DE315564C - - Google Patents

Description

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 Ge- schwindigkeitsmesser angegebene Geschwindigkeit als Funktion der Zeit integriert werden soll, um den Weg anzugeben, muß das Übersetzungsverhältnis in jedem Augenblick der Geschwindigkeit proportional sein.

In vielen Fällen ist es wünschenswert, das Zeitintegral einer Quadratwurzel aus einer veränderlichen Größe zu erhalten. So z. B. ist bei einem hydrostatischen Log der Geschwindigkeitsdruck dem Quadrat der Geschwindigkeit proportional; man muß dann die Quadratwurzel aus dem Geschwindigkeitsdruck als Funktion der Zeit integrieren, um den Weg zu bekommen.

Die Erfindung hat zum Zweck, ein Laufwerk derart einzurichten, daß es direkt entweder .die Quadratwurzel aus einer veränderlichen Größe oder diese Größe selbst als Funktion der Zeit integriert. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Schwingungszeit .des Pendels oder der Unruhe umgekehrt proportional der Quadratwurzel aus der betreffenden Größe gemacht wird, so daß der Zeiger des Laufwerkes das Zeitintegral der Quadratwurzel aus der Größe während derselben Zeit angibt.

In vielen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Quadratwurzel aus einer veränderlichen Größe als Funktion der Zeit zu integrieren, und zwar außer dem eben genannten Log, Windmesser, welche auf die Anwendung der Pitotschen Röhre oder auf dem Druck des Windes gegen eine Fläche beruhen, auch noch auf Windmessung gegründete Geschwindigkeitsmesser für Luftfahrzeuge, oder Dampf- und Gasmesser, die auf der Pitotschen Röhre oder auf dem Druckunterschied in einer Leitung vor und nach einer. Verengerung beruhen, um die Dämpf- oder Gasmenge anzugeben, oder auf der Pitotsche'n Röhre oder einem Venturirohr beruhende Wassermesser, um die Wassermenge zu bestimmen, welche durch die Leitung hindurchgeht.

Die beiliegenden Zeichnungen zeigen einige Ausführungsbeispiele.

Fig. ι zeigt ein Laufwerk, das für die Zeitintegration der Quadratwurzel aus einer veränderlichen Kraft eingerichtet ist. Das Werk wird mittels einer Feder F in Bewegung gehalten, welche in bekannter Weise mittels einer Radreihe und eines Steigrades einen Schwingungskörper 3 in Bewegung hält. Dieser Körper ist in Fig. 1 als ein Doppelgewicht gezeigt, also ein Körper, der an sich in allen Lagen im Gleichgewicht ist. Statt eines Doppelgewichtes kann

natürlich der Schwingungskörper eine ändere Form haben, z. B. die eines Rades (Unruhe). In einem mit dem Schwingungskörper fest verbundenen Arm 2 wirkt eine Kraft G, welche durch passende Ubersetzungs vorrichtungen mit der Größe, deren Quadratwurzel in bezug auf die Zeit integriert werden soll, in jedem Augen- j blick proportional gehalten wird. Diese Kraft strebt danach, den Körper in einer solchen Lage

ίο in Gleichgewicht zu halten, daß die Richtung des Armes 2 mit der wirkenden Kraft zusammenfällt. Wenn der Körper in Schwingung gebracht' wird, z. B. durch die Impulse des Steigrades, so strebt die Kraft G, den Körper in die Mittel-

lage zurückzuführen. ·

; Durch passende Übersetzung kann man erreichen, daß der Zeiger das gewünschte Integral in beliebigen Einheiten anzeigt.

Statt eines Zugorgans 1 kann man natürlich ein Druckorgan verwenden. Um kleinere Ungleichheiten in dem Zuge auszugleichen, kann das Zug- oder Druckorgan federnd sein.

