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Pendel für Pendelschlagwerke Die Erfindung beinhaltet ein Pendel für
Pendelschlagwerke mit einem aus einer kreisrunden Scheibe bestehenden Gewicht, dessen
Schneide in der Verlängerung der Pendelarmachse liegt und bei dem der Mittelpunkt
der Kreisscheibe einen vorgegebenen Abstand von der Schneide aufweist.
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Gemäß den Forderungen nach DIN 51 222 ist ein bestimmtes Verhältnis
der Strecke Pendelaufhängung - Schlagschneidenmitte (genannt L) zur Strecke Pendelaufhängung
- physikalischer Stoßmittelpunkt (genannt Lred) einzuhalten.
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Die bekannten Pendel werden deshalb, um die Forderung nach Kräftefreiheit
des Pendelarmes im Augenblick des Stoßes zu erfüllen, genau ausgewogen und so dimensioniert,
daß die statischen Momente ein bestimmtes Arbeitsvermögen garantieren und die Schwingungsdauer
der reduzierten Pendellänge (Lre4) einen entsprechenden Wert zeigt. Verschiedene
Bauarten weisen zu diesem Zwecke auch Bohrungen auf, die beim Auswiegen zum Teil
wieder mit Metallen ausgefüllt werden. Andere Pendel sind durch eine besondere,
meist recht asymmetrische und komplizierte Form gekennzeichnet, durch die versucht
wird, den Bedingungen gerecht zu werden.
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Die bisher benutzen Kreisscheibenpendel können die Kräftefreiheit
des Pendelarmes beim Stoß nicht erreichen. Die bekannten, die DIN-Forderung erfüllenden
Ausführungsarten haben jedoch alle den Nachteil, daß ihre Herstellung einen sehr
großen Aufwand erfordert und daß durch die notwendige Bearbeitung und Justage eine
reine, meist unästhetische Zweckform entsteht.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Pendel für Schlagwerke
nach DIN 51 222 zu schaffen, das mit einfachsten Mitteln und unter geringstem Aufwand
serienmäßig herstellbar ist. Dazu ist es notwendig, daß die erforderlichen Dimensionen
vor Beginn der Fertigung genau errechnet und festgelegt werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Mittelpunkt
des Pendelgewichtes von der Schneidenmitte aus in Richtung der Pendelarmachse um
eine Strecke b nach oben oder unten versetzt ist.
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Entsprechend der Forderung nach Kräftefreiheit des Pendelarmes im
Augenbick des Stoßes muß zwischen dem statischen Moment und dem Massenträgheitsmoment
eine Beziehung erfüllt sein, die direkt aus der Definition der reduzierten Pendellänge
(Lre4) des physikalischen Pendels folgt. m e Lrea i. (1) Hierin bedeutet m die das
Rückstellmoment be
wirkende Masse des Pendels, d. h. ohne Pendelstangenkopf und Pendelwelle,
e den Abstand des Schwerpunktes der das Rückstellmoment bewirkenden Masse des Pendels
von seiner Drehachse, Lred die reduzierte Pendellänge, d. h. die Fadenlänge des
mathematischen Pendels, bei dem man sich die gesamten Massen in einem Punkt vereinigt
vorstellt, und 1o das Massenträgheitsmoment des schwingenden Systems, bezogen auf
die Drehachse des Pendels einschließlich Pendelstangenkopf und Pendelwelle, d. h.
sämtlicher Teile, die sich bei der Pendelschwingung mitdrehen.
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In die Gleichung (1) wird für m das Gewicht GZ, wie es sich am Hebelarm
e des Schwerpunktes auswirkt, eingesetzt, und es entsteht Gz e Lred = g 1,. Io-
(2) Dabei bedeutet G5 die mit der Erdbeschleunigungg multiplizierte, das Rückstellmoment
bewirkende wirksame Masse des Pendels.
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Nach DIN 51 222 ist für das Pendelgewicht am Hebelarm das Gewicht
G eingeführt, so daß als erste Bedingung für das Pendel das statische Moment Gs
zue = Gx.e = G.L (3) festgelegt ist.
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Es ist hierbei G das als Auflagekraft am Hebelarm L wirkende Pendelgewicht
und L der Abstand der Probenmitte bzw. Schneidenmitte von der Drehachse.
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Die zweite Bedingung, die das Pendel zu erfüllen hat, ist durch die
Gleichung (2) gegeben.
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Zunächst werden durch eine Berechnung in bekannter Weise, ohne Berücksichtigung
einer axialen Exzentrizität, die Abmessungen des Pendels für das statische Moment
abgestimmt und die zur Pendelarmachse
radial auftretende Exzentriziät
aus den Momenten der Vertikalkräfte in gleichfalls bekannter Weise errechnet.
