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Optischer Torsionsmesser Die Erfindung betrifft einen optischen Torsionsmesser,
d. h. ein Gerät, durch welches die Kraft gemessen wird, die durch eine sich drehende
Welle übertragen wird. Bei derartigen Geräten sind zwei Körper an zwei im gewissen
gegenseitigen Abstand liegenden Stellen auf der zu messenden Welle festgeklemmt.
Die Torsion wird durch Lichtstrahlen angezeigt, die von zwei Rücken an Rücken an
einem gemeinsamen Träger angeordneten Spiegeln reflektiert werden, welche an einem
der Körper drehbar und mit dem anderen Körper derartig verbunden sind, daß sie entsprechend
einer zwischen beiden Körpern stattfindenden relativen Drehbewegung verstellt werden.
An einem der beiden Körper sind ferner zwei Nullspiegel angeordnet. Durch diese
Nullspiegel werden Nullichtstrahlen hervorgerufen, welche eine Standlinie bilden,
von der aus die Bewegung der beweglichen Lichtstrahlen abgelesen werden kann.
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Es sind bereits optische Torsionsmesser bekannt, bei denen mit Hilfe
mehrerer Spiegel Ablesüngen zu verschiedenen Zeiten während der Umdrehung der zu
messenden Welle ermöglicht sind. Bei diesen Einrichtungen müssen aber zunächst die
getrennten Nullpunkte der beweglichen Spiegel durch Hinundherdrehen der Welle ermittelt
werden. Die Nullspiegel müssen dann unabhängig in die mittlere Stellung zwischen
den genannten Nullpunkten eingestellt werden. Hierauf müssen die beweglichen Spiegel
getrennt eingestellt werden, bis ihre Nullpunkte mit dem vorher für die Nullspiegel
bestimmten Punkt übereinstimmen. Diese Maßnahmen sind zusammen mit den erforderlichen
Kontrollversuchen schwierig und zeitraubend.
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Es ist ferner bekannt, bei einem optischen Torsionsmesser um die Welle
herum mehrere bewegliche Spiegel in solcher Weise zu verteilen, daß die Bilder dieser
Spiegel über einen Zyklus verteilt werden, so daß die Bilder der verschiedenen Spiegel
an verschiedenen Punkten im Zyklus sichtbar sind. In diesem Fall ist aber keine
sichere Kontrolle bezüglich der Genauigkeit des Geräts ermöglicht, und zwar ist
es namentlich schwierig, die Anfangseinstellung mit genügender Genauigkeit durchzuführen,
weil ein beweglicher Spiegel durch Reibung abgelenkt werden kann.
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Die Erfindung besteht darin, daß ein die beiden parallel zueinander
ausgerichteten Nullspiegel enthaltender Träger mit dem zugehörigen Körper derart
einstellbar verbunden ist, daß die beiden Nullspiegel durch eine einzige Einstellung
in Ebenen gebracht werden, welche parallel zu der Achse der zu messenden Welle gerichtet
sind. Diese Einrichtung bietet den Vorteil, daß bei der Einstellung des einen Nullspiegels
selbsttätig auch der andere Nullspiegel eingestellt wird. Die richtige Stellung
beider Nullspiegel
wird beim Erfindungsgegenstand erreicht, sobald
die beiden von diesen Spiegeln reflektierten Strahlen auf den gleichen Punkt der
Gradteilung, an der die Ablesung erfolgt, geworfen werden, denn die Nullspiegel
sind bereits vorher richtig relativ zueinander in Übereinstimmung mit den beabsichtigten
Stellungen der Lichtquelle und der Gradteilung eingestellt worden. Beim Erfindungsgegenstand
ist es daher nicht notwendig, beim jedesmaligen Gebrauch des Torsionsmessers zuerst
die Nullpunkte der beiden beweglichen Spiegel zu ermitteln und dann beide Nullspiegel
unabhängig voneinander auf die Mitte zwischen den genannten Punkten einzustellen,
vielmehr ist es nur erforderlich, durch eine einzige Einstellung die beiden. Nullspiegel
in eine solche Lage zu bringen, daß die von ihnen ausgesandten Strahlen auf den
gleichen Punkt der Gradteilung treffen.