Nach Fig. 2 ist das Zugorgan nicht direkt an der Unruhe 3 befestigt, sondern an dem Arm 2 eines Zahnsegmentes 5, das in ein mit der Unruhe verbundenes Zahngetriebe 6 eingreift. Statt des Zahnsegmentes und Zahngetriebes kann irgend ein anderes Getriebe verwendet werden, z. B. Reibungsgetriebe, Seilgetriebe usw.

Gemäß Fig. 3 wirkt das Zugorgan 1 auf das eine Ende von zwei Winkelhebeln 7, 8, deren entgegengesetzte Enden mit Bändern 9, 10 verbunden sind, die an auf der Achse der Unruhe befestigten Querarmen 11, 12 angreifen. Wenn das Organ ι gespannt wird, streben die Bänder 9, 10 sich in eine Ebene einzustellen mit einer Kraft, deren Zuwachsbetrag der Spannung des

■ Zugorgans ι 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 oder nicht parallel sind, und die eventuell durch Querverbindungen in bestimmten Abständen voneinander gehalten werden (Bifilaranordnung).

Fig. 4 zeigt die Verbindung eines Laufwerkes mit einem Elektromagnet für die Zeitintegrierung der Quadratwurzel aus der Kraft, mit weleher die Wicklung 13 den Kern 14 anzieht. Ein Zeiger 15, welcher durch ein Getriebe mit einem am Hebel des Kernes 14 befestigten Zahnsegment in Eingriff steht, zeigt die Größe der Kraft an. Wenn statt des Kernes 14 ein Solenoid verwendet wird, welches mit demselben Strome (oder einer Abzweigung davon) gespeist wird wie die Wicklung 13, wird das Zugorgan 1 durch eine dem Quadrat des Stromes proportionale Kraft angezogen, und der Zeiger wird das Zeitintegral der Stromstärke, d. h. die Elektrizitätsmenge, anzeigen.

In Fig. 5 wird ein hydrostatisches Log gezeigt, welches mit der vorliegenden Erfindung zur Zeitintegration der Quadratwurzel aus dem Geschwindigkeitsdruck versehen, ist, um den zurückgelegten Weg zu erhalten. Durch einen Balgapparat 16 oder einen anderen Druckaufnehmer (Membran, Kolben, Bourdonröhre usw.) wird der Geschwindigkeitsdruck aufgenommen, welcher auf einen Hebel 17 einwirkt, der durch eine Feder 18 mit einem festen Punkt des Statives verbunden ist. Der Ausschlag des unter der Einwirkung der Feder stehenden Hebels wird dem Geschwindigkeitsdruck· proportional. Dieser Druck wird von einem mit dem Hebel 17 verbundenen Zeiger 19 auf einer Teilung angezeigt, welche natürlich auch unmittelbar die Geschwindigkeit' anzeigen kann. An einem Punkt des Hebels 17 ist eine Feder 1 befestigt, welche den Hebel mit der Unruhe des Uhrwerkes 4 derart verbindet, daß die Feder in der Nullage des Apparates ungespannt ist. Wenn der Druck in dem Druckaufnehmer 16 auf den Hebel 17 wirkt, wird die Feder 1 mit einer Kraft gespannt, welche der Verlängerung der Feder, also dem Geschwindigkeitsdruck, proportional ist. Der Gang der Uhr wird also der Quadratwurzel aus dem Geschwindigkeitsdruck, d. h. der Geschwindigkeit des Schiffes, proportional, und der Zeiger der Uhr wird einen dem zurückgelegten Wege porportionalen Wert an-, zeigen oder, falls die Übersetzung passend gewählt wird, den Weg in gebräuchlichen Einheiten (Kilometern, Seemeilen).

In Fig. 6 ist eine Abänderung der eben beschriebenen Anordnung gezeigt. Der Hebel 17 wirkt hier auf das Zugorgan 1 nicht direkt, sondern unter Vermittlung einer Hebelanordnung 20, 21, 22. Die Stange 20 ist an ihrem einen Ende drehbar um einen Punkt in dem Gestell des Apparates. Sie ist zweckmäßig durch ein nicht dargestelltes Gegengewicht ausgeglichen. An ihrem freien Ende wird die Stange 20 von einer konstanten Kraft beeinflußt, welche durch eine Feder 23, ein Gewicht oder in anderer Weise ausgeübt wird. Wenn eine Feder verwendet wird, kann ihre Spannung mit einer Schraube 24 o. dgl. geregelt werden.

