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Drehzahl- und Geschwindigkeitsmesser für großen Meßbereich Die bisher
bekannten Drehzahlmesser, die nach dem Fliehkraftprinzip arbeiten, weisen den Nachteil
auf, daß ihr Meßbereich ziemlich beschränkt ist. Das Verhältnis des maximalen Anzeigewertes
zum minimalen beträgt meistens vier bis fünf. Um den Meßbereich zu vergrößern, behilft
man sich bei Handgeräten durch den Einbau von Umschaltgetrieben, die aber bei großen
Geschwindigkeitsschwankungen oft störend empfunden werden. Bei ortsfesten Drehzahlmessern
sind solche Umschaltvorrichtungen zur Unterteilung des Meßbereichs in mehrere Stufen
meist unerwünscht. Geht man aber über .das obenerwähnte Verhältnis hinaus, etwa
bis zum Wert io oder 15, dann wird die Skaleneinteilung besonders am Anfang und
oft auch am Ende so eng, daß keine genaue Ablesung mehr möglich ist.
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Die Unempfindlichkeit eines Drehzahlmessers, herrührend von der Reibung
in den verschiedenen Lagern des Pendels und besonders den Zahnrädern im Zeigerwerk,
ist über den ganzen Meßbereich ungefähr gleich groß. Am Anfang der Skala, d. h.
bei den niederen Drehzahlen, macht sich die Unempfindlichkeit, selbst bei gleichmäßiger
Skaleneinteilung, besonders aber bei der üblichen; am Anfang engen Teilung sehr
störend bemerkbar. Wenn die Unempfindlichkeit, ausgedrückt in Winkelgraden des Zeigerausschlages,
nicht in Skalenteilen, über den ganzen Bereich konstant ist, dann muß die Skalenteilung
eine logarithmische Funktion der Drehzahl sein, wenn die durch die Unempfindlichkeit
verursachte relative Ungenauigkeit konstant sein soll.
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Aus den bekannten Gleichungen über federbelastete Fliehkraftpendel
geht hervor, daß es nicht möglich ist, ein größeres Drehzahlverhältnis als vier
zu erhalten bei einigermaßen befriedigender Teilung am Skalenanfang, solange nur
eine einzige bzw. mehrere, aber stets in gleichem Spannungszustande befindliche
Federn verwendet werden.
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Es ist bekannt, das Drehpendel mit mehreren Federn quer zur Drehachse
auszurüsten, derart, daß bei zunehmender Geschwindigkeit die verschiedenen Federn
nacheinander angreifen.
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Bekanntlich weist ein mit Querfeder versehenes Drehpendel folgende
Eigenschaften auf: Bei zunehmender Geschwindigkeit verändert sich die relative Lage,des
Drehpendels zunächst ganz wenig, d. h. der Zeigerausschlag ist klein, um dann ziemlich
rasch einer stabilen Endlage zuzustreben, d. h. die Ausschläge werden plötzlich
sehr groß. Ein solches Pendel mit Querfeder ist geeignet für einen Kraftmaschinenregler,
bei dem es darauf ankommt, eine Geschwindigkeit in möglichst engen Grenzen zu halten,
aber nicht für einen Drehzahlmesser, bei dem die zu messenden Geschwindigkeiten
weit auseinanderliegen können.
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Verwendet man mehrere bei zunehmender Geschwindigkeit nacheinander
angreifende Federn, so wird sich die Skala aus mehreren
Einzelfedern
entsprechend den verschiedenen Federn zusammensetzen, wobei die Teilung zu Beginn
jeweils eng. ist und sich plötzlich rasch erweitert. Man erhält also bei der b,
kannten Einrichtung wohl einen großen NIe bereich, aber eine Skaleneinteilung, die
u brauchbar ist.
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Es ist ferner bekannt, einen Geschwindigkeitsmesser mit axial wirkender
Feder zu versehen. Um einen der Geschwindigkeit möglichst proportionalen Muffenweg
zu erzielen, wird hierbei die Verwendung einer konischen Feder empfohlen.
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Um einen großen Meßbereich zu erhalten, müßte die Deformation der
konischen Feder so weit getrieben werden, daß die weiten Windungen sich bereits
berühren, so daß die Feder ein nichtlineares Deformationsgesetz befolgen würde.
Abgesehen davon, daß eine so deformierte Feder keine genauen Meßergebnisse liefern
kann, hat die axiale Windungsfeder den Nachteil eines ungleichen Verhaltens bei
Links- und Rechtsdrehung der Antriebsachse.
