DE560823C - Integrationsgeraet - Google Patents

Integrationsgeraet

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DE560823C
DE560823C DER75992D DER0075992D DE560823C DE 560823 C DE560823 C DE 560823C DE R75992 D DER75992 D DE R75992D DE R0075992 D DER0075992 D DE R0075992D DE 560823 C DE560823 C DE 560823C
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B43WRITING OR DRAWING IMPLEMENTS; BUREAU ACCESSORIES
    • B43LARTICLES FOR WRITING OR DRAWING UPON; WRITING OR DRAWING AIDS; ACCESSORIES FOR WRITING OR DRAWING
    • B43L11/00Non-circular-curve-drawing instruments

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  • Transmission Devices (AREA)

Description

  • Integrationsgerät Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Integrationsgerät zum mechanischen Integrieren jeder Art ebener oder Raumkurven. Erfindungsgemäß ist bei dem Integrationsgerät eine einer Ausgangskurve folgende Steuervorrichtung vorgesehen, welche einer von ihr beeinflußten Anzeigevorrichtung eine der Stellung der Steuervorrichtung, gerechnet von einer Anfangsstellung an, proportionale Geschwindigkeit erteilt, so daß die Anzeigevorrichtung die jeweilige Ordinate der Integralkurve zur Ausgangskurve ergibt.
  • Die praktische Ausführung des Erfindungsgegenstandes gestattet die Verwendung von elektrischen, pneumatischen, hydraulischen oder mechanischen Antriebskräften oder von Reibscheiben-, Planeten- oder sonstigen geeigneten Getrieben. Im nachfolgenden ist der leichteren Übersicht halber ein Gerät mit hydraulischem Antrieb zugrunde gelegt wor-(len.
  • In Abb. i ist i ein Steuerschieber (Kolben-, Flach- oder Muschelschieber), der mit der Stange 2 nach zwei Richtungen bewegt werden kann und so dem Integrierzylinder 3 Druckflüssigkeit, die durch das Rohr .I in das Schiebergehäuse tritt, zuführt, wodurch der Kolben 5 eine der Stellung des Schiebers i entsprechende Geschwindigkeit mit dazugehörigem Richtungssinn aufnimmt. Die Schieberstange 2 trägt an ihrem Ende einen Fahrstift 7, während die Kolbenstange 6 mit einer Schreibvorrichtung 8 versehen ist. Unter dem Fahrstift 7 wird die zu integrierende Kurve g und unter dem Schreibstift 8 eine beschreibbare ebene oder gekrümmte Fläche zur Aufnahme der Integralkurve io mit einer Geschwindigkeit vorbeigeführt (oder umgekehrt der Schreibstift an der Schreibfläche), die dem gewählten Abszissenmaßstab entspricht und verstellbar ist.
  • Die Stellung des Schiebers i entspricht einer bestimmten Geschwindigkeit des Kolbens j in bestimmtem Richtungssinne. Die Schieberstellung ergibt daher des Schreibstiftes 8, Schiebergeschwindigkeit ergibt daher des Schreibstiftes8, Schieberbeschleünigung ergibt daher des beschl. Schreibstiftes 8 usw. Wenn die Bewegungen des Schreibstiftes 8 als f (t) aufgezeichnet werden, wie es durch Vorbeiführen einer Schreibfläche geschieht, so ergibt die entstehende Linie die Integralkurve der vom Fahrstift 7 beim Vorbeiführen umfahrenen Kurve g.
  • Die Kurven g und io können sich auf getrennten Flächen befinden, die sich mit gleichen oder. um verschiedene Abszissenmaßstäbe zu erhalten, mit verschiedenen Geschwindigkeiten bewegen. Die Integralkurve io kann auch in dasselbe Koordinatensystem wie die Kurve g eingezeichnet werden, nur müssen Fahr- und Schreibstift nach Art der Mehrfachschreiber aneinander vorbeigeführt werden.
  • Durch eine geeignete Vorrichtung zum Regeln des hydraulischen Druckes, z. B. durch ein Reduzierventil i i, kann man die Ordinatenmaßstäbe der Kurv en g und io nach Belieben gegeneinander verschieben.
  • Wenn die Ordinaten der zu integrierenden Kurve nicht parallel zueinander, sondern axial um einen Drehpunkt gelagert sind, wie bei Kurvenscheiben, Nockenscheiben, Kurvenzahnrädern usw., so wird die Kurve an dem Fahrstift 7 mit senkrecht zur Stange 2 stehender Achse vorbeigedreht, wobei die Winkelgeschwindigkeit einem bestimmten Abszissenmaßstabe entsprechen muß. Die Integralkurve kann entweder ebenfalls auf einer sich um eine senkrecht zur Kolbenstange 6 stehende Achse drehenden) Scheibe oder auch auf einer in Richtung der geraden Y-Achse bewegten Fläche aufgezeichnet werden Ist die Kurve g nicht auf einem linearen, sondern logarithmisch oder sonstwie verzerrten Koordinatensystem gegeben, so können, wenn die Integralkurve in ein System derselben Art gezeichnet werden soll, beide Koordinatensysteme mit gleicher Geschwindigkeit an Fahr- und Schreibstift vorbeibewegt werden. Soll dagegen von einem verzerrten System auf ein lineares oder umgekehrt integriert werden, so müssen die beiden Systeme mit einer der Verzerrung entsprechenden Geschwindigkeit in der X-Achse bewegt werden.