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Um eine einfache Einstellung des festen Nullspiegelträgers relativ
zu dem Körper, an dem dieser Nullspiegelträger angeordnet ist, zu ermöglichen, liegt
nach der Erfindung der Nullspiegelträger mit zwei parallelen Leisten an dem Flansch
des Körpers, an dem der genannte Träger angeordnet ist, an, und es ist in diesem
Träger eine kegelförmige Bohrung vorgesehen, welche parallel zu den genannten Leisten
und unmittelbar hinter einer dieser Leisten liegt, wobei die Bohrung durch einen
Schlitz unterbrochen ist, der sich durch die angrenzende Kante des Trägers erstreckt.
In der Bohrung ist ein entsprechend kegelförmiger Zapfen angeordnet, der in seiner
Längsrichtung durch eine Schraubenmutter o. dgl. derartig einstellbar ist, daß der
Schlitz in größerem oder geringerem Maße geöffnet und auf diese Weise die Ebene,
in welcher die angrenzende Leiste liegt, relativ zum übrigen Teil des Trägers in
geringen Grenzen änderbar ist.
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Nach der Erfindung ist zweckmäßig der die beiden beweglichen Spiegel
enthaltende Träger an dem Nullspiegelträger drehbar gelagert. Bei dieser Anordnung
ist es bei der Einstellung des Torsionsmessers nur erforderlich, den die beiden
beweglichen Spiegel enthaltenden Träger zu drehen, bis die von diesen Spiegeln ausgesandten
Strahlen auf einen gemeinsamen Punkt der Gradteilung treffen, welcher ihren Nullpunkt
bildet. Es ist daher ermöglicht, vor der Anbringung des Torsionsmessers ein für
allemal die richtige Einstellung der beiden Spiegelpaare vorzunehmen, so daß nach
der Anbringung des Torsionsmessers auf der zu messenden Welle durch Einstellung
eines Nullspiegels auf seinen Nullpunkt und eines beweglichen Spiegels auf seinen
Nullpunkt der andere Nullspiegel und der andere bewegliche Spiegel ebenfalls selbsttätig
richtig eingestellt werden.
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Auf der Zeichnung ist ein Torsionsmesser nach der Erfindung dargestellt.
Fig. i ist eine Seitenansicht der Spiegelanordnung.
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Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. i.
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Fig. 3 ist eine Oberansicht der Einrichtung nach Fig. i.
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Fig. q. ist ein Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. i.
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Fig.5 ist eine Seitenansicht, aus welcher Einzelheiten der Einrichtung
nach Fig. i ersichtlich sind.
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Fig. 6 veranschaulicht im Schnitt eine weitere Einzelheit der Einrichtung
nach Fig. i.
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Fig. 7 veranschaulicht die Anordnung und Einstellung eines einzelnen
Spiegels.
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Fig.8 ist eine Seitenansicht der Spiegelanordnung mit einer zusätzlichen
Dämpfungsvorrichtung und stellt einige Teile im Schnitt dar.
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Fig. 9 ist eine Oberansicht der Einrichtung nach Fig. 8, wobei einige
Teile weggebrochen sind.
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Fig. io veranschaulicht schematisch die Anordnung des Torsionsmessers
nach Fig. i bis 7 auf einer zu messenden Welle.
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Nach Fig. i bis 7 und io sind an den beiden relativ beweglichen Körpern
des Torsionsmessers Flanschen A und B vorgesehen. An dem Flansch A
ist ein zum Tragen von zwei Nullspiegeln Dl dienender Rahmen angeordnet, der mit
einer Grundplatte C versehen ist. Diese Grundplatte ist mittels eines Schraubenbolzens
A' an dem Flansch A starr befestigt und hat zwei mit Abstand parallel zueinander
angeordnete, zum Tragen der Nullspiegel Dl dienende Platten Cl, die mit der Grundplatte
C aus einem Stück bestehen. An der äußeren Fläche jeder Platte Cl ist eine zylindrische
Aussparung vorgesehen, in welcher eine starre, den zugehörigen Nullspiegel Dl tragende
Zelle D angeordnet ist. Die Zelle D ist in der genannten Aussparung mittels einer
Klemmplatte D2 befestigt, welche gegen den kreisförmigen Rand der Zelle wirkt und
in ihrer Lage durch Schrauben D3 gehalten wird. Die Anordnung ist so getroffen,
daß bei Lockerung der Schrauben D3 der Nullspiegel Dl mit seiner Zelle D gedreht
werden kann, worauf er in der jeweiligen Stellung durch Anziehen der Schrauben D3
festgeklemmt werden kann.
