-
Gerät mit hoher Eigenschwingungszahl zum Messen von Beschleunigungen
und zum Betätigen von Arbeitsvorgängen Es ist in der Technik allgemein bekannt,
vertikal gerichteten Beschleunigungskräften, wie sie z. B. bei Geschwindigkeitsänderungen
in Fahrstühlen u. dgl. auftreten, oder auch horizontal gerichteten Beschleunigungskräften,
wie sie als Fliehkräfte an umlaufenden Massen oder durch Geschwindigkeitsänderungen
bei Fahrzeugen in Erscheinung treten, durch Federkräfte das Gleichgewicht zu halten
und die dabei eintretende Dehnung der Feder zum Messen der Beschleunigungskräfte
und zur Betätigung von Arbeitsvorgängen zu benutzen. Als Gegenkraft, die mit den
Beschleunigungskräften in Wechselwirkung steht, wird oft statt der Feder auch eine
andere Gegenkraft angewandt, wie z. B. die Erdbeschleunigung bei manchen Reglerarten
für Dampfmaschinen. Auch sind Geräte zum Messen von Beschleunigungskärften bekannt,
bei denen die von einem flüssigen Medium auf einen in ihm befindlichen Körper wirkenden
Kräfte, die bei Beschleunigungen des Mediums auftreiben, benutzt werden.
-
Bei allen diesen Beschleunigungsmessern ist eine möglichst hohe Eigenschwingungszahl
erwünscht. Bei den üblichen Beschleunigungsmessern, die mit Masse und Feder arbeiten,
ist die Eigenschwingungszahl abhängig von der Größe des durch eine bestimmte Beschleunigung
hervorgerufenen Ans -schlages und ihre Beeinflussung nur durch Anwendung umständlicher
Hebelanordnungen, wie z. B. durch Übersetzungen, möglich. AN dem einfachen Beispiel
einer an einer Feder aufgehängten Masse sei dies erläutert. Die Eigenschwingungszeit
dieses Schwingungsbildes wird durch die bekannte Formel
bestimmt, in welcher m die Masse und c die Federkonstante bedeutet.
-
Entscheidend für die Eigenschwingungszeit ist also das Verhältnis
m/c @ d.h. die Größe des Ausschlages bei einer bestimmten Beschleunigung. Denn bei
Änderungen ehe es der Werte m und c ändert sich gleichzeitig auch der Ausschlag
bei bestimmten Beschleunigungen. Ein wachsender Wert für m vergrößert den Wert der
Eigenschwingungszeit bei gleichzeitig größerem Ausschlag, ein wachsender Wert für
c verringert ihn bei gleichzeitig kleinerem Ausschlag. Da aber zum Messen von Beschleunigungen
und zur Betätigung von Arbeitsvorgängen ein gewisser Mindestausschlag erforderlich
ist, so ist dadurch die Eigenschwingungszeit des Gerätes bestimmt.
-
Auch das bekannte Gerät zum Messen von Beschleunigungen, bei dem
in einem Jochstück, das mit zwei Steigrohren verbunden ist4, ein den lichten Querschnitt
des Jochstückes ausfüllender Treibkörper von anderer Dichte als das die Steigrohre
ausfüllende Medium angeordnet ist, hat eine sehr niedrige Eigenschwingungszahl.
Bei diesem Gerät wirkt sich nur die Differenz der
Dichte des Mediums
und des Treibkörpers, multipliziert mit der Beschleunigungsgröße, treibend auf die
gesamte Masse, d. h. Treibkörper und Medium, aus. Die Eigenschwingungszahl muß daher
sehr klein sein, da die treibende Kraft im Verhältnis zur Gesamtmasse sehr klein
ist.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Beschleunigungsmesser mit
sehr hoher Eigenschwingungszahl. Bei diesem Beschleunigungsmesser wird erfindungsgemäß
mit Hilfe einer Feder eine Masse in Gestalt eines leichten, z. B. Hohlkörpers, in
ein flüssiges oder gasförmiges Medium von höherem spezifischem Gewicht als das der
Masse hineingezogen. Eine Anordnung in diesem Sinne stellt z. B. Abb. i dar. In
ihr bezeichnet I ein Gefäß, das mit dem Medium 2, in diesem Falle Wasser, angefüllt
ist. 3 stellt einen Hohlkörper dar, der durch eine Feder 4 in das Medium 2 hineingezogen
wird. Das spezifische Gewicht des Hohlkörpers 3 zum spezifischen Gewicht des Mediums
2 soll sich beispielsweise wie 0,05 zu I verhalten. Daduroh wirkt an der Feder eine
Auftriebskraft, die sich zusammensetzt aus dem Eigengewicht des Hohlkörpers als
positivem und dem Gewicht des verdrängten Mediums als negativem Wert. Formelmäßig
läßt sich das Kräftespiel durch die Gleichung (m1-m2)b=-c#l ausdrücken. Hierin bedeutet
m1 die Masse des Hohlkörpers, m2 die des verdrängten Mediums, b die Erdbeschleunigung,
c die Federkonstante und l die Federdehnung. Da das Verhältnis von m1 und m2 konstant
ist in diesem Falle sich wie 0,05 zu I verhält -, so ist die Größte von b entscheidend
für die Ausdehnung der Feder. Ändert sich der Beschleunigungswert b, so muß sich
auch die Federausdehnung ändern. Die Einstellung auf den neuen Gleichgewichtszustand
geht sehr rasch vonstatten, da die überschüssige Federkraft nur die leichte Masse
mm zu bewegen hat, d. h. die Eigenschwingungszeit dieser Anordnung ist im Vergleich
zu den üblichen Anordnungen sehr gering, bei denen für den gleichen Ausschlag die
räumlich gleich große Masse mit dem spezifischen Gewicht 0,95 bewegt werden müßte,
die senkrecht an einer Feder hängend gedacht werden muß. Die Minderung des Wen tes
für die Eigenschwingungszeit bei dem angenommenen Falle würde sich, entsprechend
dem Verhältnis der beiden Wurzelwerte
durch die Division des Wertes T durch ergeben.
