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Mechanischer Oszillator zur wahlweisen Erzeugung Sinus- oder rechteckförmiger
Schwingungen Die Erfindung bezieht sich auf einen mechanischen Oszillator zur wahlweisen
Erzeugung Sinus- oder rechteckförmiger Schwingungen, insbesondere zur Messung der
Neutronenabsorptionseigenschaften bei Kernreaktoren.
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Ein bekannter Oszillator zur Erzeugung von Rechteckschwingungen enthält
einen Motor, der mit einer in Schwingungen zu versetzenden Gleitstange über eine
Winde verbunden ist und durch ein Zeitwerk periodisch eingeschaltet und stillgesetzt
wird.
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Um hierbei jedoch über eine längere Betriebszeit eine hinreichende
Genauigkeit der Rechteckschwingungen zu erzielen, ist ein verhältnismäßig teures
Präzisionszeitwerk erforderlich. Ungünstig ist ferner, daß sich mit dem bekannten
Oszillator ohne eine außerordentliche Komplizierung der Steuerung, insbesondere
des Zeitwerkes, nur Rechteckschwingungen erzeugen lassen. Eine wahlweise Umschaltung
auf Sinusschwingungen ist dagegen nicht möglich.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen mechanischen
Oszillator zu entwickeln, der sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau auszeichnet,
trotzdem jedoch die wahlweise Erzeugung Sinus- oder rechteckförmiger Schwingungen
mit hoher Genauigkeit gestattet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei um eine
gemeinsame Achse schwenkbare Hebel vorgesehen sind, von denen der eine Hebel mit
dem in Schwingungen zu versetzenden Gegenstand und der andere Hebel mit einem Sinusschwingungserzeuger
verbunden ist, daß ferner eine Einrichtung zur Kupplung der beiden Hebel vorgesehen
ist, die bei Erzeugung von Sinusschwingungen fest eingeschaltet ist und bei Erzeugung
von Rechteckschwingungen durch von dem einen Hebel in seinen Endlagen betätigte
Kontakte sowie durch einen vom Sinusschwingungserzeuger nach einer einstellbaren
Zeit betätigten Kontakt gesteuert wird.
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Der erfindungsgemäße Oszillator zeichnet sich durch einen sehr einfachen
Aufbau, insbesondere den Fortfall eines gesonderten Zeitwerkes, aus. Er läßt sich
ferner auf einfache Weise wahlweise auf die Erzeugung von Sinus- oder rechteckförmigen
Schwingungen umschalten.
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Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines
in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispieles hervor. Es zeigt F i
g. 1 eine Kurvendarstellung der beiden durch den Oszillator erzeugbareh Schwingungsarten,
F i g. 2 eine schematische Gesamtansicht des Oszillators, F i g. 3 eine Teilansicht
des Oszillators in vergrößerter Darstellung.
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F i g.1 zeigt die Schwingungsamplituden 1 in Abhängigkeit von der
Zeit t. Die sinusförmige Schwingung S besitzt eine Amplitude l0, die von 0,5 bis
60 cm veränderbar ist, und eine Schwingungsdauer, die in zehn bestimmten Zwischenstufen
zwischen 1 und 120 Sekunden einstellbar ist.
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Die rechteckförmige .Schwingung C besitzt zwischen den Zeitpunkten
a und b einen übergangsbereich A, der etwa 5'% einer Periode der Rechteckschwingung
ausmacht. Die Amplitude der Rechteckschwingung kann zwischen 10 und 60 cm und die
Schwingungsdauer zwischen 21 und 2,52 Sekunden geändert werden. Zwischen den beiden
letztgenannten Grenzen sind sechs Zwischenwerte der Schwingungsdauer möglich. Bei
dem in F i g.1 angenommenen Beispiel entspricht eine Periode der Rechteckschwingung
21 Perioden der Sinusschwingung.
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Der in F i g. 2 in schematischer Form dargestellte Oszillator enthält
einen Synchronmotor 1, der durch stabilisierten Drehstrom gespeist wird und über
eine Oldham-Kupplung 3 mit einem Getriebe 2 gekuppelt ist. über eine
Verbindungseinrichtung 4 wird eine Scheibe 5 angetrieben, die einen
im Gestell 7 gelagerten Hebelmechanismus 6 bewegt.
Der Hebelmechanismus
6, der an Hand von F i g. 3 noch im einzelnen erläutert wird, überträgt die Sinus-
oder rechteckförmige Schwingung auf eine Stange 8, die in Lagern 44 und 45 geführt
ist und ein Probenhalterohr 38 trägt, das im Kern 39 eines Reaktors angeordnet ist.
