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Erschütterungsmesser Aus dem Bestreben heraus, zum Messen von Erschütterungen
einen freihändig zu haltenden, in jeder Lage eire sichere Messung gestattenden Maximalbeschleunigungsmesser
zu schaffen, wurde der vorliegende Erfindungsgegenstand durchgebildet: Man hat Geräte
gebaut, die freihändig gehalten werden können und die Ausschlagweite einer Schwingung
in vielfach vergrößertem Maßstab anzeigen. Diese Geräte bedingen jedoch eine verhältnismäßig
schwere Handhabe, um ihr Gehäuse im Raume als feststehend betrachten zu können,
sie haben infolge sehr schnell gegeneinander beweglicher Teile große Abnutzung und
gestatten, auf die Maximalbeschleunigung nur bei bekanntem Schwingungsverlauf während
einer Periode und bei bekannter Periodenzahl Schlüsse zu ziehen. Kurze, mehr schlagartige
Stöße sind nur mit einem Messer festzustellen, welcher Maximalbeschleunigungen unmittelbar
mißt.
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Bekannt ist das Prinzip des Kontaktbeschleunigungsmessers nach Grunmach,
bei dem eine träge Masse mit einer bestimmten Kraft durch eine Feder gegen einen
Anschlag gedrückt wird, den der schwingende Körper bewegt. Wird die von der Masse
weggerichtete maximale Beschleunigung des Anschlages größer als die durch die Federkraft
auf die Masse ausgeübte, so hebt sich der Anschlag von der Masse ab, und durch Unterbrechung
eines elektrischen Stromes, der durch die Berührungsstelle zwischen Masse 'und Anschlag
fließt, wird dieser Vorgang festgestellt.
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Es sind derartige Apparate bekannt, bei denen die Relativbewegung
zwischen der trägen Masse und dem Anschlag geradlinig ist und auch solche, bei denen
eine Relativdrehung um eine Achse stattfindet. Bei beiden Arten bestimmt außer der
einstellbaren Federkraft auch noch das Eigengewicht der Masse den Kontaktdruck mit,
so daß bei Benutzung des Apparates in schräger Lage die Einregulierung eine andere
sein muß.
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Bei einem freihändig zu benutzenden Gerät ist aber eine solche Einregulierung
zu umständlich, denn eine Schräglage darf keinen Einfluß ausüben. Dieses läßt sich
nur durch einen Apparat erzielen, bei dem die träge Masse um eine durch ihren Schwerpunkt
gehende Achse schwingend gelagert ist.
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Bei der Umwandlung der geradlinigen Schwingung einer Erschütterung
in die Drehschwingungen einer Masse, können aber in deren Drehachse Gegenkräfte
auftreten, die eine unkontrollierbare Schwingung dieser Achse selbst bewirken. Man
ist nicht in der Lage, die Schwingungsachse entgegen diesen Kräften von Hand absolut
starr festzuhalten. Man könnte die Achse höchstens in einer relativ schweren ruhenden
Masse lagern, so daß deren Trägheit merkliche Achsenschwingungen unterdrückt, wie
dies bei den obenerwähnten
Ausschlaginessern bereits versucht wurde.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile, indem sie die
Wirkungen der-in der Schwingungsachse sonst auftretenden Kräfte, dadurch völlig
aufhebt, daß an der frei von Hand gestützten Achse zwei unter sich an den Kontaktstellen
kraftschlüssig verbundene träge Massen je für sich schwingfähig gelagert sind, von
denen die eine im Schwerpunkt unterstützt ist, während die andere exzentrisch gelagert
ist und einen ebenfalls exzentrischen Angriffspunkt der zu messenden Beschleunigungskräfte
hat. Diese Massen sind nun so bemessen und zur Drehachse so angeordnet, daß keine
Komponenten der Beschleunigungen auf das Lager der Drehachse übertragen werden.
Der Kraftschluß zwischen den beiden Massen erfolgt durch eine Feder, die einerseits
exzentrisch an der im Schwerpunkt unterstützten Masse angreift und deren anderer,
an dem Halter der Drehachse vorgesehener-Angriffspunkt relativ zu dieser verstellbar
ist. So ist ein handlicher Apparat geschaffen, bei dem zu einer eingestellten Federspannung
unabhängig von der Raumlage ohne weiteres nur ein bestimmter Ma-ximalbeschleunigungswert
gehört.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in Abb. i schematisch dargestellt.
