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Gerät zur Messung vertikaler Schwingungen Zur Messung von Ausschlägen
und Beschleunigungen vertikaler Schwingungen sind in der Hauptsache zwei Arten von-
Geräten, das Vertikalpendel und der Drehschwinger, in Anwendung. Sie beruhen zwar
beide auf derselben Grundlage, weichen aber in ihrem äußeren Aufbau und ihrer Wirkungsweise
stark voneinander ab.
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Der Drehschwinger stellt ein physisches Pendel dar, bei dem ein Teil
der Masse, meist der größere, gleichmäßib um die Achse verteilt ist, während der
andere exzentrisch zur Aufnahme vertikaler Massenkräfte angeordnet ist. Die Federung
braucht nur das Gewicht dieses letzteren Anteils der Masse auszugleichen, so daß
sich verhältnismäßig kleine statische Auslenkungen ergeben und das Gerät sehr handlich
wird. Entsprechend stehen aber zur Überwindung der Reibungswiderstände im Gerät
nur geringe Massenkräfte zur Verfügung, was bei mechanischer Registrierung stark
ins Gewicht fällt.
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Das Vertil-ilpendel gleicht sich mehr dem mathematischen Pendel an.
Der Schwerpunkt liegt in größerer Entfernung von der Drehachse, so daß praktisch
das gesamte Gewicht von der Federung aufgenommen werden muß. Die statischen Auslenkungen
der Feder sind daher bei niederen Eigenfrequenzen recht erlieblich. Dafür sind aber
die zur Verfügung stehenden Massenkräfte viel größer als bei einem reinen Drehschwinger
gleicher Masse. Um die statischen Auslenkungen zu verringern, wendet man das Prinzip
des Hebelpendels an, d.li. man macht den Hebelarm der Federung kürzer als den der
Masse. Eine weitere Senkung der Eigenfrequenz, ohne die statische Auslenkung zu
vergrößern, tritt ein, wenn die Feder nicht senkrecht am Hebel angreift, sondern'
in :einem spitzen Winkel, wie es in Abb. i dargestellt ist (Astatisierung), Da sämtliche
Drehsysteme, also sowohl der Drehschwinger, als auch das Vertikalpendel, drehempfindlich
sind, werden die Ergebnisse, die man mit einem solchen Gerät bei der Messung von
Verwindungsschwingungen erzielt, abhängig von der Stellung des Gerätes zur Ver windungsachse
des untersuchten Systems. Um diese Erscheinung auszuschalten, hat W a a s einen
Schwingungsmesser entworfen, der aus zwei gegenläufig, zwangsweise gekoppelten Drehschwingern
besteht.
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Des weiteren läßt man bei Drehschwingern meist keine großen Ausschläge
zu, da die Masse sich auf Kreisbögen bewegt und diese bei größeren Ausschlägen sich
zu stark von den geraden Bahnen der zu messenden Vertikalbewegungen entfernen. Oft
ist es aber erwünscht, größere Ausschläge zulassen zu dürfen.
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Die im folgenden beschriebene Erfindung bezweckt diesen beiden Übelständen
beim Vertikalpendel entgegenzuwirken. Sie besteht im wesentlichen in der Kombination
des bekannten Hebelpendels mit einer Lenkergeradführung. Man wird sich meist mit
einer angenäherten Geradführung begnügen müssen, da exakte Geradführungen kaum ohne
gleitende Führungen, die zu viel Reibung haben, ausgeführt
werden
können. Um den geradgeführten Punkt wird die Masse angebracht. Sie ist, solange
die Geradführung praktisch mit der.. Geraden übereinstimmt, nicht mehr dreh---'
empfindlich. Es können nun auch größere Ausschläge der Masse zugelassen werden.
Grundsätzlich ist jede Art von Lenkergeradführungen verwendbar, wenn für geeigneten
Angriff der Rückstellkräfte gesorgt wird. Die Astatisierung läßt sich auch für diesen
Fall durchführen. .