-
Gewiß wird das Medium dem in ihm zu bewegenden Hohlkörper Widerstand
entgegensetzen, Solange aber der Energieverbrauch zur Erzeugung lebendiger Kraft
mitbewegter Mediumsteile gering ist gegen den direkten Energieumsatz durch Flüssigkeitsreibung,
wird die Eigenschwingungszeit nur in unbedeutendem Maße erhöht. Es liegt dann eine
Dämpfung vor, die geradlinig mit der Geschwindigkeit zunimmt und die Schwingungszeit
nur um eine Größe zweiter Ordnung erhöht, solange sie nicht größer wird als die
halbperiodische Dämpfung. Es ist bei diesem Verfahren Wert darauf zu legen, den
Staudruck, der lebendige Kraft erzeugt, durch stromlinienartige Formgebung der eingetauchten
Masse gering zu halten, die Reibungsspannungen dagegen durch Wahl eines Mediums
mit hoher kinematischer Zähigkeit zu erhöhen, da sich dann meist eine zusätzliche
Dämpfung des Schwingungsgebildes, die in der praktischen Anwendung sonst stets nötig
ist, erübrigt.
-
In Abb. 1 ist ein Vertikalbeschleunigungsmesser gemäß der Erfindung
dargestellt. Es ist nur erforderlich, den Hohlkörper mit dem in Abb. II eingezeichneten
Schreibgestänge 5 zu versehen und zur Registrierung den Paptervorschub 6 anzubringen.
Diese VOrrichtung kann auch dazu benutzt werden, um bei bestimmten Vertikalbeschleunigungen
irgendwelche Arbeitsvorgänge, einzuleiten, z.B. durch Schließen eines Stromkreises,
wie in der Zeichnung angedeutet, oder durch Lösen von Sperrvorrichtungen (Klinken).
-
Die Abb. III zeigt, wie die Erfindung bei Zentrifugalb es chleunigungen
angewendet werden kann. I stellt ein mit dem Medium 2 gefülltes Gefäß dar, das auf
der mit einer Maschine gekoppelten Welle 5 befestigt ist und sich mit der Welle
dreht. Die Mitnahme des Mediums erzwingt die Scheidewand 6. In dem Medium ist wieder
ein Hohlkörper 3 angeordnet, dessen Auftrieb durch die Feder 4a aufgenommen wird.
Den Abstand vom Rande des Gefäßes bestimmt die Feder 4b Jle nach der Umlaufzahl
des Glefäßes pro Minute wird sich das Medium infolge der Zentrifugalkraft mehr oder
weniger gegen den Rand des Gefäßes drücken und dem leichten Hohlkörper 3 einen nach
der Drehachse zu gerichteten horizontalen Seitentrieb geben. Dieser Seitentrieb
wird die Feder 4b je nach der Umlaufgeschwindigkeit des Gefäßes dehnen. Die horizontalen
Bewegungen des Hohlkörpers können durch einen Seilzug oder, wie in der Zeichnung
angedeutet, durch ein Hebelgestänge 7 zum Messen der Tourenzahl - in diesem Falle
stellt das Gerät einen Geschwindigkeitsmesser dar - oder zum Betätigen irgendwelcher
Arbeitsvorgänge,
z. B. Regulieren der Tourenzahl der Maschine, benutzt werden.
-
In ähnlicher Form kann die Erfindung bei geradlinigen Horizontalbeschleunigungen
oder -verzögerungen angewandt werden, wie z. B. Abb. IV zeigt. Es bedeuten hier
wieder I ein Gefäß, das mit dem Medium 2 angefüllt ist. 3 stellt den Hohlkörper
dar, 4 die Feder, die den bei Veränderungen der Gcsvchwindigkeiten auftretenden
Kräften am Hohlkörper das Gleichgewicht hält, und 5 das Anzeige- bzw. Betätigungsgestange.
Mit einem derartigen Gerät können die Anfahrbeschleun igungen und Bremsverzögerungfen
von Fahrzeugen gemessen werden. In ein Geschoß eingebaut, kann das Gerät zur Auslösung
der Zündung bei bestinmiten Ge schwindigkeiten des Geschosses benutzt wer den, da
die Geschwindigkeit des Geschosses und der von der Geschwindigkeit abhängige Luftwiderstand,
die auf das Gerät wirkenden Verzögerungskräfte bestimmt. Bei drallos fliegenden
Geschossen, z. B. bei Minenkörpern, kann mit Hilfe eines solchen Geräts ein am Geschoß
befindliches Höhensteuer betätigt und damit Einfluß auf die Flugbahn gewonnen werden.
-
Die angeführten Anordnungen zeigen einige Beispiele, wie die vorstehend
beschriebene Erfindung angewandt werden kann. Der Vorzug eines nach dieser Erfindung
gebauten Geräts gegenüber den bisher gebräuchlichen Geräten besteht darin, daß mit
einfachen Mitteln bei den gleichen Ausschlägen hohe Eigenschwingungszahlen erzielt
werden.