  • Bei Koordinatensystemen, bei denen die X- und Y-Achse einen anderen Winkel als go° bilden, müssen die Stangen 2 und 6 parallel mit den Ordinaten laufen, und das Koordinatensystem muß in Richtung der X-Achse verschoben -werden.
  • Die Führung des Fahrstiftes 7 erfolgt entweder mit Hand oder geeigneten Einrichtungen, wie Schieber, Kulissensteine, Zapfen, Rollen usw. Die durch die Ordinaten der Kurve g dargestellten Größen, wie Kräfte, Bewegungen usw., können auch unmittelbar am Schieber i angreifen, auch kann der Steuerschieber unabhängig von irgendwelchen Größen willkürlich bewegt werden.
  • Da die Stellung des Kolbens 5 den jeweiligen Flächeninhalt der von dem umfahrenen Kurvenstück, ihren beiden Endordinaten und der X-Achse umschlossenen Fläche anzeigt, kann der Kolben 5 eine Anzeigevorrichtung betätigen, die den Flächeninhalt in einer ihrem Werte entsprechenden Größe angibt. Der Zylinder 3 kann durch eine Turbine, einen Flüssigkeitsmengenmesser oder ein anderes geeignetes Antriebselement ersetzt werden, das anstatt einer Zeigervorrichtung auch ein Zählwerk treiben kann. Bei geschlossenenKurvenzügenund solchen, bei denen der Abszissenzuwachs seinen Richtungssinn im Kurvenverlauf ändert, wird bei jeder Richtungssiimänderung die Anzeigevorrichtung willkürlich oder durch entsprechende Einrichtungen direkt oder indirekt auf Rücklauf umgeschaltet, damit die im negativen Abszissenrichtungssinn umfahrenen Kurventeile subtrahiert werden und das von der Anzeigevorrichtung angegebene Gesamtergebnis der Integration dem Flächeninhalt der umfahrenen Figuren entspricht. Ein theoretisches Beispiel ist in Abb. 2 dargestellt. A, B, C, D, E, F ist ein geschlossener Kurvenzug. A bis F sind die Umschaltpunkte, und zwar ist der Abszissenrichtungssinn von A :-B -.-@-, B :' C--, C D -#-f-, D-:-E---, E=F.--i-, F-A--. Die Integration von A - - B ergibt die Fläche + (a + b + c + d + e), von B -: C die Fläche - (c + d + e) usw. Das Integral der Kurve - + (a + b + c + d + e) - (c + d + e) + (d + e + f + g) - (g+e-h-i) + (-i) -- (+a); I-b+d+f+h.
  • In Abb. 3 ist ein Anwendungsbeispiel schematisch dargestellt. In dem Zylinder 12 wird der Kolben 13 durch zwei Federn 14 und 15- in Mittelstellung, die der Nullstellung des Schiebers 17 entspricht, gehalten. Der Raum unter dem Kolben steht mit einer Seite eines Arbeitszylinders in Verbindung, so daß der Kolben 13 eine dem jeweils im Arbeitszylinder herrschenden Druck entsprechende Stellung einnimmt. Durch die Stange 16 überträgt der Kolben 13 seine Bewegung auf den Schieber 17, der Druckflüssigkeit in entsprechender Richtung und Menge zur Turbine 18 strömen läßt, die eine beliebige Zählvorrichtung ig antreibt.
  • Da der beim Rückgang des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder herrschende Überdruck von dem Integral der auf dem Hinweg erzeugten Druckkurve subtrahiert, ein etwaiger Unterdruck dagegen addiert werden muß, um die Fläche des Indikatordiagramms für eine Kurbelumdrehung der zu messenden Maschine und damit deren Arbeitsleistung zu erhalten, ist zwischen Turbine 18 und Steuerschieber 17 eine Umschaltvorrichtung für den Flüssigkeitsstrom angeordnet, die z. B. von der Kurbel der Arbeitsmaschine bei deren Durchgang durch die beiden Totpunkte betätigt werden kann. Die Umsteuervorrichtung ist hier durch den Schieber 2o dargestellt, kann aber durch jede andere Umsteuerv orrichtung für Flüssigkeiten oder Gase ersetzt werden. Ebenso kann anstatt der Turbine 18 auch das Zählwerk ig selber oder der Flüssigkeitsstrom zwischen Kraftquelle und Steuerschieber 17 durch eine geeignete Vorrichtung umgeschaltet werden oder der Druck im Arbeitszylinder beim Hinweg des Arbeitskolbens auf die eine Seite des Kolbens 13, beim Rückweg auf die andere Seite desselben wirken.
  • Der Vorgang der Arbeitsdruckintegration ist in Abb. .1 graphisch dargestellt. 23 ist das Arbeitsdiagramm der zu messenden Zylinderseite. 24 sind die Kurven, in die das Diagramm aufgelöst wird und die von dem Arbeitszähler integriert werden. 25 sind die Umschaltpunkte, die den Totlagen der Kurbel entsprechen. Die mit + bezeichneten Flächen «-erden vom Zählwerk addiert, die mit -bezeichneten davon wieder subtrahiert. Eine +- und eine --Fläche ergeben zusammen die Fläche des Diagrammes 23. Die Summe der +-Flächen vermindert um die Summe der ---Flächen ergibt mithin die bis zu dem Zeitpunkt des Ablesens geleistete Arbeit. Das gleichzeitige Messen der Arbeitsleistung mehrerer Zvlinderseiten mit nur einem Integrationsgerät geschieht in der weiter unten beschriebenen Art der Integration von Funktionssummen.
