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Ortsanzeiger Bei den bekannten, auf dem Trägheitsgesetz beruhenden
Ortsanzeigern wird der Trägheitsdruck einer pendelnden oder axial verschiebbaren
Masse auf zweierlei Art ausgewertet. Entweder geschieht dies auf elektromagnetischem
Wege dadurch, daß in einer Art Mikrophon bei Beschleunigungen oder Verzögerungen
je nach Trägheitsdruck eine losere oder innigere Berührung zweier Kontaktstücke
entsteht und durch die hervorgerufenen Stromschwankungen ein Zählwerk beeinflußt
wird. Oder es wird bei Beschleunigungen oder Verzögerungen an einem Pendel ein Ausschlag
gegen einen festen senkrechten Teil der Vorrichtung oder dessen Parallele hervorgerufen
und auf ein Reibradgetriebe so übertragen, daß bei stillstehendem Pendel das Reibrad
im Mittelpunkt einer Planscheibe steht, sich also nicht dreht, beim Pendelausschlag
aber eine dessen Größe entsprechende Verschiebung vom Mittelpunkte und damit eine
der Geschwindigkeit entsprechende Drehung des Reibrades entsteht. Auch die Übertragung
dieser Drehung auf ein zweites Reibrad, dessen Drehung der Weglänge entspricht,
ist bekannt, ebenso wie die Auswertung der Reibraddrehung durch eine über einer
Landkarte bewegliche Anzeigevorrichtung.
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Demgegenüber besteht die Erfindung in einer neuartigen Verbindung
von Pendeln und Reibradgetrieben, die in mehrfacher Hinsicht wesentliche Unterschiede
gegen das Bekannte aufweist. Erstens wird statt des Ausschlags des Pendels gegen
einen festen Teil die bei Beschleunigungen sich ergebende verschiedene Einstellung
zweier Pendel zur Auswertung benutzt. Zweitens geschieht diese Auswertung in neuartiger,
der Beschleunigung genau entsprechender Weise, und drittens werden die Reibräder
unmittelbar als Anzeigemittel benutzt, wodurch die Übertragung auf eine über einer
Landkarte sich bewegende Vorrichtung fortfällt.
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Was zunächst den ersterwähnten Unterschied gegen das Bekannte betrifft,
so ist es bei in der Bewegung befindlichen Fahrzeugen niemals möglich, irgendeinen
Teil dauernd genau in einer bestimmten Ebene zu halten. Wird also der Ausschlag
eines Pendels gegen einen solchen Teil ausgewertet, so müssen andauernd erhebliche
und unkontrollierbare Fehler auftreten, auch wenn sie sich zum Teil gegenseitig
aufheben. Diese Fehlerquelle wird erfindungsgemäß wie folgt umgangen. Wenn* zwei
nach Massenverteilung verschiedene, zweckmäßig auf derselben Drehachse gelagerte
Pendel, also ein (annähernd) mathematisches und ein physikalisches Pendel, derselben
horizontalen Beschleunigung unterliegen, so stellt sich das erstere sofort, das
andere infolge des Widerstandsmoments der um den Drehpunkt gelagerten Massen nach
einer gewissen Zeit in einen bestimmten Winkel zur Senkrechten ein. Infolgedessen
kann durch geeignete übertragungs- und Ausgleichsvorrichtungen der Ausschlag des
mathematischen Pendels dazu benutzt werden,
den Schwerpunkt des
physikalischen Pendels, ehe dieses die senkrechte Lage verläßt, seitlich so zu verschieben,
daß je nach Beschleunigung eine größere oder kleineze;_. Verschiedenheit der Einstellung
der beiden:.' Pendel zur Senkrechten während der ganzen.. Dauer der Beschleunigung
bestehen bleibt: Diese Vorrichtung erfordert also keinen ' festen senkrechten Teil;
man kann sich diesen ersetzt denken durch das erwähnte physikalische Pendel, das
sich ja selbsttätig in die Senkrechte stellt.
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Der zweite Unterschied gegenüber dem Bekannten besteht in einer neuartigen
Übertragung des Pendelausschlags auf ein Reibrad unter genauer Anpassung an die
zwischen horizontaler Beschleunigung B eines Pendels und dessen Ausschlagswinkels
a bestehende bekannte Beziehung: tg a = g . Wenn wie bei den bekannten Ortsanzeigern
,die jeweilige Entfernung des Reibrades vom Mittelpunkt der Planscheibe proportional
ist dem Bogenmaß des Winkels a anstatt dem Werte tg a,
so ist bei einer
Größe von a bis zu etwa 50 der Fehler nur klein, nimmt aber dann in steigendem Maße
zu, so daß diese Art Auswertung nur beschränkte Anwendung haben kann.
