DE432395C - Anordnung zur quadratischen Addition zweier Zahlen- oder Messgroessen auf mechanischem Wege - Google Patents

Anordnung zur quadratischen Addition zweier Zahlen- oder Messgroessen auf mechanischem Wege

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DE432395C
DE432395C DEL62499D DEL0062499D DE432395C DE 432395 C DE432395 C DE 432395C DE L62499 D DEL62499 D DE L62499D DE L0062499 D DEL0062499 D DE L0062499D DE 432395 C DE432395 C DE 432395C
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Description

  • Anordnung zur quadratischen Addition zweier Zahlen- oder meßgrößen auf mechanischem Wege. Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung, durch welche die Quadrate zweier als Bewegungen ausgedrückter Zahlen- oder Meßgrößen auf mechanischem Wege addiert werden und gegebenenfalls aus dem Resultat wieder die Quadratwurzel gezogen wird. Die Erzeugung der ursprünglichen zu Übertragenden Bewegungen kann dabei sowohl von Hand als auch automatisch, z. B. durch irgendwelche Meß- oder Zählinstrumente o. dgl., erfolgen. Die resultierende Bewegung kann entweder direkt, z.B. an Hand einer Skala, ausgewertet werden oder auch zur Betätigung irgendwelcher Registrier- oder Zählvorrichtungen dienen.
  • Für die Übertragung und Umformung der fraglichen Bewegungen werden dabei Übertragungselemente benutzt, wie sie in ähnlicher Form bereits für Logarithmische Übertragungen bekannt sind, nämlich zwei Kurvenscheiben, die um eine Achse drehbar sind, während auf die zweckentsprechend geformten Ränder sich Fäden, Bänder o. dgl. auf-und abwickeln, deren Bewegungen gemeinsam auf einen weiteren Apparatteil, etwa eine bewegliche Rolle, übertragen werden, so daß sie sich addieren. Damit die so durch die Bewegung der Fäden dargestellten Randabwälzungen der Kurvenscheiben den Quadraten der als Drehung der Scheiben dargestellten ursprünglichen Bewegungen proportional sind, erhalten die Kurvenscheiben erfindungsgemäß die Form von Evölventen.
  • Eine derartige Scheibe ist in der Abb. i beispielsweise dargestellt. s ist die Kurvenscheibe, die die Form einer Evolvente besitzt und um den Mittelpunkt in des erzeugenden Kreises k drehbar ist. Am Ursprungspunkt u der Evolvente ist ein Faden f (oder Band o. dgl.) befestigt, der das Gewicht g trägt. Wird die Scheibe aus der gezeichneten Ausgangsstellung im Sinne des Pfeiles gedreht, so wird der Faden aufgewunden, und das Gesicht g hebt sich dabei um eine Strecke, die, wie sich mathematisch nachweisen läßt, genau proportional dein Quadrate des Winkels ist, uni den die Scheibe gedreht wurde.
  • Für die praktische Ausführung derartiger Anordnungen wird es häufig ein Nachteil sein, daß das Gewicht g neben der vertikalen Bewegung, die dein Quadrate der Winkeldrehung der Scheibe proportional ist, noch eine horizontale Bewegung ausführt. Der Übelstand läßt sich beseitigen, wenn man den Faden etwa wie in Abb. a dergestalt über eine Roller führt, daß das Gewicht g nur noch eine reine Vertikalbewegung ausführt. Bei derartigen Anordnungen wird allerdings im allgemeinen die Hebung des Gewichtes nicht mehr absolut genau dein Quadrate des Drehwinkels proportional sein. Durch passende Wahl der Abmessungen läßt sich jedoch dieser Fehler so klein machen, daß er für alle praktischen Fälle vollkommen vernachlässigt werden kann. Bei den in der Abbildung gewählten Verhältnissen beträgt der ideelle Fehler z. B. nur geringe Bruchteile eines Promilles. Übrigens läßt sich der Fehler durch geringfügige Abweichungen der Kurvenform von der mathematischen Evolvente vollkommen beseitigen. Selbstverständlich kann die Ausführungsform mannigfach variiert werden, ohne daß das Wesen der Erfindung beeinträchtigt wird. Z. B. brauchen die Kurvenscheiben nicht, wie in den Abbildungen angenommen, in einer Ebene zu liegen, wobei der maximale ausnutzbare Drehwinkel etwa 4401 beträgt, sondern sie können auch so geformt sein, daß ihr Rand einer kegelförmigen Schraubenlinie folgt, so daß mehrere Umdrehungen der Scheibe zum Aufwinden des Fadens ausgenutzt werden können. Es kann auch der Faden an der äußersten Spitze der Scheibe befestigt sein und von dort nach dem Punkte a zu aufgewunden werden. Es kann auch der Rand der Scheibe mit Zähnen versehen und der Faden oder das Band ersetzt sein durch eine darin eingreifende Kette oder eine etwa federnd dagegen gedrückte Zahnstange. Bei einer Anordnung nach Abb. a kann die Kurvenscheibe so angeordnet sein, daß sie sich als Spiegelbild der gezeichneten darrstellt.