  • Um die Summe zweier Funktionen zu integrieren, ist der Schieber 28 (Abb. 5) mit einem Gegenschieber 29 versehen, der durch eine Stange 30 mit Fahrstift 31 bewegt wird. Um die Summe mehrerer Funktionen zu integrieren, können die einzelnen Ordinatenwerte durch Hebelübertragung summiert und der Schieber 28 oder Gegenschieber -29 von dem Ergebnis der Summierung beeinflußt werden. In Abb. 6 ist eine solche Anordnung schematisch dargestellt. 34 und 35 sind Steuerschieber und Gegenschieber. Die Punkte 36 bis 39 nehmen die einzelnen Ordinatengrößen in den vorher angegebenen Arten auf. Die Bewegungen des Steuerschiebers 34 entsprechen dann der Summe der auf 36 und 37 einwirkenden Ordinatengrößen, während der Gegenschieber 35 eine Bewegung gleich der Summe der Ordinatengrößen von 38 und-39 ausführt.
  • Die Summierung der Funktionen kann anstatt durch Hebel auch durch Federn erfolgen, die an einem ein- oder mehrarmigen Hebel, Winkelhebel usw. von einer oder mehreren Seiten angreifen. Abb. 7 zeigt eine zweiarmige Anordnung. Auf beide Arme des Hebels 42 wirken von beiden Seiten die Federn 43, deren andere Endpunkte .al. den Ordinatengrößen in geeigneter Weise folgen. Der Hebel .a2 befindet sich stets in einer Stellung, die die auf ihn durch die Federn 43 wirkenden Drehmomente im Gleichgewichtszustand erhält. Diese Stellung entspricht der Summe der auf die Punkte 44 wirkenden Ordinatengrößen, ihre Einwirkung auf den Schieber 45 verursacht deren Integration.
  • Eine weitere Methode zum Summieren von Funktionen besteht darin, daß ein Waagebalken mit verschiedenen Gewichten belastet wird, deren Drehmomente in einem bestimmten Verhältnis zu den einzelnen Ordinatengrößen stehen, so daß der Waagebalken eine der Summe der Ordinatengrößen entsprechende Stellung einnimmt, die auf den Steuerschieber übertragen wird. Die Änderung der einzelnen Drehmotnente kann durch Verschieben der Gewichte oder durch Gewichtsveränderung erfolgen. In Abb. 8 ist ein Beispiel dargestellt. 48 ist ein Waagebalken mit einem Laufgewicht 49, das über die ganze Balkenlänge verschoben werden kann. Die über die Scheibe 51 laufende Kette oder Leine 52 belastet und entlastet abwechselnd die Schalen 5o und kann somit ebenfalls Drehmomente im Sinne und entgegengesetzt der Uhrzeigerdrehung ausführen, während eine Anordnung, wie mit' 53 bis 55 dargestellt, nur Drehmomente in einer Richtung auslösen kann. Die Bewegung des Waagebalkens 48 wird auf den Steuerschieber 56 übertragen, womit die Summe der auf die Waage einwirkenden Ordinatengrößen integriert wird.
  • Ferner kann die Summierung hydraulisch oder pneumatisch erfolgen, indem die Ordinatengrößen durch Kolben eine entsprechende Menge Flüssigkeit oder Gas verdrängen, die zusammen mit den von den anderen Ordinatengrößen verdrängten Mengen auf einen gemeinsamen, mit dem Steuerschieber in Verbindung stehenden Kolben wirken. Eine ähnliche Lösung ist mit elektrischem Antrieb möglich. Die vorstehend beschriebenen Summierungsverfahren können beliebig vereinigt werden.
  • Um zu einer Funktion oder einer Integralkurve eine beliebige Konstante zu addieren oder sie zu subtrahieren, werden die Stangen, an denen die Ordinatengrößen angreifen oder auf denen die Schreibstifte sitzen, mit bekannten Einrichtungen um die Konstante verlängert oder verkürzt oder die zu integrierende Kurve oder das Koordinatensystem für die Integralkurve in Ordinatenrichtung verschoben. Wird die Integration mit einem Zähler vorgenommen, so muß dieser um ein bestimmtes Maß vor- oder zurückgedreht werden.
  • Um eine Funktion oder die Summe mehrerer mit einer bestimmten Konstanten zu multiplizieren, zu dividieren, sie zu potenzieren, ihre Wurzel zu ziehen oder sie einer sonstigen Rechenoperation zu unterwerfen, werden den durch die Bewegungen des Steuerschiebers i (Abb. i) freigegebenen Schlitzen Formen gegeben, die den beabsichtigten Rechenoperationen entsprechen, z. B. den Funktionen: y - 3 x, y - 1/s x, y - x2, y = I 'x, y - sin x, y - lg x usw. Da auch die Schlitze des Gegenschiebers mit entsprechenden Funktionskurven versehen werden können, kann die Summe einer Funktionskurvengruppe einer beliebigen Rechenoperation unterzogen werden und mit dem Ergebnis der an einer anderen Ordinatensumme vorgenommenen Rechenoperation zusammen integriert werden.
