Gyroskopischer Druckmesser. Gegenstand der Erfindung ist eine Kreiselvorrichtung,
welche den Zweck hat, bestimmte Druckgrößen, wie Anzugsmomente -von Dampfmaschinen
und Motoren, Steuerdruckgrößen auf Schiffen, Luftdruckwerte und Reibungswiderstände
genau meßbar anzuzeigen und zu registrieren. Messungen dieser Art werden im allgemeinen
in der Weise ausgeführt, daß man zwischen irgendeinem Druck gebenden und einem Druck
aufnehmenden System ein elastisches Element, wie z. B. ein federndes Dynamometer,
schaltet, und daß man dann je nach dem Grade, in welchem die Elastizität beansprucht
wird, die Größe des Druckes bestimmt. Wie aber leicht zu erkennen ist, kann ein
solches Verfahren niemals zuverlässig sein.
Denn da bei der elastischen Druckbestimmung
das drückende System erst einen bestimmten Weg zurücklegen muß, damit der Zeiger
des Druckmessers gezwungen wird., in die dem Druck entsprechende Stellung einzurücken,
so kann hier die Anzeige des Druckes nicht während des Antriebes selbst erfolgen,
sondern erst einige Zeit hinterher, d. h. in einer Phase, in welcher der Anfangsdruck,
auf den es bei der Messung in der Regel gerade ankommt, sich oft schön erheblich
geändert hat.Gyroscopic pressure meter. The subject of the invention is a gyroscopic device which has the purpose of displaying and registering certain pressure values, such as tightening torques of steam engines and engines, control pressure values on ships, air pressure values and frictional resistance, in a precisely measurable manner. Measurements of this kind are generally carried out in such a way that an elastic element, such as e.g. B. a resilient dynamometer switches, and then depending on the degree to which the elasticity is stressed, the size of the pressure is determined. However, as can easily be seen, such a procedure can never be reliable . Because with the elastic pressure determination the pressing system first has to cover a certain distance so that the pointer of the pressure gauge is forced to move into the position corresponding to the pressure, the pressure cannot be displayed during the drive itself, but only a few Time afterwards, ie in a phase in which the initial pressure, which is usually important for the measurement, has often changed considerably.
Ungleich günstiger liegen die Verhältnisse, wenn man für den angegebenen
Zweck die Eigenschaft des Kreisels benutzt, den auf ihn wirkenden Impulsen rechtwinklig
auszuweichen. Wenn nämlich ein Kreisel von irgendeinem Impuls getroffen wird, der
ihn aus seiner Ebene zu drängen sucht, so hält er diesem Angriff gegenüber stand,
indem er eine Schwenkung oder Präzession rechtwinklig zur Impulsrichtung ausführt.
Mit dieser Eigenschaft des kreiselnden Schwungkörpers ist aber zugleich die Möglichkeit
gegeben, einen dem Statur angescblossenen Druckanzeiger in seine Anzeigestellung
einrücken zu lassen, ohne daß das drückende System gezwungen wird, einen bestimmten
Weg zurückzulegen. Streng genommen muß der Kreisel zwar auch in der Richtung dzs
auf ihn wirkenden Impulses nachgeben. Dieses primäre Nachgeben aber, das man auch
als Kreiselnutation bezeichnet, ist so unmeßbar klein, daß in der außerordentlich
kurzen Phase, in welcher der Nutationswinkel zurückgelegt wird, eine nennenswerte
Änderung des Anfangsdruckes praktisch ausgeschlossen ist. Im rein praktischen Sinne
würde deshalb durch das gyrostropische Verfahren der Druckmessung nicht weniger
als eine unmittelbare Druckanzeige erreicht sein,--die nicht durch irgendeinen Bewegungsvorgang,
sondern direkt durch den zu messenden Druck zustande kommt.The ratios are far more favorable if one goes for the specified
Purpose uses the property of the gyroscope, the impulses acting on it at right angles
to evade. If a top is hit by any impulse, that
tries to push him out of his level, he withstands this attack,
by swinging or precessing at right angles to the direction of the impulse.
With this property of the spinning rotor there is also the possibility
given, a pressure indicator attached to the stature in its display position
to be indented without the pressing system being forced to a particular
To travel. Strictly speaking, the roundabout must also be in the direction dzs
give in to the impulse acting on him. This primary yielding, however, is what you also do
known as gyro nutation, is so immeasurably small that it is extraordinarily small
short phase in which the nutation angle is covered, a noteworthy one
Changing the initial pressure is practically impossible. In a purely practical sense
would therefore not be less due to the gyrostropic method of pressure measurement
be achieved as an immediate pressure indication, - which is not achieved by any movement process,
but comes about directly through the pressure to be measured.
