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Schwingungsprüfmaschine, auf der ein mit dem Prüfling verbundener
Hilfskörper einer Drehschwingungsbeanspruchung unterworfen wird Es sind bereits
Verfahren zum Prüfen der elastischen Eigenschaften von Werkstoffen bekannt, bei
denen ein zu prüfender Körper in einer Dauerprüfmaschine Schwingungen unterworfen
wird und während der Prüfung die für die elastischen Eigenschaften insbesondere
die Elastizität und die Dämpfung, in Betracht kommenden WIeßgröBcn gemessen und
insbesondere selbsttätig aufgezeichnet werden. Dabei soll die Belastung des Prüflings
während des Versuchs kontinuierlich bis zu einer oberen Grenze gesteigert werden.
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Sodann läßt man diese Belastung einige Zeit hindurch wirken und beobachtet
dabei den Verlauf der Dämpfungs- und Elastizitätskurven, woraus man auf die Brauchbarkeit
des untersuchten Werkstoffes bei Dauerbelastung schließen kann.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schwingungsprüfmaschine
zur Durchführung dieses Verfahrens, bei der ein Hilfskörper, beispielsweise eine
Welle. zwangsläufig über ein Getriebe einer Drehschwingungsbeanspruchung unterworfen
wird.
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Wenn der Prüfling mittels einer solchen Schwingungsprüfmaschine auf
Verdrehung oder Biegung beansprucht werden soll, so wird er in an sich bekannter
Weise. beispielsweise
mittels eines Spannkopfes, mit dem Drehschwingungen
ausführenden Hilfskörper verbunden.
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Zum Ubertragen der Drehschwingungen wird dabei mit dem freien Ende
des drehbar gelagerten Hilfskörpers ein Antriebshebel verbunden, der über ein Zwischenglied
und eine Schwinge durch ein Getriebe, z. B. mittels einer Schub- oder Pleuelstange,
in schneller Folge hin und her gedreht wird. Vorzugsweise wird die Schub- oder Pleuelstange
von einem Kurbel- oder Exzentergetriebe bewegt.
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Es sind auch schon mit Antriebshebel, Zwischenglied und Schwinge
ausgerüstete :tntriehsvorrichtungen für Schwingungsprüfmaschinen bekanntgeworden,
die eine allmähliche Änderung der Schwingungsweite während des Betriebs der Maschine
erlauben.
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Die Erfindung gelangt zu einer wesentlichen Verbesserung dieser Schwingungsprüfmaschinen,
indem sie vorsieht, daß das Zwischenglied längs der Schwinge und von deren Drehpunkt
ausgehend ohne Veränderung der Nullage des Antriebshebels verschiebbar ist. Auf
diese Weise wird ohne ebenso umständliche mie zeitraubende Nachstellungen, die zudem
nur mit einer umfangreichen, genauigkeitsbeschränkenden Zusatzapparatur erreicht
werden könnten. erreicht, daß beim Verstellen der Schwingungsweite die Phasenlage
der Schwingung des Prüflings im Verhältnis zu der des Antriebs stets die gleiche
bleibt, so daß z.B. bei einem Exzenterantrieb das Exzenter in der Nullage des schwingenden
IÇörpers stets die gleiche Bezugs lage einnimmt. Dies ist besonders wichtig, wenn
die Dämpfung des Werkstoffes aus der Phasenverschiebung zwischen der eingeleiteten
Kraft und dem Weg des schwingenden Körpers ermittelt werden soll. Wenn z. B. auf
elektrischem Wege die Wirk- und Blindkomponente der Schwingung gemessen werden soll,
so kann man in diesem Falle als phasennormal einen an den Antrieb angeschlossenen
Wechselstromgenerator benutzen oder als Antrieb einen Wechselstrom-Synchronmotor,
wobei als Bezugssystem die Phasenlage des Wechselstromnetzes dient, an das der Synchronmotor
angeschlossen ist.