  • Da die Möglichkeit besteht, auf einen Integrierzylinder, Integrierturbine usw. beliebig viele Steuerschieber wirken zu lassen, kann also eine beliebige Menge von Ordinatengrößen addiert, vor- oder nachher mit Konstanten behandelt und zusammen integriert werden.
  • Wenn man die Kolbenstange 59 (Abb.9) an einem zweiten Steuerschieber 6o angreifen läßt und mit ihm einen weiteren Integrierkolben 61 steuert, so wird die Kurve 62 von dessen Schreibstift 63 zum zweiten Male integriert. Das Bewegen eines Steuerschiebers und damit Steuern eines weiteren Integrierkolbens durch einen vorhergehenden kann beliebig oft wiederholt werden, auch können die Steuerschieber mit Gegenschiebern und den übrigen beschriebenen Einrichtungen versehen werden. Die Integrierzylinder können durch Turbinen, Flüssigkeitsmengenmesser usw. ersetzt werden.
  • Die Integration von periodischen Schwingungen, periodisch auftretenden Impulsen oder Schwingungen und Impulsen, die in einer Abhängigkeit von anderen Ordinatengrößen stehen, ist in den Abb. io und i i schematisch dargestellt. In Abb. io ist 66 ein Pendel mit veränderlichen Ausschlägen und Frequenzen, dessen Winkelarm 68 an einer Reck- und Stauchvorrichtung 69 angreift, die wiederum ihre Bewegung auf den Steuerschieber 70 überträgt. Anstatt des Pendels kann jede andere Art Schwingungssy stem verwandt werden.
  • Um die Größe der Schwingungsamplitude regeln zu können, trägt der Kulissenstein 7i oder die Hülse der Reck- und Stauchvorrichtung seitlich einen Zapfen, der von dem keilförmigen Ausschnitt der Kulisse 72 bei deren durch das Zahnrad 73 verursachten seitlichen Verschiebung in seiner Bewegung begrenzt wird, so daß sich nur die verkürzte Bewegung dem Steuerschieber 70 mitteilt. Die Pendelschwingungen können auch unmittelbar auf den Steuerschieber 7o wirken, oder es kann zwischen beiden eine Dämpfungseinrichtung, wie sie weiter unten beschrieben wird, eingeschaltet werden.
  • Rhythmische oder in Abhängigkeit von anderen Größen stehende Impulse können auch mit einer Einrichtung gemäß Abb. i i erzeugt und integriert werden. Das Pendel 76 greift mit seinem Winkelhebel an eine Stange 82, deren anderes Ende einen Kulissenstein77 trägt, der in einer Nut eines zweiten Hebels 78 entlang gleiten kann. Die andere Seite des Hebels 78 ist als Zahnradsegment ausgebildet und greift in eine mit der Reck- und Stauchvorrichtung 79 verbundene Zahnstange. Die weitere Übertragung auf den Steuerschieber 8o erfolgt, wie vorher beschrieben. Da der Hebelarm vom Kulissenstein 77 bis zum Drehpunkt des Hebels beliebig klein eingestellt werden kann, tritt beim Passieren des Pendels 76 durch seinen Nullpunkt sofort ein impulsartig starker Ausschlag des Hebels 78 ein, dessen Größe noch durch die Kulisse 81 in der vorher beschriebenen Weise geregelt werden kann. Zwischen Pendel 76 und Stange 82 kann eine Reck- und Stauchvorrichtung eingeschaltet werden, wodurch sich die lange Führung des Kulissensteines 77 erübrigt.
  • Die Kulissen 72 und 81 können von Ordinatengrößen irgendwelcher Funktionen oder willkürlich gesteuert werden, ebenso die Stangen 74 und 82 in Abb. io und I I z. B. von dem Kolben eines Integrierzylinders. Die Formen der Keilnuten der Kulissen 72 und 8i können verschiedenenFunktionen entsprechen.
  • Es können an einer Reck- und Stauchvorrichtung mehrere Kulissen von beiden Seiten angreifen. Die Kulissen, die gemeinsam von einer abhängigen oder willkürlichen Größe gesteuert werden, können zueinander und zu der :`-Achse der Größe verstellt werden. Abb. i2 veranschaulicht eine derartige Einrichtung. 85 ist ein Integrierzylinder oder die sonstige Übertragung einer Größe. Die Kolbenstange trägt ein Stück Zahnstange 86, das in ein Zahnrad 87 eingreift und somit den Kulissenträger 88 hin und her bewegen kann. Auf dem Kulissenträger 88 kann die Kulisse 89 vermittels der Schraubspindel 9o, die in dem fest gelagerten Antriebszahnrad 9i mit Feder und Nut hin und her gleiten kann, seitlich verschoben werden. Eine Bewegung der Zahnstange 86 verschiebt die Kulisse 89 und gibt somit den Zapfen 92 der Reck- und Stauchvorrichtung allmählich frei. Sobald der Zapfen frei ist, kommen Zahnstange 86 und Zahnrad 87 außer Eingriff und treffen erst wieder bei Rückgang des Integrierkolbens zusammen. Die Zahnstange 86 kann auf ihrem Wege mehrere Kulisseneinrichtungen 87 bis 92 betätigen, die denselben Zapfen 9.2 oder weitere in ihren Bewegungen begrenzen.