Bei einer zuverlässigen Druckbestimmung kommt es aber nicht nur darauf
an, daß die Einstellung des Druckanzeigers ohne nennenswerte Bewegung des drückenden
Systems erfolgt, sondern es muß auch der Einstellungsweg oder Einstellungswinkel
immer in einem bestimmten Verhältnis zu dem zu messenden Drucke stehen. Diese zweite
Bedingung zu erfüllen, soll Aufgabe einer magnetischen Vorrichtung sein, deren Wirkungsweise
in der nachfolgenden Beschreibung angegeben ist.However, when it comes to reliable pressure determination, this is not all that matters
indicates that the setting of the pressure indicator without any appreciable movement of the pressing
System takes place, but it must also be the adjustment path or adjustment angle
always have a certain relationship to the pressure to be measured. This second
Fulfilling the condition should be the task of a magnetic device, its mode of operation
is given in the description below.
Eine Ausführungsform meiner Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Abb. z zeigt den Aufriß. Abb. z zeigt den Seitenriß. Abb. 3 zeigt den Grundriß der
getroffenen Anordnung. In dem Träger a bewegt sich der rechteckige Rahmen b um die
horizontale Achse c. Parallel der Rahmenebene oder auch mit dieser zusammenfällend
ist die Schwingungsebene des Rotors d angeordnet, dessen Statur c in dem Rahmen
b freibeweglich um eine vertikale Achse ist. Starr verbunden mit dem Rahmen b ist
unten der Eisenkern f, der in Gegenwirkung zu den Elektromagneten g und h steht,
und oben die Kontaktscheibe i, auf welcher die Schaltsegmente k, 1, m und
rz (Abb. 3) kreisförmig angeordnet sind. Dem Statur c wieder ist der Hebel o mit
den beiden Kontaktstiften p und q angeschlossen, welche letzteren die Aufgabe haben,
indem sie über dem Schaltsegmente 1 und n einerseits und k und in
anderseits hin und her gleiten, den von dem Generator r ausgehenden Erregerstrom
den beiden Magneten wechselweise in der «eise zuzuführen, daß einmal immer derjenige
Magnet erregt wird, der bestrebt ist, den abgeschwenkten Kreisel nach dem Prinzip
des rechtwinkeligen Ausweichens in seine Mittellage zurtckzuführen, und daß zweitens
die Erregung dieses Magneten um so stärker werden muß, je mehr sich die Kreiselebene
aus ihrer Mittellage entfernt. Die Schaltsegmente k, 1, m und n sollen somit
nicht eine gleichbleibende, sondern eine
mit dem Präzessionswinkel
ansteigende Stromzuführung vermitteln.An embodiment of my invention is shown in the drawing. Fig. Z shows the elevation. Fig. Z shows the side elevation. Fig. 3 shows the plan of the arrangement made. In the carrier a, the rectangular frame b moves about the horizontal axis c. The plane of oscillation of the rotor d is arranged parallel to the frame plane or coinciding with it, the stature c of which is freely movable about a vertical axis in the frame b. Rigidly connected to the frame b is the iron core f at the bottom, which counteracts the electromagnets g and h, and at the top the contact disk i, on which the switching segments k, 1, m and rz (Fig. 3) are arranged in a circle. The stator c is again connected to the lever o with the two contact pins p and q, which the latter have the task of sliding back and forth over the switching segments 1 and n on the one hand and k and in the other, the excitation current emanating from the generator r to supply both magnets alternately in such a way that that magnet is always excited which endeavors to return the swiveled top back to its central position according to the principle of right-angled evasion, and that, secondly, the excitation of this magnet must become stronger the more the gyro plane moves away from its central position. The switching segments k, 1, m and n should therefore not convey a constant power supply, but rather a power supply that increases with the precession angle.
