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Vorrichtung zur Darstellung von Werten einer Funktion In der Technik
liegt häufig das Bedürfnis vor, eine Betriebsgröße darzustellen, die selbst wieder
eine Funktion mehrerer anderer gemessener Betriebsgrößen ist. Beispielsweise will
man bei einem Dieselmotor zugleich die Tourenzahl, den mittleren indizierten Druck
und die sich aus beiden ergebende indizierte Leistung sofort feststellen. In einfachen
Fällen begnügt man sich damit, zu den einzelnen Meßgrößen die die gesuchte Betriebsgröße
bildende Funktion durch Kurven, Tabellen oder auch durch Nomogramme festzulegen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die verschiedenen Variablen der Funktion
einzeln zu messen und ihre Werte auf ein gemeinsames Anzeigeinstrument mechanisch
zu übertragen. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn die Funktion einfach aufgebaut
ist, also beispielsweise aus der Summierung oder Subtraktion der Variablen entsteht.
Außerdem hat eine derartige Darstellung einer Funktion durch mechanische Summierung
ihrer gemessenen Variablen den großen Nachteil, daß die mechanische Übertragung
die Instrumentreibung und damit die Meßfehler vergrößert und daß außerdem bei einem
komplizierten Aufbau der Funktion eine Darstellung nur ar#näherungsweise möglich
ist.
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Erfindungsgemäß werden veränderliche Werte einer Funktion unter Verwendung
von Lichtanzeigevorrichtungen dadurch dargestellt, daß die jeden Funktionswert in
einem Koordinatensystem nach Größe oder Gestalt darstellende Fläche oder auch nur
deren Begrenzungslinien ganz oder teilweise leuchtend wiedergegeben ,verden.
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Es ist an sich bekannt, technische Funktionen durch sich kreuzende
Zeiger wiederzugeben, die sich über einem Koordinatensystem bewegen und mit den
Triebkörpern von Meßinstrumenten verbunden sind. Die Erfindung gibt im Gegensatz
zu diesen bekannten Anordnungen eine Funktion nicht durch das Zusammenwirken mechanischer
Anzeigevorrichtungen, sondern durch das Zusammenwirken von Lichtanzeigevorrichtungen
wieder. Die neuen in dieser Weise arbeitenden Vorrichtungen haben insbesondere den
Vorteil, daß das Zusammenwirken der einzelnen Anzeigevorrichtungen auf besonders
einfache Weise ermöglicht werden kann. Die entstehenden, in Flächen oder deren Umgrenzungslinien
bestehenden leuchtenden Bilder geben ein besonders charakteristisches und einprägsames
Bild der Funktionswerte.
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Es sind Meßeinrichtungen bekannt, bei denen ein Funktionswert durch
die Lage eines leuchtenden Punktes in einem Koordinatensystem wiedergegeben wird.
Gegenüber diesen bekannten Vorrichtungen mit leuchtenden Bildern hat die neue Vorrichtung
insbesondere den Vorteil, daß sie erheblich leichter abzulesen ist. Das macht sich
besonders bei der Ablesung auf große Entfernung, also z. B. bei Schalttafelgeräten,
bemerkbar.
Bei einem bekannten Verfahren zur Ausführung von Rechenop2rationen
werden Funktionswerte durch einen Flüssigkeitsstrahl dargestellt, dessen Querschnitt
durch zwei entsprechend den die Funktion bildenden Meßwerten verstellte. Blenden
begrenzt wird. Durch Messung der in der Zeiteinheit durchgeströmten Flüssigkeitsmenge
läßt sich der Integralwert der -Funktion bestimmen. Zur unmittelbaren optischen
Darstellung von Funktionswerten eignet sich dieses Verfahren nicht.
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Die Meßinstrumente i und 2 in Fig. i, die in zueinander senkrechten
Ebenen befestigt sind, tragen auf ihren Achsen 3 und 4 (siehe auch Fig. 2,
die einen Schnitt in Richtung A-B durch die Anordnung nach Fig. i darstellt) Blenden
5
und 6. Durch diese Blenden wird das Bild einer Lichtquelle
7 auf der Mattscheibe 8 je nach Stellung der Blenden abgedeckt. Durch
die Lichtquelle 7 wird auf der Mattscheibe 8 ein Rechteck erleuchtet,
dessen Seitenlängen den Ausschlägen der Meßinstrumente i und ?, bzw. den Stellungen
der Blenden 5 und 6 proportional sind.
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Fig. 3 zeigt eine Ansicht auf die Anordnung der Fig. i und
2 in Richtung des Pfeiles C.