  • Eine zweite Kulisse 93, die der besseren Übersicht halber um iSo° heruntergeklappt worden ist und eigentlich auf der Kulisse 89 liegt, soll von einem beliebig anderen Ordinatengrößenbereich gesteuert werden. Sie trägt eine Schraubspindel 94, -auf der ein Anschlagstück g5 verschoben «-erden kann. Die Drehung der Schraubspindel wird durch ein Zahnrad 96 in der vorher beschriebenen N%"eise hervorgerufen. Wenn die Zahnstange '<6 durch den Integrierkolben so weit verschoben worden ist, daß sie das Anschlagstück 95 trifft, so wird die Kulisse 93 mitgenommen und sperrt wieder den Zapfen 02. Beim Zurückgang des Kolbens läßt die Feder 97 die Kulisse 93 der Zahnstange bis zum Anschlag 98 folgen, wodurch der Zapfen 92 wieder freigegeben worden ist. Der Antrieb der Zahnräder c)i und c)6 kann ebenfalls willkürlich oder in verschiedenen Größen erfolgen.
  • Um die von den Ordinatengrößen hervorgerufenen Bewegungen dämpfen zu können, werden an beliebigen Stellen des Integrationsgerätes Dämpfungsvorrichtungen eingeschaltet. In Abb.13 ist beispielsweise ein mit Gas oder Flüssigkeit arbeitender Dämpfungszylinder dargestellt. 117 ist ein Fahrstift, 118 ein Steuerschieber. Zwischen beiden ist eine Reck- und Stauchvorrichtung i ig und ein Dämpfungszylinder i2o geschaltet. Die Arbeit des Zylinders kann durch ein Ventil oder Schieber 121 reguliert werden. Die IReguliervorriclitung !2i kann willkürlichoder durch verschiedene Größen gesteuert werden. Die Reck- und Stauchvorrichtung i ig nimmt die Bewegungen von 117 so lange auf, bis der Kolben des Dämpfungszylinders gefolgt ist. Die Kolbengeschwindigkeit kann auch durch Verstellen der Federspannungen der Reck- und Stauchvorrichtung beeinflußt werden. Anstatt des Dämpfungszylinders kann auch jede andere Dämpfungseinrichtung verwandt werden.
  • In den Fällen, wo Integrationen von Kurven 11 - f (-i-, z) vorgenommen werden sollen, kann diese Aufgabe dadurch gelöst werden, daß v",," -= f (x) für alle z-Werte ermittelt wird und eine Kurve mit der Funktion v@"," _- f (z) hergestellt wird, auf der ein Fahrstift entlang gleitet und bei jedem s die Stellung des dazugehörigen ymaE einnimmt. Durch eine Dämpfungsvorrichtung und vorgeschaltete Reck- und Stauchvorrichtung wird die vom Fahrstift 117 eingenommene Stellung so auf den Steuerschieber i 18 übertragen, daß dieser eine der zu integrierenden Kurve entsprechende Bewegung ausführt, die dann in der vorstehend beschriebenen `'eise integriert wird.
  • Die im vorstehenden beschriebenen Einrichtungen zum Integrieren von Ordinatengrößen können sinngemäß auch auf Abszissengrößen angewandt werden. Dies trifft besonders zu, wenn es sich nicht um Funktionen des linearen Zeitablaufes, sondern von irgendeiner oder mehreren anderen Veränderlichen handelt. Beim Integrieren von Raumkurven sind vier Fälle zu unterscheiden: a) Die zu integrierenden Kurven sind als Projektionen auf zwei in einem bestimmten 'Winkel zueinander stehenden Ebenen gegeben.
  • b) Die zu integrierenden Kurven sind als räumliche Gebilde gegeben, z. B. Modelle, Körper- und Flächendurchdringungen, Raumbewegungen, räumlich angeordnete Größen, wie Kräfte, Bewegungen, Strömungen usw.
  • c) Die Integralkurve soll auf zwei in einem bestimmten Winkel zueinander stehende Ebenen projiziert werden.
  • d) Die Integralkurve soll ein räumliches Gebilde sein.
  • Zu a. Die Projektionen werden beide einzeln gleichzeitig oder nacheinander mit den bisher beschriebenen Einrichtungen integriert.
