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Vorrichtung zur Erzielung ;einer linearen Anzeige bei der Messung
nichtlinear wachsender Größen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzielung
einer linearen Anzeige für Meßwerke, bei denen eine nichtlineare Beziehung zwischen
der Meßkraft und der gesuchten Größe besteht. Es ist z. B. bekannt, die Fahrgeschwindigkeit
v eines Schiffes aus dem dynamischen Druck p der Wasserströmung auf Grund der Beziehung
p - 1/2 g d v2 (d = Dichte des Wassers, g = Erdbeschleunigung) zu bestimmen. In
diesem Falle besteht eine quadratische Beziehung zwischen der Meßkraft des dynamischen
Druckes und der gesuchten Größe. Soll die Anzeigeskala für die Fahrgeschwindigkeit
eine lineare Teilung aufweisen, so muß der Geschwindigkeitsmesser mit einer Radiziervorrichtung
versehen sein, die aus dem als Meßkraft dienenden dynamischen Druck den Wurzelwert
ermittelt. Zu diesem Zwecke sind Flüssigkeitsmanometer bekanntgeworden, bei denen
die Radizierung durch geeignete Formgebung des Manometerrohres erfolgt; bei Meßwerken
nach der Kompensationsmethode erfolgt die Radizierung durch eine Vorrichtung, die
bei linearer Verstellung eine quadratisch wachsende Kompensationskraft erzeugt.
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Nachteilig ist bei der letztgenannten Methode, daß für die veränderlichen
Kompensationskräfte Steuervorrichtungen erforderlich sind, welche die Ixompensationskraft
in solchem Sinne und so lange beeinflussen, bis Gleichgewichtszustand (Meßkraft=E;ompensationskraft)
erreicht ist. Diese Steuervorrichtungen sind eine zusätzliche Anordnung, durch welche
der bauliche Aufwand vergrößert und die Betriebssicherheit verringert wird. Bei
dem Flüssigkeitsmanometer wächst die erforderliche Bauhöhe des Nianometerrohres
bei höheren dynamischen Drücken in solchem Maße, daß die Unterbringung in höhenbeschränkten
Räumen, z. B. auf Schiffen, unmöglich wird.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzielung einer linearen
Anzeige für nichtlinear anzeigende Meßwerke mit einem durch das Meßwerk innerhalb
einer von Wechselstrom durchflossenen, feststehenden Stromspule beweglichen Eisenkern
von einer die lineare Anzeige ermöglichenden Formgebung; das wesentliche Kennzeichen
der Erfindung besteht darin, daß sowohl die Stromspule in einen Eisenmantel eingebettet
ist, als auch der Eisenkern an seinem einen Ende eine scharf abgesetzte erhebliche
Verstärkung seines Querschnittes aufweist und daß außerdem der Eisenkern in an sich
bekannter Weise mit dem Anzeigeorgan verbunden ist.
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Es ist ein Dampf- und Flüssigkeitsmesser bekannt, bei dem das zu
messende Medium beim Durchströmen des Meßgerätes einen Kegel anhebt und dadurch
eine entsprechende Bewegung des Tauchkernes einer wechselstromdurchflossenen Spule
hervorruft. Der Tauchkern verändert den induktiven Widerstand des Stromkreises und
ist so geformt, daß ein im Stromkreis liegender elektrischer Zähler die jeweilige
Menge des Dampfes oder der Flüssigkeit richtig anzeigt. Die Meßkraft wirkt bei dieser
bekannten Anordnung also nicht auf den Eisenkern ein; die zwischen Eisenkern und
Spule vorhandenen Zugkräfte sind sogar störend und müssen daher möglichst gering
gehalten werden. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird dagegen die unmittelbar
am Eisenkern angreifende Meßkraft durch die gleich große Zugkraft des Elektromagneten
kompensiert; der Magnet muß also bedeutende Zugkräfte entwickeln.
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Der Hub des Magneten selbst liefert schon das gewünschte lineare Maß;
die Radizierung bzw. die gewünschte Funktionsbeziehung wird durch die Ankerbewegung
an sich erhalten.
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Eine solche Anordnung ist zur Erzielung der linearen Anzeige aber
nur dann brauchbar. wenn erfindungsgemäß die Stromspule in einen Eisenmantel eingebettet
und der Eisenkern in der oben angegebenen Weise ausgebildet ist.
