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Vorrichtung zur Messung von Winkelbeschleunigungen Die Erfindung bezieht
sich auf Geräte zum Messen der Winkelbeschleunigung rotierender Wellen. Es. ist
bekannt, daß hierin auch die Möglichkeit liegt, geradlinige Beschleunigungen an
Fahrzeugen, Werkzeugmaschinentischen o. dgl. zu messen, wenn die geradlinige Bewegung
mit einer ihr proportionalen Drehbewegung gekoppelt ist, z. B. durch Antriebswellen
oder Räder, die auf einer Fahrbahn laufen.
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Weiter ist es bekannt, daß man derartige Winkelbeschleunigungen dadurch
messen kann, daß man mit der rotierenden Welle eine mit ihr elastisch verbundene
träge Masse umlaufen -läßt und deren Relativbewegung zur Welle durch einen Zeigeraufschlag
sichtbar macht.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, daß in
denjenigen verwickelten Fällen, wo eine rotierende Welle gleichzeitig mehreren Winkelbeschleunigungen
unterliegt, diejenige, die man messen will, sichtbar gemacht wird und die Anzeige
derjenigen, die nicht interessieren, unterdrückt wird.
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Die Aufgabe, den Winkelausschlag zwischen der trägen Masse und der
Welle in einen Zeigerausschlag zu verwandeln, wird auch bei Beschleunigungsmessern
in bekannter Weise durch eine schiefe Ebene gelöst. Diese kann auf der trägen Masse
befestigt sein, sie kann aber auch die Form eines Gewindes, oder einer schraubenförmigen
Rille einnehmen, die auf der Welle oder der Masse befestigt ist, Welche Ausführung
man wählt, wird von Fall zu Fall nach Zweckmäßigkeitsgründen zu entscheiden sein.
Die Erfindung besteht darin, daß diese schiefe Ebene in verschiedenen Meßbereichen
verschiedene Neigungen zu ihrer Grundfläche erhält, wodurch sich die Möglichkeit
ergibt, bestimmte Beschleunigungen meßtechnisch zu bevorzugen. Diese Anforderung
wird besonders dann auftreten, wenn mit dem Instrument geradlinige Beschleunigungen
und Verzögerungen geniessen werden sollen. Eine verschieden stark geneigte schiefe
Ebene ergibt z. B. bei einem Beschleunigungsmesser für Kraftfahrzeuge, wo bekanntlich
beim Bremsen etwa dreimal so große Verzögerungen auftreten können wie beim Beschleunigen,
die Möglichkeit, von einer Nullstellung des Zeigers aus nach rechts und links gleich
große Maximalausschläge für Beschleunigung und Verzögerung trotz der Verschiedenheit
der auftretenden Meßgrößen zu erzeugen, also in diesem Falle die Beschleunigung
gegenüber der Verzögerung meßtechnisch zu bevorzugen.
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Bekanntlich stört die Eigenschwingung der elastisch mit der Welle
verbundenen, trägen Masse in vielen Fällen den Meßvorgang. In den meisten Fällen
hilft man sich so, daß man der trägen Masse eine Eigenschwingungszahl gibt, die
genügend weit von der Schwingungszahl des zu messenden Vorgangs entfernt ist. Doch
hilft diese Maßnahme nur in denjenigen Fällen, wo es sich um die Messung hochfrequenter,
periodischer Vorgänge
handelt. Handelt es sich um langsam verlaufend-,
periodische Beschleunigungen oder um die Messung aperiodisch verlaufender Beschleunigungen,
so scheitert diese Lösung an technischen Schwierigkeiten. Man muß in solchen Fällen
die träge Masse dämpfen. Die Dämpfung wird in bekannter Weise durch eine Flüssigkeit
erzeugt, die sich in einem konzentrisch zur Achse der trägen Masse angeordneten
Hohlraum befindet, in den Schaufeln hineinragen. Bei jeder Drehzahländerung der
trägen Masse entstehen an den Wänden dieses Hohlraumes und den Schaufeln dämpfende
Kräfte, deren Größe durch die Zähigkeit der Flüssigkeit, ihre Masse und die Zahl
und. Anordnung der Schaufeln beliebig abgestimmt werden kann.
