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Geschwindigkeitsmesser Zur Messung von Geschwindigkeiten, insbesondere
Drehgeschwindigkeiten, bedient man sich häufig solcher Einrichtungen, die die Geschwindigkeit
durch eine entsprechende Impulshäufigkeit nachbilden. Bei Drehgeschwindigkeiten
ist die Erzeugung der Impulshäufigkeit sehr einfach, weil auf die Welle, die mit
der zu messenden Drehzahl umläuft, einfach ein Unterbrecher gesetzt zugwerden braucht,
der bei jeder Umdrehung ein- oder mehrmals einen bestehenden Stromkreis schließt
oder öffnet. Die sich daraus ergebenden Impulse werden einem Frequenzmesser zugeführt
oder auf bekannte Weise in einen Gleichstrom umgewandelt, dessen Höhe sich mit der
Impulsfrequenz, d. h. mit der zu messenden Drehzahl, ändert.
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Es ist auch bereits bekannt, solche Impulsfrequenzen mit Hilfe von
Lichtstrahlen und lichtelektrischen Zellen zu erzeugen, damit die Welle, deren Drehzahl
zu messen ist, nicht belastet wird. Dabei verwendet man eine von der zu messenden
Drehzahl angetriebene, mit Öffnungen versehene Scheibe, die zwischen einer Lichtquelle
und einer lichtelektrischen Zelle im Wege des Lichtstrahlenbündels liegt. Der Nachteil
dieser Einrichtung besteht darin, däß sie kleine Drehzahlen wegen der langsamen
Änderung des Lichtdurchtritts nur sehr ungenau wiederzugeben vermag. Wollte man
aber die Scheibe mit einer größeren Anzahl von Öffnungen versehen, so werden stets
mehrere Öffnungen innerhalb des Lichtstrahlenbündels liegen. Es entstehen dann beine
ausgeprägten Lichtimpulse. Die Photozelle ist vielmehr auch bei der Bewegung der
Scheibe durch mehrere Öffnungen hindurch ständig beleuchtet, und maßgeblich für
die zu messende Drehzahl sind dann im wesentlichen die Schwankungen der sekundlich
hindurchtretenden Lichtmenge.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, muß man dafür sorgen, daß der Lichtstrahl
an der Stelle, an der sich die Scheibe befindet, sehr
stark eingeschnürt
wird, also praktisch nur einen Lichtpunkt bildet. Dann können wieder scharf ausgeprägte
Lichtimpulse erhalten werden. Jedoch ist hierzu eine umfangreiche und präzise optische
Anordnung erforderlich.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Geschwindigkeitsmessung
mit einer vor einer lichtelektrischen Zelle vorbeigeführten, eine der Geschwindigkeit
proportionale Frequenz elektrischer Stromstöße erzeugenden Vorrichtung. Die Einrichtung
besitzt erfindungsgemäß zwei zwischen Lichtquelle und Zelle angeordnete Lochscheiben
mit gleicher oder wenig verschiedener Lochzahl, von denen die eine ortsfest ist,
oder mit konstanter Geschwindigkeit umläuft und die andere mit der zu messenden
Geschwindigkeit bewegt wird. In diesem Falle ist die optische Einrichtung entbehrlich,
und zur Belichtung der Photozelle kann ein von der Lampe ausgehendes Lichtstrahlenbündel
dienen.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Abb. 1 das Prinzip einer Anordnung zur Messung einer Geschwindigkeit
unveränderlicher Richtung. In Abb. 2 und 3 ist das verwendete Blendensystem dargestellt.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Abb. 4 ermöglicht die Messung der Geschwindigkeit
und die Anzeige ihrer Richtung. Demselben Zweck dienen die Einrichtungen nach den
Abb. 5 bis 9, nur sind hierbei andere Mittel verwendet.
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In Abb. I bezeichnet 1 ein beliebiges, mit einer zu messenden Geschwindigkeit
bewegtes Organ, wobei angenommen ist, daß die Bewiegung geradlinig verläuft. Mit
diesem Organ ist eine perforierte Scheibe 2 verbunden, die sich an einer feststehenden
Scheibe 3 vorbeibewegt. Die feststehende Scheibe 3 trägt die gleichen Lochungen
wie die bewegliche Scheibe. Die Anordnung enthält ferner eine Lichtquelle, eine
lichtelektrische Zelle 5, einen Verstärker 6. ein Meßgerät 7 und ein Relais 8. Die
beiden perforierten Scheiben sind in Abb. 2 und 3 nochmals dargestellt.
