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Kurzzeitmesser mit einer zeitweilig in Drehung versetzten Schwungmasse.
Zum Messen kurzer Zeiträume, wie sie beispielsweise bei Echoloteinrichtungen zwischen
Abgabe der Schallwelle und der Rückkehr des Echos auftreten, ist es bereits vorgeschlagen
worden, als Vergleichswert einen kleinen Teil einer Umdrehung einer leicht drehbar
gelagerten Schwungmasse zu verwenden. Handelt es sich nun aber um die Bestimmung
längerer Zeiträume, die trotzdem mit derselben Genauigkeit ermittelt werden müssen
wie die kürzeren, so ist das bisher bekannte Instrument hierfür ungeeignet. Derartige
längere Zeiträume kommen beispielsweise in Frage einesteils bei der Erlotung größerer
Meerestiefen, anderenteils bei Lotungen und ähnlichen Messungen vom Luftfahrzeug
aus. Hierbei vergehen zwischen Abgabe der Schallwelle und Rückkehr des Echos einerseits
infolge der größeren Entfernungen, anderseits infolge der langsameren Schallgeschwindigkeit
in Luft gegenüber dem Wasser größere Zeiträume, als daß sie mit der bisher bekannten
Methode bestimmt werden könnten.
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Der Zweck der Erfindung ist nun, einen Kurzzeitmesser zu schaffen,
der in der Lage ist, Umdrehungen von 36o° und mehr auszuführen. Dies geschieht der
Erfindung gemäß in erster Linie dadurch, daß alle Teile, :die bei Nullstellung des
drehbaren Systems in dessen Bewegungsbahn hinreinragen, wie beispielsweise die Sperrvorrichtung,
der 'Elektromagnet, -das die Beschleunigung hervorrufende federnde Glied, der Anschlag
usw., nachdem sie ihre Tätigkeit erfüllt haben, aus dieser Bahn heraustreten, die
Schwungmasse also mehr als eine Umdrehung ausführen kann. Das Anhalten der Schwungmasse
geschieht in an sich bekannter Weise mit Hilfe einer Bremse. Während man nun aber
bei bisher bekannten derartigen Kurzzeitmessern das Zurückstellen in die Nullage
mit Hilfe einer Unruhfeder bewerkstelligen konnte, genügt diese für den vorliegenden
Zweck nicht mehr, vielmehr geschieht dies gemäß der Erfindung durch einen mit der
Schwungmasse verbundenen, konachsial angeordneten halbkreisförmigen Anker, der mit
einem entsprechend gestalteten ortsfesten Magneten in der Weise
zusammenarbeitet,
daß bei Erregung des letzteren die Schwungmasse sich auf Null bzw. in der Nähe des
Mullpunktes einstellt. Infolgedessen wird die Schwungmasse nicht veranlaßt, die
vollen Drehungen rückwärts auszuführen, um auf den Nullpunkt zu gelangen, sondern
es geschieht dies in einfacher Weise, indem je nach der Endstellung die Schwungmasse
eine Teildrehung nach vorwärts oder rückwärts ausführt und hierdurch die Nullstellung
erreicht.
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Da man der Schwungmasse in der Schlußstellung nicht ansehen kann,
wieviel volle Umdrehungen sie ausgeführt hat, so muß notwendigerweise eine Anzeigevorrichtung
mit dem Kurzzeitmesser verbunden sein, .die durch irgendwelche Mittel die vollen
Umdrehungen kenntlich macht. Infolgedessen ist es aber auch notwendig, bei Einstellung
des Apparates auf den Nullpunkt das Schaltwerk ebenfalls zurückzuschalten. Dies
geschieht auf einfache Weise dadurch, daß der Elektroinagnet der Hemmung des Schaltwerkes
mit dem Elektromagneten der Nullstellvorrichtung hintereinandergeschaltet ist zum
Zwecke, beim Zurückführen der Schwungmasse in die Nullstellung gleichzeitig auch
das Schaltwerk durch Ausrückung der Hemmung unter dem Einfluß einer an sich bekannten
Unruhferler auf Null zurückschwingen zu lassen.