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Zwischen den parallelen Platten Cl ist ein Quersteg C2 vorgesehen,
der mit diesen Platten aus einem Stück besteht. In der Mitte des Steges C2 ist ein
Lager C3 angeordnet, das mit einer kegelförmigen Bohrung versehen ist. In dieser
Bohrung ist das äußere kegelförmige Ende eines Drehzapfens E gelagert. Das innere
kegelförmige Ende des Drehzapfens E greift in eine kegelförmige Bohrung eines Traggliedes
El, welches in bekannter Weise am äußeren Ende eines nachgiebigen, als Blattfeder
ausgebildeten Tragarmes E2 angebracht ist. Das innere Ende
der Blattfeder
EZ ist an der Grundplatte C mittels einer Schraube E3 befestigt. Infolge der Nachgiebigkeit
der Feder E2 wird durch das Lager Ei ein geringer axialer Druck gegen das innere
Ende des Zapfens E ausgeübt, so daß die Enden dieses Zapfens stets mit ihren Lagern
C3, El sicher in Berührung gehalten werden.
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Mit dem Drehzapfen E ist ein plattenförmiger Träger F fest verbunden,
an dem die beiden beweglichen Spiegel F2 Rücken an Rücken angeordnet sind. In den
entgegengesetzten, parallelen Flächen des Trägers E sind zylindrische Aussparungen
vorgesehen. In jeder dieser Aussparungen ist eine starre Zelle F1 befestigt, welche
den zugehörigen beweglichen Spiegel F2 enthält. Die Zellen F' werden in ihrer Lage
durch Klemmplatten F3 gehalten, welche gegen die kreisförmigen Ränder der Zellen
F1 wirken und durch Schrauben F4 in ähnlicher Weise befestigt sind wie die oben
beschriebene Zelle D.
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Der plattenförmige Spiegelträger F ist mit zwei Armen F5 versehen
(Fig. 5), die mit diesem Spiegelträger aus einem Stück bestehen. Die Arme F5 erstrecken
sich parallel zur Achse des Drehzapfens E nach einem Punkt jenseits des äußeren
Endes des in das Lager C3 greifenden Zapfens E. Zwischen den Armen F5 erstreckt
sich eine Antriebsstange G, die durch diese Arme hindurchgeführt ist. Das eine Ende
der Stange G ist an einem der Arme F° befestigt. An einer Zwischenstelle auf ihrer
Länge ist die Stange G mit einem Ring G' (Fig. 5) versehen, welcher genau in eine
Bohrung des anderen Arms F5@paßt. Das freie Ende der Stange G erstreckt sich - durch
das äußere Ende eines L-förmigen nachgiebigen Gliedes H und ist mit diesem Ende
fest verbunden. Das innere Ende des Gliedes H ist durch Schrauben mit einem zylindrischen
Glied H'- verbunden (Fig. q.), welches in einer Bohrung J eines Gliedes J'- angeordnet
ist. Das Glied jl ist mittels eines Schraubenbolzens BI an dem Flansch B befestigt.
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Die soweit beschriebene Einrichtung wirkt in der Weise, daß beim Auftreten
einer Relativbewegung zwischen den Flanschen A und B
das Glied H auf
den Arm G derartig einwirkt, daß die bewegliche Spiegeltragplatte F um die Achse
ihres Zapfens E geschwenkt wird.
