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Optischer Torsionsmesser für Wellen. Die Erfindung bezieht sich auf
optische Torsionskraftmesser für Wellen und betrifft vor allem die Anordnung eines
elektrischen Schalters zur Steuerung der Beleuchtungsvorrichtung.
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Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung in einer Ausführungsform
dargestellt. Abb. i ist ein schematischer Grundriß der Welle und ihrer Ausrüstung
gemäß der Erfindung; Abb.2 eine schematische Anordnung gemäß der Erfindung; Abb.3
eine weitere Ausführungsform des Torsionsmessers gemäß der Erfindung, die für die
Bestimmung einer kleinen Verdrehung besonders geeignet ist. Abb. q. ist ein Schnitt
nach Linie q.-q. der Abb. 3, gesehen von rechts; Abb. 5 eine schematische Darstellung
der Wirksamkeit oder der Vergrößerung der Ablesung bei der in Abb. 3 dargestellten
Ausführungsform.
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Es bezeichnet A eine Welle, deren Verdrehung gemessen werden soll.
P P und Q Q
sind zwei in einer gewissen Entfernung voneinander liegende
Querschnitte der Welle, deren relative Verdrehung gemessen werden soll.
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Im Punkte Q ist ein Arm oder eine Scheibe B befestigt, an deren Umfang
oder an dessen Ende ein kleiner Spiegel M befestigt ist. In P ist ein elektrischer
Schalter vorgesehen. Dieser Schalter besteht aus einer Trommel oder einer Scheibe
C, die auf der Welle befestigt ist und aus Bürsten D und E, die unabhängig von derWelleA
gehalten werden. Die Scheibe C ist ein elektrischer Leiter, in welchem ein kleines
nichtleitendes Stück G' eingesetzt ist. Eine Bürste D ist leitend und kann als federnde
Bürste oder in anderer Weise ausgeführt sein, während die andere Bürste E aus nichtleitendem
Material besteht und mit einem dünnen leitenden Teil F ausgerüstet ist.
I ist eine Stromquelle und H ist eine Induktionsspule.
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Die Beleuchtungsvorrichtung L, die in der Abbildung ersichtlich ist,
besteht aus einer Röhre oder einem Kasten mit Klemmen G und G, und der zwischen
diesen Klemmen erzeugte elektrische Funken wird von einer Linse so aufgefangen,
daß ein Lichtstrahl durch ein kreisrundes Loch oder durch einen Schlitz im vorderen
Ende des Zylinders ausgesandt wird.
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Die Funkenklemmen G und G werden mit den Klemmen der Sekundärwicklung
einer Induktionsspule H verbunden. Das eine Ende der Primärwicklung ist mit einer
Stromquelle I und dem Leiter F der Bürste E verbunden, während ihre andere Klemme
mit der Bürste D verbunden ist. Wenn also die Welle A umläuft " und das nichtleitende
Stück G' mit dem Leiter F der Bürste E in Berührung kommt, wird die Primärwicklung
der Induktionsspule H von der Stromquelle abgeschnitten, und hierdurch springt ein
Funken über die Funkenstrecke zwischen den Klemmen G und G. Wenn die Welle unbelastet
umläuft, steht der Spiegel M auf der Welle in dem Augenblicke, wo der Funken überspringt,
gerade gegenüber dem Schlitz S. Daher wird der durch den Schlitz S auf den Spiegel
M fallende Lichtstrahl in einer Richtung
M N reflektiert,
die der des auffallenden Strahles gerade entgegengesetzt gerichtet ist, und daher
kann in der N-Stellung ein reflektierter Strahl gegen M N beobachtet werden.
Wenn jedoch die Welle mit einer gewissen Belastung umläuft, wird sie verdreht, und
die Stellung des Spiegels M kommt im Augenblicke des Funkens in eine Stellung M'.
Deshalb kann in der Stellung M kein reflektierter Strahl beobachtet werden. Wenn
die Beleuchtungsvorrichtung L in eine Stellung L', wie dargestellt,
übergeführt wird, so kann wieder der reflektierende Strahl beobachtet werden. Das
heißt: Der Winkel N 0 N', der der Verschiebungswinkel der Beleuchtungsvorrichtung
L um die Wellenmitte ist, ist gleich dem Verdrehungswinkel der Welle und der Belastung.
