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Optischer Drehschwingungsmesser Die Erfindung bezieht sich auf optische
Drehschwingungsmesser mit zwei miteinander federnd gekoppelten, gleichförmig bzw.
ungleichförmig umlaufenden Teilen, bei denen der Schwingungsvorgang als Polarschaubild
auf einem Schirm dargestellt wird. Bei den bekannten Geräten dieser Art ist der
als Geber dienende, durch die Relativbewegungen der beiden umlaufenden Teile gesteuerte
Spiegel in umlaufenden Gerät eingebaut, während, alle übrigen für die Bildaufzeichnung
notwendigen Teile, die Lampe, das Linsensystem nebst Umlenkspiegel und der Schirm,
außerhalb des Geräts aufgebaut werden müssen. Dieser Umstand hat verschiedene Nachteile
zur Folge.
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Der für den Aufbau dieser Teile lerforderliche Platz steht in vielen
Fällen, z. B. bei der Prüfung von Motoren auf Booten, Lolomotiven lo. dgl., nicht
zur Verfügung. Der Aufbau und die Einstellung dieser Teile sind sehr umständlich
und schwierig, denn der von der Lichtquelle ausgesandte und durch die Optik gebündelte
Lichtstrahl muß nicht nur genan auf die Mitte des umlaufenden Geräts gerichtet sein,
sondern er muß auch nach seiner Umlenkung durch den feststehenden Umlerk spiegel
genau parallel zur Drehachse des Drehschwingungsmessers, d. h. genau in dieser Achse
verlaufen. Für diese Einstellarbeit, die bei jeder Messung neu geleistet werden
muß, hat der Prüfende meistens weder Zeit noch die unbedingt erforderliche Ruhe.
Trifft der Lichtstrahl infolge fehlerhafter Einstellung außerhalb der Mitte auf
das Gerät, dann trifft er den Spiegel entweder überhaupt nicht oder, bei exzentrisch
angeordnetem Spiegel, nur einmal
während jeder Umdrehung. Trifft
der Lichtstrahl das Gerät zwar in der Mitte, aber nicht in Achsrichtung, sondern
schräg. daun tritt mindestens eine maßstäbliche Verzeichnung des Vorgangs auf dem
Schirm ein oder, falls der Lichtstrahl von dem zentralen Spiegel auf weitere Spiegel
oder Prismen innerhalb des umlaufenden Geräts geleitet wird, werden diese Spiegel
oder Prismen nur an zwei Punkten während eines Umlaufs troffen.
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Diese Nachteile sind erfindungsgemäß dadurch behoben worden, daß
auch die Lichtquelle, das Linsensystem und der Schinn innerhalb des Meßgerätes angeordnet
sind, Da -durch wird nur ein einziges Mal, nämlich bei der Herstellung des Geräts,
eine Einstellarbeit erforderlich, und das Gerät ist dann zu jeder Zeit ohne weiteres
meßbereit.
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Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes gegenüber den bekannten
Geräten besteht darin. daß die Koppelfeder, mittels der der gleichförmig umlaufende
Teil mit dem ungleichförmig bewegten gekoppelt ist. zugleich als Geber ausgebildet
ist, indem sie den Spiegel trägt. durch dessen Bewegung das Polarschaubild auf dem
Schirm dargestellt wird. Die bekannten Geräte verwenden für die beiden Funktionen
getrennte Bauteile, so daß ihr Platzbedarf und ihr Gewicht größer sind als bei einem
nach der Erfindung ausgebildeten Gerät. Durch den größeren PLatzbedarf und das größere
Gewicht wird aber die Handlichkeit derartiger Geräte maßgebend beeinflußt. Die kleineren
Abmessungen der zugleich als Geber ausgebildeten Koppelfeder sind besonders dann
von Vorteil, wenn in dem Gerät selbst noch die Lichtquelle. das Linsensystem und
der Schirm untergebracht sind.