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Der Antrieb der Schwinge, längs der und von deren Drehpunkt ausgehend
das Zwischenglied ohne Nullagenänderung des Antriebshebels zwecks Veränderung der
Schwingungsweite verschiebbar ist, kann z. B. mittels einer Schubstange von einem
Kurbelgetriebe aus erfolgen, so daß sich ein Bogenschubkurbelgertriebe ergibt. Dies
hat allerdings den Nachteil, daß nur dann eine genügend genau symmetrische Schwingung
erzeugt wird, wenn die Schubstange im Verhältnis zur Kurbellänge sehr groß ist.
Wenn dies z. B. aus räumlichen Gründen unerwünscht ist, kann man statt des Bogenschubkurbelgetriebes
ein Kreuzschleifengetriebe benutzen. Unter Umständen kann zum Antrieb der Schwinge
auch ein Kurbelschleifengetriebe verwendet werden.
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Die Yers.tellung des Zwischengliedes kann z. B. durch ein Schraubengetriebe
von Hand erfolgen. Um aber eine allmähliche. möglichst gleichmäßige Steigerung der
Belastung zu erhalten, ist es zweckmäßig, das betreffende Einstellgetriebe durch
einen Motor zu bewegen, der beim Erreichen der gewünschten Belastung abgeschaltet
wird. Dies geschieht vorzugsweise selbsttätig durch einen entsprechend verstellbaren
Endkontakt. der beim Erreichen der betreffenden Schwingungsweite den Motor ausschaltet.
Gegebenenfalls kann man durch Steuerung der Verstellglieder mit an sich bekannten
Mitteln die Schwingungsweite auch nach einem vorbestimmten Programm regeln.
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In manchen Fällen ist es erwünscht, eine Aufzeichnung der für die
elastischen Eigenschaften des zu untersuchenden Körpers wichtigen Meßgrößen in ihrem
Zusammenhang mit der Schwingungsweite zu erhalten.
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Zu diesem Zweck kann man ein zum Vorschub der Schreibfläche eines
entsprechenden schreibenden Meßgerätes dienendes Getriebe mit dem an der Schwinge
verschiebbaren Zwischenglied kuppeln. Dies kann auch dadurch erreicht werden, daß
der Vorschub der Schreibfläche von einem synchron mit - dem Antriebsmotor des Verstellgliedes
laufenden Rotor bewirkt wird. Da aber die Bervegung des Zwischengliedes im allgemeinen
nicht genau verhältnisgleich mit der Schwingungsweite ist. würde sich ein der Schwingungsweite
nicht verhältnisgleicher V Vorschub der Schreibfläche ergeben. Dieser Nachteil kann
durch ein Zwischengetriebe beseitigt werden, dessen Übersetzung zwangsläufig entsprechend
gesteuert wird.
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In den Figuren sind einige Nusführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Dabei ist in den Fig. 1 bis 4 angenommen, daß der Antrieb
des in Drehschwingungen zu versetzenden Hilfskörpers I von einer umlaufenden Welle
2 aus durch ein Schubkurbelgetriebe erfolgt, während bei der in Fig. 5 dargestellten
Anordnung zu diesem Zweck ein Kurbelschleifengetriebe vorgesehen ist. Der Hilfskörper
1 ist. wie hier nicht näher wiedergegeben, über einen Spannkopf mit dem Prüfling
verbunden. Bei den Ausführungen nach Fig. I bis 4 ist auf der Nntriebswelle 2 eine
Scheibe 3
befestigt, in der ein einen Kurbelzapfen 4 tragender Gleitstein
in einer Schlittenführung verschiebbar ist, um gegebenenfalls die wirksame Kurbellänge
r einstellen zu können. An den Kurbelzapfen 4 schließt sich eine Schubstange 5 an,
die mittels eines Gelenkes 6 an einer Schwinge angreift, die verschieden gestaltet
sein kann und bei den einzelnen Ausführungsbeispielen mit 7, 7a, 7b ... bezeichnet
ist.
