DE750936C

DE750936C - Verfahren und Einrichtung zur Aufnahme einzelner oder kombinierter mechanischer Bewegungs-, insbesondere Schwingungsvorgaenge

Info

Publication number: DE750936C
Application number: DESCH118829D
Authority: DE
Priority date: 1939-07-06
Filing date: 1939-07-06
Publication date: 1945-02-03

Description

Es sind Vorrichtungen zur selbsttätigen Registrierung der Zeigerausschläge von Meßinstrumenten mittels eines von dem Zeiger im Augenblick der Registrierung zu einer festen Elektrode überspringenden Funkens bekannt, bei denen diese als Leitfläche für den Registrierstreifen ausgebildet ist, der durch den Funken durchschlagen wird, so daß bei jedem Durchschlag ein Loch in dem Papier entsteht, ohne daß die bewegliche Elektrode das Papier berührt. Die Geräte sind dabei teilweise auch so gebaut, daß nicht, wie früher üblich, die Tangenswerte der Ausschlagswinkel des Zeigers, sondern die Ausschlagswinkel selbst registriert werden, und zwar längs einer geraden Linie (Ordinate) quer zur Bewegungsrichtung des Papierstreifens. Mit derartigen Funkenregistriereinrichtungen lassen sich beliebige Vorgänge aufnehmen. Voraussetzung dafür ist jedoch, daß die Meßwerte zunächst in elektrische Stromschwankungen umgewandelt werden, welche die Einstellung des Zeigers bewirken.

Bei der Messung von Bewegungs-, insbesondere Schwingungsvorgängen ist es vielfach üblich, daß diese zunächst z·. B. durch elektromagnetische, elektrodynamische, piezoelektrische Mittel in elektrische Stromschwankungen umgewandelt und letztere hernach einem beliebigen Registrierinstrument, ζ. B. Oszillographen, zugeführt werden. Hierbei entsteht jedoch die Gefahr, daß durch diese Umwandlung Verzerrungen der Vorgänge, vor allem hinsichtlich der Phase, auftreten, und es ist daher erwünscht, daß die Vorgänge ohne derartige Zwischenschaltung elektrischer Hilfsmittel aufgezeichnet werden, wenn möglich sogar in natürlicher Größe. Andererseits ist die ebenfalls bekannte rein mechanische Registrierung mit Hilfe von Schreibstiften auch unvorteilhaft, weil wegen der Reibung der Schreibstifte o. dgl. auf dem Papier die Geschwindigkeit des Papiervorschubs beschränkt ist und auch Verzerrungen auftreten können.

Solche Unzuträglichkeiten sollen durch die Erfindung vermieden werden. Diese besteht in der Anwendung des bekannten Verfahrens der Funkenregistrierung zur Aufnahme einzelner oder kombinierter mechanischer Be-

wegungs-, insbesondere Schwingungsvorgänge nach Amplitude oder Phase oder nach bei dem in der Weise, daß die bewegliche (nj Elektrode(n) der Funkenregistriereinrichtung mit den Gliedern, deren Bewegungen aufgezeichnet werden sollen, mechanisch verbunden sind. _t

Es ist zwar eine Einrichtung zur Messung der Umdrehungszahlen von Wellen, insbesondere \*on solchen mit geringer Antriebsleistung, bekannt, bei der auf der sich drehenden Welle ein Leiter so angeordnet ist, daß er mit einem feststehenden, kugelförmigen Kontakt bei jeder Umdrehung eine Funkenis Übergangsstrecke bildet, deren Funken in einem Funkenschreiber als eine geradlinige, in der Bewegungsrichtung des Papierstreifens verlaufende Lochreihe registriert werden. Man hat jedoch bisher nicht erkannt, daß durch die entsprechende Verbindung der beweglichen Elektrode einer Funkenregistriereinrichtung mit den Gliedern z. B. eines Schiwingungssysterns, deren Bewegungen aufgezeichnet werden sollen, eine verzerrungsfreie Aufnahme der B ewegungs vorgänge nach Amplitude und Phase möglich ist.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn zur Aufnahme mehrerer mechanischer Bewegungs-, insbesondere Schwingungsvorgänge gemäß der Erfindung die den einzelnen Gliedern zugeordneten Elektrodenpaare elektrisch hintereinandergeschaltet sind; denn dies gestattet die Bewegungen, mehrerer mechanischer Organe und derenZusammenarbeit genauestens und zeitgleich aufzuzeichnen.

Denkt man sich z. B. drei voneinander isolierte Aletallplatten jede für sich als die eine Elektrode einer Funkenstrecke ausgebildet und denkt man sich weiterhin drei von einander isolierte kugel- oder halbkugelförmige Elektroden jede mit einem Organ verbunden, dessen Bewegungen aufgenommen werden saften, und befindet sich ein gemeinsamer Papierstreifen zwischen diesen Elektrodenpaaren, so müssen, wenn über die genannten Funkenstrecken eine elektrische Schwingung entladen wird, gleichzeitig drei Punkte auf dem Papierstreifen entstehen, weil in dem zwischenliegenden Papier von jeder Funken-So strecke ein Loch eingebrannt wurde.