Nach der vorliegenden Erfindung kann man auch das Produkt einer Größe und der Quadratwurzel aus einer anderen Größe als Funktion der Zeit integrieren. Ein Fall, in dem dies von Nutzen sein kann, ist die Prüfung von Turbinen. . Der Effekt der Turbine ist gleich dem Produkt aus Spannungsfall und Stromstärke. In dem Zuleitungsrohr der.Turbine werden eine Pitotsche und eine statische Röhre angebracht, in dem Ableitungsrohr ein statisches Rohr. Die Quadratwurzel aus dem Druckunterschied ist gleich dem Spannungsfall. Wenn. man jetzt die Kraft direkt oder mit Übersetzung auf das Zugorgan eines nach dieser Er-

. findung angeordneten Pendels oder einer Unruhe einwirken läßt, so wird die Uhr das Zeit- j integral der Stromstärke angeben. Um, mit ■ diesem Integral das Integral' des Spannungsfalles zu multiplizieren, läßt man das Laufwerk einen Konus oder eine Scheibe treiben, gegen welche eine Reibrolle anliegt, deren Abstand von der Spitze des Konus oder der Mitte der Scheibe in irgendeiner bekannten Weise proportional dem Druckunterschied gemacht wird. Die Reibrolle ist mit einem Zählwerk verbunden, welches die Energiemenge des durch die Turbine gehenden Fluidums anzeigt. Natürlich kann statt Reibrolle und Konus oder Scheibe irgendwelche andere bekannte Zeitintegrations- | vorrichtung in Verbindung mit dem. vorliegen- j den Laufwerk verwendet werden. ·

Eine veränderte Form des vorliegenden Laufwerkes besteht darin, daß die mit dem Abstand von der Gleichgewichtslage proportionale Kraft, welche dahin strebt, das Pendel, die Unruhe usw. in die Gleichgewichtslage zurückzuführen, auf diesen Teil in einem Abstande von dem Drehpunkt einwirkt, welcher der in der angegebenen Weise zu integrierenden Kraft proportional ist.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung mit Blattfeder,

Fig. 8 mit Schraubenfeder, beide für Quadrat wurzelintegrierung bestimmt, während Fig. 9 eine für direkte Zeitintegration·bestimmte Vorrichtung darstellt, in welcher sowohl der Abstand der rückführenden Kraft vom Schwingungspunkt, wie der der Abweichung aus der Gleichgewicktslage proportionale Zuwach betrag der Kraft der zu integrierenden Größe proportional sind.

In Fig. 7 ist 4 das Steigrad eines Laufwerkes, 3 die Unruhe, deren Gleichgewichtslage vom Segment 5 bestimmt wird, welches um den Zapfen 34 schwingt. In einem mit dem Segment verbundenen Teil 2 ist eine Spur 35 vorgesehen, welche einen mit der Blattfeder 36 verbundenen Zapfen steuert. Die Blattfeder 36 ist in ein zwischen Führungen gleitendes Gleitstück 37 eingesetzt, welches in der Pfeilrichtüng von der Kraft beeinflußt wird, deren Quadratwurzel integriert werden soll. Wenn diese Kraft Null ist, befindet sich der Zapfen der . Blattfeder in gerader Linie (konzentrisch) mit dem Zapfen 34. Wenn die Kraft wächst, wird die Feder 38 proportional damit zusammengedrückt, das Gleitstück und damit auch der Zapfen der Feder 36 werden um einen mit der Kraft proportionalen Betrag verschoben, und der Zapfen wird sich also in einem Abstande von der Achse des oszillierenden Teiles 5 befinden, welcher mit der Größe proportional ist, deren Quadratwurzel als Funktion der Zeit integriert werden soll. Das zurückführende Drehungsmoment, welches von der . Blattfeder 36 stammt, wird dieser Größe proportional, und die Schwingungszeit der Unruhe wird umgekehrt proportional der Quadratwurzel aus der- fraglichen Größe. Das mit dem Steigrade 4 verbundene Uhrwerk zeigt das gewünschte Integral an. .