  • Zu b. Um. eine räumlich gegebene Kurve integrieren zu können, ist ein Fahrstift nötig, der der Raurnkurve in jedem Punkte folgen kann. Abb. 14. zeigt eine solche erfindungsgemäße Einrichtung. 1zd. ist der Ouerschnitt eines Körpers, der auf seiner Oberfläche eine zu integrierende Kurve trägt. 125 ist ein Fahrstift mit Handgriff, der an dem in dem Ringe 126 drehbar gelagerten Ringe 127 befestigt ist. Die Spitze des Fahrstiftes 125 befindet sich im Mittelpunkt des Ringes 127. Der Ring 126 besitzt vier Ansätze 128 und 129, mit denen er auf den Stangen i3o und 131, die in zwei übereinanderliegendenEbenen sich befinden, verschoben werden kann. Die Stangen i3o und 131 sind an ihren Enden mit den Führungshülsen 132 und 133 verbunden, die ihrerseits wieder auf den an den Eckverbindungsstücken 136 befestigten Stangen 134 und 135 hin und her gleiten können. je eine der Führungshülsen 132 und 133, deren Bewegungsrichtungen hier einen Winkel von go° bilden, trägt einen Ansatz 137, durch den die Steuerschieber 138 und 139 bewegt werden, deren Wirkungen auf zwei Integrierzylinder übertragen werden. Der Fahrstift 125 kann also einen mit einer bestimmten, dem Abszissenmaßstab der zu integrierenden Kurve entsprechenden Geschwindigkeit hindurchgeführten Körper oder sonstige Raumkurve vollkommen umfahren, wobei die Bewegungen des Fahrstiftes in zwei hier senkrecht aufeinanderstehende Komponenten zerlegt werden. Anstatt den Körper 124 an dem Fahrstift vorbeizuführen, kann umgekehrt die Fahrstiftvorrichtung am stillstehenden Körper entlang fahren. Der mit Hand zu führende Fahrstift kann durch andere, der gegebenen Raumkurvenart entsprechende Führungseinrichtungen ersetzt werden.
  • Zu c. Die nach a oder b erhaltenen beiden Integralkurven werden in dem bestimmten Winkel so aneinandergesetzt, daß die X-Achsen und die Nullpunkte zusammenfallen.
  • Zu d. Die nach a gleichzeitig integrierten Projektionen oder die nach b hergestellten Integrationen werden durch eine Einrichtung, wie sie in Abb. 15 schematisch dargestellt ist, in räumliche Integralkurven verwandelt. 1q.4 und 1,45 sind zwei Integrierzylinder, die in demselben Winkel zueinander stehen wie die Steuerschieber beim Integrieren, d. h. hier in einem Winkel von 9o°. Die Kolbenstangen 146 und 147 verschieben die vermittels der Hülsen 148 und 149! auf den Stangen 150 und 151 bewegbaren Gleitschienen 152 und 153, die in zwei verschiedenen Ebenen liegen, parallel. Die Gleitschienen 152 und 153 tragen ein gemeinsames Gleitstück 15q., das sich stets im Schnittpunkt der Gleitschienen und somit auf der räumlichen Integralkurve befindet, wobei das Gleitstück oder die ganze Einrichtung gemäß Abb. 14 eine dem Abszissenmaßstabentsprechende Bewegung senkrecht zu den Kolbenstangen 146 und 147 ausführt.
  • Die in Abb.15 dargestellte Vorrichtung kann auch dazu verwandt werden, um Integralkurven ebener Funktionen aufzuzeichnen. Das Gleitstück 154 wird mit einer Schreibvorrichtung versehen, die auf einer Schreibfläche entlang gleitet. Der Zylinder 144 überträgt die integrierten Ordinatengrößen, während der Zylinder 145 die Wirkungen der Abszissengrößen, wie Zeit usw., überträgt.
  • Das Fixieren der räumlichen Integralkurve kann dadurch geschehen, daß das Gleitstück 154 einen Leuchtkörper trägt, dessen Bewegungen auf der lichtempfindlichen Platte eines Stereofotoapparates entsprechende Bahnen erzeugen. Hierbei kann der Leuchtkörper oder der Stereofotoapparat die Bewegungen ausführen, die der Z-Koordinate entsprechen.
  • Zum Herstellen eines Modells der räumlichen Integralkurve kann die Einrichtung gemäß Abb. 1q. verwandt werden. Hierzu werden die Steuerschieber 138 und 139 durch zwei Integrierzylinder ersetzt. Der Fahrstift 125 erhält eine Gravierschneide, und anstatt des Körpers 124 wird ein Körper aus bildsamem Material, z. B. Wachs, Plasteline usw., hindurchgeführt. Die Gravierschneide 125 wird dann die Integralkurve in die bildsame Masse hineinschneiden, wobei der Ring 127 mechanisch oder von Hand so gedreht wird, daß zwischen der Bahn des Gravierstiftes und des Griffes keine Überschneidungen stattfinden.
  • Nicht in einer Ebene liegende Raumgrößen, wie Kräfte, Bewegungen usw., werden mechanisch oder graphisch auf die X-, Y- und 7-Achse des dem Gerät zugrunde liegenden Koordinatensystems projiziert und dann durch die vorstehend beschriebenen Einrichtungen integriert. Abb. 16 ist das Schema einer Einrichtung zum Zerlegen von beliebigen Raumgrößen, wie Kräfte, Bewegungen usw., in Stellungen oder Bewegungen der X-, Y- und Z-Steuerschieber. 16o ist der nach allen Seiten drehbare Nullpunkt einer zu integrierenden Raumgröße. Die mit dem Gleitstück 161 verbundene Stange 162 gibt Richtung, Richtungssinn und Größe der zu integrierenden Raumgröße an. Durch die Stellung des Gleitstückes 161 werden die drei Steuerschieber 163, 164 und 165 in entsprechende Stellungen gebracht und veranlassen die Integration der auf sie entfallenden Projektionsgröße in der vorher beschriebenen Weise. Um eine Bestreichung des gesamten Kugelraumes zu erhalten, muß die Stange 162 an der Spitze einer Fahrstiftvorrichtung, wie sie in Abb. 14 dargestellt ist, angreifen. Die Wiedergabe der Integrale kann wie vorher beschrieben oder auch durch von Turbinen usw. getriebene Zählwerke erfolgen.