  • Ein Ausführungsbeispiel für die ganze Anordnung, bei der die Bewegungen von sich auf zwei Evolventenscheiben aufwickelnden Fäden mechanisch addiert werden, ist in der Abb. 3 dargestellt. s, und s. sind die zwei Kurvenscheiben von Ev olv entenforrn, die um die festen Punkte in, und m. drehbar sind. An den Ursprungspunkten a, und a,; ist ein Faden f befestigt, der über die zwei festen Rollen r, und r= und die bewegliche Rolle r, geführt ist. Letztere trägt das Gewicht ä. In der Nullstellung stehen die beiden Scheiben so, daß der Faden nach den strichpunktierten Linien verläuft und die Spitzen p, und p. der Scheiben ebenfalls auf diesen Linien liegen. Dreht man aus dieser Stellung die Scheiben im Sinne des Pfeiles um je irgendeinen Winkel x bzw. y, so wird dadurch das Gewicht g um eine Strecke gehoben, die dein Ausdruck x2 -j- y2 proportional ist. Bringt man an dem Gewicht einen Zeiger, eine Marke oder ähnliches an und daneben eine feststehende Skala mit passender quadratischer Teilung, so kann man hierauf den Ausdruck Yx2 -f- y2 ablesen. Will man diesen Ausdruck auf einer proportionalen Skala erhalten, so läßt sich dies z_. B. in der Weise erreichen, daß man nach Abb. q. an der beweglichen Rolle r3 einen zweiten Faden f' befestigt, der an der Spitze p3 der Evolventenscheibe s. mit dem festen Drehpunkt ;;i., befestigt und auf diese aufgewunden wird, wobei man etwa durch eine Feder o. dgl. dafür sorgen kann, daß der Faden stets gespannt ist. Die Länge des Fadens f hzw. f' muß dabei so bemessen sein, daß dann, wenn sich die Scheiben s, und s.= in der Nullstellung befinden, auch s3 in der Nullstellung ist, wobei der Faden f' bis zum Punkte a3 aufgewunden ist und von dort durch den Drehpunkt in, verläuft. Dreht man jetzt wieder die Scheiben s, und s. um einen Winkel x bzw. y, so dreht sich die Scheibe s;; um einen Winkel -, der dem Ausdrucke 1/x2 -+y2 proportional ist.
  • Durch entsprechende, von einer Evolvente mehr oder weniger abweichende Form der letztgenannten Scheibe kann man auch erreichen, daß der Winkel N, um den sich letztere dreht. nicht dem Ausdrucke proportional . ist, sondern in irgendeinem anderen gesetzmäßigen Zusammenhang damit steht.
  • Die Erfindung kann in der Technik in mannigfacher Weise zur Ermittlung der bei vielen Rechnungen vorkommenden Wurzel aus dem Quadrat zweier Größen verwendet werden.
  • In besonders vorteilhafter Weise läßt sich eine Anordnung der beschriebenen Art bei sogenannten registrierenden Elektrizitätszählern verwenden. Es sind derartige Apparate bekannt geworden, die fortlaufend auf einem Papierstreifen je für sich die elektrische Blindleistung Nb und Wirkleistung N". über bestimmte Zeiteinheiten, z. B. i Viertelstunde, integrierend registrieren. Ihr Zweck besteht darin, aus den Diagrammen die maximale, während einer der Zeiteinheiten hindurchgegangene Scheinleistung zu ermitteln, da diese in vielen Stromtarifen eine Grundlage für den Preis der elektrischen Energie bildet. Die Auswertung der Diagramme ist dabei eine äußerst mühsame Arbeit, da man stets aus zwei zeitlich zueinander gehörigen Aufzeichnungen die Scheinleistung nach der genannten Formel zu berechnen und aus den so erhaltenen Resultaten das -Maximum herauszusuchen hat.