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Durch einen Griff d werden die mit' diesem fest verbundenen Lagerschilde
der Achse b frei von Hand getragen. Die träge Masse des Ringes a ist um die Achse
b schwingfähig gelagert und in bezug auf sie statisch ausbalanciert. - Sie
wird durch die an dem Lagerschild und am Ring a angreifende Zugfeder c mit dem am
Umfange des Ringes befestigten Anschlage gegen einen Stift f gedrückt.
Letzterer ist in -der ebenfalls um die Achse b schwenkbar, aber exzentrisch
gelagerten Hilfsmasse g elektrisch isoliert befestigt. Die Masse g wird durch einen
zweiten Griff i und durch die Stelze h von Hand gegen den Körper gedrückt, dessen
Schwingungszustand untersucht werden soll. Die im Handgriff i befindliche Feder
soll sicheren Kraftschluß der Stelze h gewährleisten und verhindern, daß auf die
Hand des Untersuchenden die Schwingungen übertragen werden. Letzteres ist möglich,
da der Apparat überhaupt nur zur Untersuchung von Schwingungen geringer Amplitude
dient, wobei sich die Federspannung selbst nur unwesentlich verändert.
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Die Stelze h überträgt die Schwingungen des Köpers k auf die Masse
g und den an ihr befestigten Stift f und weiter über den Anschlag e auf die
träge Masse. des Ringes a, Die- Stelze lt ist erfindungsgemäß in ihrer Pfanne nach
allen Richtungen - gelenkig gelagert und vermag daher nur in ihrer Achsenrichtung
auftretende Beschleunigungen auf g zu übertragen. Dabei führen die Massen g und
a um die von Hand gehaltene Achse b
die gleichen Drehschwingungen aus,
solange die Drehbeschleunigung nicht den durch die Feder c zwischen e und
,f verursachten Kraftschluß aufhebt.
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Die beiden Massen g und a sind dabei so zueinander abgestimmt, daß
bei der kraftschlüssigen Kupplung durch die Stelze h keine Komponenten der Beschleunigungen
auf das von Handgriff d getragene Lager der Achse b
kommen, daß diese Achse
also schwingungsfrei bleibt.
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Die Bedingung hierfür ergibt sich au's der Vergleichbarkeit der hier
vorliegenden Beschleunigung mit einem geraden exzentrischen Stoß. Über letzteren
finden sich Angaben im Taschenbuch der Hütte, z. B. 23. Auflage igi9, Band I, S.
2,42. Die Bedingung dafür, daß bei solchem Stoß auf die Drehachse einer Masse in,
keine Kräfte kommen, lautet dort a2 ?? i2 # e2, worin a2 die Entfernung des 2 Stoßpunktes
von der Drehachse, e2 die Entfernung des Schwerpunktes -von der Drehachse, I2 das
Trägheitsmoment in bezug auf die Drehachse und zn2 die auf die Stoßstelle reduzierte
Masse bedeutet. Da das Produkt m2, e2 als statisches Moment bezeichnet wird und
die Formel auch a" n12, e2 = I2 geschrieben werden kann, so 'lautet
die Bedingung in Worten: Das statische Moment in bezug auf die Drehachse multipliziert
mit der Entfernung des Kraftangriffs von dieser Ebene muß gleich sein dem Trägheitsmoment
der Masse in. bezug auf die Drehachse. Im vorliegenden Falle, wo es sich um zwei
Massen a und g handelt, die kraftschlüssig miteinander gekuppelt sind, ist in diese
Bedingung einerseits die Summe der statischen Momente (oder, da das statische Moment
von a. wegen statischer Auswuchtung gleich Null ist, nur das statische Moment von
g) und andererseits die Summe der Trägheitsmomente in bezug auf die Achse b einzusetzen.
