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Schwingungsmesser Die meisten der bekannt gewordenen Schwingungsmesser
sind für den Laboratoriumsbedarf bestimmt. Andere sind schwer und kompliziert, weil
für jede der Hauptschwingungsrichtungen eine besondere Masse verwendet werden muß.
In fast allen Fällen mußte bei der Änderung der Eigenfrequenz und bei anderen Einstellungen
die Masse berührt werden, wodurch Veränderungen und Zeitverluste eintraten. Hauptsächlich
war es aber die bei ähnlichen Geräten bekannte hohe Eigenfrequenz des Meßsystems,
welche bei Schwingungsmessungen mit geringer Frequenz störend wirkte.
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Der neue Apparat beseitigt alle bisher bestehenden Mängel und führt
zu einer Anzahl Vorteile. Der Grundgedanke ist in der Abb. i an einem Beispiel erläutert.
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Eine Masse i mit dem Schwerpunkt 2 ist über einen horizontalen Hebelarm
3 in den Achsen .4 und 5 kardanisch aufgehängt. Die Masse wird durch die Feder 6
im Gleichgewicht gehalten. Angenommen, daß eine solche Vorrichtung eine ganz geringe
Eigenschwingungszahl besitzt (was noch erläutert wird), so würden Schwingungen höherer
Frequenz, welche in den Aufhängepunkten des Meßsystems angreifen, eine Veränderung
der Lage des Massenschwerpunktes 2 gegenüber einem Fixpunkte 2d des Gehäuses hervorrufen.
Die Schwingungen werden durch die relative Bewegung der Masse zu einem fixierten
Punkte des Gehäuses erkannt. Hierbei ist zufolge der kardanischen Aufhängung jede
Schwingungsebene zu erfassen. Der Vorteil ist die Anwendung einer :Masse für alle
Untersuchungsrichtungen, d. h. geringes Gewicht.
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Um die Eigenfrequenz der kardanisch aufgehängten Masse i auf eine
geringe Zahl zu beschränken und zu regulieren, ferner um dem System eine gewisse
Stabilität zu geben, sind die Aufhängepunkte, die Federkräfte, überhaupt alle die
Stabilität und die Eigenfrequenz beeinflussenden Teile in ihrer räumlichen Lage
zueinander und in der räumlichen Lage zu der Masse i und deren Aufhängepunkte in
bestimmter Art geordnet. In der Abb. 2 sind diese Verhältnisse besonders dargestellt.
Hier ist die Entlastung der Masse i erneut durch die Feder 6 gezeigt, jedoch bestimmt
diese Anordnung auch ein System sowohl geringer als auch veränderlicher Eigenschwingungszahl.
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Die Versuche und die Berechnung lehren, daß die Eigenschwingungszahl
von dem Orte des Punktes 7 abhängt, und zwar muß dieser Punkt 7 oberhalb der Achse
und des Drehpunktes 4. auf der gekennzeichneten Strecke 7-8 liegen, wobei der Punkt
7 der geforderten Stabilität halber höchstens in der Verlängerung der Achse 5 liegen
darf. Für die Erfindung ist ferner bemerkenswert, daß die Eigenfrequenz sinkt, wenn
der Punkt 7 sich dem Punkte 8 nähert, d. h. die Eigenfrequenz fällt und steigt mit
der Strecke 7-8. Punkt 8 ist hierbei der Schnittpunkt der Federachse mit der Achse
5. Ferner ist wichtig, daß
diese Regelung der Schwingungszahl für
alle Richtungen der kugelförmigen Bewegung der Masse maßgebend ist. Man kann auch
für die horizontalen Schwingungen eine besondere Feder 9 vorsehen, welche in ähnlicher
Weise durch einen veränderlichen Stützpunkt 7a reguliert wird. In beiden Fällen
ist jedoch durch die Lage der Punkte 7, 8 zueinander und wegen der Verstellbarkeit
der Federstützen die Einstellung der Eigenfrequenz, die niedrige Zahl der Eigenfrequenz
und die gewünschte Stabilität erreicht, ohne claß bei der Veränderung der Eigenfrequenz
die Masse z in irgendeiner Weise angegriffen bzw. in ihrer Bewegung beeinträchtigt
wird.
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Die Durchführung der vorgezeichneten Anordnung führt auf besondere
Konstruktionen, von denen die Abb. 3 ein Beispiel zeigt.