Bewegt man dieses Papier rasch zwischen den Funkenelektroden durch, so entsteht an Stelle der einzelnen eingebrannten Löcher je eine kleine, kaum sichtbare Lochreihe, hervorgerufen durch die durchschlagenden Funken, und diese kleinen Löcher weisen keine Brandspuren auf, sondern sie sehen aus, wit- von einer feinen Nadel eingestochen.
. Man braucht also nur diese kugelartigen Funkenstreckenelektrodeu mit den Organen, derenBewegungen man aufzuzeichnen wünscht, zu verbinden. Wendet man, wie bei Funkenschreibern ebenfalls bekannt, Hochfrequenzfunken an, so werden dann die einsetzenden Funken etwa 5oomal in der Sekunde das vorbeigezogene Papier durchschlagen. Hierdurch entsteht in dem Papier eine Lochreihe von 500 Löchern pro Sekunde, durch die die zu ermittelnden Wege der bewegten Organe, an denen sich die kugelartigen Funkenelektroden befinden, genauestens und zeitgleich so aufgezeichnet werden, daß jede relative .Verschiebung zum ablaufenden Papierstreifen festgehalten wird.

Man kann jedoch auch dann zeitgleiche Aufnahmen machen, wenn voneinander getrennte Papierstreifen verwendet werden. In diesem Falle findet man die zu denselben Zeitpunkten hervorgerufenen ansprechenden Lochmarken durch Abzählen der Löcher von dem ersten Loche eines jeden Registrierstreifens aus. Besonders zweckmäßig ist es. wenn man zu Beginn und zum Ende eines jeden Versuches, solange das Papier stillsteht, durch ein kurzes Einschalten der Funkenstrecke Anfangspunkte festlegt, die infolge des mehrmaligen Funkendurchgangs an derselben Stelle deutlicher sichtbar werden.

Man kann sich also sehr wohl denken, daß eine Aufnahme, die bei der großen Papiergeschwindigkeit nur wenige Sekunden oder Bruchteile derselben beträgt, nur ein einziges markiertes Zeichen benötigt, um den gemeinsamen Zeitbeginn an jedem Aufnahmeort festzulegen. Man kann sich aber auch vorstellen, daß auf dem laufenden Papierstreifen analog den üblichen Zeitmarken in regelmäßigen Abständen mehrere solcher die Zeit bestimmender Punkte so aufgenommen werden, daß sie auf unabhängig¹ laufenden Papierstreifen zeitgleich erscheinen.

Eine besonders praktische Anwendung für die beschriebene Aufzeichnung bewegter Organe ergibt sich bei jedem schwingenden Resonanzmechanismus. Hierbei wird vorausgesetzt, daß man die Periodenzahl des erzeugenden Funkensenders allen in der Mechanik vorkommenden Geschwindigkeiten beliebig anzugleichen vermag. uo

An Hand der Fig. 1 bis 3 sollen das neue Verfahren und die zu seiner Ausführung dienenden .Mittel näher erläutert werden.

In Fig. ι ist eine Vorrichtung zur Autzeichnung der Schwingungen von vier bewegten Organen, d. h. zwei Massen, die gegeneinanderschwingen, und zwei Kopplungsorganen, die sich relativ zu den Massen mit Phasenverschiebung bewegen, dargestellt.

Fig. 2 zeigt in richtiger Darstellung das in der Fig. 1 durch die Perspektive verzerrte Kurvenbild und

Fig. 3 die Schaltung des beispielsweise benutzten Funkensenders.

In Fig. ι bedeuten Fe₁ vier bewegliche, mit Kugeln versehene Funkenstreckenelektraden, und Fe₂ sind flächenhaft ausgebildete feste Gegenelektroden. Beide sind voneinander isoliert, und es bilden jeweils eine Kugelelektrode Fe₁ und eine zugehörige Flächenelektrode .Fe₂ je eine von vier Funkenstrek-.ken; diese sind hintereinandergeschaltet.

Zwischen den Elektroden dieser Funkenstrecken gleitet ein Papierstreifen P durch, und zwar vorzugsweise so, daß er von der Kugelelektrode gar nicht berührt wird, um bei großer Geschwindigkeit nicht zerrissen zu werden.

Das Objekt, dessen Schwingungen aufgenommen werden sollen, ist in der Fig. 1 als Resonanzmechanismus dargestellt worden, bei dem zwei Sohwingeysteime (eine Masse· M₁ mit einem elastischen Mittel E₁ und eine Masse M₂ mit einem elastischen Mittel E₂) mit i8o° Phasenverschiebung gegeneinander durch zwei Antriebsorgane St₁, K₁ und St₂, K₂ in loser Kopplung erregt werden.