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Um eine Einstellung des Gliedes G und infolgedessen der Anfangswinkelstellung
des beweglichen Spiegelträgers F zu ermöglichen, ist das zylindrische Glied Hl in
seiner Bohrung J einstellbar. An dem Glied Hl ist eine mit Innengewinde versehene
Hülse H2 (Fig. ¢) vorgesehen, in welche eine Einstellschraube H3 greift. Der Kopf
dieser Einstellschraube liegt an der äußeren Fläche des Gliedes J1 an. Zwischen
dem Ende der Bohrung J und dem Gleitstück Hl ist eine Schraubenfeder H4 vorgesehen,
welche das Gleitstück Hl stets nach links in Fig. 4 entgegen der Wirkung der Einstellschraube
E3 zu drücken sucht: -Durch Drehung dieser Einstellszhraube kann daher die Lage
des Gleitstücks Hl in seiner Bohrung verändert werden, während durch die Feder H4
dadurch, daß sie ständig einen Druck in der einen Richtung auf das Gleitstück Hl
ausübt, jedes Spiel in den Gewindegängen im Innern der Hülse H2 unterdrückt wird.
Es ist vorteilhaft, daß das Gleitstück HI nach seiner Einstellung in der jeweiligen
Lage gesichert wird. Zu diesem Zweck ist ein verschiebbares Sperrglied K iri einer
Bohrung vorgesehen, die radial in bezug auf die Bohrung J angeordnet ist. Durch
eine Blattfeder KI wird das Sperrglied K stets gegen das Gleitstück Hl gedrückt,
so daß dieses Gleitstück wiederum gegen die eine Seite der Bohrung J gedrückt wird.
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In dem Sperrstück K -ist eine kegelförmige Bohrung vorgesehen. Gegen
die eine Seite dieser Bohrung kann das entsprechend kegelförmige Ende einer Sperrschraube
K2 wirken. Wird die Schraube K2 gelockert, so kann das Gleitstück Hl mittels der
Schraube H3 eingestellt werden, jedoch wird dieses Gleitstück noch durch das Sperrstück
:K gegen eine Seite der vorher erwähnten Bohrung gedrückt. Falls die Schraube K2
angezogen wird, so wird das Sperrglied K fest gegen das Gleitstück :HI gepreßt,
so daß dieses Gleitstück unverrückbar festgehalten wird. Durch die Feder K1 ist
verhütet, daß die Stellung des Gleitstücks Hl unbeabsichtigterweise durch ein Spiel
zwischen diesem Gleitstück und der zugehörigen Bohrung oder durch das Anziehen der
Sperrschraube K2 verändert wird.
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Bei Einrichtungen, auf die sich die Erfindung bezieht, müssen die
beiden festen oder Nullspiegel D1 genau rechtwinklig zu der Ebene gerichtet sein,
in welcher sie mit dem Körper A des Torsionsmessers umlaufen. Ebenso müssen auch
die beiden beweglichen Spiegel F2 in ihrer Nullstellung genau rechtwinklig zu der
vorgenannten Ebene gerichtet sein. Es ist praktisch unmöglich, die Teile der Einrichtung
so genau herzustellen, daß der vorher erwähnte Zweck ohne Benutzung einer Einstellvorrichtung
erreicht wird. Die Einstellung jedes der Spiegel wird daher wie folgt bewirkt.
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Falls bei der Untersuchung der Einrichtung ermittelt wird, daß ein
Spiegel nicht genau angeordnet ist, so kann diese Ungenauigkeit in vielen Fällen
dadurch ausgeglichen werden, daß die Schrauben D3 oder F4 der zugehörigen Klemmplatten
gelockert werden und der Spiegel mit seiner starren Zelle in der entsprechenden
Aussparung gedreht wird, denn die Ungenauigkeit ist gewöhnlich durch eine kombinierte
Ungenauigkeit der den Spiegel tragenden Zelle und der Grundfläche der Aussparung,
an welcher diese Zelle anliegt, bedingt. Infolgedessen
kann durch
Drehung des Spiegels in der Zelle die eine Ungenauigkeit durch die andere aufgehoben
werden. Die Art, in welcher durch diese Drehung eine Einstellung herbeigeführt wird,
ist schematisch in bezug auf einen der Spiegel D' in Fig. 7 veranschaulicht. In
dieser Figur sind die Ungenauigkeiten in der Zelle D und in der Aussparung der Deutlichkeit
wegen übertrieben dargestellt. Die Aussparung ist also nach Fig. q. an verschiedenen
Stellen ihres Umfanges verschieden 'tief, während die Zelle entsprechend ungenau
ausgebildet ist. Wird jetzt die Zelle in ihrer Aussparung gedreht, so bewegt sich
die Achse des Spiegels um die Mantelfläche eines Kegels, dessen Spitze auf der reflektierenden
Fläche liegt. An zwei Stellen ihrer Drehung liegt die genannte Achse in einer Ebene,
die senkrecht zu der Drehachse der Körper des Torsionsmessers gerichtet ist. Diese
Ebene stellt die Ebene dar, in welcher sich die Achse des Spiegels drehen soll.