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Das Kardangelenk 4,5 ist entgegen den Beispielen laut Abb. i und 2
verkleinert. Der Bock 7 ist eine Stütze für die Verlängerung der Feder 6. Dieser
Bock kann auf einer besonderen Bahn in der Richtung der Federachse und der Strecke
7-8 hin und her geschoben oder sonstwie bewegt werden. So oder analog wird die Eigenfrequenz
des Schwingungsmessers verändert. Äußerlich zeigt eine Vorrichtung, z. B. eine Skala
mit Zeiger, die eingestellte Frequenzzahl an.
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Die zweite Feder 9 mit dem Stützpunkt 7a ist in der Abb. 3 nicht mitgezeichnet.
Ihre Funktion wird, wie bereits erklärt, durch die Feder 6 ausreichend übernommen.
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-Neu ist auch die Federspannvorrichtung für derartige Schwingungsmesser.
Die Feder 6 ist als ein Stahlband oder besser als ein dünner Draht über die Achse
5 hinaus verlängert. Dieses freie Ende kann so bewegt «-erden, daß die Feder 6 die
Masse i tnit Hebel 3 in waagerechter Lage hält. Die Bewegung des Drahtes oder des
Bandes kann vermittels eines Schneckentriebes und Trommel, auch auf jede andere
gleichwertige Art, herbeigeführt werden. Auch hier ist wesentlich, daß die Einstellung
ohne Beeinflussung der Masse i stattfindet und daß diese Einstellung für alle Schwingungsrichtungen
maßgebend ist.
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Bereits am Eingang dieser Beschreibung wurde erläutert, daß die Bewegung
des fixierten Gehäusepunktes 2a gegenüber der Masse i bzw. deren Schwerpunkt 2 in
weitgehendster Weise die zu untersuchenden Schwingungen mit Bezug auf alle Schwingungsrichtungen
erkennen läßt.- Ferner wird im Verlaufe der heschreibung erklärt, daß die Bedingungen
für die Eigenfrequenz ausreichend erfüllt sind.
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Die Praxis erfordert es, daß Feststellungen über untersuchte Schwingungen
eindeutig aufgezeichnet werden, Damit wird. die Schreibvorrichtung dieses neuen
Schwingungsmesser s zu einem wichtigen Erfordernis bei der Anwendung. Das Schreibzeug
soll alle bemerkenswerten Vorgänge und Bedingungen zeitlich richtig und auswertbar
aufnehmen. Insbesondere die zeichnerische Vergrößerung der Schwingungsvorgänge ist
bei den stark schwankenden und vielfach geringen Amplitudengr ößen von Bedeutung.
Der in dem Beispiel der Abb.3 gezeigte Schwingungsmesser registriert seine Ergebnisse,
wenn der Zeichengeber io, der sich in der Masse i befindet, als Spiegel ausgebildet
wird. Dieser Spiegel würde sich dann in der Nähe des Massenschwerpunktes 2 befinden
und könnte durch einen Lichtstrahl auf eine lichtempfindliche Schicht in üblicher
Weise die Bewegung des Zeichengebers fixieren. Der Anordnung gemäß und dem Verlaufe
der Bewegungen entsprechend würde sogar der Abstand der photographischen Schicht
vom Zeichengeber io eine leicht kontrollierbare Vergrößerung der Bewegungen des
Zeichengebers io bringen. Diese Registrierung ist in ähnlicher Weise in der Abb.
4 gezeigt. Allerdings ist das Schreibzeug eine Verlängerung des Hebels 3 über den
Kardanpunkt .4, 5 hinaus. Die mechanische Vergrößerung ist nach der Abb, q. aus
der Anordnung des Zeigers i i und der Schreibtafel 12 zu erkennen. Diese Aufzeichnung
der Bewegungen liefert ein unzerlegtes Bild der untersuchten Schwingung. Dieses
Beispiel läßt es unbenommen, die Aufzeichnung lichtempfindlich oder graphisch zu
vollziehen.
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Die Abb. 5 zeigt eine ähnliche Schreibvorrichtung, wobei ebenfalls
verschiedene Vergrößerungen eingestellt werden können. -Ob diese Vorrichtung .von
dem Zeichengeber io oder von den Anzeigeteilen i i und 12 aus in Tätigkeit gesetzt
wird, ist gleichbedeutend. In der Abb. 5 ist wiederum die Masse mit i und der Zeichengeber
mit io bezeichnet.