  • Durch die Einschaltung einer Anordnung etwa nach Abb. 3 in die Schreibvorrichtungen zweier Zähler der genannten Art kann man einen Apparat erhalten, der nicht mehr die Blind- und Wirkleistung je für sich, sondern direkt die aus beiden resultierende Scheinleistung registriert. Es kann dies z. B. in folgender Weise erfolgen: Die Wellen der beiden Kurvenscheiben s, und s. (Abb.3) «-erden über passende Vorgelege mit den Triebscheiben je eines Wirk-und Blindleistungszählers gekuppelt und von ihnen im Sinne der Pfeile angetrieben. Durch eine eingeschaltete mechanisch oder elektromagnetisch ausrückbare Kupplung kann die mechanische Verbindung zwischen den Kurvenscheiben und den Zählern zeitweilig gelöst werden. An dem Gewicht g ist eine Schreibvorrichtung angebracht, die die De -wegeng der Roller, auf einem senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung durch ein Uhrwerk fortbewegten Papierstreifen aufzeichnet. Nach Ablauf der vorgegebenen Zeiteinheit, z. B. alle Viertelstunde, werden die ausrückb.aren Kupplungen kurzzeitig gelöst, wozu zweckmäßig auch das den Papierstreifen bewegende Uhrwerk benutzt wird. Dabei sinkt das Gewicht g wieder in die Nullstellung, und es beginnt eine neue Registrierperiode.
  • Die von den Scheiben s, und s. während einer Registrierperiode zurückgelegten Drehwinkel sind proportional der mittleren während dieser Zeit durch die Zähler geflossenen Wirkleistung NW bzw. Blindleistung Nb. Der dabei erfolgte Anstieg des Gewichtes g bzw. die Höhe des vom Schreibwerk aufgezeichneten Striches ist nach dem früher Gesagten proportional dem Ausdrucke N",2 + Nb2, d. h. proportional dein Quadrate der Scheinleistung. Die auf dem Registrierstreifen entstehende Zackenlinie gibt also in der Höhe der einzelnen Zacken im quadratischen Maßstab. den Mittelwert der während der einzelnen Zeitabschnitte durch die Zähler hindurchgeflossenen Scheinleistung an.
  • Da hauptsächlich der höchste während eines Verrechnungsabschnittes, z. B. eines Monats, entstandene Zacken maßgebend ist, der trotz des quadratischen Maßstabes stets genügend genau ablesbar sein wird, so bedeutet dieser quadratische 1laßstab im allgemeinen keinen besonderen Nachteil des Apparates. Trotzdem kann man aber mit Hilfe einer weiteren etwa ähnlich wie in Abb. q. anzuordnenden Evolventenscheibe auch eine Anordnung erzielen, die die Scheinleistung in linearem oder annähernd linearem Maßstab registriert. Will man die Arbeit des Heraussuchens des höchsten Zackens auf dein Registrierstreifen auch noch ersparen, so kann man eine besondere Einrichtung bekannter Art, wie Schleppzeiger o. dgl., vorsehen, der der Bewegung des Gewichtes bzw. der Schreibvorrichtung bis zu dem erreichten Höchsten Stand folgt, dagegen bei dessen Zurückgehen in die Nullstellung stehenbleibt, so daß sein Stand die höchste in einem Verrechnungsabschnitte erreichte mittlere Scheinleistung angibt. Ist überhaupt nur die höchste in einem Verrechnungsabschnitt erreichte mittlere Scheinleistung von Interesse, so kann inan schließlich den Registrierstreifen vollständig weglassen und sich nur mit dem Schleppzeiger begnügen.
  • Auch hier ist die dargestellte Anordnung nur als ein Beispiel anzusehen, das in vieler Hinsicht abänderungsfähig ist.
