis M 1,5.
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Verständlicherweise können auch andere Ausführungen benutzt werden,
ohne den erfindungsgemäßen Charakter zu beeinträchtigen. So sind verschiedene kinematische
Abwandlungen möglich, insbesondere bei den Verbindungen, Befestigungen und Gelenken.
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So kann man beispielsweise den elastischen Bügel 52, anstatt ihn in
die Welle 45 einzusetzen, durch Einfügen einer verstellbaren Schelle oder eines
Kragens, wie bei 33, befestigen.
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Der elastische Bügel 52 kann auch besonders vorteilhaft durch eine
Pianosaite ersetzt werden, was ebenfalls auch für den Federbügel 43 möglich ist.
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Die Erfindung ist in all den Fällen anwendbar, wo es sich darum handelt,
eine veränderliche Korrektur auf die Bewegung eines gewöhnlichen Organs einwirken
zu lassen, welches durch zwei Eingangsgrößen betätigt wird, welcher Art auch immer
die Eingangsgrößen, die Ausgangsgrößen oder die einzuführende Korrektur sein mögen.