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Gerät zur fortlaufenden kinematischen Wiedergabe des Verhältnisses
zwischen den Integralen zweier unabhängigen Variablen
Die Erfindung betrifft ein
Gerät zur fortlaufenden kinematischen Wiedergabe des Verhältnisses zwischen den
Integralen zweier unabhängiger Variablen als Differenz ihrer Logarithmen unter Verwendung
einer Differentialmechanik, die von den beiden Meßgeräten der Variablen durch Getriebe
gesteuert werden, deren Anfriebselemente aus ebenen logarithmisch gewundenen Spuren
od. dgl. auf je einer Scheibe bestehen, die je einen als angetriebenes Element arbeitenden,
schwingenden Arm führen.
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Zu diesem Zweck ist vorgeschlagen worden, zwischen jedem der beiden
Meßgeräte und der Differentialmechanik ein Getriebe zu schalten, wobei mindestens
eines von deren Elementen, welches als Antriebselement arbeitet, aus einer logarithmischen
Spur besteht, die die Verstellungen der beiden Meßgeräte in die entsprechenden Logarithmen
überträgt.
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Unter den versohiedenen Lösungen zur Durchführung dieser Übertragung
ist vorgeschlagen worden, eine Scheibe als AntriebseLement zu verwenden, auf der
eine ebene logarithtnisch verlaufende Linie eingraviert ist, die das Ende eines
schwingenden Armes führt, der, fest mit einem gezu'unten Sektor verbunden, seine
Bewegung auf die Differentialmechanik überträgt.
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Ein Gerät dieser Art ist jedoch praktisch niemals mit Erfolg ausgeführt
worden, offenbar wegen der großen Schwierigkeit, es in einem klein bemessenen und
billig herzustellenden Gehäuse unterzubringen.
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Bei einer anderen bekannten Anordnung liegen die Drehachsen der einen
als Antriebselement
dienenden, von der einen Meßgröße in Drehung
versetzten Steuerscheibe und der durch sie gesteuerten Differentialmechanik, welche
z. B. aus einer Skala und einem Zeiger besteht, in gleicher Linie, während dieDrehachse
der anderen, von der zweiten -Meßgröße in Drehung versetzten Steuerscheibe parallel
zu dieser Linie liegt, so daß die relativ feste Antriebsvorricihtung des Zeigers
oder der Skala der einen Meßgröße durch die Antriebsvorrichtung der zweiten Meßgröße
um die eigene Achse bewegt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein derartiges Gerät
auf kleinstem Raum unterzubringen und eine einfache Montage desselben zu ermöglichen.
Dies wird dadurcherreicht, daß. erfindungsgemäß bei in an sich bekannter Weise~koaxial
gelagerten, logarithmisch gewundene Spuren tragenden und von den Meßgeräten der
zwei Vanzahlen gesteuerten Scheiben die. Anordnung der Spuren gegenüber einer zentralen
Senkrechten zu den parallel liegenden Scheiben symmletrisdh ist und daß diese Scheiben
die Bewegungen zweier mit den schwingenden Armen um zur Mittelachse äquidistante
Achsen zusammen pendelnden und gegenüber dieser gemeinsamen Achse symmetrisch angeordneten
Zahns ekto ren steuern, zu welcher Achse auch die Räder der Differentialmechanik,
die im Eingriff mit den Zahnselctoren stehen, koaxial gelagert sind; wobei die beiden
-S-oheiiben mit deren Getriebe und die Differentialmechanik in in axialer Richtung
aufeinandergestellten und leicht trennbaren Gehäusen gelagert sind.
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Die Einzelteile des Differentialmeßgerätes sind also in flachen,
getrennten Gehäuseteilen .unterzubringen, wodurch eine schnelle und einfache Montage
in den einzelnen Gehäuseteilen ermöglicht wird. Diese Gehäuseteile können nach den
später noch zu beschreibenden Ausführungsbeispielen entweder aus topfförmigen oder
aus sCheibenförmigen Teilen bestehen, die durch Abstandselemente in bestimmtem Abstand
zueinander gehalten werden.
