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Drehsystem für Meßgeräte Beim Bau von Meßinstrumenten, die ein um
eine Achse drehbar angeordnetes Meßsystem besitzen, hat man sich bisher darauf beschränkt,
dieses System statisch auszuwuchten, d. h. den Schwerpunkt des sich drehenden Systems
in die Dreinachse zu legen. Dieses Vorgehen ist ausreichend, solange .das Meßgerät
als ganzes in Ruhe ist bzw. nur der geringen Drehgeschwindigkeit der Erde ausgesetzt
ist. Wird aber das Meßgerät als ganzes raschen Winkeldrehungen um irgendeine beliebig
liegendeDreha,#hse ausgesetzt, die nicht parallel zur Achse des Drehsystems sein
soll, indem es z. B. auf eine Drehscheibe oder in ein kurvendes Flugzeug gesetzt
wird, so tritt im allgemeinen außer den im Ruhezustand auf das Drehsystem wirkenden
Drehmomenten ein weiteres Drehmoment auf, das versuclit, die Hauptträgheitsachsen
des Drehsystems in bezug auf die Achse der Drehbewegung des Gerätes auszurichten.
Durch dieses zusätzliche Drehmoment erfährt nun die Anzeige des Meßgerätes einen
Fehler, der unter ungünstigen Umständen, wenn die sonstigen die Einstellung bewirkenden
Drehmomente klein und die Dreligesc#hwindigiceit groß ist, beträchtliche Werte annehmen
kann.
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Erfindungsgemäß werden diese Anzeigefehler durch Wahl eines Drehsystems
vermieden, dessen Trägheitsell,ipsoi.d zumindest angenähert genau dem Rotationsellipsoi.d
ist und mit seiner Symmetrieachse zumindest angenähert genau mit der Achse des Drehsystems
zusammenfällt. Im Grenzfall kann natürlich das Rotationsellipsoid auch in eine Kugel
entarten. Mit einer soldhen Wahl wird das fehlerhafte Zusatzdrehmoment, das der
Differenz der beiden Hauptträgheitsmomente um die sowohl zurr
Achse
des Drehsvstems als -auch zueinander senkrechten Achsen proportional ist, exakt
bzw. angenähert gleich Null.
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Zur Erläuterung dieser Aussage diene Abb. i. Es sei i die Achse des
Drehsystems 2 eines Meßgerätes, in diesem Fall des Rähmchens eines elektrischen
Drehspulmeßgerätes. Die hier unwesentlichen Teile des Meßgerätes sind in der Alybi.ldung
weggelassen. Form und Lage des Trägheitsellipso ids, das in diesem Fall nicht die
nach der vorliegenden Erfindung zur Vermeidung von Fehlerdrehmomenten notwendige
Form, wohl aber die Lage einer Hauptträgheitsachse in der Systemachse besitzt, sind
in der Abbildung durch die drei Hauptachsen a, b, c dargestellt. Von den beiden
senkrecht zur Achse i, in welche -die Hauptträaheitsachse a als fallend angenommen
ist, liegenden Hauptträgheitsachsen b und c ist die in der Rähmehenebene liegende
Hauptträgheitsadhse c bedeutend größer als die senkrecht zur Rähmchenebene liegende
Hauptträgheitsachse b. cVVind nun das Drehsystem in einem Fahrzeug oder auf ein-er
angebracht und so einer Drehung um eine lotrechte Achse 3 unterworfen, dann tritt,
solange nicht eine der beiden Achsen b oder c parallel zur Drehachse 3 der Bewegung
ist, ein Drehmoment -auf, das versucht, .die Achse b parallel zur Dreihachse 3 der
Bewegung zu stellen. Der Betrag dieses Drehmoments isst hier
wenn B und C dieTrägheitsmomente um die Hauptträgheitsachsen b und c sind und p
den Winkel zwischen der Hauptträgheitsadhse b und der Achse 3 der Drehbewegung bedeutet.