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Statt die Beleuchtungsvorrichtung L aus der Anfangslage in eine neue
Stellung L' zu verschieben, in welcher der reflektierende Strahl beobachtet wird,
kann die Vorrichtung um die durch den Schlitz S gehende vertikale Achse gedreht
werden, bis der durch diesen Schlitz ausgesandte Strahl auf den. jetzt in der Stellung
Al' befindlichen Spiegel auffällt. Dann wird der Strahl in der Richtung M' l entsprechend
der Darstellung reflektiert. Um einen solchen reflektierten Strahl zu beobachten,
kann man einen gekrümmten Maßstab aus halblichtdurchlässigem Glas o. dgl. benutzen.
Wenn der Winkel N 0 N' = O
ist und wenn der Winkel S M' -T = (p ist,
so besteht die folgende Beziehung zwischen O und
das heißt: der Reflektionswinkel T ist mehr als doppelt so groß wie der Verdrehungswinkel
O, und man kann daher eine genauere Messung der Verdrehung erzielen durch Messung
des Winkels 9p als -durch direkte :Messung von O, wie vorstehend erläutert.
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Statt für die Bildung des Funkens eine Induktionsspule A zu benutzen,
kann man irgendeine andere geeignete Vorrichtung, z. B. eine Neon-Lampe benutzen,
deren Nachglühen nur sehr gering ist. In diesem Falle befindet sich die Lampe in
der beim Ausführungsbeispiel dargestellten Stellung G G. Auch die Scheibe C und
die Bürsten D und E können in geeigneter Weise verändert werden, so daß, wenn die
Welle unbelastet umläuft, das Licht den Spiegel in einem Augenblick beleuchtet,
in welchem letzterer in eine bei NI dargestellte Lage kommt. Solche Änderungen können
beliebig vorgenommen werden.
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Die Abb. 3 bis 5 zeigen eine Ausführungsform, die besonders für den
Fall sich eignet, in welchem der Betrag der Verdrehung der Welle sehr klein ist.
T ist ein Rohr, das in einem Punkte P auf der Welle A befestigt ist. Am freien Ende
dieses Rohres T ist ein Arm U vorgesehen. Tl ist ein anderer Arm, der an
der Welle am Punkte 0 befestigt ist. Der Verdrehungswinkel der Welle zwischen den
Punkten P und O sollen gemessen werden. Der Arm V ist mit einem Zapfen M" versehen,
an welchem ein T-förmiger Hebel Z angelenkt ist. Ein Spiegel M ist mit der oberen
Seite des Hebels Z fest verbunden. Das untere Ende des Hebels Z greift in eine ,Tut
am oberen Ende des erwähnten Armes U. Wenn also die Welle A in der durch einen Pfeil
in Abb. 3 angegebenen Richtung unter Belastung umläuft, bewegt sich der Arm U in
der durch einen Pfeil in Abb. ,4 angegebenen Richtung in bezug auf den Arm V. Daher
wird das T-förmige Glied Z um den Zapfen M' geneigt. Statt der T-förmigen Gestalt
kann der Hebel Z auch eine L-Form erhalten.
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Es sei R der Halbmesser des Armes V und r die Länge des Steges des
T-förmigen Gliedes, so wird die Beziehung des Verdrehungswinkels O zum Neigungswinkel
5 des Spiegels durch die Formel ausgedrückt:
Im Punkte F ist eine Steuervorrichtung der absatzweise arbeitenden Beleuchtungsvorrichtung
in ähnlicher Weise wie in dem in den Abb. r und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
vorgesehen, und der dem Winkel O entsprechende Winkel @ kann ebenso gemessen werden,
wie bei der in bezug auf Abb. 2 vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform durch
Verschiebung der Beleuchtungs- und Beobachtungsvorrichtung L längs des Bogens X-X,
der seinen Mittelpunkt in 0 hat.
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In den vorstehenden Erläuterungen wurde angenommen, daß die Beleuchtungsvorrichtung
gerade gegenüber dem Spiegel steht, das heißt: der Strahl fällt normal auf den Spiegel,
wenn keine Belastung vorhanden ist. Es ist aber leicht verständlich, daß solche
Beschränkung nicht von Wichtigkeit ist und daß jedes beliebige Verhältnis zwischen
den Anfangsstellungen gewählt werden kann.