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Es ist ferner ein Strömungsmengenmesser mit von der Strömung in einem
Mefikanal getragenen Schwebekörper oder Schwimmer bekannt, bei dem die Anzeige mittels
einer vom Stande des Schwimmers beeinflußten Induktionsspule erfolgt. Wird der Schwimmer
hohl ausgebildet, so kann man der Spur seiner innenwand einen solchen Verlauf geben
und den Kraftlinienfluß dadurch derartig beeinflusses, daß die am elektrischen Strommesser
befindliche Skala eine gleichmäßige Teilung aufweist. Dieses Meßgerät beruht also
ebenso wie der vorerwähnte Dampf- und Flüssigkeitsmesser auf der Strommessung in
einer Induktionsspule und weist nicht die erfindungsgemäßen Merkmale auf.
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Schließlich ist noch ein den Brennstoffverbrauch von Fahrzeugen anzeigendes
Meßgerät bekannt, bei dem der von dem strömenden Brennstoff auf eine Meßscheibe
ausgeübte Druck durch die Zugkraft eines Elektromagneten kompensiert wird. Um lineare
Anzeige zu erreichen, wird der Elektromagnet durch eine Dynamomaschine erregt, die
von den Achsrädern des Fahrzeuges angetrieben wird, so daß die erzeugte Stromstärke
der Drehzahl proportional und somit die Zugkraft des Ankers dem Ouadrat der Fahrgeschvindigkeit
proportional ist. Andererseits ist der Flüssigkeitsstrom auf die Meßscheibe dem
Quadrat der Durchflußgeschwindigkeit proportional, so daß die Bedingung für lineare
Anzeige erfüllt ist. Die mit dieser Einrichtung erreichte Radizierung liegt somit
in der Charakteristik derDynamomaschine begründet, während die Charakteristik der
Elektromagneten keine Rolle spielt.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in ihrer Anwendung nicht auf
Fahrtmesser oder Radiziervorrichtung beschränkt, sie ist vielmehr überall da anwendbar,
wo eine nichtlineare Beziehung zwischen der Meßkraft und der gesuchten Größe besteht
und lineare Anzeige gewünscht wird.
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Wie aus den weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispielen und
den Figuren der Zeichnung hervorgeht. zeichnet sich die neue Vorrichtung durch eine
einfache, betriebssichere und solide Bauart aus, die vor allen Dingen auch für rauhe
Betriebsverhältnisse, z. B. in der Schiffahrt, geeignet ist. Ein anderer Vorteil
der Erfindung liegt darin, daß sich die Vorrichtung leicht so ausbilden läßt, daß
eine elektrische Fernübertragung der Auzeigewerte in bequemer Weise möglich ist.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.
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Die Fig. I und 2 sowie das Diagramm Fig. 3 dienen zur grundsätzlichen
Erläuterung der
Erfindung; Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel
in schematischer Darstellung. Ein zweites Ausführungsbeispiel in genauerer Darstellung
ist in den Fig. 5 bis 7 gebracht, während Fig. 8 eine Einzelheit dazu wiedergibt.
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Fig. I zeigt einen Elektromagneten bekannter Bauart. Auf einem Hohlzylinder
2 aus Pappe, Holz od. dgl. ist die Stromspule I aufgebracht, während sich im Innern
des Hohlzylinders ein Anker in Gestalt des Eisen, kernes 4 befindet. Der Strom für
die Erregung des Magneten wird mittels der Drähte 3 zugeführt. Die gezeichnete Stellung,
bei der sich der Eisenkern in der Mitte der Spule befindet, stellt die Gleichgewichtslage
des Magneten dar. Auf den Eisenkern werden in dieser Lage, wenn von der Schwerkraft
abgesehen wird, keine Kräfte ausgeübt. Um den Eisenkern aus dieser Stellung in seiner
Achsrichtung zu verschieben, ist im Erregungszustande des Magneten eine Zugkraft
erforderlich. Für die gezeichnete Form des Elektromagneten stellt die Gleichstromerregung
etwa die Kurve a der Fig. 3 den Zusammenhang zwischen Ankerhub und Zugkraft dar.