Der ganze Oszillator ist auf einem Gleitschlitten 9 vorgesehen.
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Die wesentlichen Einzelheiten des erfindungsgemäßen Oszillators sind
in F i g. 3 veranschaulicht. Die bereits erwähnte Scheibe 5 ist mit einer Kurbel
10 versehen, die über eine Schraube 11 exzentrisch und verstellbar an der Scheibe
5 befestigt ist. Die Kurbel 10 greift kulissenartig in eine Gabel 40 ein,
die von einem Schieber 12 getragen wird, der in Lagern 13 vertikal beweglich ist.
Die Gabel 40 besitzt senkrecht zur Zeichenebene der F i g. 3 eine solche Breite,
daß die Kurbel 10 bei ihrer Drehbewegung ständig im Eingriff mit der Gabel
40 bleibt. Der Schieber 12 führt infolgedessen bei einer Drehbewegung der Scheibe
5 eine geradlinige sinusartige Bewegung aus.
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Der im Gestell ? vorgesehene Hebelmechanismus enthält im wesentlichen
zwei Hebel 14 und 15. Der Hebel 14, der mit der Gabel 40 über ein Zwischenglied
41 verbunden ist, führt ständig die ihm von der Gabel 40 aufgezwungenen, sinusförmigen
Bewegungen aus. Beide Hebel 14 und 15 sind um eine gemeinsame Achse 42 schwenkbar.
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Der Hebel 15 ist über ein Zwischenglied 43 mit der Stange 8 verbunden.
An dem Hebel 15 ist eine verschiebbare Klaue 16 vorgesehen, die durch einen gleichfalls
auf dem Hebel 15 angeordneten Elektromagneten 17 über eine Stange 35, ein Kupplungsstück
24 und einen Hebel 34 gegen die Kraft einer Feder 36 verschiebbar ist.
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Im Gestell 7 ist ferner ein mit einer Einteilung versehenes Kurvenstück
23 ortsfest angeordnet, das die Form eines Kreisbogens (bezogen auf die Schwenkachse
42 als Mittelpunkt) aufweist und zwei feststellbare Läufer 19 und
20 trägt. Diese beiden Läufer sind mit je einer Ausnehmung 21 bzw. 22 versehen,
in die die bewegliche Klaue 16 eingreifen kann. In gleicher Weise besitzt der Hebel
14 eine Ausnehrnung 29.
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Weiterhin sind zwei elektrische Kontakte 27 und 28 vorgesehen. Der
Kontakt 27 wird durch ein Kurvenstück 25 gesteuert, das am Hebel 14 angebracht ist,
während der Kontakt 28 durch ein in F i g. 3 schematisch dargestelltes, in der Verbindungsrichtung
4 (F i g. 2) vorgesehenes Räderwerk 46 über ein Kurvenstück 26 betätigt wird.
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Auf dem feststehenden Kurvenstück 23 sind ferner zwei elektrische
Kontakte 31 und 32 vorgesehen, die vom Hebel 15 gesteuert werden. Der an die Klemmen
37 angeschlossene, gestrichelt dargestellte Stromkreis enthält die Kontakte
27, 28, 31, 32, 33, den Elektromagneten 17, ein Relais 18 sowie einen willkürlich
betätigbaren Unterbrecher 30.
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Mit dem dargestellten mechanischen Oszillator lassen sich sowohl Sinusschwingungen
als auch Rechteckschwingungen erzeugen. Will man die Stange 8 in geradlinig verlaufende
Sinusschwingungen versetzen, so verbindet man die beiden Hebel 14 und 15, indem
man die Klaue 16 in Eingriff mit der Ausnehmung 29 des Hebels 14 bringt. Die geradlinige
sinusförmige Bewegung der Gabel 40 wird in diesem Falle über die beiden starr miteinander
verbundenen Hebel 14 und 15 nach Amplitudenver-Stärkung (etwa im Verhältnis 3 zu
1) auf die Stange 8 übertragen. Die dargestellte Art des Antriebs des Hebels 14
durch die Kurbel 10 ist übrigens nur als Beispiel zu werten. Die Drehachse der Scheibe
5 könnte beispielsweise auch parallel zur Schwenkachse 42 liegen, wobei das eine
Ende des Hebels 14 dann als Gabel ausgebildet wird, zwischen deren Schenkeln sich
die Kurbel 10 bewegt.