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Die Kombination der Erzeugung des Zeigerausschlags durch die schiefe
Ebene mit der besonderen Art der Dämpfung gemäß der Erfindung ermöglicht eine` wirksame
Trennung verschiedener, an einer Welle gleichzeitig auftretender Beschleunigungen.
Wenn z. B. bei der Welle, deren Winkelbeschleunigung gemessen werden soll, eine
Grundschwingung niederer Frequenz oder ein aperiodischer Beschleunigungsvorgang
von hochfrequenten Oberschwingungen überlagert ist, an deren Messungen man kein
Interesse hat, ergibt die schiefe Ebene die Möglichkeit, die Zeigerübersetzung so
zu wählen, daß die störende Oberschwingung im Zeigerausschlag verschwindet oder
nichtmehr stört. Da man zu diesem Zweck übersetzungen zwischen Massenausschlag und
Zeigerausschlag von io zu i bis 30 zu i anwenden wird, erhält man wegen der
großen Ausschläge der Masse bereits bei kleinen Meßgrößen eine sehr wirksame Dämpfung
und hierdurch eine besonders störungsfreie Anzeige desjenigen Vorgangs, den man
messen -will.
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In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt,
und zwar zeigt Abb. i den Beschleunigungsmesser in Ansicht und Abb. z denselben
im Längsschnitt sowie Abb. 3 eine Anordnung der schiefen Ebene. Wie aus den Abb.
i und 2 ersichtlich, treibt die Antriebswelle eines Fahrzeugs die Welle W des Beschleunigungsmessers
an. Auf der Welle sitzt eine möglichst reibungsfreie, z. B. auf Nadellagern gelagerte
Schwungmasse M, die mit der Welle durch zwei gleich'e Spiralfedern F gekoppelt ist.
Die Federn F sind entgegengesetzt gewickelt, so daß die Schwungmasse M im Ruhezustand
in einer bestimmten Stellung, der sogenannten Kullstellung, zur Welle W festgehalten
wird. Diese 2i\Tullstellung' zwischen Welle W und Masse NI tritt sowohl im Ruhezustand
als auch im Beharrungszustand ein, d. h. auch dann, wenn die Welle W mit konstanter
Drehzahl umläuft.
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Jede Fahrzeugbeschleunigung oder VerZÖ-gerung bedingt eine ihr proportionale
Änderung der sekundlichen Drehzahl in der Zeiteinheit der Antriebswelle und damit
eine entsprechende Änderung der sekundlichen Drehzahl in der Zeiteinheit der Welle
W des Beschleunigungsmessers.
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Somit bewirkt jede Fahrzeugbeschleunigung oder Verzögerung im Beschleunigungsmesser
eine Störung des Beharrungszustandes, und die Masse 11I hat infolge der Trägheit
das Bestreben, entweder der Welle W vorauszueilen oder hinter ihr zurückzubleiben,
d. h. ohne Kupplung durch die Federn würde die Masse M mit konstanter Drehzahl weiterlaufen.
Zwischen Welle W und Masse M tritt also bei Verzögerungen oder Beschleunigungen
ein Verdrehungsausschlag auf, der mit den Winkel linear wachsende Federkräfte hervorruft.
In jedem Augenblick nehmen die Federn ein Drehmoment auf, das dem Trägheitsmoment
der Masse M mal ihrer Winkelbeschleunigung gleich ist.
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Somit ruft jede Drehzahländerung, also jede Fahrzeugbeschleunigung
oder Verzögerung einen Winkelausschlag zwischen Welle W und Masse !11 des -Beschleunigungsmessers
hervor, und zwar wächst infolge der linearen Federcharakteristik der Winkelausschlag
linear mit der Drehzahländerung und somit linear mit der Fahrzeugbeschleunigung
oder Verzögerung.
