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Einrichtung zur Einregelung der Kompensationskraft für Fahrtmesser
nach der Kompensationsmethode Die Ausführung von Messungen nach Kompensations- oder
Nullmethode besteht bekanntlich darin, daß die eigentliche Meßkraft, z. B. bei Staudruckfahrtmessern
der dynamische oder Staudruck der Wasserströmung, auf ein Stellorgan wirkt, derart,
daß bei Abweichen des Stellorgans aus der n"ullstellung ein Servomotor eine Gegenkraft,
die Kompensationskraft, so lange und in einem solchen Sinn eingeregelt, bis das
Stellorgan in seine Nullstellung zurückgeführt ist. Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Einrichtung zur Einregelung der Kompensationskraft für Fahrtmesser nach der
Kompensationsmethode mit Hilfe von zwei entgegengesetzt wirkenden Kraftantrieben
für die Einstellung der Kompensationskraft, die von den Meßausschlägen über Bremsbacken
gesteuert werden; das wesentliche erfinderische Kennzeichen besteht darin, daß in
der Nullstellung des Fahrtmessers beide Kraftantriebe teilweise, und zwar gleich
stark oder, wie an sich bekannt, völlig abgebremst sind, während bei Abweichen von
der Nullstellung die
Bremswirkung in beiden Kraftantrieben im einander
entgegengesetzten Sinn stetig geändert wird.
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Es sind Einrichtungen zur Verstellung des Kompensationsmittels an
elektrischen Meß-oder Regelgeräten bekannt, bei denen der Meßgerätezeiger von einem
Druckbügel periodisch niedergedrückt wird. Diese Arbeitsweise hat ein ruckweises
Nachstellen des Kompensationsmittels zur Folge: entsprechend dem jeweiligen Zeigerausschlag
wird die Zeitdauer der Verstellung beeinflußt. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung
ist dagegen eine mit dem Unterschied der Meßkraft und der Kompensationskraft stetig
veränderliche Kupplungskraft vorhanden, die zu Null wird, wenn der Gleichgewichtszustand
erreicht ist. Diese stetige Änderung ist für Fahrtmesser besonders wichtig. Wenn
die Meßgröße, z. B. die Meßkraft des dynamischen Druckes, vorübergehenden Schwankungen
ausgesetzt ist, und dies ist bei Fahrtmessern der Fall, so hat das bei der bekannen
Einrichtung infolge des periodischen Niedergehens des Druckbügels beträchtliche
Schwankungen in der Anzeige zur Folge, während sich bei der erfindungsgemäßen Einrichtung,
wegen der stetigen Arbeitsweise eine gleichmäßige und ruhige Anzeige ergibt.
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Es ist eine STachsteuereinrichtung für nach der Kompensationsmethode
arbeitende Fahrtmesser vorgeschlagen worden, bei der die Einstellung der Kompensationskraft
ebenfalls durch entgegengesetzt wirkende Kraftantriebe erfolgt, und zwar treiben
die gegenläufig arbeitenden und in ihrer Drehzahl sehr belastungsabhängigen Antriebsmotoren
je einen Ventilator all, deren Belastungen von dem Stellorgan der Mefleinrichtung
geregelt werden im Sinn der Erzielung gleicher Motordrehzahlen nach erfolgter Kompensation.
Wie ersichtlich, ist die erfindungsgemäße Lösung mit Bremsbackensteuerung der Kompensationskraft
hiervon wesentlich verschieden.