  • Die Kolbenstangen der Integrierzvlinder können neben der plastischen Darstellung der Raumkurven gleichzeitig die entsprechenden Projektionen graphisch aufzeichnen. Um mehrfache Integrale von Raumkurven zu erhalten, steuern die Integrierzylinder wieder Steuerschieber, von denen weitere Integrierzylinder angetrieben werden, was beliebig oft fortgesetzt werden kann.
  • Alle für die Integration der ebenen Kurven vorgesehenen Einrichtungen können sinngemäß auf die Raumkurv enintegration angev#andt werden.
  • Zur Nachbildung von Bewegungsvorgängen, Kräftespielen, Strömungserscheinungen usw. können die Originalbewegungen einmal oder mehrfach differenziert und die Differentialkurven mit dem Integrationsgerät der vorliegenden Erfindung einmal oder mehrfach integriert werden.

Claims (22)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Integrationsgerät zum mechanischen Integrieren ebener und Raumkurven, dadurch gekennzeichnet, daß eine einer Ausgangskurve folgende Steuervorrichtung vorgesehen ist, welche einer von ihr beeinflußten Anzeigevorrichtung eine der Stellung der Steuervorrichtung, gerechnet von einer Anfangsstellung an, proportionale Geschwindigkeit erteilt, so daß die Anzeigevorrichtung die jeweiligeOrdinate der Integralkurve zur Ausgangskurve angibt.
  2. 2. Integrationsgerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen für die Differential- und Integralkurven mit verschiedenen Abszissengeschwindig- Leiten bewegbar sind und die Ordinatenmaßstäbe durch eine Einstellvorrichtung (ii) gegeneinander verschiebbar sind.
  3. 3. Integrationsgerät nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsrichtung der Anzeigevorrichtung (18) durch entsprechende Einrichtungen (2o) beim Ändern des Richtungssinnes des Abszissenzuwachses zwangsläufig umgeschaltet wird. q..
  4. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in einem Arbeitszylinder herrschende Druck auf eine Steuervorrichtung (17) einwirkt und eine Umschaltvorrichtung (20) an der Anzeigevorrichtung (18,19) oder zwischen Steuervorrichtung und Anzeigevorrichtung oder zwischen Kraftquelle und Steuervorrichtung in den Endlagen des Arbeitskolbens betätigt wird oder der Druck im Arbeitszylinder auf dem Hinweg des Arbeitskolbens in einem anderen Richtungssinn auf die Steuervorrichtung wirkt als beim Rückweg, wodurch die beim Arbeitshub des Kolbens integrierten Flächen addiert und davon die beim Rückweg integrierten Flächen subtrahiert werden.
  5. 5. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 4, dadurch gel':ennzeichnet, daß an der Steuervorrichtung (-28) ein zweites Steuerorgan (29) angreift, das willkürlich oder von veränderlichen Größen bewegbar ist und im Zusammenwirken mit dem ersten Steuerorgan (28) die Anzeigevorrichtung steuert, oder daß mehrere Steuervorrichtungen (i) auf eine Anzeigevorrichtung (3) einwirken.
  6. 6. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere veränderliche Größen durch Hebel (Abb. 6), Federn (Abb. 7), Waagen finit veränderlichen Gewichtswirkungen (Abb.8) auf hydraulischem, pneumatischem oder elektrischem Wege summiert werden und ihre Summen auf Steuervorrichtungen einwirken.
  7. 7. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragungselemente zwischen Fülfrungseinrichtung (7) und Steuervorrichtung ( i) um bestimmte Maße v erlänger-oder verkürzbar oder die Koordinatensysteme der Differential- oder Integralkurven um ein entsprechendes Maß in Ordinatenrichtung verschiebbar sind, um zu den Differential- und Integralkurven bestimmte Konstanten zu addieren oder zu subtrahieren. B.
  8. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung der Steuervorrichtung nicht dein von dem Steuerorgan (i) zurückgelegten Weg proportional ist, sondern anderen Funktionen, z.B. y-3x, y-l/sx, y-_x=, y - ]'X, y - sin x, y - 1g x usw., ent= spricht, dadurch, daß z. B. bei hydraulischem Antrieb den Schieberschlitzen Formen der Differentialkurven der betreffenden Funktionen gegeben werden, wodurch die zu integrierenden Kurven diesen Rechenoperationen unterzogen und dann integriert werden.
  9. 9. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anzeigevorrichtung (59) eine weitere Steuervorrichtung (6o) beeinflußt wird, die wiederum eine weitere Anzeigevorrichtung (6i) betätigt usf., wodurch Integrationen von entsprechenden Graden erzielt werden. io.
  10. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein periodisches oder in Abhängigkeit von anderen Größen stehendes Schwingungssystem (67) mit veränderlichen Ausschlägen und Frequenzen unmittelbar oder unter Dazwischenschaltung einer Reck- und Stauchvorrichtung (69) oder einer Dämpfungsvorrichtung (i2o) oder von beiden an der Steuervorrichtung angreift. i i.