Die auf der Mattscheibe in der Richtung
von links oben nach rechts unten schraffierte Fläche ist als von der Blende
6 abgedeckt zu denken, die in Richt1.ing von links unten nach rechts oben
schraffierte Fläche ist als von der Blende 5
abgedeckt zu denken. Das nicht
schraffierte Rechteck stellt die gesuchte Funktion dar, Sind die einzelnen Meßwerte
die Faktoren eines die Funktion bildenden Produktes, dann stellt die Fläche des
leuchtenden Rechtecks das Produkt dar. Ist die Funktion als Resultierende zweier
senkrecht zueinander stehender Vektoren zu denken, dann wird die Funktion durch
die Diagonale des leuchtenden Rechtecks -wiedergegeben. Die beschriebene Anordnung
eignet sich beispielsweise für die Darstellung- einer Wechselstromleistung. Dem
Laien insbesondere bereitet es große Schwierigkeiten, eine Vorstellung von den Begriffen
der Blindkomponente und Wirkkomponente des Stromes zu gewinnen. .Mißt man den Wirkstrom
und den Blindstrom durch die beiden Meßinstrumente der in Fig. i bis 3 beschriebenen
Anordnung, dann gibt die Diagonale des leuchtenden Recb tecks die Größe des Gesamtstromes
an und läßt zugleich die Verteilung auf Wirk- und Blindstrom, d. i. den cos
99, durch die Form des Rechtecks, d. h. durch sein Seitenverhältnis, bildlich
erkennen. Der geometrische Ort gleicher cos (p-Werte ist dann ein aus dem Null-wert
der Blendeneinstellung beider Meßinstrumente ausgehendes Strahlenbüschel. Bei Eintragung
dieses Strahlenbüschels auf der Mattscheibe läßt sich sofort aus der Meßanordnung
der cos ip ablesen. Der Nullpunkt des Meßsystems ist gegeben durch die f(-stliegende
Ecke des leuchtenden Rechtecks, der cos (p durch den durch die wandernde Ecke des
leuchtenden Rechtecks' gehenden Strahl. Der geometrische Ort gleicher Vektorengrößen
ist eine um den feststehenden Rechteckpunkt gehende Kreisschar, deren Eintragung
auf der Mattscheibe, wie es in Fig. 3 geschehen ist, sofort auch die Ablesung
des Absolutwertes der Resultierenden gestattet.
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Die in Fig. i bis 3 beschriebene Anordnung besitzt noch den
Nachteil, daß nur. die Absolutwerte der die Funktion bildenden Meßgrößen optisch
dargestellt werden können. Die Ausgestaltung der Anordnung Ül Fig. 4 ermöglicht
eine optische Darstellung der Meßgrößen in beiden Richtungen vom Nullwert aus, also
in dem geschilderten Beispiel die Darstellung der Stromrichtung. Zu diesem Zweck
werden je
nach Bedarf eines der Meßinstrumente oder beide mit aus zwei miteinander
über die Feder 15
verbundenen Teilen ii und 12 bestehenden Blenden versehen,
von denen sich je nach der Richtung des Ausschlages des Instrumentes aus
der Nullage der eine Teil gegen einen festen Anschlag 13 oder 14 legt, während der
andere von einem an dem Triebkörper des Instrumentes befestigten Mitnehmer 16 bewegt
wird. Die Blenden selbst sind auf der Triebachse des Instrumentes frei drehbar.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung geht aus Fig. 4 ohne weiteres hervor, in der
die die Blendenstellungen begrenzenden Strahlen- eingezeichnet sind. Der nicht leuchtende
Teil der Mattscheibe ist dunkel ausgezogen, während der leuchtende Teil der Mattscheibe
weiß gelassen ist.
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Statt nun wie in Fig. i bis 4 die darzustellende Funktion durch ein
Rechteck optisch wiederzugeben, kann man sie auch, wie es Fig. 5 in einem
Ausführungsbeispiel zeigt, als ein Dreieck abbilden. Zu diesem Zwecke ordnet man
zwei Meßinstrumente 21 und. 22 in einer Ebene an und kuppelt die Triebkörper
23 und 24 beider Instrumente über je eine Gradführung z5 und
2,6
und einen Gleitstein --7 und 28 mit einer gemeinsamen Blende
29. Die Blende ist an dem einen Gleitstein 2-7 um den Punkt 30 frei
drehbar befestigt und wird von dem anderen Gleitstein 28 durch die Rolle
31 getragen. Das Bild einer durch die Blende abgeschirmten Lichtquelle ist so von
dem Ausschlag der beiden Meßinstrumente abhängig.
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Durch geeignete Wahl der mechanischen Übersetzung usw. läßt es sich
ohne weiteres erreichen, daß die Hypotenuse des Dreiecks der gesuchten Funktion
proportional ist. Zweckmäßig versieht man dann die Blende an der die leuchtende
Fläche abgrenzenden Kante mit einer die Ablesung der Funktion direkt gestattenden
Skala. Die Blende -.q wird, um die erforderlichen Triebmomente der Meßinstrumente
und damit die Meßfehler nicht unnötig
zu erhöhen, zweckmäßig so
geformt, daß sie in jeder Stellung gerade den für den größten in Frage kommenden
Meßwert bestimmten Blendenraum abdeckt.