In Fig. 8 ist eine mit einem Wasser druckmesser kombinierte Vorrichtung zur Zeitintegration der Quadratwurzel aus dem Wasserdruck dargestellt. Eine solche Kombination kann beispielsweise in der oben geschilderten Weise bei hydraulischen Loggen, Wasser- oder Gasmesser u. dgl. verwendet werden. Der Druckmesser 16 wirkt auf einen Hebel 17, dem von einer in der Nullage des Apparates ungespannten Feder 18 entgegengewirkt wird. Im Hebel 17 ist eine Spur 40 vorgesehen, in welcher ein auf einem Gleitstück sitzender Zapfen 41 gleitet. Das Gleitstück wird von Federn 39, 39 in der Mittellage gehalten. Der Zapfen 41' gleitet in der Spur 35 des Segmentes 2, 5 und strebt dahin, dieses in die Gleichgewichts- ■ lage zurückzuführen, und zwar mit einem Drehmoment, dessen Zuwachsbetrag porportional dem Abstande des Zapfens 41 von dem .Zapfen 34, in der Richtung der Spur gerechnet, ist. In der Nullage des Apparates liegen die Zapfen · 41 und 34 auf einer geraden Linie. Wenn dagegen ein Druck in den Apparat 16 kommt, wird der Hebel 17 und damit der Zapfen 41 in der Spur 35 um einen Betrag bewegt, der mit dem Wasserdruck proportional ist. Der Zuwachsbetrag des zurückführenden Drehmoment tes um die Achse 34 wird auch proportional dem Wasserdruck, und die Uhr zeigt das Zeitintegral der Quadratwurzel aus dem Wasser- druck an.
. Nach Fig. 9 gleitet in der Spur 35 ein Zapfen

45, welcher mit einer in der Längsrichtung der Spur verlegten Feder. 46 und mit einem in der-' selben Richtung wirkenden Zugorgan 47 verbunden ist. Das Zugorgan 47, welches federnd ist, ist mit einem Gleitstück 48 verbunden, das zwischen Führungen 49 gleitet. Das Gleitstück 48 wird von der zu integrierenden Kraft beeinflußt. Die Spannung in dem Zugorgan und in der Feder 46 wird daher dieser Kraft proportional. Gleichzeitig wird die Feder 46 verlängert, und der Zapfen 45 bewegt sich in der Richtung der Spur aus seiner Gleichgewichtslage, welche in gerader Linie mit dem Zapfen 34 ist, um ein Stück, welches mit der als Funktion der Zeit zu integrierenden Kraft proportional ist. Wird der Zapfen seitwärts bewegt, so daß die Teile

46, 47 nicht länger in gerader Linie liegen, so strebt die Spannung im System 46, 47 dahin, den Zapfen in diese Lage zurückzuführen mit. einer Kraft, deren Zuwachsbetrag (Spannung geteilt durch Ablenkung) der zu integrierenden Kraft proportional ist. Das Segment 3 und damit die Unruhe werden in die Gleichgewichtslage zurückgeführt mit einem Drehmoment, dessen Zuwachsbetrag dem Produkt aus der am

Zapfen 45 wirkenden Spannung und dem Abstande des Zapfens von dem Zapfen 34 proportional ist, d. h. proportional mit dem Quadrat der als Funktion der Zeit zu integrierenden Kraft. Das Uhrwerk wird das Zeitintegral dieser Kraft anzeigen.

Selbstverständlich kann statt der Unruhe' auch ein Pendel oder ein anderes Schwingungsgebilde verwendet werden. Die beschriebene Erfindung kann für alle möglichen Meßzwecke verwendet und mit allen genannten Apparaten kombiniert werden.