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Älit dem freien Ende des in Drehschwingungen zu versetzenden Hilfskörpers
1 ist ein Antriebshebel fest verbunden, der bei den einzelnen Ausführungsformen
mit 8, Snx bezeichnet ist. Der Antriebshebel wird nun in jedem Fall von der Schwinge
7, 7a, 7b ... über ein Zwischenglied 9, 9a, 9b ... angetrielaien, das längs der
Schwinge, ausgehend von deren Drehpunkt 10, 10a, 10b ..., verschiebbar ist.
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In Fig. 1 ist das Zwischenglied als eine Kuppelstange g ausgebildet,
die einerseits im Punkt II an den Antriebshebel 8 angelenkt und andererseits mittels
eines Gleitsteins 12 in der Kulissenführungsbahn einer kreisförmig gebogenen Schwinge
7 verschiebbar ist, wobei die Länge der Kuppelstange 9 dem Halbmesser der Kulissenkrümmung
entspricht. Zum Einstellen ist eine in einem Bock 13 drehbar gelagerte Schraubenspindel
14 vorgesehen, mit deren Mutter 15 die Kuppelstange 9 durch eine Gelenkstange 16
verbunden ist. Durch Drehen an einem mit der Schraubenspindel 14 verbundenen Handrad
17 kann somit der Gleitstein 12 in der Kulisse der Schwinge 7 verschoben werden,
wobei sich die Lage des Antriebshebels 8 im Vergleich zu der Lage der Antriebsscheibe
3 nicht ändert.
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Um die elastischen Eigenschaften des Prüflings zu bestimmen, soll
dieser in Drehschwingungen versetzt werden, deren Schwingungsweite, mit dem Wert
Null beginnend, kontinuierlich bis zu einem Höchstwert ansteigt. Zu diesem Zweck
wird mittels des Handrades 17 die Kuppelstange 9 zunächst so eingestellt, daß das
am Gleitstein 12 angreifende Gelenk mit dem Drehpunkt 10 der Schwinge 7 zusammenfällt.
In dieser Nullage werden beim Umlaufen der Scheibe3 durch die Schubstange 5 keine
Schwingungen auf den Körper I übertragen. In dem Maß, in dein man nun durch Drehen
an dem Handrad 17 den Gleitstein 12 nach oben verschi@bt, wird der Probekörper mittels
der Kuppelstange 9 und des Antriel>shehels 8 in Drehschwingungen steigender Schwingungsweite
versetzt. Durch gleichmäßiges Drehen an dem Handrad 17 kann man somit, ohne die
Maschine stillzusetzen, die Schwingungsweite und damit die Belastung des Probekörpers
in an sich bekannter Weise kontinuierlich bis zu einem gewünschten Wert steigern.
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Bei der in Fig. I veranschaulichten Phase nimmt der Antriebshebel
8 gerade die Nulllage ein. Da die Stange I6 sowohl an ihrem oberen wie auch an ihrem
unteren Ende angelenkt ist und die Länge der Kuppelstange 9 dem Halbmesser der Kulissenführungsbahn
7 entspricht, so bewirkt eine Verschiebung der Mutter 15 nach oben oder unten lediglich
eine Schwenkung der Kuppelstange g um die in gezeichneter Lage beharrende Achse
II.
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Die Erhaltung der Nullage des Antriebshebels S gegenüber Schw-ingungsweitenänderungen
ist damit für die stillstehende Maschine offensichtlich.
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Daß die Nullage auch bei laufender Nlaschine unverändert erhalten
bleibt, weml die Schwingungsweite mittels der Spindel 14 geändert wird, geht aus
folgendem hervor: Die gegenseitige Entfernung der Punkte I0, II ist gleich der Länge
der Kuppelstange 9. Ein um dem Punkt II mit dem Radius 10-11 geschlagener Kreis
stellt eine Folge von Punkten dar, deren um sie selbst mit R = 10 ... II geschlagene
Kreise sid sämtlich im Punkt 1 1 schneiden. Dementsprechend bilden für verschiedene
Schwingungsweiten die Halbmesser des um II mit R = 10 ... II geschlagenen Kreises
jene Lagen der Kuppelstange 9, denen allesamt die in Fig. I wiedergegebene Lage
des Antriebshebels 8 entspricht, d. h. es bleibt die Nullage von 8 auch gegenüber
Schwingungsweitenänderungen bei laufender Maschine erhalten.