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Im Gegensatz hierzu wird erfindungsgemäß. durch geeignete übertragungsvorrichtungen
gemäß obiger Formel das Reibrad so beeinflußt, daß seine Drehung genau proportional
der Beschleunigung B ist.
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Schließlich übertragen die bekannten Ortsanzeiger die Reibradbewegung
entweder auf eine besondere Zählvorrichtung oder eine sich über einer Landkarte
bewegende Anzeigevorrichtung. Beides wird erfindungsgemäß dadurch überflüssig, daß
die Resultate direkt an den Reibrädern abgelesen werden können. Sie sind dann leicht
und schnell auf eine mit Quadratnetz versehene Karte zu übertragen. Das Ganze wird
dadurch sehr vereinfacht, kann in kleinsten Abmessungen ausgeführt werden und bedarf
als Antriebsmittel statt Elektromotoren u. dgl. nur einer Uhrfeder. Insbesondere
hat die Zurückführung des Ganzen auf möglichst wenig Einzelteile und damit Reibungsstellen
den Vorteil, daß die Empfindlichkeit gesteigert wird, also noch sehr kleine Ausschläge
des Pendels gemessen werden können.
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Die Vorrichtung ist in Abb. i im Querschnitt A-B, und zwar in Ruhestellung
bzw. bei gleichbleibender Geschwindigkeit, in Abb.2 in demselben Ouerschnitt während
einer Beschleunigung, in Abb. g im Längsschnitt C-D dargestellt.
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Das Ganze wird umschlossen von dem Hohlzylinder a, der oben durch
Glas o. dgl. verschlossene Fenster trägt, die die Ablesung des Meßwerks im Innern
gestatten. In a ist der Zylinderabschnitt b mittels Spitzen mög--lichst reibungslos
pendelnd gelagert, ebenso Jr -b wiederum der Hohlzylinder c mittels der 'Achse d.
Die Mittelachsen, zugleich Drehachsen aller drei Zylinder, fallen zusammen. Der
Zylinder c enthält ebenso wie a an der Oberseite Öffnungen zur Beobachtung der Innenteile.
In c ist fest verbunden eingelagert das Uhrwerk e. Es bewegt die Planscheibe
f
und die damit durch Verzahnung verbundene Planscheibe g mit gleichbleibender
Drehzahl. In die Vorder- bzw. Rückwand von c ist der Schlitten h in seiner Längsrichtung
verschiebbar eingelagert. Es trägt an den Querstreben i das in Spitzen möglichst
reibungslos gelagerte, auf der Planscheibe g gleitende Reibrad h, dessen Teilumdrehungen
an einer Trommel 1. und dessen ganze Umdrehungen an einem Zählrad m ablesbar sind.
Die Teile g, k, 1 und ni bilden ein Reibradgetriebe bekannter Art.
An der Unterseite trägt der Schlitten k eine Verzahnung, die im Eingriff steht mit
einer ebensolchen auf der Achse rt, so daß durch Drehung von rt eine Längsverschiebung
von lt eintreten kann. Die Achse ri. ist in Öffnungen von c drehbar und zugleich
in der Längsrichtung verschiebbar gelagert und trägt das mit ihr fest verbundene,
auf der Planscheibe f gleitende Reibrad o. Dessen Umdrehungen können wie bei k auf
einer Trommel oder auch an einer auf lt angebrachten Strichteilung abgelesen werden.
Die Teile f, rt und o bilden ebenfalls ein Reibradgetriebe bekannter Art.