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Das Anzeigen der vollen Umdrehungen kann auch in der Weise erfolgen,
daß das Zählwerk mit Kontakten entsprechend der Schaltteilung ausgerüstet ist, denen
gegenüber ein Stromabnehmer so angeordnet ist, daß dieser nach erfolgter Abbremsung
der Schwunginasse mit dem ihm gerade gegenüberliegenden Kontakt in Berührung tritt
und auf diese Weise einen bestimmten Stromkreis schließt, mit dessen Hilfe die Anzahl
der vollen Umdrehungen der Schwungmasse kenntlich gemacht wird. Auch mit Hilfe eines
die Drehung der Schwungmasse mitmachendt-n Lichtstrahles in Verbindung mit einer
Selenzelle kann die Weiterschaltung eines Zählwerkes zum Anzeigen der vollen Umdrehungen
bewirkt werden. Verwendet man einen Lichtstrahl als Zeiger, dann kann dieser durch
Einschalten von verschieden gefärbten oder verschieden gestalteten Filtern o-ler
Blenden nach jeder vollen Umdrehung so geändert werden, daß die Farbe oder die Gestalt
des Lichtzeigers die Anzahl der vollen Umdrehungen kenntlich macht.
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Auf der Zeichnung sind mehrere @usführungsheispiele .der Vorrichtungen
dargestellt, und zwar zeigen: Abb. i die Vorrichtung in Richtung der Achse gesehen,
Abb.2 eine etwas andere Ausführungsform, Abb.3 ein elektrisch angetriebenes Zählwerk
für die vollen Umdrehungen des Systems, Abb..1 eine mechanisch angetriebene entsprechende
Einrichtung und Abb. 5, 6 .und 7 drei Schaltungsschemata für die Bremse der Vorrichtung.
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Auf einer leicht drehbar gelagerten Welle 17 (s. Abb. i) ist eine
Schwungmasse 18 angeordnet, deren Drehbewegung durch eine federnd gelagerte Bremse
ig abgebremst werden kann. Die Bremse i g steht unter dem Einfluß eines Elektromagneten
2o. Konzentrisch zur Welle 17 ist ein halbkreisförmiger Anker 21 angeordnet und
diesem gegenüber ein entsprechend ausgeschalteter ortsfester Elektromagnet 22. Zur
Vermeidung eines unbeabsichtigten Luftwiderstandes ist der Anker 21 durch ein entsprechendes
halbkreisförmiges Stück 23 aus Hartgummi zu einem ringförmigen Körper ergänzt.
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Seitlich der Schwungmasse 18 ist um einen Bolzen 24 drehbar eine Klinke
25 gelagert, deren hebelartiger Arm 26 unter dem Einfluß einer Feder 27 und eines
Elektromagneten 28 steht. Die Klinke selbst arbeitet mit einer in der Schwungmasse
18 vorgesehenen Rast 29 zusammen. Unterhalb der Klinke 25 ist um einen Zapfen 3o
das Fußstück 31 einer Blattfeder 32 drehbar gelagert. An dieses Fußstück greift
eine Feder 33 an, mit dem Bestreben, dieses samt Feder nach unten zu verschwenken,
während ein auf der anderen Seite vorgesehener Elektromagnet 34. bestrebt ist, das
Fußstück in der gezeichneten Stellung zu halten.
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Das Spannen der das System in Drehung versetzenden Feder 32 geschieht
in der folgenden Weise: Angenommen, die Schwungmasse 18 .hat mehrere Umdrehungen
ausgeführt, und die Bremse ig ist am Schluß des zu messenden Zeitintervalles in
Tätigkeit getreten. Soll nun das Instrument wieder in die Nullstellung gebracht
und für eine zweite Messung vorbereitet werden, dann wird zunächst die Bremse ig
gelöst und sodann der Elektromagnet 22 erregt. Dieser zieht den Anker 21 in die
in Abb. i gezeichnete Stellung, in welcher sich die Klinke 25 gegenüber der Rast
29 befindet. Erregt man des weiteren den Elektromagneten 34., so schwingt der Fuß
31 in die gezeichnete Stellung, und die Blattfeder 32 legt sich gegen einen Anschlag
35 der Schwungmasse 18, Das System ist nunmehr gespannt und kann jederzeit bei Beginn
des zu messenden Zeitintervalles in Tätigkeit gesetzt werden, was dadurch geschieht,
daß der Elektromagnet 28 stromlos gemacht wird, wodurch die Klinke 25 aus der Rast
29 tritt und die Blattfeder 32 der Schwungmasse 18 die
notwendige
Anfangsbeschleunigung erteilt. Die Klinke 25 tritt hierbei unter der Wirkung der
Feder 27 in eine solche Stellung, daß sie außerhalb der von cler Rast 29 beschriebenen
Bahn sich befindet, und in gleicher Weise wird nach erfolgter Ingangsetzung des
Apparates der Elektromagnet 34 stromlos gemacht, so claß die Blattfeiler 32 mit
ihrem Fuß 31 unter der Wirkung der Feder 33 um den Bolzen 30 in Richtung des Pfeiles
nach unten ausschwingt und aus der Bahn des Bolzens 35 tritt. Das System kann infolgedessen
eine Mehrzahl von allen Umdrehungen ausführen, ohne durch die Klinke 25 einerseits
und die Feder 32 anderseits daran gehindert zu sein.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb. 2 ist an ;fier Schwungmasse 18
ein Anker 36 befestigt, mit dem ein Elektromagnet 37 zusammenarbeitet. Dieser ist
um den Zapfen 38 drehbar gelagert und steht einerseits unter der Einwirkung einer
Feder 39, anderseits unter der Einwirkung eines Elektromagneten do, wobei die Feder
39 bestrebt ist, den Elektromagneten 37 in der Arbeitsstellung, r1. h. gegenüber
dem Anker 36, zu halten.