Die Wirkungsweise der angegebenen Vorrichtung ist folgende: Wenn auf
das um die Achse e bewegliche System ein Impuls einwirkt, wie er durch den Pfeilstrich
s in Abb. 2 angedeutet ist, so führt der Rotor d eine horizontale Schwenkung im
Sinne des Uhrzeigers aus und schließt damit den zu dem Magneten g führenden Stromkreis,
indem er die Kontaktstifte P und q auf die Schaltsegmente l und n gleiten
läßt. Durch die Erregung des Magneten g entsteht aber ein dem primären Impuls I,_
.entgegengerichteter Impuls I2,. Für die weiteren Bewegungen des Kreisels bestehen
dann folgende Bedingungen Solange I2 < Il ist, wird der Rotor
d durch den Impuls I,. -I2 gezwungen, seine Präzessionsbewegung im Sinne
des Uhrzeigers fortzusetzen. Je mehr sich aber die Kreiselebene aus ihrer Mittellage
entfernt, um so stärker muß die Erregung des Magneten g und um so größer deshalb
auch der magnetische Impuls 1,
werden. Die Folge wird deshalb sein, daß zwischen
den Impulsen 1, und 1, sehr bald das Gleichgewicht hergestellt wird,
und dann der Kreisel in seiner von ihm erreichten Präzessionsstellung verharren
muß. Auf diese Weise würde - es erreicht sein, daß, wenn die Achse c mit irgendeinem
drückenden System, wie mit einer Dampfmaschine oder irgendeinem Motor inVerbindung
gebracht wird, die jeweilige- Winkelstellung des Hebels o immer die Größe des zu
dieser Achse wirkenden Druckes anzeigen muß.The mode of operation of the specified device is as follows: When a pulse acts on the system that is movable around the axis e, as indicated by the arrow line s in Fig. 2, the rotor d performs a horizontal pivoting in the direction of the clockwise and thus closes the circuit leading to the magnet g by sliding the contact pins P and q onto the switching segments l and n. The excitation of the magnet g creates a pulse I2, which is opposite to the primary pulse I, _. The following conditions then exist for the further movements of the gyroscope. As long as I2 < Il, the rotor d is controlled by the impulse I,. -I2 forced to continue its precession movement in the clockwise direction. However, the more the gyro plane moves away from its central position, the stronger the excitation of the magnet g and therefore the greater the magnetic impulse 1 must also be. The result will therefore be that the equilibrium will very soon be established between impulses 1 and 1 , and then the top will have to remain in the precession position it has reached. In this way - it would be achieved that when the axis c is brought into connection with any pressure system, such as a steam engine or any other motor, the respective angular position of the lever o must always indicate the magnitude of the pressure acting on this axis.
Wenn der gyroskopische Druckmesser auch auf hin und her schwingenden
Systemen; wie z. B. auf Wasserfahrzeugen, verwendet werden soll, so empfiehlt es
sich, die magnetische Vorrichtung nach dem Prinzip eines rückläufigen 1-lektromotors
herzurichten. Denn sonst könnte unter Umständen der Fall eintreten, daß bei seitlicher
Neigung des Trägers a der dem vertikalen Rahmen v angeschlossene Eisenkern
f
über den zu erregenden Magneten hinausrückt und so der magnetische Impuls
in umgekehrter Richtung angreift. Zu beachten würde außerdem sein, daß unter den
gegebenen Bedingungen bei Kurvenfahrten ein gyrostatischer Druck zur Achse c entstehen
muß, wodurch die Druckanzeige: entweder verringert oder vergrößert werden würde.
Für besondePe Messungen dürfte es deshalb zweckmäßig sein, das um die Achse c bewegliche
System noch- mit einem zweiten gleich dimensionierten, aber entgegengesetzt rotierenden
Kreisel auszurüsten, dessen Stator entweder direkt dem Rahmen b angeschlossen oder
dem Stator e des Rotors d in cler Weise verbunden ist, daß beide Schwungkörper zwangläufig
zueinander immer entgegengesetzte Präzessionen ausführen müssen.When the gyroscopic pressure gauge also works on reciprocating systems; such as B. on watercraft is to be used, it is advisable to set up the magnetic device according to the principle of a retrograde 1-electric motor. Otherwise, under certain circumstances, the case could arise that when the support a is tilted to the side, the iron core f connected to the vertical frame v pushes beyond the magnet to be excited and the magnetic impulse acts in the opposite direction. It should also be noted that under the given conditions when cornering, a gyrostatic pressure must arise in relation to axis c, as a result of which the pressure display: would either be reduced or increased. For special measurements it should therefore be expedient to equip the system, which is movable around the axis c, with a second gyro of the same size but rotating in opposite directions, the stator of which is either connected directly to the frame b or connected in the same way to the stator e of the rotor d that both flywheels must necessarily perform opposing precessions to each other.
Die Anwendung des beschriebenen Druckmessers muß natürlich verschieden
sein, je nach den Bewegungsbedingungen, die zwischen dem Druck gebenden und dem
Druck aufnehmenden System bestehen. Wenn beide Systeme relativ zueinander im Ruhestand
verharren, wie das z. B. beim Anzug eines Eisenbahnwagens durch die Lokomotive der
Fall ist, dann kann die Achse c mit dem angeschlossenen Teil des drückenden Systems
unbedenklich auch nach dem Anzug in zwangläufiger Verbindung bleiben. Andernfalls
dagegen würde es geboten sein, eine Ausschaltung vorzusehen, welche selbsttätig
zustande kommt, wenn sich das drückende System in Bewegung gesetzt hat.The use of the pressure meter described must of course be different
depending on the movement conditions between the pressure giving and the
Pressure-absorbing system. When both systems are retired relative to each other
persist as the z. B. when approaching a railroad car by the locomotive of
If so, then the axis c can be connected to the connected part of the pushing system
it is safe to stay in permanent contact even after the suit. Otherwise
on the other hand, it would be advisable to provide for a switch-off which is automatic
comes about when the pressing system has started moving.