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Eine zweite Achse r ist ebenso wie n in den Wandungen von c in ihrer
Längsrichtung verschiebbar gelagert, steht aber nicht in Verbindung mit lt. An r
befestigt ist ein Ausgleichsgewicht s. Mit dem Zylinder b fest verbunden sind die
ringförmigen Kurvenstücke p und q. Sie werden von den abgerundeten Enden der Achsen
ra und r berührt, und ihre Innenflächen sind so eingerichtet, daß in der
senkrechten Ruhestellung von b (Abb. i) das Reibrad o in der Mitte von f bzw. der
Schwerpunkt von s senkrecht unter der Mittelachse von c gehalten wird, bei Schräglage
von b aber (Abb. 2) vermöge der eigenartigen Form der Innenseite von p und
q
eine seitliche Verschiebung von rt und o bzw. r und s erfolgt. Die Achsen
rt und y können zur Verminderung der Reibung auf p und q
statt der abgerundeten
Enden kleine Gleitrollen tragen. Auch genügt als wirksamer Teil von p und
q eine der beiden seitlichen Symmetriehälften, gegen die dann rt und
r
von der Wandung von c aus mittels Federwirkung angedrückt werden.
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Der Schwerpunkt von c einschließlich der
in ihm gelagerten
Teile soll zur Erzeugung des Widerstandsmoments gegen die durch Beschleunigungen
hervorgerufene Drehung nur wenig unter dem Mittelpunkt liegen. Hierfür ist das Ausgleichsgewicht
t vorgesehen. Es hat Durchbrechungen insoweit, daß durch die Fenster in
a und c die Teilungen auf lt, o, L
und m abgelesen werden können.
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Arbeitsweise Der Zylinderabschnitt b stellt das obenerwähnte, annähernd
mathematische, Zylinder c das physikalische Pendel dar. Im Zustande der Ruhe oder
unveränderten Geschwindigkeit (Abb. i) haben b und c die Senkrechtlage, die Reibräder
k und o stehen im Mittelpunkt der durch e mit gleichbleibender Drehzahl bewegten
Planscheiben g bzw. f, drehen sich also nicht. Erfolgt aber eine Beschleunigung
der ganzen Vorrichtung senkrecht zur Mittelachse in waagerechter oder annähernd
waagerechter Richtung, so wird das (annähernd) mathematische Pendel b einschließlich
der Kurvenstücke p und q sich sofort je nach Größe der Beschleunigung in einen bestimmten
Winkel zur Senkrechten einstellen (Abb.2). Dieselbe Stellung würde einige Zeit später
auch das physikalische Pendel c nach Überwindung des Widerstandsmornents der um
seine Drehachse gelagerten Massen einnehmen, wenn nicht durch die Einwirkung von
p und q die Achse n und r
nebst o und s und damit auch der Schwerpunkt
von c seitlich verschoben würde. Das Maß dieser Verschiebung ist bedingt durch die
Form der Innenseite von. q, die so ausgestaltet ist, daß die erwähnte Verschiebung
des Schwerpunktes des physikalischen Pendels c dessen durch die Beschleunigung erzeugtes
Drehmoment aufhebt, so daß die Drehung von c erst gar nicht oder nur sehr wenig
zustande kommt. Ebenso ist die Innenseite von p so geformt, daß der Abstand von
o vom Mittelpunkt von f im linearen Verhältnis steht zu der erfolgten Beschleunigung.
Die von dem Umfange von o abgewickelte Strecke ist das Produkt aus Zeit und Abstand
vom Mittelpunkte oder gemäß dem erwähnten linearen Verhältnis gleich dem Produkt
aus Zeit und Beschleunigung, d. h. gleich der Geschwindigkeit, die an der Teilung
auf h oder an einer an o angebrachten Trommel abzulesen ist. Die Abwicklung des
Umfangs von o steht wiederum im linearen Verhältnis zur Verschiebung von h und damit
von k. Dessen Abwicklung ist also das Produkt aus Zeit und Geschwindigkeit, d. h.
gleich der zurückgelegten Wegstrecke, die an der Trommel 1 und dem Zählrad
m abzulesen ist.
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Das Ganze wird so gehalten, daß die Längsachse in einer Ebene senkrecht
zur Wegrichtung liegt, innerhalb deren aber selbst erhebliche Abweichungen der -Längsachse
aus der Waagerechten das Ergebnis kaum beeinflussen. Die bei den bekannten Ortsanzeigern
nötige genaue Innehaltung einer senkrechten oder waagerechten Lage fällt fort.
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Soll der Abstand von einer Bezugsfläche gemessen werden, so kann die
Vorrichtung mit bekannten Mitteln (Kompaß, Kreisel) so gehalten werden, daß die
Längsachse parallel zur Bezugsfläche steht. Wird eine zweite gleichartigeVorrichtung
senkrecht zur ersten angebracht, so können die Abstände von zwei zueinander senkrechten
Bezugsflächen gleichzeitig gemessen werden.