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Bei den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist
das Zwischenglied einerseits mit der Schwinge und andererseits mit dem Antriebshebel
unmittelbar gekuppelt.
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Dabei zeigt Fig. 2 eine kraftschlüssige und Fig. 3 eine formschlüssige
Kupplung.
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In Fig. 2 ist zu diesem Zweck eine Zugfeder 18 vorgesehen, die einerseits
an dem Ende des Antriebshebels angreift und andererseits an einem Gestell 19. In
diesem ist ein Schlitten 20 in senkrechter Richtung verschiebbar, der mit einer
waagerechten Geradführung fiir einen einen zylindrische Zapfen 9a tragenden Gleitstein
21 versehen ist.
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Mittels eines Handrades I7 und einer in dem Gestell 19 drehbar gelagerten
Schraubenspindel 22 ist der Schlitten 20 einstellbar.
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Dadurch kann der als Zwisclienglied zum Kuppeln der Schwinge 7a mit
dem Antriebshebel 8a dienende Zapfen 9a, zunächst so eingestellt werden, daß er
dem Drehpunkt 10a der Schwinge 7a gegellüberstellt. In dieser Nullage können keile
Schwingungen auf den Antriebshebel 8,, übertragen werden. Verschiebt man aber den
Schlitten 20 durch
@rehen an dem Handrad 17 nach oben. wobei ler
Zapfen 9,, längs der Schwinge 7<, gleitet, o wird die Schwingungsweite des Antriebs-@ebels
8a und damit auch die des Hilfskör-@ers 1 kontinuierlich gesteigert.
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Die Ausführungsform nach Fig. 3 untercheidet sich von der in Fig.
2 dargestellten inerseits dadurch, daß der Antriebshebel 8b nittels des Zwischengliedes
9b zwangsläufig nit der Schwinge 7b gekuppelt ist, und an-@ererseits dadurch, daß
das Zwischenglied an @em durch die Schraubenspindel 14 einstell-@aren Glied 15 nicht
rechtwinklig zur Eintellrichtung geradegeführt. sondern mit inem Schwinghebel 23
verbunden ist, der n dem verschiebbaren Einstellglied 15 so geagert ist, daß das
Zwischenglied 9b im weentlichen rechtwinklig zur Einstellrichtung chwingt.
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Zur formschlüssigen Kupplung des Zwichengliedes 9b mit der Schwinge
7b und dem Antriebshebel 8b trägt das Zwischenglied 9b wei Zapfen 24, 25, die unmittelbar
oder @ittels Gleitsteine in Ausnehmungen der @chwinge 7b bzw. des Antriebshebels
8b verchiebbar sind. Im übrigen wirkt die Anrdnung in der gleichen Weise wie die
in ig. 2 dargestellte. Statt der Anordnung ach Fig. 3 können die schwingenden Hebel
o und Sb auch hintereinander angeordnet in. wobei das Zwischenglied nur einen in
ie Ausnehmungen 1 beider Heliel eingreifenen Gleitstein enthält.
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In den Fig. 4 und 5 sind Ausführungsbei-@iele dargestellt, bei denen
der Antrieb des @rehschwingungen ausführenden Hilfskörers nach Art eines Conchoidengetriebes
er-Dlgt. Dabei ist die mit gleichbleibendem @ub bewegte Schwinge 7c bzw. 7d an dem
eien Ende des Antriebshebels 8c bzw. 8d rehbar gelagert, und das Zwischenglied 9c
zw. 9d ist einerseits, ausgehend von dem @rehpunkt 10c bzw. 10d der Schwinge, längs
ieser verschiebbar und andererseits an nem Einstellglied 26 bzw. 26a drehbar gegert,
das in einer durch den Drehpunkt des ntriebshebels gehenden Richtung verschieb-Ir
ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, aß die Einstellung an einem Punkt erfolgt.
r an den Schwingungen nicht teilnimmt.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung nd in einem Gestell 27
zwei Schrauben-@indeln 28 drehbar gelagert, die über Kegel-@der 29 mit gleicher
Übersetzung von einem lektromotor 30 angetrieben werden können. as Einstellglied
26 besteht aus zwei mit @tsprechendem Gewinde versehenen Backen, c das Lager für
das zylindrische Zwischenied 9c bilden und in dem Gestell 27 ver-@hiebbar sind.