Durch Festklemmen des Spiegels in einer der erwähnten Stellungen wird daher die
erforderliche Einstellung herbeigeführt.
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In manchen Fällen kann jedoch die vorhandene Ungenauigkeit nicht durch
Drehung des Spiegels beseitigt werden. In diesen Fällen wird der Spiegel aus der
Aussparung herausgenommen, und es wird die Fläche der Zelle abgeschliffen, so daß
die gewünschte Ungenauigkeit in der Fläche dieser Zelle hervorgerufen wird, um die
Ungenauigkeit in der Fläche der kreisförmigen Aussparung, in welcher die Zelle liegt,
auszugleichen. Die Einstellung wird dann in der beschriebenen Weise herbeigeführt.
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Jeder der festen oder Nullspiegel und der beweglichen Spiegel kann
in der vorher beschriebenen Weise eingestellt werden.
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Um beide Nullspiegel Dl durch eine gemeinsame Einstellung in Ebenen
bewegen zu können, welche parallel zu der Achse der zu messenden Welle gerichtet
sind, und um erforderlichenfalls Ungenauigkeiten in der Fläche des Flansches A an
dem die Grundplatte C anliegt, ausgleichen zu können, sind Mittel vorgesehen, um
die gesamte 'die Spiegel D' tragende Einrichtung relativ zu dem Flansch A einzustellen.
Zu diesem Zweck ist die Fläche der Grundplatte C, mit welcher sie den Flansch A
berührt, auf zwei vorspringende Leisten C4 (Fig. 3) begrenzt, die an der dem Flansch
A benachbarten Seite der Grundplatte C vorgesehen sind. Ferner ist in der Nähe einer
der Leisten C4 und parallel zu ihr eine kegelförmige Bohrung C5 vorgesehen. Diese
Bohrung ist durch einen Schlitz unterbrochen, der sich, wie in Fig. 3 veranschaulicht
ist, von der Bohrung 01 durch eine Kante der Grundplatte C erstreckt. In
der kegelförmigen Bohrung C5 ist ein entsprechend kegelförmiger Zapfen L angeordnet.
Das eine Ende dieses Zapfens ist mit Schraubengewinde versehen, mit dem eine Schraubenmutter
L1 (Fig. 6) in Eingriff steht. Die Schraubenmutter L' ist in einem Schlitz L2 angeordnet,
der sich quer zur Bohrung 05 erstreckt, so daß die Schraubenmutter L2 durch
einen geeigneten Schraubenschlüssel gedreht werden kann und in diesem Fall als Antriebsglied
wirkt, um den kegelförmigen Zapfen L in seiner Längsrichtung in der Bohrung C5 zu
verschieben. Auf diese Weise kann die betreffende Kante der Grundplatte C ein wenig
in größerem oder geringerem Maße auseinandergedrückt werden, so daß die mittlere
Ebene der Grundplatte C innerhalb gewisser Grenzen relativ zur Ebene des Flansches
A eingestellt werden kann und daher beide Nullspiegel Dl gemeinsam in die gewünschte
Lage gebracht werden können.
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In Fig. 8 und 9 ist eine zusätzliche Dämpfungsvorrichtung zur Überwachung
der Bewegung des beweglichen Spiegelträgers dargestellt. Die allgemeine Ausbildung
des Spiegelträgers ähnelt der in Fig.= bis 3 dargestellten Einrichtung. Anstatt
daß jedoch der SpiegelträgerF durch einen starren Arm angetrieben wird, erfolgt
sein Antrieb durch eine nachgiebige Stange M. Das eine Ende dieser Stange ist mit
einem der Arme F5 fest verbunden, während das andere Ende sich durch eine Bohrung
im anderen Arm erstreckt, so daß sich die Stange Min begrenztem Maße biegen kann,
ohne daß sie den anderen Arm berührt. Das freie Ende der StangeM ist mit dem Glied
H verbunden.