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Die Erfindung betrifft nun einen Geschwindigkeitsmesser für großen
Meßbereich nach dem Fliehkraftprinzip mit weiter Skalenteilung am Anfang und engerer
Teilung am Ende, bei welchem mehrere beim Ausschlag des Fliehpendels nacheinänder
unter Spannung gesetzte Federn Verwendung finden. Sie besteht darin, daß verschieden
starke Spiralfedern vorgesehen sind, deren schwächste bei zunehmender Drehzahl zuerst
zur Wirkung kommt. Je nach der Größe des Meßbereichs und der gewünschten Skalenteilung
werden die Federkonstanten der Spiralfedern und die Lagen, die den spannungslosen
Zuständen der Spiralfedern entsprechen, entsprechend gewählt. Meistens wird bei
den niederen Drehzahlen nur eine schwache Feder wirken, während die zweite, stärkere
Fender ungespannt bleibt, bis nach einem gewissen Ausschlag des Pendels ein fester
oder verstellbarer Anschlag
| auch die zweite Feder spannt, derart, daß bei |
| ",' eren Drehzahlen die Summe der beiden |
| . ".trkräfte den entsprechenden Fliehkräften |
| 'Gleichgewicht hält. |
| t":@`t n Fig. i der Zeichnung ist die Charak- |
teristik eines Kreuzpendels mit zwei verschieden starken Federn dargestellt, und
zwar die Geschwindigkeit in willkürlichen Einheiten als Ordinate und der Ausschlagwinkel
a des Pendels als Abszisse. Die Kurve a entspricht der schwachen Feder, die Kurve
b der starken und schwachen Feder zusammen. Der Winkel ai (in der Fig. i ist a1
zu 20° angenommen) entspricht dem spannungslosen Zustand der schwachen Feder, der
Winkel 22 (in der Fig. i zu 5o° angenommen) entspricht der Pendelstellung, in der
die starke Feder sich gegen den Anschlag legt, d. h. dem Beginn ihrer Wirkung. Je
nach Wahl der beiden Federkonstanten (in Fig. i ist das Verhältnis der beiden Federkonstanten
zu io angenommen) sowie der beiden Winkel a1 und x2, die dem spannungslosen Zustand
der Federn entsprechen, kann die Charakteristik verschiedenen Forderungen angepaßt
werden. Mit dieser Anordnung ist es leicht möglich, ein Verhältnis von maximaler
zu minimaler Drehzahl bis 2o : i bei großer Meßgenauigkeit im Bereich der kleinen
Drehzahlen zu erzielen.
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Wird der Drehzahlmesser mit einem Verhältnis 12 : i je Stufe ausgeführt,
so entspricht das einem Drehzahlintervall von zwei Stufen eines gewöhnlichen Drehzahlmessers
mit Verhältnis 4 : i.. Um nun die gleiche Ablesegenauigkeit zu erzielen, kann man
den Zeiger zwei Umdrehungen je Stufe ausführen lassen. Man erzielt somit noch eine
höhere Genrauigkeit, da die überbrückung, die sonst zwischen zwei Stufen notwendig
ist, wegfällt. Als Vergleich diene folgendes Beispiel:
| Drehzahlmesser mit Drehzahlverhältnis q. : i Drehzahlmesser
mit Drehzahlverhältnis i?: r |
| i. Stufe . . . . . . . . . . . . . . 25 bis Zoo U/min 1. Stufe
. . . . . . . . . . . . . . 25 bis 30o U/min |
| 2. - . . . . . . . . . . . . . . 75 - 300 - 2. - . .
. . . . . . . . . . . . 250 - 3000 - |
| 3. - .............. 250 - 1000 - 3. - ..............
2500 - 30000 - |
| 4. - ..... .... 75o - 3000 - |
| 5. - . . . .. . . . . . . . . . 2 500 - 10000 _ |
| - |
| 6. - - . . . . . . . . . . . . . . 7500 -
30000 |
Die Überbrückungen 75 bis ioo U/Min. zwischen der i. und 2. Stufe und die zwei weiteren
zwischen der 3. und 4. sowie der 5. und 6. Stufe fallen bei einem Drehzahlverhältnis
von i2 : i weg, so daß die Teilung der Skala entsprechend erweitert werden kann.
Die bauliche Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist in Fig. 2 und 3 der Zeichnung
beispielsweise für die Verwendung eines Kreuzpendels dargestellt. Die Bauart läßt
sich aber auch sinngemäß auf Fliehkraftregler anderer Art übertragen. Es ist auch
möglich,
Pendel mit mehr als zwei Federn mit verschieden großen
Federkonstanten zu bauen.
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Fig. 2 zeigt halb schematisch das hier verwendete Kreuzpendel in Draufsicht
auf die schwache Feder i, die in den Verbindungslaschen 2 und 3 der trägen Massen
4 festgehalten ist.
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Fig. 3 veranschaulicht halb schematisch. dasselbe Kreuzpendel um i8o°
gedreht in Draufsicht auf die starke Feder 5 und in Verbindung mit dem schematisch
angedeuteten Zeigerwerk Z. Das äußere Ende der Feder 5 ist durch den Bolzen 6 mit
der Massenträgerlasche 7 verbunden. Das innere Ende der Feder 5 wird durch den Bolzen
8, der in einer Platte 9 befestigt ist, gehalten. Die Platte 9 ist frei drehbar
um die Achse io und hat arrt Umfang einen Ausschnitt ii. Die Massenträgerlasche
12 trägt einen Anschlagstift 13, der sich in dem Plattenausschnitt i i bewegen kann.
Bei kleinen Drehzahlen wirkt nur die schwache Feder i, bis der Pendelausschlag so
groß ist, daß der Stift 13 an der Kante 14 des Ausschnittes i i anliegt. Steigert
man die Drehzahl darüber hinaus, dann kommen beide Federn i und 5 zusammen zur Wirkung.
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In Fig.4 ist eine Abänderung dargestellt, bei welcher der Stift 13
mit einem verstellbaren Anschlagteil versehen ist, derart, daß der Winkel, der dem
spannungslosen. Zustand der starken Feder entspricht, verändert werden kann. Der
Stift 13 trägt z. B. einen Exzenter 15, durch dessen Verdrehen der Winkel
bis zum Anschlag an die Kante 14 beliebig einstellbar ist.