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Diese einzelnen Lagergehäuse bzw. Lagerrahmen werden in einfachster
Weise aufeinandergesetzt, so daß die einzelnen Achsabschuitte der sich durch mehrere
Gehäuseteile erstreckenden Achsen in sehr einfacher Weise zusammenkuppelbar sind,
da sie in einer Linie miteinander liegen.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.
Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen an einem Ausfährungsbeispiel für die Messung
der mittleren Geschwindigkeit eines Fahrzeuges erläutert. Es zeigt Fig. I eine erste
Ausführung des Gerätes mit schematischer Gesamtanordnung in Seitenansicht, Fig.
2 a, 2 b und 2 c die gleichen Ansichten der einzelnen Elemente in vbneina'nder getrennter
Lage, wie sie miteinander gekuppelt werden, Fig. 3 a, 3b und- 3c drei Aufsichten
auf die Elemente2a, 2b und 2c, Fig. 4 eine schematische Seitenansicht des Gerätes,
die zu Fig. I um go0 verdreht und in-Richtung des Pfeiles f gesehen ist, Fig. 5
einen schematischen Achsschnitt in perspektivischer Darstellung einer praktischen
Ausführung des Gerätes nach Fig. I bis 4, Fig. 6 eine Seitenansicht zu Fig. 5, Fig.
7 einen Achsschnitt mit persp.ektivischer Darstellung einer anderen vereinfachten
Ausführung des Gerätes, Fig. 8 eine Aufsicht auf das Gerät nach Fig. 7.
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Wie sich aus der Zeichnung ergibt, besteht das Gerät bei der ersten
Ausführung aus drei Hauptmechanismen (Fig. I, 4 und 5), von denen jeder in einem
eigenen Gehäuse untergebracht ist. Diese drei Gehäuse X, B und C können aufeinandergesetzt
werden, wobei die Achsen der Mechanismen in einer Linie miteinander liegen.
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Das GehäuseS enthält das logarithmische Getriebe des Zeitmessers,
und dieses Getriebe besteht aus einer Mittelwelle a, die aus dem Gehäuse herausragt
und durch den Zeitmesser gesteuert wird (Uhrantrieb O- der Fig. 5). Mit der Welle
a ist bei I der Arm 2 eines Mitnehmers fest verbunden, dessen Gegenelement 3 mit
der Scheibe 5 auf gemeinsamer Nabe 4 sitzt. Die Scheibe 5 trägt die logarithmisch
gewundene Linie bzw. Spur. Der Mitnehmer besteht aus einer Umfangsverzahnung der
Scheibe 3, mit der federnde Sperrklinken in Eingriff gelangen, die im Ende des Armes
2 gelagert sind.
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Die logarithmisch gewundene Linie ist als Nut auf der Unterfläahe
der Scheibe 5-eingraviert. In diese logarithmische Nut greift das spitze Ende 6
eines Armes 7, der fest mit einer Welle 8 verbunden ist, die parallel zur Welle
o liegt, und diese Welle 8 ragt, ausgehend von dem GehäuseS, in dem sie drehbar
gelagert ist, bis zum Gehäuse C durch das Gehäuse B hindurch.
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Das Gehäuse B ist in ähnlicher Weise wie das Gehäuse A ruit einem
logarithmischen Getriebe des Entfernu,ngsmessers versehen, und dieses Getriebe besteht
aus einem -Mitnehmermechanismus und einer Scheibe mit einer logarithmisch gewundenen
Nut ähnlich wie die Scheibe 5 des obenerwähnten Zeitgetriebes, led,iglith mit dem
Unterschied, daß die Lage zueinander umgekehrt ist, d h., der Mitnehmermechanismus
liegt unter der Scheibe, die die logarithmisalle Nut trägt, und die Scheibe ist
auf der Oberseite mit dieser logarithmischen Nut versehen. Weiter ist das obere
Element 2' des Mitnehmermechanismus fest mit einer Mittelwelle b verbunden, die
durch die Welle g des Entfernungsmessers über Kegelräder Io, 11 oder ein Schneckengetriebe
angetrieben wird. Die übrigen Elemente des Getriebes sind mit denselben Bezugszeichen
versehen, soweit sie symmetrisch den Elementen des Zeitgetriebes entsprechen, und
diese Bezugszeichen sind lediglich. ' zur Unterscheidung mit einem Strich versehen.