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Soll nach erfolgter 'Messung der Apparat wieder gespannt werden, so
wird zunächst die Schwungmasse durch eine Einrichtung, die der an Hand von Abb.
i beschriebenen, mit 21 und 22 bezeichneten, ähnlich sein kann, in die 'Nullstellung
gebracht. 'Nunmehr wird der Elektromagnet 34 erregt, so daß die Blattfeder 32 in
rlie Arbeitsstellung tritt. Wird nunmehr (ler Elektromagnet 37 erregt, so zieht
dieser Elen Anker 36 an, und der Anschlag 35 legt sich gegen die Blattfeder 32,
die hierdurch gespannt wird.
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Die Auslösung der Drehbewegung der Schwungmasse 18 geschieht in diesem
Falle dadurch, daß der Elektromagnet 37 stromlos gemacht wird. Kurz danach wird
der Elektromagnet 3.1 stromlos gemacht, so daß -lie Feder 32 in Richtung des Pfeiles
aus der Eiahn des Anschlages 35 nach unten schwingt, während gleichzeitig der Elektromagnet
.4o erregt .wird und den Elektromagneten 37 gegen die Wirkung der Feder 39 aus der
Bahn des Ankers 36 nach außen schwingt. Das Anhalten des Systems geschieht wieder
mittels einer Bremse r9, wie an Hand von Abb. i beschrieben.
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Uni einwandfrei erkennen zu lasen, wieviel Umdrehungen das Svstein
ausgeführt hat, muß ein Zählwerk finit dein System verbunden sein, (las nach jeder
vollen Umdrehung in irgendeiner Weise die Zahl der vollen Umdrehungen anzeigt. Hierbei
ist Voraussetzung, daß der @Viderstanrl des Zählwerkes ein möglichst geringer ist,
so daß er die Dreh-Bewegung nicht oder nur in einem zu vernach-lässigend
en Grade beeinflußt. 1Zan kann hierzu auf der Welle des Systems 17 einen Kontakt
anbringen, mit dem eine leicht darauf schleifende Feder zusammenarbeitet, die bei
jeder Umdrehung einmal einen Stromkreis schließt. In diesen Stromkreis ist dann
ein Schaltwerk gelegt, das ein Zählwerk in an sich bekannter Weise stets um einen
Zahn weiter dreht und so einen Anhaltspunkt für die Zahl der vollen Umdrehungen
schafft.
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Eine vollständig reibungslos arbeitende Verbindung zwischen Schwungmasse
und Zählwerk ist in Abb. 3 dargestellt. Hierbei ist auf der Welle 17 ein Spiegel
oder eine Lichtquelle, beispielsweise eine kleine Glühlampe 49, angeordnet, die
unter Verin.ittelung einer Blende 5o einen scharf begrenzten Lichtstrahl 51 radial
aussendet. In der Bahn dieses Lichtstrahles ist eine Selenzelle 52 vorgesehen, die
im gleichen Stromkreis mit einem Elektromagneten 53 liegt. Dieser arbeitet mit einer
bei 54 drehbar gelagerten Klinke 55 zusammen, die unter der Wirkung einer Feder
56 in der in Abb. 3 gezeichneten Stellung gehalten wird. Das vordere Ende 57 der
Klinke 55 ist so ausgeführt, daß es nur in der einen Richtung einen Zahn 58 eines
Schaltrades 59 weiterzuschalten imstande ist, während es bei der Rückwärtsbewegung
federnd ausweicht. Das Schaltrad 59 ist auf einer Welle 6o leicht drehbar gelagert
und wir l von einer federnden Sperrung 61 in den einzelnen durch die Zähne bedingten
Stellungen gehalten. Ein Elektromagnet 62 kann die Sperrung 61 außer Koatakt mit
den Zähnen 58 bringen, während eine Unruhefeder 63, die mit der Welle 6o verbunden
ist, bei Freigabe der Sperrung 61 die Scheibe 59 in die Nullstellung zurückdreht,
in der ein Stift 54 gegen einen ortsfesten Anschlag 65 stößt.
