DE2501181A1

DE2501181A1 - Einrichtung zum darstellen von wellenbewegungen

Info

Publication number: DE2501181A1
Application number: DE19752501181
Authority: DE
Inventors: Klaus P Franze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-01-14
Filing date: 1975-01-14
Publication date: 1976-07-15

Description

Einrichtung zum Darstellen von Wellenbewegungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Darstellen von Wellenbewegungen, insbesondere für Lehrzwecke, welche aus einem durch Drehen um seine Längsachse eine Wellenbewegung simulierenden Objektkörper besteht.
Eine genaue Kenntnis über die Entstehung, Ausbreitung bzw. Portpflanzung und Größenordnung von Wellen bzw.
Schwingungen ist heute nahezu in allen Bereichen der Technik unerläßlich. Es ist daher erforderlich, diese Materie an Schulen und anderen Lehrstätten entsprechend intensiv zu behandeln. Leider fehlen hierfür in den meisten Pällen die nötigen finanziellen Mittel zur Beschaffung von entsprechenden Einrichtungen, mit denen ein Sichrbarmachen dieser Wellen und ihr Verhalten zum besseren Verständnis demonstriert werden kann, da solche Geräte im allgemeinen sehr teuer sind, Es besteht daher seit langem das Bedürfnis nach entsprechend einfachen und daher auch billigen Einrichtungen, die selbst von kleinen Lehranstalten beschafft, ja unter Umständen sogar selbat hergestellt werden können und den Porderungen dennoch voll entsprechen.
So ist es bereits bekannt, eine Drahtspirale zu drehen und ihren Schatten auf eine Sichtscheibe su projosieren.
Aus dem sich ergebenden Bild läßt sich die Größe einer Welle an einem konstanten Punkt und auch bereits ein Wandern derselben erkennen.
Auch hat man bereits versucht, die Drehspirale in mühsamer Arbeit ao zu gestalten, daß sie über ihren Umfang gesehen die Porm eines Doppelkegels aufweist. Dreht man eine derartige Spirale, so kann nan einen Ein- und Ausschwenkvorgang einer Welle demonstrieren, die von ihrer Entstehung an bis zu einem Maximum ansteigt und dann wieder bis ZU ihrer Auflösung abklingt.
Trotz der aufwendigen Herstellung derartiger Objektkörper läßt sich jedoch außer der wechselnden und fortschreitenden Amplitude mit solchen Vorrichtungen nicht das Zusammenwirken des Wellenausachlages mit der unterschiedlichen oder sogar sich ändernden Phasengeschwindigkeit und auch nicht die Gruppengeschwindigkeit, mit der die Welle bzw. die Wellen ihren Weg nehmen, demonstrieren. Auch ist immer nur eine maximale Amplitude sugrunde gelegt.
Hier setzt nun bereits die Erfindung ein, deren Aufgabe es iat, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art zum Nachstellen bsw. Simulierten von Wellenbewegungen dahingehend weiterzuentwickeln, daß mit ihr unterschiedhohe und/oder sich nach Belieben verändernde Phasengeschwindigkeiten, unterschiedliche Amplituden und/oder veränderbare Gruppengeschwindigkeiten beliebig kombinierbar dargestellt werden können, Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Objektträger leicht auswechselbar in einen mit Antriebamitteln zum Drehen desselben um seine längsachse versehenen Objektträger angeordnet und als einfacher Rotationskörper ausgebildet iat, daß auf dem Objektkörper die bei drehung eine gewünschte Wellenbewegung darstellenden Konturen leicht ambringbar sind, und daß der Objektträger in parallel zur längsachse des Objektkörpers verlaufenden Führungen über in ihrer Geschwindigkeit regulierbare Antriebsmittel beliebig schnell verschiebbar gelagert ist.
Hierdurch wird die gestellt. Aufgabe voll gelöst. Dae leichte Auswechseln des Objecktkörpers ermöglicht er, jederzeit Wellen mit unterschiedlichen amplituden sowie unterschiedlichen Ein- und Ausschwingungen darzustellen.
Da der Objektkörper als einfacher Rotationskörper mit einer geschlossenen Oberfläche ausgebildet ist und die darzustellenden Wellen leicht durch Anbringen von Konturen herstellbar sind, ist er billig in seiner Herstellung und vielseitig verwendbar0 Durch unterschiedliche Drehung des Objektkarpers kann die Phas engeachwindigkeit leicht verändert werden und durch die beliebige Verschiebungsiöglichkeit des Objektträgers und damit des Objektkörpers kann eine beliebige Gruppengeschwindigkeit simuliert werden. Es wird dabei vorausgesetzt, daß der Antrieb für das Drehen des Objecktkörpers Jedenfalls in seiner Drehzahl nahezu beliebig einstellbar ist, was heute keine besondere Kostenerhöhung mit sich bringt.
Als Antriebe zum Drehen des Objektkörpers und zum axialen Verschieben können alle diesbezüglich bekannten mechanischen, elektrischen, hydraulisohen oder pneumatischen Einrichtungen Verwendung finden. Um die Objektkörper zum Aufzeigen verschiedener Möglichkeiten immer wieder verwenden zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die bei Drehung eine Wellenbewegung darstellenden Konturen auf diesen jederzeit wieder abnehmbar aufzukleben oder aufzuzeichnen.
Je nach den vorzuführenden Wellen und -bewegungen kann der Objektkörper verschiedene einfach Formen aufweisen.