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Um den Winkelausschlag zwischen umlaufender Masse M und umlaufender
Welle W in einem Zeigerausschlag über einer entsprechend geteilten Skala sichtbar
zu machen, ist auf der Welle W ein Bock B befestigt, der einen doppelarmigen
Hebel D trägt. Dieser mit der Welle W umlaufende Hebel D hat an seinem
äußeren Ende eine Kugel K, die sich bei Winkelausschlägen zwischen Welle W und Masse
M auf einer schiefen Ebene abwälzt, die mit der Masse aus einem Stück gefertigt
ist, oder auch an dieser angeschraubt sein kann. Die schiefe Ebene kann, wie bereits
eingangs erwähnt, auch in Form eines Schraubengewindes angewendet werden. Die Abwicklung
der schiefen Ebene in dem gewählten Ausführungsbeispiel zeigt Abb.3; die Kugel K
ist in Nullstellung gezeichnet. Bei Beschleunigungen läuft die Kugel infolge des
Verdrehungsausschlags zwischen Welle W und Masse 11T beispielsweise nach rechts
eine kurze, stark- geneigte Bahn herunter bis A. Masse M und Federn F müssen so
abgestimmt sein, daß der Winkelausschlag im Punkte A der maximal möglichen Beschleunigung
des Fahrzeugs entspricht. Bei Verzögerangen
tritt ein entgegengesetzter
Winkelausschlag zwischen Masse M und Welle W auf. Infolgedessen läuft die Kugel
K nach links die schwach geneigte, schiefe Ebene hinauf bis Punkt B, dessen Winkelausschlag
wiederum der maximal möglichen Bremsverzögerung des Fahrzeugs entspricht. Der Abstand
von der Nullstellung bis zum Punkt B ist zweckmäßig etwa dreimal so groß zu wählen
als der bis zum Punkt A, weil bei Kraftfahrzeugen die maximale Bremsverzögerung
etwa dreimal so groß ist als die maximale Fahrzeugbeschleunigung firn ersten Gang.
Wenn die Kugel K nun auf der geneigten Bahn abrollt, macht der Doppelhebel D einen"
Ausschlag, und sein inneres Ende verschiebt eine Muffe U auf der Welle W. Diese
Verschiebung der Muffe U wird über einen am Lagerbock .befestigten Winkelhebel L,
eine StaligeS und einen Hebel H in einen Ausschlag des Zeigers Z umgewandelt, der
von der senkrechten Nullstellung bei Beschleunigungen beispielsweise nach rechts,
bei Verzögerungen nach links ausschlägt und auf einer Skala die Größe der Beschleunigung
oder Verzögerung anzeigt. Eine zwischen Zeiger Z und Lagerbock angebrachte schwache
Zugfeder SP sorgt dafür, daß die Losen im Gestänge stets durchgeholt werden und
daß die Kugel K stets an der schiefen Ebene anliegt.
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Damit die Masse M infolge der Federkupplung keine Drehschwingungen
um die Welle W ausführt und dadurch Fehlanzeigen hervorruft, hat die Masse 111 einen
ringförmigen Hohlraum C, der finit einer Dämpfungsflüssigkeit, z. B Quecksilber,
angefüllt ist und in den eine Anzahl von - glelchluäßig auf den Umfang verteilte
Schaufeln E hineinragen. Im Beharrungszustand läuft die Dämpfungsflüssigkeit mit
der Winkelgeschwindigkeit der Masse M mit um. Sowie die Winkelgeschwindigkeit der
Masse sich. ändert, treten zwischen der Dämpfungsflüssigkeit und den Wänden des
ringförmigen Hohlraums und den in die Dämpfungsflüssigkeit hineinragenden Schaufeln
Dämpfungskräfte auf, deren Größe durch die Masse der Dämpfungsflüssigkeit und die
Anzahl der Schaufeln beliebig abgestimmt werden kann.