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Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Zugrundelegung
der Fahrtmessung mittels Pitotrohr. Der dynamische Druck der Wasserströmung wirkt
auf ein Differenzmanometer, das aus zwei Federrohrmenbranen I und 2 besteht. Die
Membranen sind in bekannter Weise durch Leitungen 3 und 4 derart mit dem nicht gezeichneten
Pitotrohr verbunden, daß auf die Membran I der statischeDruck des Wassers, auf die
Membran 2 der Gesamtdruck (statischer und dynamischer Druck) wirkt. Der resultierende
dynamische Druck greift im Punkt C des bei 4 drehbar gelagerten doppelarmigen Hebels
5 all und versucllt ihn mit der Kraft Q nach links zu drehen. Entsprechend dem Kompensationsprinzip
muß am Punkt C eine Gegenkraft P von der gleichen absoluten Größe wie Q erzeugt
werden, Diese Kompensationskraft ergibt sich im Ausführungsbeispiel aus der resultierenden
Drehwirkung zweier Zugfedern gleicher Spannkraft, die beide am Punkt B des Hebels
5 angreifen. Die Feder 6 ist mit ihrem anderen Ende am Gehäuse, der Scbiffswand
od. dgl. befestigt. Die Feder 7 ist mit einem Zeiger verbunden bzw. als Zeiger ausgebildet
und mit ihrem zweiten Ende an einer Rolle 8 befestigt. Sie ist in einem um B schwenkbaren
Arm g untergebracht, der von dem Kompensationsantrieb mittels des Zahnradsegmentes
10 und Ritzels II aus der gezeichneten Nullage gedreht werden kann. Dabei gleitet
die Rolle 8 längs einer festen kreisförmigen Führung 12, die mit einer Skala I3
versehen ist. Das Kompensationsdrehmoment ergibt sich bei einem Winkelausschlag
n und einer Federzugkraft K zu P 1 = K 2 K 2 cos =K1.2 (i-cosa).
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Die Kompensationskraft P wird also p= 1 2 (I - cos a).
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I, Dafür kann man mit genügender Annäherung schreiben P = D a2, wobei
D eine Konstante bedeutet. Die vom dynamischen Druck hervorgerufene Kraft Q bzw.
die Kompensationskraft P ist also nach erfolgter Kompensation dem Quadrat des Winkelausschlages
a verhältnisgleich. Da Q aber auch mit dem Quadrat der Schiffsgeschwindigkeit wächst,
läßt sich bei dieser Anordnung die Skala I3 bei linearer Teilung direkt in Seemeilen
pro Stunde eichen. Die Kompensationseinrichtung, soweit sie bisher an dem Ausführungsbeispiel
beschrieben ist, bildet nicht den Gegenstand der Erfindung.
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Die den Gegenstand der Erfindung bildende Nachsteuervorrichtung,
d. i. der Kompensationsantrieb, für die Kompensationskraft ist im unteren Teil der
Figur dargestellt. Sie enthält zwei Federwerke 14 und I5, die entweder von Hand
oder mittels eines Motors 41 aufgezogen werden. Die Vorrichtung zum Aufziehen ist
mit Ziffer 42 angedeutet. In der Nullage, d. h. bei der Schiffsgeschwindigkeit Null,
werden die Federwerke durch die Bremsscheiben I6 und 20 mit den zugehörigen Bremsbacken
I7 und 21 abgebremst. Die Bremsbacken sind je an einem zweiarmigen Hebel 18 und
22 befestigt, die in den Lagern 19 und 23 gelagert sind. Der Bremsdruck wird durch
eine gemeinsame Feder 24 erzeugt.
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Der Hebel 5, an dem die eigentliche Meßgröße und die Kompensationskraft
angreifen, ist über den Angriffspunkt B der Federn hinaus
verlängert
und in bekannter Weise zu einer Gabel 25 ausgebildet, die erfindungsgemäß die Bremshebel
i8 und 22 umfaßt. Durch die Gabel sind in an sich schon vorgeschlagener Weise zwei
Stellschrauben 26 und 27 geführt, gegen die sich die freien Enden der Bremshebel
I8 und 22 legen. Die Stellschrauben sind so eingestellt, daß eben Berührung stattfindet
oder ein geringer Druck erzeugt wird.
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In der gezeichneten Stellung, die der Schiffsgeschwindigkeit Null
entspricht, sind beide Federwerke abgebremst; dynamischer Druck und Kompensationskraft
sind beide gleich Null. Setzt sich das Schiff in Bewegung, so ruft der entstehende
dynamische Druck eine Kraft Q hervor, die den Hebel 5 nach links dreht. Dabei nimmt
die am Bremshebel I8 anliegende Stellschraube 26 diesen mit; die Bremsbacke 1-7
wird gelüftet und das Federwerk 14 freigegeben. Zwar hebt sich dabei gleichzeitig
die Stellschraube 27 vom Bremshebel 22 ab; aber der Bremsdruck auf die Bremsscheibe2
wird dadurch nicht aufgehoben, eher noch etwas verstärkt.