Man ersieht hieraus, daß das Fehlerdrehmoment für alle Lagen des Rähmchens :dann
verschwindet, wenn B=C ist, d. h., wenn das Träagheitsellipsoid ein Rotationsellipsoid
mit der Achse des Meßsystems als Drehachse ist.
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Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen. Drehsystems zeigen die
Abb.2 bis q.. Da es sich nur um Ausführungsformen handelt, ist die Erfindung als
solche nicht auf diese beschränkt.
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In Abb. 2 ist z. B. das Drehsystem q. eines elektrischen Drehspu:lgerätes
mit der Achse 5 dargestellt, das an sich um die in der Rähmchenebene liegende Hauptträgheitsadhse
(parallel zum Zeiger 6) ein kleineres Trägiheitsmoinent besitzt als um die zur Rährnahenebene
sen4<:rechte Achse 7. Die Rückstellfeder ist nicht eingezeichnet. Die statische
Auswuchtung ist durch ein 'Gegengewicht S zum Zeiger bewirkt. Zur Erzielung der
Gleichheit oder angenäherten Gleichheit,der Hauptträgheitsmomente dienen die geeignet
groß zu wählenden Zusatzmassen 9 und g', deren Verbindungslinie senkrecht zur Rähmchene@bene
steht und die zur genauen Auswuchtung verstellbar sind. Diese Zusatzmassen können
auch in .'Teilmassen aufgeteilt sein, die beiderseits der Achse 7 gelegen sind.
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Sind, auf denselben Hebelarm bezogen, diese Auswuchtmassen ungefähr
von derselben Größenordnung wie die statische Auswuchtmasse, so können die drei
Massen durch zwei an einer Gabel sitzende Massen ersetzt werden, wie es Abb. 3 zeigt.
Es kann dann nämlich durch eine geeignete, z. B. rechnerisch zu treffende Wahl des
Gabelwinkels erreicht werden, daß nach Durchführung der statischen Auswuchtung auch
die Gleichheit oder doch wenigstens -die angenäherte Gleichheit der Hauptträgheitsmomente
erreicht ist. Man kann auch den Gabelwinkel einstellbar machen und so die genaue
Gleichheit der Hauptträgheitsmomente zusammen mit der statischen Auswuchtung herbeifuhren.
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Firne andere Ausführung zeigt Abb. q. an dem Beispiel des Drehsystems
eines Steig- und Sinkgeschwindigkeitsmessers für Luftfahrzeuge (Variometers) nach
dem Stauklappenprinzip. Die Stauklappe iio ist mit geringem Luftspalt i i innerhalb
des Gehäuses 12 um ihre Achse beweglich und wird durch eine schwache, in Abb. 4.
nicht gezeichnete Feder zusammen mit den Luftkräften, die von der durch das Gehäuse
über den Spalt hindurchströmenden Luft herrühren, im Gleichgewicht gehalten. Die
Gleichheit oder angenäherte Gleichheit der Hauptträgheitsmomente senkrecht zur Achse,
i3 des Drehsystems kann dadurch erreicht werden. daß der Zeiger ita, senkrecht zur
Stauklappe angebracht wind und seine Abmessungen (sein Trägheitsmoment) geeignet
groß gewählt werden. Dabei dient eine in der rückwärtigen Verlängerung des Zeigers
angebrachte Massea5 zur statischen Auswuchtung des Zeigers; außerdem wird mit der
Masse 1.6 die Stauklappe statisch ausgewuchtet.
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Die Nachprüfung, ob die Hauptträgheitsmomente senkrecht zur Achse
des Drehsystems einander gleich sind, geschieht am einfachsten auf der Drehscheibe,
wobei man das Meßsystem am besten ohne die, in den meisten Fällen wohl zu ihm gehörige,
Meßfeder prüft; dadurch wird bei falscher Auswuchtung die Ausrichtung des Drehsystems
entsprechend seinen Hauptträgheitsachsen leichter erkennbar.