Die Arbeitsweise ist die gleiche wie die des Zeitmessergetriebes.
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Der schwingende Arm 7' sitzt fest auf der Welle 8, die seitlich und
parallel zur Welle 8 in ähnlicher Weise wie diese gelagert ist, wie in Fig. 4 und
5 besser zu sehen ist (die beiden Wellen scheinen in Fig. I.-koaxial zu liegen,
sind es jedoch nicht, wie aus Fig. 4 urid 5 ersichtlich ist; diese
koaxiale
Lage soll nur ein besseres Verhältnis vermitteln) .
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Das Gehäuse C enthält die Differentialmechanik zur Erzielung der
algebraischen Summe- der logarithmischen Verschiebungen der beiden unteren Niechaniken,
die auf die Differentialmechanik durch die Wellen 8 und 8' übertragen werden. Zu
diesem Zweck sind die Wellen 8 und 8' fest mit gezahnten Sektoren 12 und I2' verbunden,
die mit Zahnrädern I3 und I3' zusammenarbeiten, welche lose auf der Welle c gelagert
sind, mit der die Welle 14 mindestens eines Planetenrades I5 starr verbunden ist,
die frei um ihre Welle dreht, und zwar durch die Verdrehungen der Planetenräder
I6 und I6', die starr mit den Rädern 13 und I3' verbunden sind.
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Mit der Welle c ist außerhalb des Gehäuses C die Scheibe 17 direkt
gekuppelt, auf der die Skala der mittleren Geschwindigkeit in bezug auf einen festen
Zeiger oder eine feste Linie F abgelesen werden kann, der bzw. die zusammen mit
einem Fenster F' des Gerätemantels nur in Fig. 5 und 6 gezeigt ist.
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Wie sich aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, können die drei
Gehäuse A, B und C leicht voneinander getrennt werden, ohne daß es erforderlich
ist, die entsprechenden Mechaniken herauszunehmen, wie sich aus den Fig. 2 a bis
2 c und Fig. 5 ergibt, und sie können leicht miteinander gekuppelt werden, nachdem
sie aufeinandergesetzt sind, z. B. mittels Schrauben, die die miteinander berührenden
Gehäuseteile a', b' und b", c", wie Fig. I bis 4 zeigen, miteinander verbinden.
Die Befestigung kann auch so sein, wie in Fig. 5 gezeigt ist.
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Um diese Möglichkeit zu erhalten, bestehen die Wellen 8, 8' aus mehreren
voneinander getrennten Elementen, die durch Gleitkupplungen (nicht dargestellt)
gegenseitig miteinander verbunden werden können, so daß diese Elemente starr miteinander
rotieren.
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Die Wellen8, I8' sind in ähnlicher Weise wie die Wellen 8, 8' angeordnet,
d. h., sie sind drehbar in den verschiedenen Gehäusen gelagert und bei der Drehung
mit den Zahnrädern I9, I9' verbunden, die die Getrieberäder 20, 20' der Scheiben
5, 5' steuern.
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Die Wellen I8, I8' erstrecken sich mit ihren oberen Enden (Fig. I
bis 4) durch die Gehäusewandung heraus und sind mit Knöpfen2I, 2I' versehen, durch
die die Wellen 8, 8' mittels Hand verdreht werden können, um das Gerät auf Null
einzustellen, indem man die Mitnehmerkupplungen 2, 3 und 2', 3' gleiten läßt, sobald
die Wellen a und g Dicht in Tätigkeit sind.