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Das beschriebene Verfahren der Darstellung technischer Funktionen
durch optische Effekte eignet sich insbesondere für Kraftwerke, wo man möglichst
mit einem Blick die Größe der Funktion und den Einfluß der Variablen auf ihre Größe
erkennen soll. Die Erkennbarkeit der Funktion wird außerordentlich unterstützt,
wenn man beide Blenden aus einem lichtdurchlässigen farbigen Stoff herstellt. Nimmt
man noch für die Blenden verschiedenfarbige Materialien, so erscheinen in Fig.
3 beispielsweise die einfach schraffierten Flächen in verschiedenem Licht,
die nicht schraffierte Fläche weiß, die doppeltschraffierte Fläche in einer aus
den Blendenfarben zusammengesetzten Farbe. Eine besonders günstige Wirkung erzielt
man durch die Wahl komplementärfarbiger Stoffe.
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Bei der Wahl durchsichtiger Blenden läßt sich eine etwa erforderliche
Skalenteilung direkt anbrinaen.
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In Fig. 6 ist die Mattscheibe eines Instrumentes dargestellt,
das für die Messung des Plus- und Min-Liswertes einer Komponente eingerichtet ist.
Die Größe des die gesuchte Funktion darstellenden Vektors ist hier noch besonders
durch einen Pfeil kenntlich gemacht., Für die Bewegung des Pfeiles, entsprechend
dem jeweiligen Schaltbild, eröffnen sich verschiedene Möglichkeiten. Man kann beispielsweise
diesen Pfeil durch ein mit den Triebkörpem der Meßinstramente verbundenes mechanisches
Gestänge steuern.
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Fig. 7 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig, 6, mit
dem Unterschied, daß zur besseren Übersicht neben den die Betriebsfunktion bildenden
Variablen noch andere jeweils wichtige veränderliche Betriebsgrößen durch besondere
leuchtende Streifen kenntlich gemacht sind.
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Statt nun die durch ihre Überlagerung die gesuchte Funktion wiedergebenden
optischen Effekte durch leuchtende oder abgedeckte Flächen zu bilden, kann man auch
die einzelnen Meßgrößen durch leuchtende Linien abbilden, deren Zusammenwirken die
darzustellende Größe erscheinen läßt. Für diesen Fall empfiehlt es sich, kleine
Spiegel auf den Meßinstrumentachsen zu befestigen, auf die je ein Lichtstreifen
von einer Lichtquelle geworfen wird. Durch Drehung der Instrumentachse und damit
Drehung des Spiegels wandert dann die leuchtende Linie auf einer vor dem Spiegel
befestigten .Mattscheibe. Durch die gegenseitige Stellung einer oder auch mehr leuchtender
Linien auf der Mattscheibe läßt sich in bekannter Weise der Wert der Funktion abbilden.
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In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel für diese Ausgestaltung
der Erfindung gezeichnet. Auf den Achsen der in zueinander senkrechten Ebenen befindlichen
Meßinstrumente 41 und 42 sind Spiegel 43 und 44 befestigt. Auf diese Spiegel
fallen die Strahlen der Lichtquelle 45, die durch die Linse 46 parallel gerichtet
sind. Vor der Lichtquelle 45 ist die in Fig. 9 besonders herausgezeichnete
Blende 47 angebracht. Diese Blende zeigt zwei zueinander senkrechte Schlitze. Die
Schlitze können wieder vorteilhaft mit verschiedenfarbigeni Glas abgedeckt sein.
Das Licht je eines der Schlitze fällt auf je einen der Meßinstrumentspiegel
und wird von diesem auf die Mattscheibe 48 reflektiert, an der es von außen erkennbar
ist.
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Fig. io zeigt die Mattscheibe des Instrumentes von vorn gesehen. In
der gestrichelt gezeichneten Nullstellung gehen beide Leuchtstreifen von einer Ecke
des Mattscheibenrechtecks aus. In der gezeichneten Betriebsstellung bilden die leuchtenden
Linien ein Kreuz. Die Verbindungslinien des Sclinittpunktes der leuchtenden Linien
und des Systemnullpunktes o oder die Größe einer durch die leuchtenden Linien begrenzten
Fläche gibt dann die Größe der gesuchten Funktion wieder. Auf der Mattscheibe wird
man wieder zweckmäßig eine Skala anbringen, die die sofortige Ablesung der Meßgrößen
und zugleich der Resultierenden gestattet. Statt auf der Mattscheibe kann man die
Skalenteilungen auch auf der Blende (Fig. 9) oder auf den- Spiegeln anbringen,
so daß sie durch die Spiegel auf die Mattscheibe projiziert werden.