Mit wachsender Verschiebung des Ankers aus seiner Mittellage steigt die Zugkraft
zunächst etwa linear, erreicht dann ein Maximum und fällt bei weiterer Vergrößerung
des Hubes wieder ab. Wird aber der Magnet mit Wechselstrom erregt, so wird infolge
der Änderung des induktiven Widerstandes beim Bewegen des inneren Eisenkernes die
Zugkraft als Funktion des Ankerhubes etwa durch die Kurve b dargestellt. Die Kurve
b hat nahezu den Verlauf einer Parabel; nur für kleinen Ankerhub weicht sie von
dieser Gestalt gemäß der gestrichelt gezeichneten Kurve ab.
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Man kann nun durch geeignete Ausbildung des Magneten, durch richtige
Bemessung und Formgebung seiner einzelnen Bauteile den Kraftlinienverlauf in nahezu
jeder gewünschten Weise beeinflussen. Wesentlich ist, daß die Stromspule des Magneten
in einen Eisenmantel eingebettet ist und der Eisenkern an seinem einen Ende eine
scharf abgesetzte erhebliche Verstärkung seines Querschnittes aufweist. Der Abstand
dieser Verstärkung von der Magnetwicklung und seine Formgebung wirken in besonders
starkem Maße auf den Kraftlinienverlauf ein. Der Eisenmantel ist zweckmäßig an dem
der Querschnitts änderung des Ankers gegenüberliegenden Ende mit einer Aussparung
versehen, deren lichte Weite größer ist als der normale Querschnitt des Ankers.
Die aus den einzelnen Faktoren resultierende Gesamtwirkung muß im wesentlichen empirisch
bestimmt werden. Durch die vielseitige Beeinflussungsmöglichkeit des Kraftlinienverlaufes
ist es möglich, die Beziehu'ngen zwischen Ankerhub und Zugkraft nach dem Parabelgesetz
wie auch nach beliebigen anderen mathematischen Funktionen verlaufen zu lassen.
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Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Elektromagneten, bei
dem die Zugkraft mit wachsendem Hub quadratisch zunimmt so daß er also für eine
Radiziervorrichtung Verwendung finden könnte. In dem Eisenmantel 6 ist die Stromspule
I eingebettet, die von Wechselstrom durchflossen wird. Der Anker ist in seiner Mittellage
gezeichnet. Er besteht aus einem zylinderförmigen Kern 4, der an seinem Kopf 4 eine
scharf abgesetzte erhebliche Verstärkung 5 des Querschnitts aufweist. Der kreisringförmige
Boden 7 des Eisenmantels 6 ist mit einer Aussparung versehen, deren lichte Weite
größer ist als der normale Querschnitt des Kernes. Hierdurch wird der Kraftlinienverlauf
in der Spule maßgebend mitbestimmt.
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Die Benutzung eines erfindungsgemäßen Elektromagneten nach Fig. 2
als Radiziervorrichtung für einen Fahrtmesser nach dem Staudruckprinzip zeigt die
schematische Anordnung der Fig. 4. Der zu messende dynamische Druck wird einem in
dem Zylinder 8 beweglichen Kolben 9 zugeführt. Zu diesem Zweck steht ein in den
oberen Zylinderdeckel mündendes Rohr 10 mit dem Anschluß eines Pitotrohres in Verbindung,
mit dem der Gesamtdruck (statischer Druck + dynamischer Druck) der Wasserströmung
ermittelt wird, während ein in den unteren Zylinderdeckel einmündendes Rohr 11 an
dem anderen Anschluß des Pitotrohres für den statischen Druck liegt.
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Es resultiert also eine dem dynamischen Druck verhältnisgleiche Kraft,
die den Kolben nach unten zu ziehen sucht. Die bewegende Kraft des Kolbens wird
mittels eines Seiles 14 und der Rollen I2, I3 auf den Anker 4 des erfindungsgemäßen
Elektromagneten geleitet und hat dabei die von der Stromspule I auf den Anker 4
ausgeübte Zugkraft zu überwinden. Im Gleichgewichtszustand ist die durch den dynamischen
Druck bewirkte Kraft gleich der Zugkraft des Magneten. Wie oben beschrieben wurde,
nimmt die Zugkraft des Elektromagneten quadratisch zu, wenn der Ankerhub linear
zunimmt. In derselben Weise wächst auch der dynamische Druck mit der Fahrgeschwindigkeit.
Demnach ist die gesuchte Fahrgeschwindigkeit verhältnisgleich dem Hub des Eisenkernes.
Zu deren Ablesung kann die Rolle I3 mit einem Zeiger I5 versehen werden, der vor
der Skala I6 spielt. Die Skala I6 kann direkt in Knoten Schiffsgeschwindigkeit geeicht
werden und weist lineare Teilung auf.
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Die in Fig. 4 schematisch dargestellte Anordnung der Radiziervorrichtung
wird im allgemeinen
einen zu geringen Meßbereich umfassen. Eine
Vergrößerung des Meßbereiches läßt sich erzielen, wenn mehrere mit entsprechenden
Stromspulen zusammenwirkende Tauchkerne an einem gemeinsamen Stellglied angeordnet
sind, wobei jedoch die einzelnen Eisenkerne nicht in magnetischer Verbindung stehen
dürfen. Eine räumlich besonders vorteilhafte Ausbildung der Anordnung erhält man,
wenn die Stromspulen auf einem Kreis angeordnet sind und das unter der Einwirkung
der Meßkraft stehende Stellglied als sternförmiger drehbarer Körper ausgebildet
ist, an dessen Dreharmen die in die Stromspulen eintauchenden Eisenkerne befestigt
sind.
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Eine nach diesen Gesichtspunkten entworfene Radiziervorrichtung für
einen Fahrtmesser nach dem Staudruckprinzip zeigt das in den Fig. 5 bis 8 dargestellte
Ausführungsbeispiel. Fig. 5 zeigt diese Vorrichtung im Schnitt, Fig. 6 ist eine
Ansicht von rechts in bezug auf die Fig. 5, Fig. 7 eine Ansicht von links. Auf der
rechten Seite der Stützwand I7 (Fig. 5) sind die Stromspulen mit den Magneten angeordnet,
links befindet sich der hydraulische Teil, nämlich die Zylinder mit den Tauchkolben,
auf die statischer und dynamischer Druck der Wasserströmung wirken.
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Es sei zunächst an Hand der Fig. 5 und 6 der elektrische Teil der
Vorrichtung, nämlich die Stromspulen mit den Eisenkernen beschrieben. An einer Stützwand
17 ist das Achslagergehäuse I8 befestigt, in dem die Achse 19 mittels Kugellager
20 und 2I gelagert ist. Es sei angenommen, daß die Radiziervorrichtung aus vier
Elektromagneten besteht; demgemäß ist auf der Achse 19 ein sternförmiger, drehbarer
Körper vorgesehen, der die Form eines Drehkreuzes 22 hat. Am Ende eines jeden der
vier Dreharme sitzen die Eisenkerne 23 bis 26, die mit Rücksicht auf die Drehbewegung
kreisbogenförmige Gestalt haben. Der Mittelpunkt für diese Kreisbögen liegt in der
Drehachse 19. Die Eisenkerne werden zweckmäßig mit ihren Köpfen 27 bis 30 an die
Dreharme angeschraubt oder angenietet. Die zugehörigen Stromspulen 31 bis 34 sind
auf einem entsprechenden Kreis angeordnet und mittels Winkel 35 an der Stützwand
I7 befestigt. Die Wicklung der Spule kann der Kreisbogenform der Eisenkerne angepaßt
sein. Die soweit beschriebene Ausbildung der Vorrichtung hat jedoch den Nachteil
der Unempfindlichkeit im Nullbereich der Messung, so daß bereits zum Ankerhub Null
eine wenn auch nur geringe Zugkraft des Magneten gehört. Die Kurve b der Fig. 3
beginnt deshalb nicht im Nullpunkt des Koordinatensystems, sondern hat zunächst
den gestrichelt gezeichneten Verlauf.
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Diesen Nachteil kann man beheben, wenn bei der Ausführung nach Fig.
6 konzentrisch zu den Stromspulen 31 bis 34 (Hauptspulen), jedoch auf einem kleineren
Durchmesser eine oder mehrere Nebenspulen angeordnet sind, deren Anker ebenfalls
am sternförmigen Drehkörper befestigt sind. Die Anordnung dieser Nebenspulen ist
so getroffen, daß sie eine der Wirkung der Hauptspulen entgegengesetzte Zugwirkung
hervorrufen, deren Einfluß aber bereits nach geringer Drehung aus der Nulllage verschwindend
klein ist. Bei geeigneter Bemessung und Ausbildung dieser Korrektionsspulen kann
man der Kurve b (Fig. 3) einen solchen Verlauf geben, daß sie genau im Nullpunkt
des Koordinatenkreuzes beginnt. Die Korrektionsspulen können weiter dazu dienen,
um den Verlauf der Kurve b auch an anderen Stellen zu beeinflussen. Im Falle der
Fahrtmessung nach dem Staudruckprinzip sollte die Kurve 13 theoretisch eine Parabel
sein. Der durch die Fahrt des Schiffes hervorgerufenen Strömung überlagern sich
jedoch die vielseitigsten Einflüsse, so daß z. B. im unteren Teil der Kurve positive
Abweichung, im oberen Teil negative Abweichungen auftreten können. Zur Behebung
solcher oder ähnlicher an einzelnen Stellen auftretenden Abweichungen des tatsächlichen
Kurvenverlaufs vom angestrebten sind die Korrektionsspulen ebenfalls vorteilhaft
verwendbar.
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Im Beispiel nach Fig. 6 sind zwei Kor rektionsspulen 36, 37 vorgesehen,
die ebenfalls mit ihrem Eisenmantel auf der Stützwand I7 befestigt sind, während
die zugehörigen Eisenkerne 38 und 39 mittels Böcke 40,41 am Drehkreuz 22 befestigt
sind und so die Drehbewegung mitmachen.
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Es muß nun dafür gesorgt werden, daß durch die Meßkraft des dynamischen
Druckes das Drehkreuz verdreht wird, worauf alsdann die Zugkraft der Magneten als
Gegenwirkung auftritt. Zunächst soll an Hand der Fig. 8 die nicht den Gegenstand
der Erfindung bildende Gestaltung eines Tauchkolbens mit Stülpmembrandichtung beschrieben
werden. Auf die Kolbenstange 42 ist der Tauchkolben 43 aufgeschraubt, der sich mit
geringem Spiel in einem Zylinder bewegen kann, der aus zwei Teilen 44 und 45 besteht.
Die beiden Zylinderhälften werden durch Schraubenbolzen 46 zusammengehalten. Der
rechte Zylinderdeckel trägt einen rohrförmigen Ansatz 47 für den Anschluß einer
Rohrleitung, die z. B. zum Pitotrohr führt, so daß also durch diese der Gesamtdruck
der Flüssigkeitsströmung auf den Tauchkolben wirkt. Der Zylinderraum an der anderen
Seite des Tauchkolbens steht mit der freien Atmosphäre in Verbindung.
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Die Abdichtung zwischen Kolben und Zylinderwand erfolgt durch eine
Stülpmembran 49.
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Diese hat die Form eines einseitig gesdlossenen
Schlauches,
der über den Tauchkolben 43 gestülpt wird, während das offene Ende der Trennwand
der beiden Zylinderhälften anliegt.
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Durch die Schraubenbolzen 46 werden die beiden Zylinderhälften 44
und 45 zusammengepreßt, dabei dient das offene Ende der Stülpmembran zum Abdichten
der Trennfläche. Die Stülpmembran besteht z. B. aus Gummi oder einem ähnlich wirkenden
elastischen Gewebe und kann eine Stärke von etwa 0,1 mm haben, während das Spiel
zwischen Kolben und Zylinderwandung z. B. I mm beträgt. Bewegt sich der Tauchkolben
in dem Zylinder hin und her, so rollt sich die Stülpmembran auf und ab. Dabei sind
die beiden Zylinderhälften stets völlig gegeneinander abgedichtet, und es findet
doch keine merkliche Reibung zwischen Kolben und Zylinderwand statt. Für die Kolbenstange
42 wird zweckmäßig eine Führung48 vorgesehen. Das abgebrochen gezeichnete Ende führt
zu einem (nicht gezeichneten) zweiten Kolben und Zylinder, die genau so ausgebildet
sind. Auf diesen zweiten Zylinder wirkt der statische Druck der Wasserströmung in
entgegengesetzter Richtung. Von der Mitte der Kolbenstange 42, die die beiden Tauchkolben
verbindet, kann man alsdann den resultierenden dynamischen Druck mittels eines Hebels
od. dgl. abnehmen.
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Bei der drehbaren Anordnung der Magneten müssen von der Meßkraft
des dynamischen Druckes Drehmomente auf den sternförmigen Drehkarper ausgeübt werden.
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Zweckmäßig bildet man alsdann Tauchkolben und Zylinder kreisbogenförmig
aus. Die kreisbogenförmige Ausbildung der Tauchkolben und Zylinder hat den Vorteil,
daß die Schiebebewegung in eine Drehbewegung umgewandelt ist, wodurch sich erheblich
günstigere Reibungsverhältnisse ergeben. Die Zylinder werden an der Stützwand 17
befestigt, während die Tauchkolben mit Dreharmen verbunden sind, die fest auf der
Achse 19 sitzen, und zwar wirken statischer Druck und Gesamtdruck in entgegengesetzter
Richtung auf je einen Tauchkolben, der durch eine Stülpmembran abgedichtet ist.
Die hydraulischen Kräfte sind bereits bei kleinem Zylinderdurchmesser recht erheblich,
so daß große Zugwirkungen der Elektromagneten, also beträchtliche Abmessungen der
Stromspulen usw. erforderlich sind, oder die Zylinder müssen so klein ausgeführt
werden, daß die Herstellung recht schwierig und kostspielig wird. Diesen Übelstand
kann man beispielsweise gemäß der im Ausführungsbeispiel gezeigten Anordnung dadurch
beheben, daß man den dynamischen Druck an zwei verschieden langen Hebelarmen in
entgegengesetzter Richtung auf das Drehkreuz einwirken läßt, so daß nur ein vom
Verhältnis der Hebelarme abhängiger Differenzdruck der anziehenden Kraft der Stromspulen
entgegenwirkt.
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Auf der linken Seite der Stützwand I7 ist der hydraulische Teil der
Vorrichtung angeordnet, von dem Fig. 7 eine Ansicht zeigt.
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Die Stützwand I7 wirkt damit gleichzeitig als Scheidewand und schützt
den empfindlichen elektrischen Teil auf der rechten Seite vor eindringendem Wasser.
Da zweimal der statische und zweimal der dynamische Druck zugeführt werden muß,
sind vier Zylinder 50 bis 53 erforderlich, die am besten auf die Stützwand aufgeschraubt
werden. Zweckmäßig werden die Zylinder mit Rücksicht auf die Herstellung der kreisbogenförmigen
Bahn. für die Kolben zweiteilig hergestellt.
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In Fig. 5 sind diese beiden Teile im Falle des Zylinders 51 mit 5Ia
und 51b bezeichnet. Die Anordnung der Zylinder ist kreisförmig.
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Der Mittelpunkt für die kreisbogenförmige Zylinderbahn fällt mit der
Drehachse zusammen. Durch die Ansatzstücke 54 und 57 wird in die Zylinder 50 und
53 der statische Druck eingeführt, während die Zylinder 51 und 52 unter der Wirkung
des Gesamtdruckes stehen, der mittels der Ansatzstücke 55 und 56 zugeführt wird.
Die Tauchkolben 58 bis 6I sind an zwei Dreharmen 62 und 63 befestigt, die fest auf
der Achse 19 sitzen.
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Die Anordnung ist so getroffen, daß die Halbmesser für die Kreisbögen
der Zylinder 52 und 53 bzw. der Tauchkolben 60 und 6I den gleichen Werts, haben;
die Halbmesser für die beiden anderen Zylinder und Tauchkolben haben dagegen den
kleineren Wert r2.
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Die Strecke r2 stellt den Hebelarm dar, an welchem der aus dem auf
Zylinder 50 wirkenden statischen und auf Zylinder 51 wirkenden Gesamtdruck resultierende
dynamische Druck angreift, der die Vorrichtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn
zu drehen versucht. Die Strecke ru hingegen ist der Hebelarm, an welchem der aus
dem auf Zylinder 53 wirkenden statischen und auf Zylinder 52 wirkenden Gesamtdruck
resultierende dynamische Druck angreift, der eine Drehung im Uhrzeigersinne hervorrufen
möchte. Da r1 etwas größer ist als r2, wirkt em vom Verhältnis der Hebelarme abhängiger
Differenzdruck der anziehenden Kraft der Stromspulen entgegen. Die durch die Wechselwirkung
zwischen diesem D,ifferenzdruck und der Zugkraft der Magneten hervorgerufene Verdrehung
des Drehkreuzes bildet ein direktes Maß für die Fahrgeschwindigkeit.
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Ordnet man auf der Achse 19 des Drehkreuzes einen Zeiger an, der über
einer entsprechend geeichten Skala spielt, so kann die Fahrgeschwindigkeit sofort
abgelesen werden.
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Die drehbare Anordnung des hydraulischen und elektrischen Teiles
erlaubt eine gedrängte Bauart der Vorrichtung. Sie hat den weiteren Vorteil, daß
bei gewünschter elektrischer Fernübertragung die Achse 19 gleichzeitig die Welle
eines Gebers bilden bzw. direkt mit einem Geber gekuppelt werden könnte.
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Wenn der Geber beispielsweise als ein unter Spannung stehendes Ringpotentiometer
ausgebildet ist, so wird die durch die Gleitfedern abgegriffene Spannung ein lineares
Maß der zu messenden Größe. Bei Ausnutzung der Schiebebewegung des Magneten, wie
etwa im Beispiel nach Fig., kann natürlich ebenfalls eine Fernübertragung erfolgen.
Man wird dann ein Schiebepotentiometer vorsehen, dessen Spannung durch die Bewegung
des Eisenkernes entsprechend eingestellt wird.
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Wird das Ring- oder Schiebepotentiometer an die gleiche Spannung
gelegt, an der die Stromspulen liegen, so wird die Gesamtanordnung unabhängig von
den Schwankungen der Netzspannung. Tritt nämlich beispielsweise bei gleichbleibender
Meßkraft ein Spannungsabfall auf, so verändert sich zwar der Hub der Eisenkerne
und damit auch der Abgriff am Potentiometer, aber die am Potentiometer liegende
Spannung geht ja im selben Maße zurück. Durch geeignete Anordnung und Bemessung
des Potentiometers läßt sich selbst bei großen Schwankungen der Netzspannung eine
Unabhängigkeit gegen Spannungsänderungen über den ganzen Meßbereich und mit jeder
verlangten Genauigkeit erreichen.
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Die an den Meßgeber, also an das Potentiometer angehängten Fernanzeigeinstrumente
sind Spannungsmesser. Da sie wenig Energie verbrauchen, können an das Potentiometer
sehr viele Fernanzeigeinstrumente angeschlossen werden, so daß also die Ablesung
des jeweiligen Meßwertes an verschiedenen Beobachtungsstellen zu gleicher Zeit möglich
ist.
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Da Spannungsmesser für Wechselstrom eine nichtlineare Teilung haben,
werden vorteilhaft Gleichstromanzeigeinstrumente mit Vorsatzgleichrichter verwandt
Schaltet man vor den Gleichrichter noch eine Drosselspule, so kann man die Gesamtanordnung
auch noch unabhängig gegen Frequenzschwankungen machen. Bei Frequenzabfall z. B.
wird zwar die magnetische Kraft der Stromspule steigen, so daß die am Potentiometer
abgegriffene Spannung kleiner wird (konstante Spannung und konstante Meßkraft vorausgesetzt).
Die Anzeigeinstrumente würden also einen kleineren Meßwert anzeigen. Der induktive
Widerstand der Drosselspule wird jedoch infolge des Frequenzabfalls verkleinert.
Bei Frequenzzunahme ergeben sich die umgekehrten Verhältnisse. Man kann nun die
Drosselspulen so bemessen, daß die Änderung der magnetischen Kraft durch die Änderung
des induktiven Widerstandes der Drosselspule genau kompensiert wird, wodurch eine
frequenzunabhängige Anzeige der Meßwerte gegeben ist.
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Bei Benutzung der Erfindung als Fahrtmesser kann die am Potentiometer
abgegriffene Spannung einem Elektrizitätszähler zugeführt werden, der alsdann als
integrierendes Gerät den vom Schiff zurückgelegten Weg ermittelt.
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PATENTANSPRSCHE I. Vorrichtung zur Erzielung einer linearen Anzeige
für nichtlinear anzeigende Meßwerk mit einem durch das Meßwerk innerhalb einer von
Wechselstrom durchflossenen, feststehenden Stromspule beweglichen Eisenkern voll
einer die lineare Anzeige ermöglichenden Formgebung, dadurch gekennzeichnet, daß
sowohl die Stromspule in einen Eisenmantel eingebettet ist, als auch der Eisenkern
(4) an seinem einen Ende eine scharf abgesetzte erhebliche Verstärkung (5) seines
Querschnittes aufweist und daß außerdem der Eisenkern in an sich bekannter Weise
mit dem Anzeigeorgan verbunden ist.