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Anstatt die Wellen 18, I8', die zur Einstellung der logarithmischen
Linien auf den Nullpunkt dienen, direkt mit den Knöpfen 2I, 2I' zu kuppeln, können
sie durch die Knöpfe entsprechend Fig. 5 auch über Zahnräderpaare 22, 23 und 22',
23' eiw gestellt werden. Die Zahnräder 22, 22' sind fest mit den Wellen I8, I8'
verbunden, während die Zahnräder 23, 23' fest mit den Knöpfen 2I, 2I' verbunden
sind.
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Die erwähnten Knöpfe sind axial verschiebbar, um die Zahnräder I3,
I3' mit den Zahnrädern 22, 22' in Eingriff zu bringen, wie gestrichelt dargestellt
ist, oder den Eingriff zu lösen, um zu verhindern, daß die Knöpfe 2I, 2I' in umgekehrter
Richtung drehen, wodurch sie, wenn das Gerät sich in Tätigkeit befindet, einen nutzlosen
Widerstand während der Tätigkeit des Gerätes hervorrufen würden. Naturgemäß sind
besondere Mittel vorgesehen, um die Knöpfe 2I, 2I' gegen die Einstellrichtung auf
den Nullpunkt an einer Drehung in umgekehrter Richtung zu hindern. Diese Mittel
bestehen nach dem Beispiel Fig. 5 aus Klinken 24, 24', die durch Federn 25, 25'
mit den Zähnen der Zahnräder 23, 23' im Eingriff gehalten werden. Diese Federn sind
z. B. schraubenförmig auf den Drehachsen 26, 26' angeordnet.
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Während der Einstellung auf den Nullpunkt kehren die spitzen Enden
der Arme 7, 7', die mit einem bestimmten Punkt der logarithmischen Nuten der Scheiben
5, 5' (Fig. 3 b) im Eingriff stehen, entlang dieser Nuten zu ihrem Anfangspunkt
zurück und dann entlang des kreisförmigen Teiles 0-0' der Nut zum Nullpunkt zurück.
Dieser Kreisteil befindet sich vor der logarithmis ch gewundenen Nut, und seine
Winkelgröße ist so berechnet, daß die Verstellung der Arme 7, 7' erst beginnt, nachdem
Scheiben 5, 5' bereits begonnen haben, sich zu drehen. Dieser Scheibendrehung entspricht
ein bestimmter Wert des Integrals derjenigen Variablen, die durch das entsprechende
Meßgerät gesteuert wird.
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Um andererseits ein Anhalten des Gerätes zu vermeiden, wenn die spitzen
Enden 6, 6' das innere Ende der logariffimischen Linie erreichen, läuft diese in
eine kreisförmige Nut 0" aus, die es zuläßt, daß die Scheiben 5, 5' ohne irgendwelche
Rückwirkung weiter umlaufen.
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In der vereinfachten Ausführung des oben beschriebenen Gerätes entsprechend
Fig. 7 und 8 wird die Differentialmechanik anstatt durch zwei Planetenräder, die
fest mit den angetriebenen Wellen der beiden logarithmischen Getriebe verbunden
sind und auf ein gemeinsames Planetenrad auf der Achse eines Quadranten einwirken,
der sich vor einem festen Zeiger od. dgl. verstellt, einfach durch einen Zeiger
und einen Quadranten dargestellt, von denen jeder bei der Umdrehung mit einer der
beiden angetriebenen Wellen der logarithmischen Getriebe fest verbunden ist, so
daß durch direkte Beobachtung der gewünschte Differenzwert abgelesen werden kann.
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Gemäß dieser Ausführung besteht das Gehäuse aus einem Bodenteil 20I
und einem Gehäuse202, in dem parallel zum Boden 201 zwei ebene Scheiben 203 und
204 angeordnet sind, die mit dem Gehäuse 202 im Abstand von dem Boden 20I unter
Zwischenschaltung von Abstandselementen 205 und 206 verbunden sind. Alle diese Elemente
sind in bezug auf ihre gemeinsame geometrische Achse koaxial aufgebaut und abgestützt
einschließlich der Achsen der verschiedenen Mechanismen. In dem Bodenteil 201 ist
das Entfernungsgetriebe gelagert, das aus einer Welle 207 besteht, auf der ein Schneckenrad
208 lose gelagert ist, das durch eine endlose Schnecke 209 angetrieben wird, die
durch die
Welle 210 mit einem beliebigen Punkt des Fahrzeugantriebes
verbunden ist.