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Der Zeichengeber io ist kugelartig ausgebildet. Diese Kugel liegt
zwischen zwei parallelen Flächen 13, welche das hintere Ende des Schreibhebels 14
darstellen. Dieser Schreibhebel ist in Punkt 15 drehbar gelagert, und zwar auf einer
verschiebbaren Vorrichtung, bestehend aus einer festen Schiene 16 und einem Schlitten
17. Die Abb. 5 gibt zu erkennen, wie durch die seitliche Verschiebung des Schlittens
17 und des Lagers 15 mit dem Schreibhebel 14 der Angriffspunkt der Kugel io in den
Flächen 13 verändert wird. Wenn der Abstand zwischen Geber io und Lager 15 verändert
wird, ändert sich auch das Hebelverhältnis vom Geber io bis zur Schreibhebelspitze,
d. h. das Maß der Vergrößerung. An Stelle der Kugel kann auch ein anderes geeignetes
Verbindungsglied die
Masse i mit dem Schreibzeug 13, 15 verbinden.
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Außerdem zeigt die Abb. 5 einen Ring 18, der beim Verschieben des
Schreibgerätes gleichzeitig mit diesem der Masse i genähert wird, und zwar so weit,
bis die Masse i zentriert und festgehalten wird. Deshalb ist die Masse 1 konisch
ausgebohrt. Den gleichen Zweck würde ein Vollkonus erfüllen, der zwischen Zeichengeber
io und Masse i angebracht sein könnte. In diesem Falle würde der Ring 18 als negativer
Kegelteil ausgebildet sein müssen. Fernerhin dient der Ring 18 als Maximalbegrenzung
bei dem Ausschlag der Masse i, wobei durch die starre Verbindung des Schreibhebellagers
15 mit diesem Ring 18 zwangläufig der Wert der Hubbegrenzung der jeweiligen Vergrößerung
angepaßt ist.
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Die bisher erläuterten Aufzeichnungsartefi beziehen sich auf die vertikale
Schwingungskomponente, die Abb.5 zeigt jedoch schon durch die Planfläche 13 und
die Ausbildung des Zeichengebers io als Kugel, daß durch die horizontalen ' Bewegungen
die Lage des Schreibgerätes nicht beeinflußt wird. Die Kugel io wird lediglich zwischen
den Flächen 13 horizontal hin und her bewegt.
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Will man auch die horizontale Komponente aufzeichnen, so müßten an
der gleichen Kugel io zwei weitere Planflächen i9 angreifen, die jedoch tun 9o'
zu den Flächen 13 versetzt sind. Diese Flächen i9 betätigen alsdann der Abb. 6 entsprechend
einen zweiten Schreil:-liebel 2o. Auf diese Art werden von einem Schwingungsvorgang
zwei Bilder gleichzeitig entworfen, die zwei getrennten Beobachtungsebenen entsprechen.
Die Flächenpaare 13 und i 9 stehen in solchen Winkeln zueinander, wie es die Winkel
der Beobachtungsebene erfordern.
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Dieser Schwingungsmesser gestattet es, über diese Vertikal- und Horizontalzerlegung
hinaus einen Schwingungsvorgang in sämtlichen Beobachtungsebenen zu betrachten.
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ach dem Vorausgehenden wird diese Messung möglich, sobald laut Abb.
5 der Schreibhebel 14 mit seinen Flächen 13 um die Horizontalachse des Apparates
gedreht werden kann. Diese Drehung wird einfach dadurch ausgeführt, daß das gesamte
Schreibzeug nebst der Schreibplatte um die Horizontalachse des Schwingungsmessers
gedreht wird. Der Grad der Verdrehung wird an einer Skala des Apparategehäuses abgelesen.
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Ferner ist das Schreibzeug mit dem Gleitringe des Gehäuses durch eine
Transportvorrichtung 21 verbunden, welche bei der erwähnten Verdrehung des Schreibzeuges
einen Schreibhebel 22 betätigt. Auf die Weise wird auch der Grad der Schreibzeugverdrehung,
d. h. der Winkel der Beobachtungsebene, gegenüber der Horizontalebene durch eine
Linien- oder punktartige Eintragung auf dem Schwingungsdiagramm vermerkt.