Das Zwischenglied 9c ist mit ner Querbohrung versehen, in der die Schwinge 7 geführt
ist. Diese ist über das Gelenk 10 hinaus verlängert und im Punkt 6 mit der Schubstange
5 gelenkig verbunden Dabei sind die Hebellängen des so geliildeten Conchoidengetriebes
vorzugsweise so gewählt, daß der Punkt 6 beim Drehen der Scheibe 3 annähernd geradegeffihrt
wird.
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Wenn man durch Drehen der Spindeln 28 das Einstellglied 26 so weit
verschiebt, daß der Mittelpunkt 31 des zylindrischen Zwischengliedes 9 mit dem Drehpunkt
zwischen Schwinge 7 und Antriebshebel 8c in dessen Mittelstellung zusammenfällt,
wobei der Drehpunkt 10c in die mit 10c' bezeichnete Lage kommt, so erhält man die
Nullage, in der keine Schwingungen auf den Körper 1 übertragen werden. Bewegt man
nun das Einstellglied 26 so, daß der Punkt M sich längs der Strecke 10c'-M nach
unten verschiebt, so nimmt die Schwingungsweite stetig zu. wobei sie sich theoretisch
einem Endwert, närhlich dem Ausschlag der Antriebskurbel, nähert. Würde man den
Punkt M von der Nullage aus nach oben verschieben, so würde man einen um 180° in
der Phase verschobenen Ausschlag erhalten, der theoretisch den Wert Unendlich erreicht,
wenn der Punkt M in gleicher Höhe ist wie das Gelenk 6.
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In Fig. 4 ist nun weiter ein Endkontakt 31 vorgesehen, durch den
der Rotor 30 nach dem Erreichen eines gewünschten Betrages der Schwingungsweite
stillgesetzt wird. Zu diesem Zwed: ist eine entsprechende Kontaktfederanordnung
an einem Gleitstück 32 befestigt, das in dem Gestell 27 verschiebbar ist und durch
Drehen an einer im Gestell gelagerten Schraubenspindel 33 mittels eines Handrades
34 eingestellt werden kann. Mit dem Einstellglied 26 ist ein Arm 35 verbunden, der
einen zum Öffnen des Kontaktes 3 1 dienenden Fortsatz 36 trägt. Wenn nun durch Schließen
eines Schalters 37 der Motor 30 an eine Stromquelle 38 angeschlossen wird. so werden
die Schraubenspindeln 28 gedreht. so daß sich der Mittelpunkt M des Zwischengliedes
9c, ausgehend von de-: Nulllage 10c', allmählich abwärts bewegt, bis der Fortsatz
36 den Kontakt 31 öffnet und damit den Motorstromkreis unterbricht.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform wird die Schwinge
7d ohne Zuhilfenahme einer Kuppelstange unmittelbar von der Welle 2 aus nach Art
eines Kurbelschleifengetriebes mitgenommen. Dabei ist der Kurbelzapfen 4 der Antriebskurbel
lings der Schwinge 7d des Conchoidengetriebes geführt. Zu diesem Zweck ist die Schwinge
7d mit einer durchgehenden Führungsbahn für den Gleitstein 9d und einen den Kurbelzapfel;
4 tragenden Gleitstein 39 versehen.
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Der .Gleitstein 9d ist im Punkt M an einem Einstellglied 26d drehbar
gelagert, der mit tels einer in einem Gestell 41 gelagerten, von einem Motor 42
anzutreibenden Schraubenspindel 43 verschoben werden kann.