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Bei jeder vollen Umdrehung wird die Selenzelle 52 einmal bestrahlt,
der Widerstand dieser also geringer und infolgedessen der Stromkreis über den Elektromagneten
53 geschlossen, Dieser zieht die als Anker ausgebildete Klinke 55 an und schältet
auf diese Weise die Scheibe 59 um einen Zahn 58 weiter. Sobald die Selenzelle außerhalb
des Strahlenganges 51 liegt, hört die Erregung des Magneten 53 auf, und die Klinke
55 tritt unter der Wirkung der Feder 56 wieder in ihre in der Abbildung gezeichnete
Stellung zurück.
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Die Stellung des Zählwerkes kann entweder unmittelbar an einer Schauscheibe
abgelesen werden. Vorteilhafter ist es, durch die Stellung des Schaltrades verschiedene
Stromkreise zu schließen und diese für die Anzeigung zu verwenden. Dies kann so
geschehen wie in Abb.3 schematisch dargestellt ist. Hierbei sind auf der Scheibe
59 der Zahl der Zähne 58 entsprechend Kontakte 66 angeordnet, die mit einer entsprechenden
Zahl von Schleifringen
auf der '\Velle 6o leitend verbunden sind.
Auf diesen Schleifringen schleifen Kontakte 67, während ein ortsfester Stromabnehmer
68 in Höhe der Kontakte 66 liegt.
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Sobald nun eine Messung beendet ist und die Bremse ig das System anhält,
wird der Stromabnehmer 68 gegen den ihm gerade gegeniiberliegenden Kontakt 66 geführt,
was reit Hilfe eines Elektromagneten geschehen kann, der im gleichen Stromkreis
mit dem Elektromagneten. der Bremse liegt oder von der Bremse aus gesteuert wird.
Es wird auf diese Weise ein bestimmter Stromkreis über dem dazugehörigen Schleifkontakt
67 geschlossen. Das Anzeigen der vollen ,Drehzahl des Systemes kann, wenn man sich
als Zeiger des Instrumentes eines Lichtstrahles bedient, dadurch erfolgen, daß man
verschiedenfarbige Filter, entsprechend den vollen Umdrehungen, in den Strahlengang
des Lichtzeigers schaltet. Die selbsttätige Einschaltung der Filter kann dann in
einfacher Weise so geschehen, daß die Filter von Elektromagneten in den Strahlengang
gebracht werden, die in den einzelnen durch den Stromabnehmer 68 und die Schleifkontakte
67 bezeichneten Stromkreisen liegen. Sobald man also nach Stillsetzung des Systems
am Schlusse einer Messung den betreffenden Stromkreis schließt, wird ein entsprechend
gefärbter Filter in den Strahlengang des Lichtzeigers geschaltet, der Lichtstrahl
also eine bestimmte Färbung erhalten. Wählt man nun auf ein und derselben Skala
für die verschiedenen Umdrehungen des Instruments mehrere konzentrisch aufgetragene
Teilungen, und ordnet man den Lichtstrahl so an, daß er über sämtliche Teilungen
hinwegreicht, dann zeigt -der Apparat einwandsfrei an, zu welcher Teilung der Lichtstrahl
gehört, von welcher Teilung also abgelesen «-erden muß. Man kann hierbei etwa so
verfahren, daß man Teilung und Lichtstrahl für die erste Umdrehung farblos wählt,
für die zweite rot, für die dritte blau, für die vierte gelte, für die fünfte grün
usw. Ein Irrtum ist dann vollkommen ausgeschlossen, da die Färbung des Lichtstrahles
automatisch im Zusammenarbeiten mit dem Zählwerk geschieht.
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Wird der Kurzzeitmesser auf Null zurückgeschaltet, dann muß auch das
Zählwerk auf \ull geschaltet werden. Infolgedessen wird man den Elektromagneten
62 des Zählwerkes mit dein Elektromagneten 22 hintereinanderschalten, Wird dann
das System auf Null gebracht, so hebt gleichzeitig der Elektromagnet 62 die Sperrung
61 auf, und das Zählwerk dreht sich unter der Wirkung der Unruhefeder 63 in die
lullstellung zurück.