Ein zylindrischer Körper zum Beispiel ermöglicht mit der erfindungsgemäßen Einrichtung die Darstellung von Wellenzügen @it unterschiedlicher Phasen- und/oder Gruppengeschwindigkeit. Mit einem doppelhebelförmigen Objektkörper hingegen kann leicht ein Ein- und Ausschwenkvorgang einer Welle bis zu seiner maximalen Amplitude demonstriert werden. Damit soll hervorgehoben werden, daß je nach dem zu zeigenden Vorgang unterschiedliche Außenkonturen des Objecktkörpers Verwendung finden.
Um, wie an sich bekannt, die Darstellung von Wellenbewegungen optisch, beispielsweise durch eine Glühlampe, auf eine Sichttafel projizieren zu können, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, den Objektkörper selbst aus einem durchsichtigen Material, wie beispielsweise Kunststoff oder Glas herzustellen. Hierdurch ergibt sich die weitere Möglichkeit, den Objecktkörper aus mehreren ineinander angeordneten und mit verschiedenen Konturen versehenen Einzelteilen herzustellen, wodurch mehrere Wellenbewegungen gleichzeitig, ja sogar Wellenüberlagerungen aufgezeigt werden können.
Schließlich wird erfindungsgemäß noch vorgeschlagen, zwischen dem Objecktkörper und den ihn in Umdrehung versetzenden Antriebsmitteln ein Vorgelege anzuordnen, damit sich bei einer Unwucht des Objecktkörpers dessen Eigenschwingungen mit denen der Antriebsmittel nicht vektoriell addieren können.
Einzelheiten der Erfindung können aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles entnommen werden.
Es zeigt: Fig. 1 eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung rein, schematisch, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Einrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 eiue andere Ausführungsform dea in die Einrichtung nach Fig. 1 einsetzbaren Objektkörpers.
Gemäß den Pig. 1 und 2 weist die Einrichtung einen aus vier Teilen 1a, 1b, 1c, 1d, die vornehmlich als Flach-oder Winkelprofile ausgebildet sind, zusammengesetzten Rahmen 1 auf, der mit einem Schaltgehäuse 2 fest verbunden ist. In den einander gegenüberliegenden Teilen 1a und 10 ist auf einer Längsseite des Rahmens 1 eine Gewindespindel 3 drehbar gelagert, die Uber ein im Schaltgehäuse 2 angeordnetes Vorgelege 4 mit eiuem Elektromotor 5 in Verbindung steht und von diesem angetrieben wird.
Auf der anderen Längsseite des Rahmens 1 und parallel zur Gewindespindel 3 ist eine Führungstange 6 fest mit den Teilen 1a und 1c verbunden. Auf der Führungstange 6 und der Gewindespindel 3 ist ein Objektträger 7 gelagert, der durch Drehen der Gewindespindel 3 verschoben werden kann. In den Objektträger 7 ist, wie sohon der Name sagt, ein hier zylindrisch ausgebildeter Objektkörper 8 drehbar und beispielsweise durch eine in axialer Richtung ausziehbare lagerstelle 9 leicht auswechselbar angeordnet. Durch einen aln Objektträger 7 befestigten weiteren Motor 10 wird der Objektkörper 7 über ein Vorgelege 11 angetrieben. Die Bedienung der Motoren 5 und 10 erfolgt zweckmäßigerweise über am Schaltgehäuse 2 vorgesehene Bedienungselemente 12.
In den Rig. 1und a ist am Umfang des Objektkörpers 8 eine spiralförmige Kontur 13 aufgezeichnet oder aufgeklebt, die durch Drehen des Objektkörpers 8 eine Wellenform aufzeigt, welche sich je nach der eingestellten Geschwindigkeit schneller oder langsamer fortpflanzt und die Phasengeschwindigkeit darstellt. Am wirkungavollsten wird die Einrichtung, wenn man den Objektkörper 8, wie nach der Erfindung vorgeschlagen, aus einem durchsichtigen Material heratellt und die Kontur 13 durch eine nicht dargestellte Lichtquelle auf eine Sicht tafel projiziert.
Hierdurch wird selbst bei stillstehender Einrichtung durch die Kontur 13 bereits die Wellenform mit ihrer maximalen und evtl. minimalen amplitude voll sichtbar. Dreht man den Objektkörper 8, so kann die Phasengeschwindigkeit dmonstriert werden. Verschiebt man ihn schließlich zusätzlich durch Einschalten des Motors 5 in axialer Richtung, so läßt sich deutlich die Gruppengeschwindigkeit des Wellenzuges feststellen.
Es sei noch erwähnt, daß der Rahmen 1 bewußt nach allen bei-ten hin offen gestaltet ist, um eine Projektion der Konturen 13 in jeder beliebigen Richtung vornehmen zu können. Die Vorgelege 4 und 11 sind, wie bereits erwähnte nicht nur zum Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit vorgesehen, sondern sie sollen gleichzeitig verhindern, daß sich Eigenschwingungen eines Teiles mit denen des anderen Teiles vektoriell addieren, wodurch leicht ein verzerrtes bzw. unscharfes Bild entstehen könnte.
Der Objektkörper 14 nach Fig. 3 ist aus einem durchsichtigen material hergestellt und weist die Form eines Doppelkegels auf. Die an ihm angebrachten Konturen 13 weisen ebeLlfalls eine Spiralenform auf> doch bereits durch einfaches Betrachten ist der gewunschte Wellenzug deutlich erkennbar. Wird der Objektkörper 14 an Stelle des Objektkörpers 8 eingesetzt und wie beschrieben angetrieben, so stellt die Kontur t3 eine ein- und ausschwingende und sich gleichzeitig fortpflanzende Welle dar.
Abschließend wird ausdrücklich erwähnt, daß der Objektkörper jede beliebige Form aufweisen kann, er muß lediglich am Umfang eine glatte, leicht herstellbare Oberfläche aufweisen und ein Rotationskörper sein.

Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zum Darstellen von Wellenbewegungen, insbesondere für Lehrzwecke, welche aus einem durch Drehen um seine Längsachse eine Wellenbewegung simulierenden Objektkörper besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektkörper (8, 14) leicht auswechselbar in einem mit Antriebsmitteln (10) zum Drehen desselben um seine Längsachse versehenen Objektträger (7) angeordnet und als einfacher Rotationskörper ausgebildet ist, daß auf dem Objektkörper (8, 14) die bei Drehung eine gewünschte Wellenbewegung darstellenden Konturen (13) leicht anbringbar sind, und daß der Objektträger (7) in parallel zur Längsachse des Objektktsrpers (8, 14) verlaufenden Führungen (3, 6) über in ihrer Goschwindigkeit regulierbare Antriebamittel (5) beliebig schnell verschiebbar gelagert ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Drehen des Objektkörpers (8; 14) mechanisch, elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch arbeitende Antriebsmittel (10) vorgesehen sind, und daß diese Antriebsmittel (10) entsprechend der gewünschten Phasengeschwindigkeit der darzustellenden Wellenbewegung in ihrer Drehzahl regulierbar ausgebildet sind.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Objektkörper (8, 14) anzubringenden, bei Drehung desselben eine Wellenbewegung darstellenden Konturen (13) aus auf-klebbarem und wieder abnehmbaren Streifen bestehen.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Objektträger (8, 14) anzubringenden Konturen aufzeichenbar und wieder ldachbar sind.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektkörper (8) als Zylinder ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, daduroh gekennzeichnet, daß der Objektkörper (14) als tiegel oder insbesondere als Doppelkegel ausgebildet ist.

7. Einrichtung nach den nsprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektkörper die Form eines Ellipsoids aufweist.

8.Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektkörper (14) aus einem durchsichtigen Material, wie beispielsweise Plexiglas besteht.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Objektkörper (14) anbringbaren Konturen (13), wie an sich bekannt, mittels optischer Geräte auf eine Siohttafel projizierbar sind.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektkörper aus zwei oder mehreren, ineinander angeordneten und mit entsprechenden Konturen zul Aufzeigen von Wellen versehenen Einselkörpern besteht.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebemittel (5) zum Verschieben des Objektträgers (7) als mechanischer, elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer Antrieb ausgebildet ind, und daß ihre Geschwindigkeit in Grenzen regulierbar ist, die den maximal gewünschten Axialgeschwindigkeiten des Objektkörpers (8, 14) zum Aufzeigen von untsrschiedlichen Gruppengeschwindigkeiten eine Welienzuges entspreohen.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Objektkörper (8, 14) und den Antriebsmitteln (10) ein Vorgelege (11) vorgesehen ist.

L e e r s e i t e