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Aus Abb. 1 ist ersichtlich, daß die Öffnungen in beiden Scheiben gerade
zur Deckung kommen, d. h., daß die Zelle 5 das Maximum an Belichtung erhält. Bei
der Bewegung der Scheibe 2 verändert sich die relative Stellung der Lochungen, so
daß sich schließlich die Stellung nach Abb. 3 ergibt, wobei die Lochungen um eine
Teilung gegeneinander versetzt sind, so daß die Zelle das Minimum an Belichtung
erhält. Während der Bewegung der Scheibe 2 ergibt sich also ständig ein Wechsel
der Belichtung zwischen einem Minimum und einem Maximum, und die Frequenz dieser
'Belichtungsänderungen ist ein Maß für die Geschwindigkeit, mit der die Scheibe
2 bewegt wird. In manchen Fällen genügt es, den auf diese Weise erzeugten Impulsstrom
der Zelle einem Frequenzmesser 7 zuzuführen. Gegebenenfalls kann auch das Relais
8 beeinflußt werden, dessen Kontakt dann im Rhythmus der Impulsfrequenz geöffnet
und geschlossen wird und einen Verstellstromkreis beeinflußt.
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Handelt es sich darum, eine Drehgeschwindigkeit zu messen, dann wird
die bewegliche Scheibe 2 kreisförmig ausgebildet und auf derjenigen Welle angebracht,
deren Geschwindigkeit zu messen ist. An Stelle der Lochungen kann die Scheibe auch
Einkerbungen an ihrem Umfang tragen.
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Zur Feststellung einer Drehgeschwindigkeit und der Drehrichtung dient
die Anordnung nach Abb. 4. Die Anordnung enthält eine Welle I, .auf der sich die
gelochte Scheibe 2 befindet, die mit der zu messenden Drehzahl umläuft. Die mit
3 bezeichnete feststehende Scheibe ist ebenfalls mit Öffnun gen versehen, nur ist
die Anzahl dieser Öffnungen etwas von der Anzahl der öffnungen in der Scheibe 2
verschieden. Beispielsweise gibt man der Scheibe 2 auf dem ganzen Umfang 100 Öffnungen,
der Scheibe 3 dagegen 99 Öffnungen. Die übrigen Bestandteile dieser Einrichtung
sind dieselben wie bei Abb. 1.
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Zusätzlich ist noch eine Blende 14 vorhanden.
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Wenn die Scheibe 2 stillsteht und die Lampe 4 eingeschaltet ist,
dann sieht man eine Lichtfigur, wie sie in Abb. 5 dargestellt ist. Es gibt dabei
eine Stelle 9 des Scheibenumfangs, an der die Helligkeit ein Minimum ist, sowie
eine entgegengesetzte Stelle 10 des Umfangs, an der sie ein Maximum ist. Wenn sich
nun die Scheibe 2 zu drehen beginnt, dann verschiebt sich die relative Stellung
der öffnungen in den beiden Scheiben, so daß die Lichtfigur gemäß Abb. 5 sich ebenfalls
zu drehen scheint, und zwar in dem gleichen Sinne wie die Scheibe 2. Diese Lichtfigur
legt einmal in jeder Sekunde den ganzen Scheibenumfang zurück, wenn die Scheibe
2 in der gleichen Zeit sich um eine Teilung weiterbewegt. Diese Verhältnisse geben
infolgedessen Aufschluß über die Dr&ngeschwindigkeit der Scheibe 2. Diese 'Geschwindigkeit
kann in der gleichen Weise wie bei Abb. I durch einen Frequenzmesser oder durch
ein Relais festgestellt werden.
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Zur Feststellung der Drehrichtung ist diese Einrichtung durch eine
zweite Lampe 4', eine zweite Photozelle 5' mit den entsprechenden Anzeigevorrichtungen
ergänzt. Ist der Zentriwinkel zwischen den beiden Lampen bekannt, dann ergibt sich
aus der abwechselnden Beeinflussung der Empfangseinrichtungen 8 und 8' auch der
Drehsinn der Scheibe 2.