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Die Bewegung des in Fig. 8 und 9 dargestellten beweglichen Spiegelträgers
F wird durch einen Stoßdämpfer bekannter Art überwacht, der mit einem Gehäuse N
versehen ist. Dieses Gehäuse ist mit dem unteren Ende des Spiegelträgers F fest
verbunden und enthält eine viscose Flüssigkeit. In dieser viscosen Flüssigkeit sind
relativ zueinander drehbare Platten N3 bzw. 02 vorgesehen, die am Gehäuse N befestigt
bzw. mit dem oben beschriebenen Lager El verbunden sind.
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Beim Betriebe der Einrichtung nach Fig. 8 und 9 sucht der bewegliche
Spiegelträger F mit Rücksicht auf die Nachgiebigkeit der Stange M und die Dämpfungswirkung
des vorher beschriebenen Stoßdämpfers in bekannter Weise eine Stellung einzunehmen,
die der zu jeder Zeit übertragenen mittleren Drehkraft entspricht, anstatt daß sich
der genannte Spiegelträger entsprechend der plötzlichen Drehkraft in jedem Augenblick
einstellt.
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In Fig. =o ist schematisch dargestellt, in welcher Weise der in Fig.
i bis 7 veranschaulichte Torsionsmesser auf einer zu messenden Welle angeordnet
ist und in welcher Weise die Spiegelbewegung in Übereinstimmung mit Änderungen der
Verdrehung der Welle angezeigt wird.
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Bei der Anordnung nach Fig. =o ist der oben beschriebene Flansch A
an einem etwas kegelförmig
gestalteten Hohlkörper A 2 vorgesehen.
Dieser Hohlkörper ist mittels eines inneren Ringansatzes A 3 starr mit der Welle
P verbunden, deren Torsion gemessen werden soll. Ein zweiter mit dem Flansch B versehener
Hohlkörper B2 ist mittels eines inneren Ringansatzes B3 starr mit der Welle P verbunden.
Wenn daher die Welle P verdreht wird, findet eine relative Drehbewegung zwischen
den beiden Flanschen A und B statt. Durch diese Drehbewegung wird
der Spiegelträger F um seine in Bezug auf die Achse der Welle P radiale Achse gedreht.
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Während des Betriebes des Torsionsmessers nehmen die Körper A2, B2
mit den Spiegeln D1, F2 an der Drehung der Welle P teil. In einiger Entfernung vom
Torsionsmesser ist eine ortsfeste Lampe Q neben einer Gradteilung Q1 vorgesehen.
Von der erwähnten Lampe verläuft ein Lichtstrahl nach, einem Punkt, an dem er, jedesmal
wenn einer der Spiegel F2 in die Bahn des Lichtstrahles kommt, von diesem Spiegel
nach der Gradteilung Q1 reflektiert wird. Wenn der Spiegelträger F eine Stellung
einnimmt, die dem Zustand der Welle P entspricht, in dem in dieser Welle keine Torsion
vorhanden ist, so wird der erwähnte Lichtstrahl von jedem der SpiegelF2 nach dem
Nullpunkt Q2 der Gradteilung Q1 reflektiert. Werden jedoch die beiden Flanschen
A und B gegeneinander gedreht, so wird der Spiegelträger F um seine Achse geschwenkt,
so da.ß der Lichtstrahl nach einem Teil der Gradteilung Ql reflektiert wird, der
rechts oder links vom Nullpunkt Q 2 liegt, nach welchem der Lichtstrahl von jedem
der Nullspiegel Dl reflektiert wird. Auf diese Weise wird bei der Drehung der Welle
.P der von der Lampe Q ausgesandte Lichtstrahl von jedem der SpiegelF2 nach der
GradteilungQl einmal während jeder Umdrehung der Welle P reflektiert, und durch
die Stelle, an welcher dieser Lichtstrahl quer durch die Gradteilung Q1 hindurchtritt,
wird die Torsion . der Welle P angezeigt.