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Entsprechend den Bedingungen nach Gleichungen (2) und (3) werden
zwei Gleichungen, in denen jeweils zwei Abmessungen des Pendels als Unbekannte eingeführt
werden, aufgestellt.
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Als Unbekannte wählt man zweckmäßig ein Höhenmaß x und ein Dickenmaß
y.
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Mit x wird dabei die Exzentrizität in Richtung der Pendelachse bezeichnet,
die in der Zeichnung mit b gekennzeichnet ist, und mit y das Dickenmaß der Kreisscheibe,
wobei bei der glatten Kreisscheibe y gleich der Scheibendicke und bei der Kreisscheibe
mit Verstärkung in Form von Kreisabschnitten y gleich der Dicke der zusätzlichen
Kreisabschnitte ist.
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Für die statischen Momente der Einzelteile des Pendels wird geschrieben:
und für die Massenträgheitsmomente der Einzelteile gilt:
Aus den Beziehungen (4) und (5) werden zwei Gleichungen mit den Unbekannten x und
y gebildet: y=F1(x) (6) und y=F2(x) (7) und aus den Gleichungen (6) und (7) die
Unbekannten x und y berechnet.
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Da die Dickenmaße sowohl in der Gleichung (4), der Beziehung für
die statischen Momente, als auch in der Gleichung (5), der Beziehung für die Massenträgheitsmomente,
als lineare Glieder vorkommen, liegt es nahe, ohne Berücksichtigung einer Exzentrizität
in axialer Richtung zur Pendelarmachse zwei Dickenmaße als Unbekannte in die beiden
Gleichungen einzuführen und diese zu berechnen.
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Die mathematische Behandlung dieses Ansatzes führt jedoch zu keiner
Lösung, weil der Hauptunter schied der Beziehungen der Gleichungen (4) und (5) darin
liegt, daß die Hebelarme der Pendelteile im ersten Falle linear und im zweiten Falle
mit dem Quadrat eingehen. Für die Berechnung der Pendelabmessungen ist es jedoch
erforderlich, daß eine Unbekannte den die beiden Beziehungen kenn-
zeichnenden Unterschied
zum Inhalt hat. Nur der Einsatz einer in axialer Richtung zur Pendelarmachse auftretenden
Exzentrizität als eine Unbekannte und der Einsatz eines Dickenmaßes als zweite Unbekannte
liefert in jedem Falle eine brauchbare Lösung.
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An Hand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel nachstehend
näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 das Pendel mit versetztem Kreismittelpunkt zur
Aufhängung hin (positiv), Fig. 2 das Pendel mit versetztem Kreismittelpunkt von
der Aufhängung weg (negativ).
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Das Pendel 1 besteht aus einer Kreisscheibe, die zum Zwecke der Schneidenausbildung
mit einer Aussparung 2 versehen ist. Die Mitte der Schneide 3 sitzt vom Aufhängepunkt
4 um das Maß L entfernt.
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Die Schneide 3 steht in Höhe der Achse des Pendelarmes 5, der zum
Mittelpunkt M der Kreisscheibe, bedingt durch die Aussparung 2, in bekannter Weise
um die Exzentrizität a versetzt ist.
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Zum Erreichen der Kräftefreiheit des Pendelarmes 5 im Augenblick
des Stoßes und zur Beibehaltung der einfachen und leicht herzustellenden Kreisscheibenform
des Pendels 1 ist der Kreisscheibenmittelpunkt M in axialer Richtung zur Pendelarmachse
um eine zweite Exzentrizität b versetzt. Diese kann je nach Größe des Einflusses
des Pendelarmes sowohl zur Pendelaufhängung hin (positiv) gerichtet sein, als auch
in entgegengesetzter Richtung (negativ) auftreten.
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Die zur Verstärkung dienenden Kreisabschnitte 6 und 7 liegen jeweils
im Abstand c symmetrisch zum Kreisscheibenmittelpunkt M, wodurch eine weitere Bedingung
zur rentablen Herstellung des Pendels erfüllt ist.
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Auch bei Verzicht auf die Pendelverstärkung entspricht das kreisscheibenförmige
Pendel 1 bei Verwendung der Exzentrizität b in bereits geschilderter Weise den Bedingungen
nach DIN 51 222.
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PATBNTANSPRUCHE: 1. Pendel für Pendelschlagwerke mit einem aus einer
kreisrunden Scheibe bestehenden Gewicht, dessen Schneide in der Verlängerung der
Pendelarmachse liegt und bei dem der Mittelpunkt der Kreisscheibe einen vorgegebenen
Abstand von der Schneide aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt (M)
des Pendelgewichtes von der Schneidenmitte (S) aus in Richtung der Pendelarmachse
um eine Strecke (b) nach oben oder unten versetzt ist.