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Wenn die auf der Welle 2 befestigte Scheibe 3 umläuft, so beschreibt
der Kurbelzapfen 4 einen Kreis, wobei der Antriebshebel 8d durch die Schwinge 7d
in Drehschwingungen versetzt wird, deren Schwingungsweite, ähnlich wie bei dem in
Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, durch Drehen der Schraubenspindel 43 verändert
werden kann. Auch hier ergibt sich eine Schwingungsweite Null, wenn der Punkt M
mit der Mittelstange 10d' des Drehpunktes IOl zusammenfällt.
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In Fig. 5 ist nun noch der Fall angedeutet, daß die für die elastischen
Eigenschaften des Probekörpers in Betracht kommenden Meßgrößen im Zusammenhang mit
der Schwingungsweite aufgezeichnet werden sollen. Zu diesem Zweck ist ein Elektromotor
44 vorgesehen, der mit einem Vorschubgetriebe 45 für einen Schreibstreifen 46 gekuppelt
ist. wobei die zum Aufzeichnen dienenden Meßgeräte nur durch eine Schreibfeder 47
angedeutet sind.
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Gm nun einen der Schwingungsweite des Antriebshebels Qd verhältnisgleichen
Vorschub zu erhalten, ist mit dem Vorschubgetriebe 45 das Regelglied 48 eines Widerstandes
49 so gekuppelt, daß der Widerstandsbetrag dem Vorschub verhältnisgleich ist. Der
regelbare Widerstand 49 wird in einer Brückenschaltung, durch deren Diagonalstrom
der Elektromotor 44 über ein Relais 50 gesteuert wird, mit einem zweiten regelbaren
Widerstand 51 verglichen, dessen Betrag von dem verschiebbaren Zwischenglied 9d
so gesteuert wird, daß der Vorschub der Schwingungsweite des Antriebshebels 8d verhältnisgleich
ist.
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Zu diesem Zweck ist mit dem Einstellglied 26,, ein Kontaktarm 52
verbunden, der das Regelglied des Widerstandes 51 bildet. Der Widerstandsdraht ist
nun auf einen Körper solcher Gestalt aufgewiclçelt, daß der Widerstandsbetrag der
einzelnen Windungen nach dem für das betreffende Getriebe geltenden Zusammenhang
zwischen der Verschiebung des Punktes i längs der Strecke 10d'-M und dem zugehörigen
Betrag der Schwingungsweite des Antriebshebels Sd bemessen ist.
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Die durch eine Stromquelle 53 gespeiste Brückenschaltung besteht
einerseits aus zwei festen Widerständen 5ß, 55 und andererseits aus den beiden regelbaren
Widerständen 51 und 49. Das in der Meßdiagonale liegende Relais 50 ist als polarisiertes
Relais angedeutet, dessen nicht gezeichnetes bewegliches Glied den Rotor des an
eine Wechselstromquelle 56 angeschlossenen Elektromotors 44 je nach der Richtung
des Ausschlages in der einen oder anderen Drehrichtung umlaufen läßt.
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Nimmt man z. B. an, daß die Widerstände 54 und 55 gleich groß sind
und daß in der Nullage des Getriebes, wenn M und 10d' zusammenfallen, auch die Beträge
der Widerstände 51 und 49 gleich groß sind. so ist die Brücke abgeglichen, und die
Wicklung des Relais 50 ist stromlos, so daß der Motor 44 stillgesetzt ist. Wenn
nun der Motor 42 den Kontaktarm 52 verschiebt, so wird der Betrag des Widerstandes
51 größer. Die Folge davon ist ein Diagonalstrom in der Wicklung des Relais 50,
wodurch der Rotor des Motors 44 die Schreibfläche 46 verschiebt und zugleich den
Kontaktarm 48 so lange verstellt, bis der Betrag des Widerstandes 49 wieder gleich
dem Betrag des Widerstandes 51 ist. Auf diese Weise wird der Vorschub stets so geregelt,
daß die Beträge der Widerstände 49 und 51 gleich groß bleiben. Da nun der Betrag
des Widerstandes 51 der Schwingungsweite verhältnisgleich ist, so gilt dies auch
für den Vorschub des Schreibstreifens 46.