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Bei der in Abb.4 dargestellten Ausführungsforin wird eine entsprechend
angeordnete und gelagerte Scheibe 59 vermittels eines auf der Welle 17 sitzenden
Zahnes 69 bei jeder vollen Umdrehung der Welle i7 um einen Zahn 58 weitergeschaltet.
Alle übrigen Einrichtungen sind .die gleichen wie an Hand von Abb. 3 beschrieben.
Diese Schaltvorrichtung ist wesentlich einfacher als die vorher beschriebene, hat
aber den Nachteil, daß sie nicht reibungslos arbeitet. Immerhin können die Teile
so zueinander angeordnet und eingerichtet sein, .daß der Reibungswiderstand keine
wesentliche Beeinträchtigung des Systems zur Folge hat, also vernachlässigt werden
kennen.
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Die Schaltungen der verschiedenen Elektromagneten können die verschiedensten
sein. Am zweckmäßigsten werden die Elektromagneten, die den Anfang und das Ende
der Drehbewegung des Systems regeln, nicht so eingerichtet, daß die gewünschte Tätigkeit
durch Stromschluß, sondern durch Stromunterbrechung eintritt, da diese Art, wie
Versuche gezeigt haben, die sicherere und genauer wirkende ist, Beispielsweise kann
die Schaltung des Elektromagneten 2o der Bremse ig, so wie in Abb. 5 angedeutet,
vorgenommen sein, wobei der Elektromagnet 2o das Mikrophon 70 und die Batterie
71 in ein und demselben Stromkreis liegen, und die Spannung der Feuer der Bremse
ig in einem solchen Verhältnis zur Kraft des Elektromagneten 2o steht, daß eine
geringe Erhöhung des Widerstandes in der Leitung den Elektromagneten 2o so schwächt,
daß die Feder der Bremse ig diese Kraft überwindet und die Bremse gegen die Schwungmasse
18 drückt. Gleichzeitig wird hierbei der Stromkreis bei 72 unterbrochen,
so ilaß bei wieder sinkendem Widerstand in der Leitung eine Lösung der Bremse ausgeschlossen
ist. Es müssen dann irgendwelche Vorrichtungen getroffen sein, um die Bremse auf
mechanischem oder elektrischem Wege zu lösen und dadurch den Stromkreis wieder zu
schließen.
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Bei der Ausführungsform gemäß Abb.6 sind auf dem Elektromagneten 2o
zwei Wickelungen 73 und 7:I hintereinander angeordnet. Hierbei liegt die Wickelung
73 in einem Stromkreis mit einem Regulierwiderstand 75, während die andere Spule
74 mit der Sekundärwicklung 76 eines Transformators 77 hintereinander geschaltet
ist. Die PrimärsPule 78 des Transformators 77 liegt mit dem NLilcrophon
70 und der Batterie 71 im gleichen Stromkreise. Tritt nunmehr eine Widerstandserhöhung
im Stromkreis des Mikrophons 7o ein, so wird in entsprechender Weise der Sekundärstromkreis
beeinflußt und der Elektromagnet 2o so geschwächt, daß die Feder der Bremse ig diese
gegen die Kraft des
Elektromagneten 2o auslöst und gegen die Schwungmasse
18 drückt. Hierbei wird in derselben Weise, wie weiter oben beschrieben, bei 7-2
der Stromkreis unterbrochen, so daß eine nachträgliche Lösung der Bremse ausgeschlossen
ist.
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Bei der Ausführungsform gemäß der Abb. 7 liegen der Elektromagnet
2o, die Sekundärspule 76 eines Transformators 77 und ein Regulierwiderstand 75 im
gleichen Stromkreis, der durch die Feder der Bremse i9 geschlossen wird. Die Primärspule
78 des Transformators 77 liegt mit dem Mikrophon 7o und der Batterie 71 sowie genau
wie an Hand von Abb.6 beschrieben, im gleichen Stromkreis. Wird im Stromkreis des
1.#1-ikrophons 7o der Widerstand erhöht, dann tritt in der Sekundärspule 76 des
Transformator' eine entsprechende Veränderung ein, so daß die Erregung des Magneten
2o verringert wird, die Bremse i 9 daher unter der Wirkung ihrer Feder gegen die,
Schwungmasse 18 gepreßt wird. Auch-hierbei wird der Stromkreis, in dem der Elektromagnet
2o liegt, bei 72 unterbrochen. Auch in den beiden zuletzt genannten Fällen müssen
Vorrichtungen getroffen werden, um die Lösung der Bremse i 9 und .die Wiederschließung
des Stromkreises auf mechanischem oder elektromagnetischem Weg zu bewerkstelligen.