  11. Integrationsgerät nach Anspruch i bis io, dadurch gekennzeichnete'= daß ein periodisches oder in Abhängigkeit von anderen Größen stehendes Schwingungssystem (76) mit veränderlichen Ausschlägen und Frequenzen oder abhängige oder willkürliche Größen an einem auf einem Hebelarm (78) verschiebbaren Punkte derart angreifen, daß ein Kulissenstein (77) bei einer bestimmten Stellung des Schwingungssystems (76) usw. sich in größter Nähe des Drehpunktes des Hebels (78) befindet, wodurch dieser nur in der `,Zähe der bestimmten Stellung des Schwingungssystems usw. starke Ausschläge vollführt, die sich durch denselben oder einen zweiten Hebelarm, der z. B. auch als Zahnradsegment ausgebildet sein kann, direkt oder unter Dazwischenschaltung einer Reck- und Stauchvorrichtung (69) oder einer Dämpfungsvorrichtung (i2o) oder von beiden auf die Steuervorrichtung (8o) übertragen.
  12. 12. Integrationsgerät nach Anspruch i bis i i, dadurch gekennzeichnet, daß Reck- und Stauchvorrichtungen (iig) oder Dämpfungseinrichtungen (i2o) oder beide zwischen den Fahrstift (1i7) und die Steuervorrichtung (118) geschaltet sind, wobei die Dämpfungseinrichtungen durch Reguliervorrichtungen (i21) steuerbar sind, deren Wirkungen nicht dem zurückgelegten Schaltwege proportional zu sein brauchen, sondern den Integralen von bestimmten Funktionskurven entsprechen können.
  13. 13: Integrationsgerät nach Anspruch i bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß willkürlich oder in Abhängigkeit von anderen Größen gesteuerte Begrenzungskulissen (72, 8I) mit ihren einer bestimmten Funktionskurve entsprechenden Keilnuten die Kulissensteine oder -hülsen der Reck-und Stauchvorrichtungen in ihren Bewegungen begrenzen, so daß sich nur diese begrenzten Bewegungen den Steuervorrichtungen (7o, 8o) mitteilen können.
  14. 14. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Reck- und Stauchvorrichtung von verschiedenen Seiten mehrere Begrenzungskulissen (89, 93) angreifen und diese Begrenzungskulissen sowohl gegeneinander als auch in bezug auf die sie bewegende Größe (85) verstellbar sind.
  15. 15. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung dadurch regelbar ist, daß die Dämpfungsvorrichtung als Bremszylinder (12o) ausgebildet ist, dessen Kolbenbewegung durch ein Ventil (121) in Abhängigkeit von einer Kurvenscheibe gesteuert wird.
  16. 16. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führungseinrichtung (125) an einem Ringe (127), der in einem zweiten Ringe (I26) drehbar gelagert ist, derartig befestigt ist, daß sich der Führungspunkt im Mittelpunkt des ersten Ringes befindet, und daß der Ring (126) auf Stangen (13i, 13q.; 130, 135: 14o) in Richtung von drei Koordinaten bewegbar ist, wodurch die* Führungseinrichtung einer Raumkurve in allen Punkten folgen kann.
  17. 17. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungen derRaumführungseinrichtung (125) auf die in Richtung der drei Koordinaten stehenden Steuervorrichtungen (138, 139, 1.q.2) einwirken und hierdurch drei Anzeigevorrichtungen betätigt werden.
  18. 18. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwei von drei den Raumkoordinaten entsprechenden Anzeigevorrichtungen .zwei sich kreuzende Schienen (I52, t53), die durch ein gemeinsames, sich stets in ihrem Kreuzungspunkt befindendes Gleitstück (15q.) verbunden sind, parallel verschieben, während die dritte Anzeigevorrichtung (156) direkt oder indirekt das Gleitstück (15q.) in Richtung der dritten Koordinate bewegt, so daß es sich stets auf der räumlichen Integralkurve befindet. i g.
  19. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitstück (I54) einen Leuchtkörper trägt, dessen Bewegungen auf der lichtempfindlichen Platte eines stereoskopischen Apparates, der auch anstatt des Gleitstückes die Bewegungen in Richtung der dritten Koordinate ausführen kann, entsprechende Kurven erzeugen, wodurch plastische Bilder der räumlichen Integralkurven erzielt werden.
  20. 20. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zu integrierenden Raumgrößen von einem nach allen Seiten drehbaren Nullpunkte (16o) aus an einem Gleitstück (161), das auch die Form der Raumführungseinrichtung (i25) gemäß Anspruch 16 haben kann, angreifen und die hierdurch beeinflußten drei Steuervorrichtungen (163, 16q., 165) drei entsprechende Anzeigevorrichtungen betätigen, wodurch die Raumgrößen auf die drei Raumkoordinaten projiziert werden.
  21. 21. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtungen (1q.4, 145, 156) neben der plastischen Darstellung der Integralkurven oder neben derDarstellung von Bewegungsvorgängen, Kräftespielen, Strömungserscheinungen usw. gleichzeitig die in ihre Ebene fallenden Projektionen der Integralkurve mit Schreibvorrichtungen (157, 158) aufzeichnen.
  22. 22. Integrationsgerät nach Anspruch i bis 2o, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung der drei Raumkoordinaten liegenden Anzeigevorrichtungen (144, 1q.5, 156) mit weiteren Steuervorrichtungen verbunden sind, die wiederum weitere Anzeigevorrichtungen betätigen usf., wodurch Integrationen der Raumkurven von entsprechenden Graden erzielt werden.
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