Die beiden 'Kopplungsfedern /C₁, K₂ werden durch eine Kurbelwelle W und zwei Kurbelstangen St₁, St₂ in an sich bekannter Weise erregt. Die beiden Massen bewegen sich hierbei mit i8o° in Richtung der Pfeile gegeneinander, und die gemeinsame Kopplung oder die beiden voneinander getrennten Kopplungen eilen mit einer Phasenverschiebung von etwa 90⁰ den zugehörigen Massen voraus.

Von Interesse ist es:

1. zu erfahren, ob die beiden Massen M₁ und M₂ genau mit i8o° Phasenverschiebung arbeiten, welchen Schwingungsverlauf und Amplitude diese Massen während der Arbeit und beim Leerlauf haben;

2. welche Phasenverschiebung während der Arbeit und während des Leerlaufes zwische;¹ der Masse M₁ und dem Kopplungsglied K₁ bzw. zwischen der Masse M₂ und.dem Kopplungsglied K₂ entsteht.

Will man das Ineinandergreifen derartiger Bewegungen einschließlich der Phasenverschiebung zwischen den Kopplungen und den Massen auf einem gemeinsamen Papierstreifen aufnehmen, so kann man dies, wie oben dargetan, durch einen Funkensender, der im vorliegenden Fall mit einer vierteiligen Funkenstrecke versehen ist, erzielen, oder man kann auch, wenn i8o° Phasenverschiebung der beiden bewegten Massen durch die Konstruktion des Resonanzmechanismus gewährleistet ist, jede Bewegungsgruppe für sich getrennt oder gemeinsam, wie beschrieben, aufnehmen. '

Dies alles gilt für beliebig viele oder wenige Glieder.

Es dürfte ohne weiteres klar sein, daß bei der beispielsweisen Anwendung eines 500-periodischen Wechselstromes, d.h. also bei der Erzeugung von je 500 Löchern in dem Papier, sehr exakte Kurven entstehen.

Die Kurven bestehen a<us nadelfeinen, glatten, durchschlagenen Löchern, die nach bekannten Plusverfahren beliebig oft kopierbar sind.

Angenommen, beide Massen wären weit voneinander getrennt, so könnte man ©ine Aufnahme des Weges von M₁ und K₁ und eines solchen von M₂ und K₂ getrennt voneinander ausführen, unter Anwendung eines einzigen oder auch von zwei getrennten Funkenkreisen.

Bei getrennten Funkenkreisen müßte dann pro Sekunde oder pro mehrerer Sekunden ein Zeitzeichen durch eine Tastvorrichtung V (Fig'· 3) iⁿ gewissen Abständen gegeben werden, die automatisch durch ein Uhrwerk gesteuert werden kann.

Natürlich kann man solche Zeitzeichen auch in beliebig anderen Abständen und insbesondere auch bei Verwendung von Funkensendern niedrigerer oder höherer Frequenz in · Anwendung bringen.

In Fig. 2 ist auf einem Papierstreifen eine Kurve der bewegten Masse M und die zügehörige Kurve des Kopplungsgliedes K bei 90° Phasenverschiebung zur Darstellung gebracht.

Fig. 3 stellt die Schaltung des Funkensenders dar, in der F die vierteilige Funkenstrecke, C der Kondensator und S die Selbstinduktionsspule, die natürlich auch als Variometer ausgebildet sein kann, ist. T ist ein Transformator und Q eine Mittelfrequenzmaschine von 500 Perioden oder eine andre Mittel- oder Hoohfrequetizenergiequelle.

V ist eine Tastvorrichtung zur Abgabe von Zeitzeichen, die den Widerstand einer Drosselspule kurzschließt oder unterbricht, um die erforderliche Wirkung zu erzielen. Natürlich kann eine solche Vorrichtung auch durch ein Zahnrad mehrfach pro Zeiteinheit unterbrochen werden, das durch ein Uhrwerk automatisch betrieben wird.

Claims

Patentansprüche:

i. Die Anwendung des bekannten Verfahrens der Funkenregistrierung zur Aufnahme einzelner oder kombinierter mechanischer Bewegungs-, insbesondere S chwingungs vorgänge nach Amplitude oder Phase oder nach beidem in der Weise, daß diebewegliche(n) Elektrode(n) (Fe₁) der Funkenregistriereinrichtung mit den Gliedern, deren Bewegungen aufgezeichnet werden sollen, mechanisch verbunden sind.
2. Einrichtung zur Aufnahme mehrerer mechanischer Bewegungs-, insbesondere Schwingungsvorgänge nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die den einzelnen Gliedern zugeordneten Elektrodenpaare elektrisch hintereinandergeschaltet sind.
3. Einrichtung zur Aufnahmt mehrerer mechanischer Bewegungs-, insbesondere Schwingungsvorgänge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Aufnahme auf demselben Registrierstreifen unterteilte Flächenelektroden (Fe₂) angeordnet sind.

Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

deutsche Patentschriften .... Nr. 405 414, 562 074, 621 611, 642 733;

V. D. !.-Nachrichten, 1931, Nr. 13, S. 3.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen