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Einrichtung zum Anzeigen der mittleren Geschwindigkeit von Kraftfahrzeugen
Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Anzeigen der mittleren Geschwindigkeit von
Kraftfahrzeugen, die auf mechanischer Basis arbeitet, einen sog. mechanischen Durchschnittsgeschwindigkeitsmesser.
Einrichtungen dieser Art sind bekannt; ihr gemeinsames Merkmal ist, daß die Wegwerte
s und die Zeitwerte t auf logarithmische Kurven- und Führungsglieder übertragen
werden, die mit einem etwa als Differentialgetriebe ausgebildeten Rechengetriebe
zusammenarbeiten, dessen umlaufendes (Teller-)Rad sich mit der halben Differenz
log s - log t bewegt, so daß an einer entsprechenden Skala die D urchschnittsgeschwindigkeit
v abgelesen werden kann.
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Soweit die bekannten Einrichtungen ebene Führungskurven verwenden,
bestehen 5 chwierigkeiten, einen ausreichenden Meßbereich unterzubringen.
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Man hat deshalb versucht, diese Schwierigkeiten durch Anordnung mehrerer
Fiihrungskurven bzw.
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Verwendung räumlicher Führungskurven zu umgehen. Daldurch werden die
Durchschnittsgeschwin diglceitsmesser jedoch in der Herstellung sehr kompliziert
und teuer bzw. erhalten diese derart umfangreiche Abmessungen, daß ihre praktische
Brauchbarkeit in Frage gestellt ist.
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Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, werden nach der Erfindung
solche ebenen Führungskurven gewählt, bei denen bei der Drehung der Kurvenscheiben
im Sinn des zunehmenden Dividenden bzw. Divisors die Führungsglieder sich in Richtung
zum Kurvendrehpunkt hin bewegen; es läuft also mit anderen Worten mit zunehmendem
Weg s bzw. zunehmender Zeit t der Führungszapfen auf der zugehörigen Kurvenscheibe
von außen nach innen,
Dadurch wird es möglich, auch in einer ebenen-Führungskurve
einen für den praktischen Bedarf völlig ausreichenden Meßbereich unterzubringen
und den Aufbau des Gerätes sehr einfach zu gestalten.
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Die Verhältnisse, die sich hierbei ergeben, seien an Hand der Abb.
I näher erläutert, deren Kurve I eine derartige logarithmische Kurve darstellt,
bei der der einfacheren mathematischen Verhältnisse wegen die Führungsbahn als Gerade
durch den Kurvendrehpunkt o gelegt ist (x-Achse). Der Verlauf dieser Kurve wir,d
in Polarkoordinaten durch die Funktion
(r0= OB = OB m = Maßstabsfaktor) dargestellt. Maßgebend für den Anfang und damit
auch für den Gesamtumfang des Meßbereiches ist der Winkel aO zwischen ,der Kurventangente
und der Führungsbahn, der, um eine einwandfreie Zapfenführung zu gewährleisten,
einen bestimmten Wert nicht unterschreiten darf. Er ergibt sich aus derobigen Formel
zu
Nimmt man zum Vergleich eine Kurve an (II der Abb. I), bei der sich der Führungszapfen
vom Drehpunkt wegbewegt, so ergibt sich unter der Voraussetzung gleicher Anfangswinkel
#0, gleicher logarithmischer Maßstäbe m und gleicher logarithmischer Meßstrecken
B1D = r0 - re (re = OD) r = re + m ln #/#0. daraus r# re #0 tg ß = bzw. tg ß0 =
. m m Daraus ist ersichtlich, daß der Anfangstangentenwinkel ß0 bei dieser Kurve
im Verhältnis re/r0 kleiner wird als bei der Kurve I. Dies bedeutet, daß bei der
Kurve nach der Erfindung unter der Voraussetzung gleicher logarithmischer Meßstrecken
0 im Verhältnis re/r0 kleiner gewählt werden kann bzw. daß der Gesamtmeßbereich
in dem Verhältnis r0/re größer wird.
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Durch diese Maßnahme ist es möglich, den Anfangswinkel #0 so klein
zu halten, daß schon bei einem Endwinkel #e = 2# (einmalige Drehung der Kurvenscheibe)
der Gesamtmeßbereich einen für praktische Zwecke völlig ausreichenden Wert erhält.
Für größere Meßbereiche kann natürlich nach dem gleichen Kurvenprinzip ein größerer
Endwinkel #e = 2 n 2X7rv (n-maliger Umlauf der Kurvenscheibe) vorgesehen werden,
Da für die Messung die Kurve erst vom Punkt B ausgenutzt wird, wir!d die Kurvenbahn
im Bereich p = o bis # = #0 #0 (Anlaufbereich) durch ein bogenförmiges Stück AB
(punktiert) ersetzt.
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Bei der Drehung der Kurve im Uhrzeigersinn von , = o bis # = = 90
bewegt sich der Zapfen Z bis zum Punkt B1, an dem die Messung beginnt.
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Trägt man von B1 die Strecke B1 E = b = m ln ro auf der x-Achse auf,
so erhält man in E den Anfangspunkt der logarithmischen Skala auf der Führungsgeraden,
da damit für jeden beliebigen Winkel q9 die Strecke d = m ln ? ist (d = EC1) d =
E'C'1 = B1O - C1O + B1E d = r0 - (r0 - m ln # + m ln #0) + m ln # = m ln # .
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Für die Übertragung der Meßwerte, d. h. die Bildung der Differenz
log s - log t, kann praktisch jedes Rechengetriebe benutzt werden; es darf jedoch
auch hier nicht das Problem des gedrängten Aufbaues außer Betracht bleiben. In Weiterer
Ausgestaltung der Erfindung werden daher tdie Kurvenscheiben gleichachsig angeordnet,
so daß die vorzugsweise als Geradführungen ausgebildeten Führungshahnen parallel
liegen und die Führungsrollen oder -zapfen sich in diesen gegenläufig bewegen.
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Verbindet man die Zapfen mit Zahnstangen und kuppelt diese mit einem
zwischen den Zahnstangen frei beweglichen Zahnrad, so erhält man ein sehr einfaches
Rechengetriete, da sich der Mittelpunkt des Zahnrades mit der halben Differenz der
Ver-- schiebung der Zahnstange bewegt, also dem Quotienten s/t, d. h. der Durchschnittsgeschwindigkeit
v, proportional ist.
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Im allgemeinen wird es in der Praxis nicht möglich sein, die Kurvenscheiben
so groß zu wählen, daß die Verschiebung des Zahnradmittelpunktes unmittelbar für
die Anzeige der Durchschnittsgeschwindigkeit herangezogen werden kann. Man wird
deshalb den Meßwert durch eine mechanische Übersetzung vergrößern und z. B. auf
einen drehbeweglichen Zeiger ubertragen. Damit ist die Möglichkeit gegeben, die
Anzeige an eine für die Ablesung günstige Stelle zu legen. Bei einer Ausführungsform
der Erfindung wird hierzu ein an dem Zahnrad befestigter Seilzug benutzt, der über
Umlenkrollen zu einem Zeiger geführt ist, etwa um die Zeiger achse herumgeschlungen
ist, der im Blickfeld des Beobachters angebracht ist. Der Zeiger und die zugehörige
Skala können damit ebenfalls gleichachsig zu den Kurvensoheiben angebracht werden.
Statt Indessen ,kann für die Übertragung des Meßwertes auch ein Gestänge mit Fühlhebel
benutzt werden, das über ein Zahnsegment auf den mit einer Rückstellfeder versehenen
Zeiger einwirkt. Es ergibt sich damit die Möglichkeit, die logarithmische Skala
so zu verzerren, daß eine gleichmäßige Teilung erreicht wird, d. h. die An-
fangswerte
zusammengedrängt und die Endwerte auseinandergezogen erscheinen.
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Ein gewisses Problem bildet auch das unvermeildliche Zapfenspiel
in den Führungskurven. Um dessen Einfluß auf die Messung auszuschalten, werden die
Zahnstangen zweckmäßigerweise mit Zugfedern versehen, die bewirken, daß die Führungszapfen
während der Messung stets auf der gleichen Seite der Kurvenbahn anliegen. Ein Spiel
der Zapfen beeinträchtigt daher auch bei kleinen Tangentenwinkeln die Meßgenauigkeit
nicht. Die Zugrichtung der Federn ist so gewählt, daß damit die Drehung der Scheiben
während der Messung unterstützt wird und diese durch die Rückstellung der Kurvenscheiben
bei der Nullstellung von Hand gespannt werden. Auch das in den Weg- und Zeitantrieben,
d. h. im Wegmesser und im Uhrwerk vorhandene Spiel(Zahnluft), kann das Meßergebnis
besonders zu Beginn der Messung verfälschen. Um diesen Fehler auszuschalten, sind
die Kurvenscheiben mit einstellbaren Anschlägen versehen, die es getatten, den hierdurch
bedingten Fehlwinkel in den Anfangswinkel einzubeziehen. Falls die Feder des Uhrwerks
zum Antrieb der Zeitkurvenscheibe nicht ausreicht, kann diese Scheibe mit einer
zusätzlichen Feder versehen werden, die bei Rückstellung der Scheibe gespannt wird.
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Da die Kurvenscheiben durch den Einbau im allgemeinen nicht zu beobachten
sind, empfiehlt es sich, den Beginn der Messung, d. h. die Stellung, in der beide
Kurvenscheiben den Anfangswinkel zurückgelegt haben, und den Ablauf der Kurvenscheiben
(Endwert des Weges oder der Zeit) durch mechanische oder elektrische Hilfsmittel
kenntlich zu machen. Im vorliegenden Fall dient hierzu eine Signallampe, die durch
entsprechende Kontakte in den Grenzstellen der Kurvenscheiben durch die Zahnstangen
eingeschaltet wird. Gegebenenfalls kann dies auch durch Schaltnocken auf den Kurvenscheiben
erreicht werden.
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Die Erfindung und weitere Einzelheiten der Erfindung werden im nachfolgenden
lan Hand der Abb. 2 bis 6 beispielsweise näher erläutert.
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Die Abb. 2 zeigt den Durchschnittsgeschwindigkeitsmesser nach der
Erfindung in der Frontansicht, so wie dieser z. B. in das Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges
einzubauen wäre. Abb. 3 zeigt denselben in der Ansicht von oben mit abgenommenem
Gehäuse. Eine Ansicht von der Rückseite her ist in Abb. 4 dargestellt, während Abb.
5 einen Schnitt längs der Linie A-A der Abb. 3 darstellt. Die besondere Form eilnes
Getriebes für die Übertragung der Meßwerte auf das Anzeigeorgan ist in Abb. 6 dargestellt.
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In sämtlichen Abbildungen sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen
gewählt.
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In der Abb. 3 ist mit I das Zeitwerk, ein Uhrwerk üblicher Bauweise,
bezeichnet, welches mit Hilfe von Bolzen 2 an der Frontplatte 3 des Durch schnittsgeschwindigkeitsmessers
befestigt ist. Die Frontplatte wird von einem Bolzen 4 getragen, die die Verbindung
mit den weiter unter erwähnten Platinen 20 und 21 herstellen. Das Zeitwerk ist mit
Zeigern 5, 5' (vgl. Abb. 2) versehen, die der Stunden- und Minutenanzeige dienen
und einem entsprechend eingeteilten Uhrzifferblatt 6 auf der Frontplate 3 zugeordnet
sind. Die Zeitwerte werden fernerhin vermittels eines Zahn rades 7 und zweier Ritzel
8, 8' auf ein Zahnrad I2, die sogenannte Zeitkurvenscheibe, übertragen, in die eine
logarithmische Führungskurve 9 (vgl. Abb. 4) eingefräst ist, deren Verlauf der an
Hand der Abb. 1 geschilderten Kurve entspricht.
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Die Ritzel 8, 8' sind auf einer Achse 11 befestigt, die längs verschieblich
und mit einem Stellknopf 10 versehen ist, so daß im Bedarfsfall, z. B. bei Haltepausen,
die Kupplung zwischen Zeitwerk 1 und Zeitkurvenscheibe 12 gelöst, ebenso die Kurvenscheibe
zum Beginn der Messung in die Ausgangs (Null-) stellung zurückgeführt werden kann.
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Um letzteres in der entkuppelten Stellung zu ermöglichen, ist das
Ritzel 8' verhältnismäßig breit ausgeführt. Dieses Ritzel ist also in jedem Fall
mit dem Rad I2 im Eingriff.
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Eine gleichartige Führungskurve g' (vgl. Ab. 5) befindet sich in
dem Zahnrad I3 der Weglurvenscheibe. Dieses Zahnrad 13 steht mit einem Ritzel 14
im Eingriff, welches auf der Achse 16 angebracht ist. Diese Achse ist gleichfalls
mit einem Stellknopf 15 für die Nullstellung zum Beginn der Messung versehen. Ihr
Antrieb ist von einem nicht gezeichneten Wegwerk (Kilometerzähler) abgeleitet, das
seine Drehung beispielsweise mittels einer Schnecke auf das auf der Achse 16 angebrachte
Schneckenrad 17 überträgt. Die Achse 16 wird von dem Rad I7 lediglich durch Reibung
mitgenommen, um ein Überdrehen in der Endstellung der Wegkurvenscheibe 13 zu vermeiden.
Dies gilt auch für das auf der Achse ii angebrachte Ritzel 8.
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Den Kurvenscheiben 12 und I3 sind Geradführungen I8 bzw. 19 zugeordnet,
die von den Platinen 20, 21 bzw. den an diesen befestigten Zapfen 22, 23 gehalten
sind. Diese Zapfen bilden gleichzeitig die Lagerung der Kurvenscheiben 12 bzw. 13.
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In dem Schlitz 24 der Geradführung 19, ebenso in dem der Geradführung
18 ist ein Zapfen 25 geführt, der mit einer Zahnstange 26 (vgl. Abb. 5) verbunden
ist. Der entsprechende Zapfen der Zahnstange 26' ist mit 25' bezeichnet. Die Zahnstangen
vermögen somit bei der Drehung der Kurvenscheiben eine geradlinige logarithmische
Bewegung zu vollführen. Die Zahnstangen sind mit Zugfedern verbunden, von denen
in Abb. 5 die Federn 27' der Zahnstange 26' dargestellt sind, die die Zapfen stets
an der gleichen Seite der Führungskurven 9 bzw. 9' zur Anlage bringen, so daß das
unvermeidliche Spiel der Zapfen in den Führungskurven ausgeschaltet .i,st.
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Mit den Zahnstangen steht ein Zahnrad 28 im Eingriff, welches zwischen
den Zahnstangen frei beweglich ist. Das Rad ist in einem Käfig 36 gelagert und überträgt
seine Bewegung über einen Seilzug 29 und Umlenkrollen 30, 31 bzw. 30', 31' und eine
Spannrolle 32 auf einen koaxial zu den Zeigern 4 und 5 angebrachten Zeiger 33. Das
Seil 29 ist zu diesem Zweck um eine auf der Zeigerachse
7befestigte
Rolle 34 herumgeschlungen. Dem Zeiger 33 ist die in km/h geeichte Skala 35 zugeordnet.
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Bezeichnet man mit s den Weg, der vom Wegwerk auf das Schneckennad
17 und damit auf die Kurvenscheibe 13 übertragen wird, und mit t die Zeit, die von
dem Zeitwerk 1 auf die Kurvenscheibe 12 übertragen wird, so verschiebt sich nach
der Umformung in log s bzw. log t das Zahnrad 28 mit der halben Differenz log s-log
t. An der Skala 35 kann daher bei entsprechender Teilung der Wert s/t, d. h. die
Durchschnittsgeschwindigkeit v abgelesen werden.
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Die Teilung der Skala ist, wie die Abb. 2 zeigt, nicht linear, die
Anfangswerte erscheinen vielmehr auseinandergezogen und die Endwerte zusammengedrängt.
Dieser Mangel läßt sich bei Benutzung des in der Abb. 6 dargestellten Getriebes
vermeiden. Bei diesem Getriebe ist das Zahnrad 28 mit einer Stoßstange 37 verbunden,
die in Ansätzen 38, 38' einer Platine geführt ist und ihre geradlinige Bewegung
auf einen Winkelhebel 39 über trägt. Dieser Winkelhebel ist auf einer Achse 40 befestigt,
auf deren freiem Ende sich ein Zahnsegment 41 befindet, das mit einem auf der Achse
des Zeigers 33 angebrachten Zahnrad 42 im Eingriff steht. Die kraftschlüssige Verbindung
zwischen Winkeihehel und Stoßstange ist durch eine Schraubenfeder 43 erreicht, die
notwendige Rückstellkraft für den Zeiger durch eine Spiralfeder 44.
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Da infolge der Verlagerung des Angriffspunktes der Stoßstange am Winkelhebel
zwischen der Verschiebung der Stoßstange und der Schwenkbewegung des Winkelhebels
keine lineare Beziehung besteht, läßt sich auf diese Weise eine Entzerrung erreichen,
d. h. eine Skalenteilung, wie sie in der Abb. 6 beispielsweise dargestellt ist.
Zweckmäßigerweise wird man auch hier die Skala gleichachsig zu den Kurvenscheiben
anbringen, wenngleich dies weder im einen noch im anderen Fall unbedingt notwendig
ist.
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Gleichgültig, ob die eine oder andere Form des Getriebes für die
Meßwertübertragung gewählt wird, empfiehlt es sich, die Zeitkurvenscheibe mit einer
zusätzlichen Feder 45 (vgl. Abb. 3) zu versehen, die bei der Rückstellung der Scheibe
gespannt wird und den Antrieb der Zeitkurvenscheibe durch das Uhrwerk unterstützt.
Um einen Rücklauf der Scheibe bei ausgekuppeltem Zeitwerk zu verhindern, ist eine
Raste 51 vorgesehen7 in die das Ritzel 8 in dieser Stellung eingreift.
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Die Anfangs- und die Endstellung der Kurvenscheiben kann durch eine
Signallampe 46 kenntlich gemacht werden, die im Blickfeld des Beobachters angebracht
wird. Die Steuerung des Signallampe erfolgt durch Kontaktfedern, die auf den Platinen
20 bzw. 21 isoliert angebracht sind und an denen die Zahnstangen in den jeweiligen
Anfangs- und Endstellungen zur Anlage kommen In der Abb. 5 sind die Kontaktfedern
47, 47' der Wegkurvenscheibe 13 herausgezeichnet. Der gleiche Effekt läßt sich auch
dadurch erreichen, daß auf den Kurvenscheiben selbst entsprechende Schaltnocken
angebracht werden.
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Um das in den Weg- und Zeitantrieben vorhandene Spiel ausgleichen
zu können, das das Meßergebnis insbesondere zu Beginn der Messung verfälschen könnte,
sind die Kurvenscheiben mit Anschlägen versehen, die mit einer in der Geradführung
angebrachten Schraube zusammenwirken, durch deren Verstellung der durch das Spiel
her vorgerufene Fehlwinkel in ,den Anfangswinkel einbezogen werden kann. In der
Abb. 4 sind diese Teile mit 48 bzw. 49 bezeichnet.
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Das Zeitwerk, das im vorliegenden Fall durch -einen Knopf 50 aufzuziehen
ist, könnte gegebenenfalls auch durch ein elektrisches Uhrwerk ersetzt wenden. Ohne
vom Wesen ,der Erfindung abzuweichen, sind audh diesbezüglich der Anordnung der
Zifferblätter und Zeiger verschiedene AuNsführungsformen möglich, wie auch die gleichachsige
Ausführung der Skalen und Kurvenscheiben lediglich eine vorzugsweise Ausführungsform
der Erfindung darstellt.