  • Für die praktische Ausführung der beschriebenen Einrichtungen von Bedeutung ist die Herstellung von Kurven bzw. Kurv en- Scheiben, die exakt die Form einer Evolvente besitzen. Erfindungsgemäß kann dazu ein Verfahren benutzt werden, bei dem die Evolventen durch passende Kombination einer Rotations- und einer Translationsbewegung erzeugt werden. Läßt man z. B. das Werkstrick, etwa eine Blechscheibe, aus dem die Evolventenscheibe gefertigt werden soll, um den späteren Drehpunkt nz rotieren und fuhrt gleichzeitig über das Werkstück auf einer Geraden, die in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse liegt und den Erzeugerkreis k (siehe Abbildungen) als Tangente berührt, eine das Werkstück ritzende Stahlspitze o. dgl. hinweg, so wird im allgemeinen auf dem Werkstück eine spiralenförm;ige Linie eingeritzt. Diese wird zu einer genauen Evolvente, wenn zwischen dem Radius R (z. B. in Zentimeter gemessen) des Erzeugungskreises, der sekundlichen Umdrehungszahl ii, des Werkstückes und der Geschwindigkeit v (z. B. in Zentimeter/Sekunden gemessen) die Beziehung besteht: v = 2-n-R-ai.
  • Das Verfahren kann dahin ausgebaut werden, daß man an Stelle der ritzenden bzw. schreibenden Spitze ein passendes Fräs- oder Schneidewerkzeug setzt, so daß die Evolventenscheibe unmittelbar auf mechanischem Wege aus dem betreffenden Werkstück herausgearbeitet wird oder wenigstens der roh vorgearbeitete Rand die genaue Form erhält.
  • Das Verfahren kann natürlich auch dahin abgeändert werden, daß man das Werkstück feststehen läßt und das Schreib- oder -Schneidegerät gleichzeitig die beiden Bewegungen ausführen läßt, oder daß man letzteres feststehen läßi und dem Werkstück die zweifache Bewegung erteilt.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur Addition zweier Zahlen- oder Meßgrößen, die auf mechanischem Wege mittelbar oder unmittelbar als (primäre) Rotationsbewegungen zweier Kurvenscheiben dargestellt werden, während die (sekundären) Bewegungen zweier auf den Rand der Kurvenscheiben sich aufwickelnden Fäden, Bänder oder sonstiger Cbertragxmgsmittel derart auf einen weiteren besonderen Apparatteil übertragen werden, <laß letzterer eine (tertiäre) Bewegung ausführt, die der Summe der beiden sekundären Bewegungen proportional oder "mit ihr nach einem bestimmten Gesetz verknüpft ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheiben wenigstens angenähert die Form einer Evolvente haben, so daß die Sekundärbewegungen den Quadraten der Primärbewegungen proportional werden und die tertiäre Bewegung eine Funktion der Summe der Quadrate der beiden Zahlen-oder Meßgrößen wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Addition der beiden sekundären Bewegungen in der Weise erfolgt, daß die beiden sich auf die Evolventenscheiben aufwickelnden Fäden o. dgl. zu einem Faden vereinigt sind, der über eine bewegliche Rolle (r3 in Abb. 3) geführt ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der beweglichen Rolle ein weiterer Faden (oder ein sonstiges Übertragungsmittel) befestigt ist, der über den Rand einer weiteren Kurvenscheibe (Abb.
  4. 4) läuft, so daß zwischen der Bewegung der Rolle und derjenigen der Kurvenscheibe eine bestimmte durch die Form der letzteren bedingte Gesetzmäßigkeit besteht. q.. Vorrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß , die letztgenannte Kurvenscheibe ebenfalls Evolventenform besitzt.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die primären Bewegungen der beiden Evolventenscheiben (s1 und s.) erzeugt werden durch je einen elektrischen Wirk- und Blindleistungszähler.
  6. 6. Herstellungsverfahren für Evolventenscheiben der Vorrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Evolventenform erzeugt wird durch die Zusammensetzung einer Rotationsbewegung um den Mittelpunkt des Erzeugungskreises und einer Translationsbewegung auf einer Geraden, die Tangente zum Erzeugungskreise ist, wobei zwischen dem Radius R des Erzeugungskreises (z. B. in Zentimeter gemessen), der Translationsgeschwindigkeit v (z. B. in Zentimeter/Sekunden gemessen) und der sekundlichen Drehzahl e, mit der die Rotationsbewegung erfolgt, die Beziehung besteht: v=2-n-R-Oc.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2444549A (en) * 1944-10-28 1948-07-06 Honeywell Regulator Co Polynomial equation computer
US2527734A (en) * 1946-08-22 1950-10-31 Corex Ltd Logarithmic calculator
DE969411C (de) * 1953-05-08 1958-05-29 Franz Mueller Maschinenfabrik Kratzenrauhmaschine

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