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Es wäre hier noch auf eine frühere, vollkommen abweichende Anwendung
angenäherter Geradführungen in der' Schwingungstechnik hinzuweisen. Es handelt sich
um Horizontalpendel, z. B. den Pallographen .von S c h 1 i c k, die man mit einem
großen Krümmungsradius der Schwerpunktsbahn ausstatten wollte, damit sie beim Schwingen
im Schwerefeld der Erde eine möglichst niedrige Eigenfrequenz .erreichen. Der Erfindungsgegenstand
hat somit nichts mit diesen Ausführungen gemein, wie sich überhaupt in meßtechnischer
Hinsicht das Horizontalpendel grundsätzlich vom Vertikalpendel unterscheidet. Des
weiteren werden zur Haltering der Masse bei einigen Beschleunigungsmessern Membranen
verwendet, die ebenfalls eine Parallelführung der Masse ergeben. Membranen sind
jedoch nur in sehr beschränktem Umfang für ° Meßgeräte verwendbar, da sie im Gegensatz
zum Lenkersystem nur äußerst kleine Ausschläge der Masse gestatten.
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Um die allerdings meist unbedeutende Drehung der Masse infolge der
Schwenkbewegung des Lenkergliedes, welches die Masse trägt, auszuschalten, kann
die Masse -um die senkrecht zur Bewegungsebene liegende,Trägheitsachse drehbar gelagert
werden.
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Die Registrierung auf allgemein übliche Art mittels Hebel bringt besonders
bei größeren Ausschlägen. eine Verzerrung des Schriebes mit sich. Bei stärkeren
überlagerungen in dem zu messenden Vorgang macht sich dieser Umstand äußerst störend
bemerkbar- Es ist daher vorteilhaft, die Registrierung in einem rechtwinkligen Koordinatensystem
vorzunehmen. So ist bereits eine solche Anordnung bekannt, bei der die Aufzeichnung
ohne Vergrößerung erfolgt, indem der Schreibstift unmittelbar mit- der geradlinig
und undrehbar geführten Masse verbunden ist. Der Beschleunigungsmesser von K e.
i n ä t h und Jahnke registriert mittels eines Ellipsenlenkers in vergrößertem Maßstab
die an sich kreisförmige Bewegung der Masse ebenfalls in einem rechtwinkligen Koordinatensystem.
Da beim Erfindungsgegenstand die Masse selbst längs einer Geraden sch"vüigt, kann
hier eine verzerrungsfrei arbeitende übersetzung, z. B. ein Storchschnabel, unmittelbar
an die Masse angelenkt werden.
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Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele angegeben: In Abb. i
dient als Geradführung ein Lemniskatenlenker, der aus dem Stegd (Gestell), den beiden
Schwingen a und c und der Koppel b besteht. In der Mitte von d befindet
sich der geradgeführte Punkt P, um den die Massets angeordnet ist. In P greift eine
Storchschnabelübersetzung an, die die vergrößerten Bewegungen mittels der Schreibfeder
S auf das Registrierband R aufzeichnet. Die Feder F greift mit einer gewissen Astasie
am Hebel e an. Das Gewicht kann nach dem Arretieren abgenommen werden, um das Gerät
für den Transport unempfindlicher zu machen. In D ist unter Ausnutzung einer günstigen
Hebelübersetzung eine Dämpfung angebracht. Zwecks Verstellung der Federspannung
ist der Federgalgen G verstellbar ausgeführt. Desgleichen kann der Angriffspunkt
der Feder am Hebel e verschoben werden, um eine Änderung der Eigenfrequenz zu ermöglichen.
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Abb.2: Eine etwas günstigere Raumausnutzung gestattet die von T s
c h e b y s c h e f f angegebene Geradführung, da hier beide Schwingen auf derselben
Seite des geradgeführten Punktes liegen. Um das überschneiden der Schwingen zu vermeiden,
wurde die unmittelbare Verbindung c' durch den Bügel c ersetzt. Das Lenkersystem
ist in zwei verschiedenen Lagen dargestellt. Die technische Durchbildung und Ausstattung
kann nach denselben Gesichtspunkten wie beim ersten Beispiel erfolgen.