Die Kraftangriffsentfernung ist diejenige der Stelzeh von der Drehachse b. Um Kräfte
auf die Achse a quer zur Kraftrichtung zu vermeiden, muß der Schwerpunkt von g auf
einer zu Kraftrichtung winkelrechten Ebene durch die Achse b liegen, und außerdem
sollen zur Vermeidung von Kippmomenten auf diese Achse möglichst alle Massen symmetrisch
zu einer durch die Kraftrichtung winkelrecht zur Drehachse b gelegten Ebene verteilt
sein.
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Durch relative Drehung des Handgriffs d um die Achse b zu dem
Ring a und der Masse g wird erfindungsgemäß die Spannung der Feder c oder auch die
wirksame Hebelarmlänge
geändert und damit gleichzeitig der Kraftschluß
zwischen e und f. Eine am Lagerschild vorgesehene Skala und ein an
der Hilfsmasse g befindlicher Zeiger gestattet die Größe der den Kraftschluß herbeiführenden
Kraft und die ihr entsprechende Beschleunigung abzulesen.
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Die Aufsuchung der Maximalbeschleunigung geschieht in der Weise, daß
man mit der rechten Hand den Griff i erfaßt und die Stelze la möglichst senkrecht
gegen den Prüfkörper drückt und daß man den mit der linken Hand gehaltenen Handgriff
d so lange um die Achse b von Hand schwenkt, bis vollständiger Kraftschluß zwischen
e und f erreicht ist. Dies wird in bekannter Weise durch einen Kopfhörer
m und eine Batterie l festgestellt, deren Stromkreis durch die Berührung
von e und f geschlossen wird. Solange noch Stromunterbrechungen stattfinden, hört
man ein Rasseln oder einen Ton. Wenn beim Linksherumschwenken des Handgriffs d das
Geräusch im Telephon verschwindet, so ist der völlige Kraftschluß erreicht. Hierbei
gibt der Zeiger an der Hilfsmasse g die Maximalbeschleunigung auf der Skala n an,
und zwar in der durch die Lage der Stelze h gegebenen Richtung auf den zu untersuchenden
Körper k. Der Apparat kann auch so durchgebildet werden, daß man durch Umtausch
von lt
und i die Maximalbeschleunigung in entgegengesetzter Richtung messen
kann. Anstatt eines Kopfhörers kann auch ein anzeigendes Galvanometer dienen.
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An Stelle der elektrischen Anzeigevorrichtung kann erfindungsgemäß
ein mechanischer Anzeiger für den Kraftschluß vorgesehen werden, der in der Abb.
2 dargestellt ist. Es stützt sich der Stift e nicht unmittelbar gegen das Mitnehmerstück
f1 an der Masse g, sondern es ist an der Masse g mit möglichst geringer Reibung
frei drehbar eine Welle o gelagert, die eine träge Scheibe p trägt.
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Diese Scheibe wird durch die Teileg, f1 und e zum Mitschwingen mit
den Massen a und g veranlaßt. Ihre Massenteilchen führen dabei nicht nur eine Bewegung
parallel zu der des Scheibenmittelpunktes aus, sondern drehen sich um die Achse
o außerdem zusätzlich, und zwar genau in dem Maße, wie sich die Massen b und g uni
die Achse b drehen. Die erforderlichen Winkelbeschleunigungen um die Achse o werden
durch den zwischen o und den beiden Backen e und f1 auftretenden Klemmwiderstand
ausgeübt. Sinkt die Spannung der Kraftschlußfeder c (Abb. r) fast bis auf den der
Maximalbeschleunigung entsprechenden Wert herab, wird also der Anpressungsdruck
der Backen e und f1 gegen die Welle o periodisch nahezu bis auf o herab vermindert,
und die Reibung der Ruhe periodisch geringer als zur Aufrechterhaltung des schlupffreien
Mitschwingens erforderlich ist, so tritt bei der Umkehrbewegung infolge der Trägheit
der Scheibe p eine Weiterdrehung derselben im bisherigen Sinne -und ein zeitweiliges
Gleiten zwischen den Backen und der Welle o auf, so daß bei Wiederholung dieses
Vorganges stets in der gleichen Schwingungs= phase eine langsame ruckweise Drehung
der Scheibe p relativ zur Masse g jedesmal nach der gleichen Richtung erfolgt und
die Aufeinanderfolge dieser Drehungen durch das Auge bei genügend hoher Frequenz
als zusammenhängende Drehung wahrgenommen wird.