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Die Amplitude der Sinusschwingungen wird bei stillstehendem Motor
mittels der Schraube 11 eingestellt. Die Schwingungsdauer wird mittels des Getriebes
2 eingestellt.
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Sollen Rechteckschwingungen erzeugt werden, so wird der Unterbrecher
30 geschlossen und die Eingriffsverbindung zwischen der Klaue 16 und der Ausnehmung
29 des Hebels 14 gelöst. Nimmt man an, daß sich der Hebel 15 zunächst in
der Stellung gemäß F i g. 3 befindet, so steht die Klaue 16 unter der Wirkung der
Feder 36 im Eingriff mit der Ausnehmung 22 des am Kurvenstück 23 fest angeordneten
Läufers 20. Der Kontakt 31 ist geschlossen und der Kontakt 32 geöffnet. Wird die
Scheibe 5 durch den Motor 1 gedreht, so führt der Hebel 14 allein sinusförmigeSchwingungen
aus, wobei jeweils dasKurvenstück 25 den Kontakt 27 schließt. Da jedoch die Kontakte
28 und 32 geöffnet sind, hat dieses Schließen des Kontaktes 27 keine Folge. Das
Kurvenstück 26 dreht sich unterdessen mit langsamer, gleichförmiger Bewegung; bei
dem in F i g.1 dargestellten Beispiel entspricht eine vollständige Umdrehung des
Räderwerks 46 jeweils 101/2 Schwingungen des Hebels 14.
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In einem bestimmten Augenblick schließt dann das Kurvenstück 26 den
Kontakt 28 und hält ihn für eine kurze Zeit geschlossen. Wenn dann, nach dem Schließen
des Kontaktes 28, das Kurvenstück 25 zum erstenmal wieder den Kontakt 27 schließt,
so wird das Relais 18 erregt. Das Schließen des Kontaktes 33 hat zur Folge, daß
der Elektromagnet 17 Spannung erhält und damit den Hebel 34 im Uhrzeigersinn um
die Achse 47 schwenkt, so daß die Klaue 16 die Ausnehmung 22 des Läufers 20 freigibt.
Gleichzeitig greift die Klaue 16 in die Ausnehmung 29 des Hebels 14 ein.
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Der Hebel 15 wird infolgedessen von dem Hebel 14 mitgenommen,
so daß der Kontakt 32 geschlossen wird. In diesem Augenblick wird der Kontakt 28
durch das Kurvenstück 26 wieder geöffnet. Da jedoch die Kontakte 27, 31 und 32 geschlossen
sind, bleibt die Erregung des Relais 18 und damit auch die Erregung des Elektromagneten
17 aufrechterhalten.
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Erreicht der vom Hebel 14 mitgenommene Hebel 15 seine untere Lage,
so wird der Kontakt 31 geöffnet, was zur Folge hat, daß das Relais 18 und der Elektromagnet
17 stromlos werden. Die Klaue 16 wird infolgedessen durch die Feder 36 wieder nach
außen gezogen und verriegelt damit den Hebel 15
am unteren Läufer 19, während
der Hebel 14 seine sinusförmigen Schwingbewegungen fortsetzt.
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Der erläuterte Vorgang wiederholt sich, sobald das Kurvenstück 26
eine Umdrehung vollendet hat und erneut den Kontakt 28 schließt. Die Stange 8 führt
infolgedessen die in F i g. 1 schematisch dargestellten, rechteckförmigen Schwingbewegungen
C aus.
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Das Einstellen der Amplitude der Rechteckschwingungen geschieht einerseits
- ebenso wie bei den sinusförrnigen Schwingungen - durch Verstellen
der
Exzentrizität der Kurbel 10, und andererseits durch Verstellen .der Läufer
19 und 20. Die Schwingungsdauer der Rechteckschwingungen wird mittels des Getriebes
2 eingestellt. Man kann dabei auch das Räderwerk 46 mit mehreren Kurvenstücken 26
versehen, die auf einen einzigen Kontakt 28 wirken.
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Der Übergang von Rechteckschwingungen zu Sinusschwingungen geschieht
in einer Stellung, in der die beiden Hebel 14 und 15 über die in die Ausnehmung
29 des Hebels 14 eingreifende Klaue 16 miteinander gekuppelt sind, indem das Kupplungsstück
24 verriegelt wird (so daß die Feder 36 die Klaue 16 nicht nach außen ziehen kann)
und der Unterbrecher 30 geöffnet wird.