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Die Drehrichtung läßt sich auch noch auf andere Weise anzeigen. Zu
diesem Zweck wird die Lochscheibe 3 mit gleichmäßiger Geschwindigkeit und unveränderter
Drehrichtung bewegt, so daß sich. die Drehzahlen der Scheiben 2 und 3 je nach der
zu messenden Drehrichtung addieren oder subtrahieren. Bei stillstehender Scheibe
2 muß die Lichtfigur nach Abb. 5 dann mit einer Geschwindigkeit umlaufen, die allein
der konstanten zusätzlichen Geschwindigkeit entspricht. Läuft die Scheibe 2 in der
gleichen Richtung, dann verringert sich die Umlaufgeschwindigkeit der Lichtfigur;
läuft sie in entgegengesetzter Richtung, dann vergrößert. sich die Geschwindigkeit
der Lichtfigur. Hierbei ist nur eine einzige Anzeigevorrichtung 4, 5, 6 erforderlich.
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Die gleiche Erscheinung entsteht auch bei feststehender Scheibe 3,
wenn man die Anordnung nach Abb. 6 und 7 ausbildet. In Abb. 7 ist von dem Meßsystem
nur die Lichtfigur gezeichnet, die sich aus der Verwendung einer feststehenden und
einer mit der zu messenden Geschwindigkeit umlaufenden Scheibe ergibt. Zur Erzeugung
der Lichtfigur dienen im Gegensatz zu vorher drei Lampen lt, 11= I It', und zwar
werden solche Lampen benutzt, bei denen das Aufleuchten mit großer Geschwindigkeit
einsetzt, also beispielsweise Quecksilberdampflampen, Neonröhren 0. dgl. Sie beleuchten
die Photozelle 5 über zwischengeschaltete Blenden I6, I6', 16".
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Jede dieser Lampen ist über Gleichrichter I3, 13', I3tt an zwei verschiedene
Phasen eines Drehstromnetzes 12 angeschlossen. Diese drei Lampen leuchten also zeitlich
nacheinander auf, und zwar ergibt sich der Rhythmus des Aufleuchtens aus der Frequenz
des Netzes 12 und der Umlaufsinn des Aufleuchtens aus der Anschaltung der Lampen
an die einzelnen Phasen. Diese nacheinander aufleuchtenden Lampen ersetzen somit
die sonst erforderliche, mit gleichmäßiger Geschwindigkeit umlaufende Lochscheibe.
Wenn diese Lampen bei stillstehender Meßscheibe 2 zeitlich nacheinander aufleuchten,
dann wandert die Lichtfigur mit einer der Frequenz des Netzes 12 entsprechenden
Geschwindigkeit.
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Dreht sich zusätzlich die Scheibe 2 im gleichen oder entgegengesetzten
Umlaufsinn, dann ergibt sich eine zusätzliche Verringerung oder Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit
der Lichtfigur und damit eine andere Impulsfrequenz.
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Bei den Anordnungen nach Abb. 6 und 7 ist angenommen, daß die drei
Lampen um je 1200 gegeneinander versetzt angeordnet sind.
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Man kann indessen die Lampen 11, 11', 11" mit den zugehörigen Blenden
16 auch nach Abb. 8 und 9 anordnen, wenn die Lochungen der beiden Scheiben in folgender
Weise gewählt werden. Die bewegliche Scheibe erhält z. B. 100 Lochungen, die feststehende
Scheibe 3 92 Lochungen. Es ist dann unter Berücksichtigung der eingangs angegebenen
Zahlen nicht eine einzige Lichtfigur vorhanden, sondern deren 8, die sich am Umfang
der Scheibe 2 aneinanderreihen, wie aus Fig. 9 ersichtlich. Der Winkelabstand der
Lampen 1 1, II' bzw. 1 1" beträgt in diesem Fall I20°, wenn n die Anzahl der Lichtfiguren
ist. Diese Anordnung n kann ohne weiteres auch dann verwendet werden, wenn geradlinige
Bewegungen zu messen sind.
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PATENTANSPR1RCHE: , I. Einrichtung zur Geschwindigkeitsmessung mit
einer vor einer lichtelektrischen Zelle vorbeigeführten, eine der Geschwindigkeit
proportionale Frequenz elektrischer Stromstöße erzeugenden Vorrichtung, gekennzeichnet
durch zwei zwischen Lichtquelle und Zelle angeordnete Lochscheiben mit gleicher
oder wenig verschiedener Lochzahl, von denen die eine ortsfest ist oder mit konstanter
Geschwindigkeit bewegt wird und die andere mit der zu messenden Geschwindigkeit
bewegt wird.