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Das Zahnrad 28 auf der Achse des Federwerkes 14 beginnt sich infolge
der Bremslüftung zu drehen. Es kämmt mit dem Zahnrad 29 und überträgt so über die
Wellen 30 und 3I eine Bewegung auf das Antriebsgestänge für den Schwenkarm 9, das
aus dem Kegelradtrieb 32, der Welle 33, einem weiteren Kegelradtrieb 34 und dem
Ritzel II nebst Zahnradsegment 10 besteht. In der Darstellungsform der Zeichnung
fällt das eine Kegelrad des Triebes 34 mit dem Ritzel II zusammen. Mit Rücksicht
auf die gleich zu beschreibende Wirkung des Federwerkes 15 ist zwischen den Wellen
30 und 3I ein Differentialgetriebe geschaltet, bestehend aus den beiden Sonnenrädern
35 und 36 und dem Planetenrad 37.
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Der Schwenkarm g wird infolge der Lüftung der Bremsbacke I7 nach
unten gedreht, und zwar um einen solchen Winkel a, bis die dadurch hervorgerufene
Kompensationskraft P der Meßkraft Q das Gleichgewicht hält. Bei erfolgter Kompensation
von Q und P befindet sich der Hebel 5 wieder in der gezeichneten Stellung, und das
Federwerk 14 ist wieder abgebremst, während der Zeiger bzw. die Feder 7 alsdann
auf der Skala 13 die zugehörige Schiffgeschwindigkeit anzeigt. Steigert sich die
Schiffsgeschwindigkeit, so nimmt auch der dynamische Druck zu. Die Kraft Q vergrößert
sich, die Bremsbacke I7 wird wieder gelüftet und der Schwenkarm in die entsprechende
Stellung gedreht.
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Sinkt die Fahrgeschwindigkeit, so geht der dynamische Druck zurück,
und die Kompensationskraft P wird größer als Q. Der Hebel 5 wird nach rechts gedreht.
Die Stellschraube 27 hebt die Bremsbacke 21 von der Bremsscheibe 20 ab, und das
Federwerk 15 wird freigegeben, während das Federwerk 14 abgebremst bleibt. Das Zahnrad
38 auf der Achse des Federwerkes 15 beginnt sich zu drehen und überträgt seine Bewegung
über das Zahnrad 39, die Hohlwelle 40, das Differentialgetriebe 35 bis 37 und die
Welle 3I auf das Antriebsgestänge des Schwenkarmes 9, und zwar in einem solchen
Drehsinne, daß sich der Schwenkarm bis zum erfolgten Ausgleich nach oben bewegt.
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Bei der beschriebenen Wirkungsweise ist angenommen worden, daß in
der Kompensationsstellung beide Federwerke vollständig abgebremst sind, d. h. die
Umdrehungszahl Null ist. Bei der Verstellung des Dreharmes g wird alsdann ein Federwerk
in Gang gesetzt, während das andere weiter vollständig abgebremst bleibt. Man kann
durch passende Wahl des Bremsdruckes die Anordnung jedoch auch so treffen, daß in
der Kompensationsstellung beide Federwerke mit gleicher Drehzahl laufen. Die Resultatachse
3I bleibt auch in diesem Falle in Ruhe, und es findet keine Verstellung des Dreharmes
statt. Wenn beim Ausschlag des Hebels 5 eine Bremsbacke gelüftet wird, so vergrößert
das betreffende Federwerk seine Drehzahl, während die des anderen Federwerkes verringert
wird. Die Resultatachse 31 bewegt sich nun mit der Differenz der beiden Drehzahlen
und bewirkt eine entsprechende Verstellung des Drebarmes 9. Eine solche Ausführung
mit ständig laufenden Federwerken hat den Vorteil größerer Genauigkeit und Empfindlichkeit,
da die Beschleunigungskräfte geringer sind.
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Die erfindungsgemäße Sleuervorrichtung spricht auf die geringsten
Änderungen der Fahrgeschwindigkeit an; denn es genügt eine Lüftung der Bremsbacken
von 0,02 bis 0,03 mm, um das Federwerk in Gang zu setzen bzw. seine Umdrehungszahl
zu ändern.
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Der richtige Bremsdruck kann leicht durch geeignete Bemessung und
Einstellung der Feder 24 ermittelt werden. Mittels der Stellschrauben 26 und 27
kann gegebenenfalls noch eine Feinregulierung vorgenommen werden.