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In der Zeichnung ist ein Ausführu'ngsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Fig. I ist ein Idealschnitt, der die Anordnung des Prismas u2, des Spiegels v und
des Schirmes w zeigt. Fig. 2 ist ein Schnitt nach der gebro chenen Ebene A-B der
Fig. 3- wobei die Teile u2, v, w nicht dargestellt sind. Fig.3 ist eine Stirnansicht
bei weggelassenem äulierem Teil des Gehäusesb.
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Mit der Welle a ist das Gehäuse ö des Drehschwingungsmessers starr
verbunden, das infolgedessen die Drchschwingungen der Welle a unverzerrt mitmacht.
RIit dem Gehäuse ist eine träge SIassec mittels der Feder s weich gekoppelt, so
daß diese Masse die Drehschwingungen des Gehäuses nicht mitmachen kann und daher
gleichförmig umläuft. Die Feder s ist mit dem Teil b' des Gehäuses direkt u-nd mit
der Masse c unter Zwischenschaltung einer an den Knaggen c1, c dieser Masse angreifenden
weichen Lenkerfeder t verbunden. Die zwischen b und c auftretende Relatirverdrehung
bewirkt eine Verformung der Feder s entsprechend den gestrichelten Linien (Fig.
3 und dadurch die Drehung eines an dieser Feder befestigten Spiegels.
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Innerhalb des Gehäuses ist in einer Bohrung der trägen Masse c eine
Lichtquelle k angeordnet. Ein von dieser ausgehender und durch die ebenfalls innerhalb
des Gehäuses in der trägen Masse angeordnete Optikl gebündelter Lichtstrahl wird
durch den Umlenkipiegel n1 auf den Meßspiegel e und von diesem auf das Prisma «2
und den radial zum Meßgerät angeordneten Spiegel v (Fig. 3a) gelenkt. der ihn achsparallel
umlenkt und auf den mit dem Gerät umlaufenden Schirm (Mattscheibe) w wirft, wo er
eine ringförmige Spur q aufzeichnet, Wenn zwischen, b und c keine Relativverdrehung
vorhanden ist. so ist diese Spur ein Kreis. Beim Auftreten von Drehschwingungen
überlagern sich diesem kreis radial gerichtete Schwingungen, deren Amplituden ein
Maß für den Drehschwingungsausschlage sind und deren Zahl über den Umfang die Ordnung
der Drehschwingung kennzeichnet. Da die Perioden zahl der Drehschwingung über den
Verlauf von einer oder höchstens zwei Umdrehungen ganzzahlig ist. entsteht auf dem
Schirm ein Bild gemäß Fig. 4 oder 5. Wenn die Maschine im Beharrungszustande gefahren
wird und es liegt eine Resonanz vor, dann stehen diese Bilder für das Auge unbeweglich
im Raum. Man erkennt dann zunächst sofort, ob es sich um eine geradzablige (Fig.
4) oder eine ungeradzahlige Resonanz (Fig. 5) handelt.
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Im ersten Falle entsteht nämlich ein Linienzug. der sich bereits nach
einer Umdrehung, im zweiten Falle ein solcher, der sich erst nach zwei Umdrehungen
der Welle schließt.
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Durchfährt man mit der Maschine, von niedrigen oder hohen Zahlen beginnend,
den Stretlbereich einer Resonanz, dann nimmt die Schwingungsamplitude der sternartigen
Figur zunächst zu. um nach dem Erreichen eines Größtausschlages wieder abzunehmen,
d. h. aus der kreisförmigen Spur. die dem resonanzlosen Zustande entspricht, beginnt
sich ein Stern zu entwickeln, der jenseits der Resonanzdrehzahl wieder zusammenschrumpft,
um dann bei weiterer Veränderung der Drehzahl einem neuen Stern mit anderer Zackenzahl
Platz zu machen. Zur Ermittlung der Resonanzlagen genügt es, die Drehzahlen, die
der größten Ausbildung der Sterne entsprechen, in der Versuchsniederschrift zu vermerken.
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Eine. Aufzeichnung ist also im allgemeinen nicht erforderlich. Will
man auch die Größe des Schwingungsausschlages ermitteln, so kann man diesen an einem
auf dem Schirm w aufgezeichneten Polarkoordinatennetz r ebenfalls ablesen.