Claims (7)

Patent-Ansprüche :

1. Einrichtung zur mechanischen Zeitintegration der Quadratwurzel aus einer veränderlichen Kraft oder einer anderen Größe (Länge, Maße, Stromstärke usw.), dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Kraft unter Einschaltung einer Übersetzung auf ein Pendel, eine Unruhe oder einen ähnlichen Schwingungskörper eines Laufwerkes derart einwirkt, daß dessen Schwingungszeiten der Quadratwurzel aus der zu integrierenden Kraft umgekehrt proportional sind, so daß das Laufwerk das Zeitintegral der Quadratwurzel aus der Kraft (Größe) anzeigt.

2. Einrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet,. daß der den . Ablauf des Triebwerkes regelnde Taktgeber (3) mit einem Hebel (2) o. dgl. verbunden ist, an dessen einem Ende ein Zugorgan (1) befestigt ist, welches proportional der Kraft oder der anderen Größe, deren Quadratwurzel integriert werden soll, gespannt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Taktgebers (3) unter dem Einfluß eines Bandes (9, 10) oder eines ähnlichen Zugorgans steht, dessen Spannung (Torsionszuwachsbetrag) der Kraft proportional gehalten wird, deren Quadratwurzel integriert werden soll.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3 zur Zeitintegration einer elektrischen Stromstärke oder deren Quadratwurzel, gekennzeichnet dadurch, daß das Zugorgan (1 bzw. 9, 10) mit dem Anker eines Elektromagneten, welcher von dem zu integrierenden Strom oder von einem proportionalen Teil davon durchflossen wird, verbunden ist, wobei der Anker entweder ein Eisenstück oder ein vom Strome durchflossenes Solenoid sein kann. · . . .

5. Einrichtung zur Zeitintegration der Quadratwurzel aus dem Geschwindigkeitsdruck bei einem hydrostatischen Log oder aus dem Winddruck bei einem Anemometer oder pneumatischen Geschwindigkeitsmesser oder aus dem Gasdruck oder Wasserdruck bei einem Pitot- oder Venturi-Gas- oder Wassermesser, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zum Spannen des Taktgebers (3) teils, aus einer Vorrichtung (Ge- -65 wicht, Feder) zur Erzielung einer konstanten Kraft, teils aus einer von' dieser Kraft beeinflußten besonderen Hebelvorrichtung bestehen, deren Übersetzungsverhältnis, dem Geschwindigkeitsdruck (Wind-, Wasser- oder Gasdruck) proportional ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendel, die Unruhe usw. mit einer federnden Vorrichtung (36, 39, 46) in Verbindung steht, deren Angriffspunkt auf die Unruhe, Pendel oder einem damit verbundenen Teil (5) durch passende Ubersetzungsvorrichtungen stets in einem Abstande von dem Schwingpunkt der Unruhe, des Pendels oder sonstigen Teiles (5) gehalten wird, welcher der Kraft oder anderen Größe, deren Quadratwurzel integriert werden soll, proportional ist, so daß. die Feder das Bestreben hat, die Unruhe, das Pendel usw. in die Gleichgewichtslage zurückzuführen mit einem Drehmoment, dessen Zuwachsbetrag der in der angegebenen Weise zu integrierenden Kraft (Größe) proportional ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6 zur Zeit-Integration einer veränderlichen Kraft oder anderen Größe, mit welcher eine Kraft proportional gemacht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft der Vorrichtung, welche das Pendel, die Unruhe usw. in die Gleichgewichtslage zurückzuführen strebt, durch eine Übersetzung der zu integrierenden Größe proportional gehalten wird, während gleichzeitig ihr Angriffspunkt am Pendel, an der Unruhe oder einem damit verbundenen Teil (35) in einem Abstande vom Schwingpunkt der Unruhe oder des Teiles (35) usw. gehalten wird, der der genannten Größe proportional ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.