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In dem Schneckenrad 208 sind zwei Planetenräder 211, 2II' lose drehbar,
aber starr miteinander verbunden gelagert, die mit Zahnrädern2I2, 2I2' im Eingriff
stehen, von denen das erstere fest auf der Welle 207, während das zweite fest mit
der Scheibe 213 verbunden ist,- in die die logartithmische Nut2I4 eingraviert ist,
die eine Länge entsprechend der gesamten zu durchlaufenden Entfernung besitzt.
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Die Räder 212 und 2I2' besitzen-eine Zahndifferenz, so daß, sobald
das Rad 212 anhält, das Rad 2I2' bei jeder Umdrehung des Rades 208 einen Zahn vorläuft,
wodurch ein sehr günstiges Reduzierverhältnis erreicht wird, wie es praktisch notwendig
ist, um die Länge der logarithinischen Nut einer ausreichenden Entfernung entsprechen
zu lassen.
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Das Anhalten des fest mit'der Welle 207 verbundenen Rades 212 geschieht
nicht dauernd, sondern es kann wieder bewegt werden, wenn die Einstellung der lorgarithmischen
Nut 214 auf Null erfolgen soll. Zu diesem Zweck wird ein Zahnrad 215 fest mit der
Welle 207 verbunden, welches mit einem Zwischenrad 2I6 li.m Eingriff steht, mit
dem wieder ein Zahnrad 2I7 im Eingriff steht, welches auf dem Ende der Welle 2I8
sitzt. Diese Welle wird über ein rechtwinklig liegendes Zahnradpaar 2Ig, 2Ig' durch
eine kleine Welle 220 gesteuert, die mit einem Knopf 22I zur Handbetätigung versehen
ist. Auf die Welle 220 ist eine Schraubenfeder 220' ge.wunden, die, während sie
die Welle 220 und infolgedessen über die Räder 2I9', 2Ig, 217, 2I6, 2I5 das Rad
212 blockiert, sobald die Bewegung der Welle durch das Rad 208 auf die Scheibe 213
übertragen wird, diese letztgenannte Scheibe in umgekehrte Richtung drehen läßt,
um die logarithmaische Linie auf Null einzustellen, und zwar sobald das Rad 208
durch das Anhalten der endlosen Schnecke blockiert ist.
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Die Bewegung der Scheibe 213 wird auf einen Quadranten 222 durch
den gezahnten Sektor 223 übertragen, der drehbar in dem Gehäuseteil 203 gelagert
ist und ständig mit einem Zahnrad 224 der Welle 225 lim Eingriff steht, auf der
der Quadrant 222 sitzt. Die Übertragung der Bewegung erfolgt durch einen Vorsprung
226 des Sektors 223, der in die logarithmische Nut 214 der Scheibe 213 eingreift.
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Das Zeitgetriebe ist auf dem Teil 204 des Gehäuses gelagert und besteht
aus einer hohlen Welle 227, die koaxial zur Welle 225 liegt und an einem Ende fest
mit einem Zahnrad 228 verbunden ist.
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Das Zahnrad 228 greift in den gezahnten Sektor 229 ein, der ähnlich
wie der Sektor 223 verschwenkbar in der Wandung 203 des Gehäuses gelagert ist.
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Das andere Ende der Welle 227 ist mit einem Zeiger 230 versehen, der
unter dem Quadranten 222 liegt. Die Bewegung des Sektors 229 wird durch einen Vorsprung
23I verursacht, der in die Spiralnut 232 einer Scheibe 233 eingreift, die frei drehbar
in der Wandung 204 des Gehäuses angeordnet ist, und zwar koaxial mit den Wellen
225 und 227.
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Die Scheibe 233 ist starr mit einem Zahnrad 234 verbunden, welches
über die Zahnräder 235, 236, 237 durch ein Uhrwerk 238 gesteuert wird. Der bewegliche
Teil des Uhrwerks 238 besteht aus einem Zwischenrad 239, welches ständig mit dem
Zahnrad 237 im Eingriff steht.
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Das Zahnrad 235 sitzt auf einer Welle 240, die zu sich selbst parallel
in einem Schlitz 24I des Gehäuseteiles 204 gleitet. Diese Anordnung läßt es zu;
das Zahnrad 235 mit dem Zahnrad 236 außer Eingriff zu bringen, wenn man während
des Anhaltens einen bestimmten Zeitfehler ausgleichen will, obgleich das Zahnrad
235 ständig mit dem Zahnrad 234, welches fest mit der Scheibe 233 verbunden ist,
im Eingriff steht.
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Gleichzeitig ist damit die Möglichkeit gegeben, wenn es erforderlich
ist, leicht eine Einstellung auf den Nullpunkt der Zeitlinie 232 vorzunehmen. Zu
diesem Zweck ist in dem oberen Aufsatz der Welle 2I4 eine dünne Welle 242 drehbar
gelagert, die mit einem Ende aus dem Gehäuse 202 herausragt und lhier einen Betätigungsknopf
243 trägt, während sie am anderen Ende mit einem Zahnrad 244 versehen ist, welches
durch eine Seitenverzahnung mit dem Zahnrad 235 im Eingriff steht. Die Einzelteile
sind so angeordnet, daß die-Welle242 nur in der erwähnten Richtung drehen kann,
um die Nulleinstellung auf der logarithmischen Linie 232 zu bewirken. Zu diesem
Zweck ist eine Feder 245 in geeignetem Drehsinn auf der Welle 242 schraubenförmig
aufgewickelt und wirkt in ähnlicher Weise wie die Feder 220 des Zeitraumgetriebes
als Federhandbremse. Die Welle 242 ist in axialer Richtung gleitend gelagert, um
das Zahnrad 244 gewünschtenfalls mit dem Zahnrad 235 in Eingriff zu bringen und
automatisch einen entgegengesetzten Eingriff zwischen dien zuletzt erwähnten Zahnrädern
auszuschließen, wenn sich das Gerät in normaler Arbeitsstellung befindet.
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Wie in der Einleitung schon angedeutet wurde, besteht der Quadrant
222 aus durchsichtigem Material, so daß man durch ihn, wie in Fig. 2 gezeigt ist,
sowohl den Zeiger 230 als auch das Zifferblatt 246 des Uhrwerks 238 sehen kann.
/ Auf dem Quadranten 222 ist eine Gradeinteilung 247 eingraviert oder in anderer
Weise aufgebracht, die die Werte der mittleren Geschwindigkeit des Fahrzeuges anzeigt.
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Wenn es erforderlich ist, kann der Quadrant 222 auch mit einer zweiten
Gradeinteilung versehen sein (nicht dargestellt), die ablesbar vor einem festen
Zeiger des Gehäuses 202 liegt, wodurch der Wert der gesamten durchlaufenden Entfernung
direkt ablesbar ist.
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Außer den Knöpfen 221, 234 außerhalb des Gehtäuses 202 ist ein weiterer
Knopf 248 zum Aufziehen des Uhrwerks vorgesehen.
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Wie sich ergibt, ermögflcht das Gerät nach der vorbeschriebenen Erfindung
nicht nur eine direkte Ablesung des mittleren Geschwindigkeitswertes entsprechend
den Stellungen, die nacheinander durch den Zeiger 230 zu der Gradeinteilung 247
eingenommen werden, sondern auch des Wertes mindestens einer der Variablen, insbesondere
der Zeit
mittels des Uhrwerks 238. Die Erfindung ermöglicht so die
Vereinigung von zwei oder sogar drei Instrumenten, die für ein Motorfahrzeug ganz
allgemein von großer Bedeutung sind, in einem einzigen Gerät.