Geschwindigkeitsmesser [1]

[433] Geschwindigkeitsmesser (Tachometer), Instrumente und Apparate zur Messung der Geschwindigkeit bewegter Körper. Entsprechend den drei verschiedenen Aggregatzuständen unterscheidet man Geschwindigkeitsmesser für feste, flüssige und gasförmige Körper bezw. Luft und bei der ersten Klasse solche für fortschreitende und drehende Bewegung.

A. Geschwindigkeitsmesser für feste Körper.

I. Hierher gehören die Instrumente zum Messen der fortschreitenden Bewegung, z.B. der Geschwindigkeit von Fahrzeugen (Lokomotiven, Straßenbahnen, Automobilen, Fahrrädern, Dampf- und Segelschiffen) und der Fluggeschwindigkeit von Geschossen.

Zu den ersteren Apparaten gehören die Geschwindigkeitsmesser von Haußhälter [1]; ferner der Apparat von Schmaßmann & Co., Zürich [2], welcher sowohl für Lokomotiven als auch für Straßenfahrzeuge dient. – Vgl. Fahrgeschwindigkeit, Bd. 3, S. 578.

Von einem möglichst vollkommenen Geschwindigkeitsmesser verlangt man: 1. daß er der Geschwindigkeit des Fahrzeuges zwangläufig folgt; 2. daß er kontinuierlich anzeigt und nicht nur periodisch (Haußhälters Apparat nur alle 6 Sekunden); 3. daß der Zeiger nicht sprungweise geht, sondern nach Art der Manometerzeiger gleichmäßig auf und ab steigt; 4. daß der Apparat den zurückgelegten Weg und die erreichte Geschwindigkeit zeichnerisch darstellt, und 5. daß derselbe gegen mechanische Erschütterungen und Stöße unempfindlich ist. Diesen Anforderungen entspricht der Schmaßmannsche Geschwindigkeitsmesser, wie durch ausgedehnte Versuche erwiesen (Fig. 1 und 2). Er beruht auf dem Prinzip der Vergleichung einer unbestimmten mit einer bestimmten Geschwindigkeit. Diejenige Welle, deren Geschwindigkeit gemessen werden soll, trägt am Ende eine kurze mehrgängige Schraube, welche ein Schneckenrad betätigt. Das letztere ist mit einem[433] zweiten Schneckenrad verbunden, das mit der langen Schnecke in Eingriff steht. Die erstere Schnecke kann sich auf der Welle, durch Nut und Keil gehalten, axial verschieben; die Welle trägt am oberen Ende ein Kegelgetriebe und treibt mit diesem eine zweite horizontale Welle an, welche zentral über einer Scheibe gelagert ist. Auf dieser zweiten Welle ist eine kleine Rolle durch Nut und Keil verschiebbar angeordnet, welche auf der Scheibe mit leichtem Druck aufruht. Mit der kleinen Rolle führt gleichzeitig ein beweglicher Rahmen alle Längsbewegungen aus. Dieser Rahmen trägt eine Zahnstange, die in ein Radsegment eingreift. Auf der stehenden Welle des letzteren sitzt ein Kegelradsegment, das ein zweites Kegelradsegment betätigt und hierdurch einen mit dem letzteren Kegelradsegment fest verbundenen Hebel verschieben kann, der mit der großen Schnecke verbunden ist, so daß die Schubbewegung dieser Schnecke auf die kleine Rolle übertragen, während durch eine besondere Federeinrichtung die Schnecke und mit ihr der Mechanismus stets in die Nullstellung zurückgeführt wird. Die Scheibe, auf welcher die kleine Welle sich bewegt, wird durch ein Uhrwerk in Umdrehung versetzt, indem eine Federtrommel durch Zwischenrad und Antrieb mit der Scheibe in Verbindung steht. Die beiden voneinander getrennten Hauptbewegungen sind nun die Uhrbewegung und die durch die Drehung der auf ihre Geschwindigkeit zu untersuchenden Welle hervorgerufene Bewegung. Durch letztere wird mit Hilfe des beschriebenen Mechanismus die kleine Rolle auf der drehenden Scheibe aus der Mittelpunktslage verschoben, wobei die Rolle in um so raschere Umdrehung gerät, je mehr sie sich dem äußeren Umfange der Scheibe nähert. Die kleine Rolle wirkt aber auch in hemmendem Sinne auf die Schnecke ein und zwingt dieselbe, sich am Schneckenrad hinunter und gegen ihre Nullenstellung hinzuschrauben, welche mit der Zentralstellung der Rolle auf der Scheibe zusammenfällt. Dreht sich also die zu untersuchende Welle, so steigt die Schnecke so lange, bis die kleine Rolle auf der großen Scheibe jenen Kreis gefunden hat, welcher gerade die Umdrehungen der großen Schnecke konform mit derjenigen der zu untersuchenden Welle macht. Jede Geschwindigkeitssteigerung der zu untersuchenden Welle bewirkt also eine Verschiebung gegen den Umfang der Scheibe hin und damit eine Erhöhung der Umdrehungszahl und umgekehrt. Zur Registrierung dient ein mit dem schrägen Hebel am Ende der großen Schnecke verbundener Stift, welcher auf einem 5 cm breiten Papierstreifen, der mit Längslinien entsprechend einer bestimmten Kilometerzahl versehen ist, die Geschwindigkeitskurve niederschreibt, wobei der Papierstreifen in bekannter Weise durch ein besonderes Uhrwerk oder von der zu untersuchenden Welle aus bewegt wird.

Zur Messung der Geschwindigkeit von Geschossen dienen Meßinstrumente, die häufig aus Chronometern bestehen, die beim Abgang des Schusses in Gang gesetzt und beim Aufschlag des Geschosses oder beim Durchschlag durch eine Scheibe angehalten werden. Der Unterschied der Ablesungen ergibt sodann die Geschoßflugzeit. Die Einteilungen solcher Chronometer lassen Ablesungen bis 0,01 Sekunde zu. Solche Apparate sind konstruiert von Löbner und Marenzeller [3]. Die größte noch mögliche Zeitmessung beträgt nach diesen Chronometern 30–40 Minuten. – Vgl. Chronoskop, Bd. 2, S. 465.

Zu genaueren Beobachtungen, auf welche ballistische Rechnungen aufgebaut werden sollen, wird die Klepsydra von Le Boulengé benutzt. Dieselbe beruht auf dem Prinzip, die Messungen des in Frage kommenden Zeitabschnittes durch Wägung der innerhalb dieses Zeitraumes aus einem Gefäß ausgelaufenen Quecksilbermenge zu bestimmen.

Ein weiteres Prinzip zu Geschoßgeschwindigkeitsmessungen besteht in der Anwendung elektromagnetischer Fallapparate. Hierbei wird die Geschwindigkeit in einem Punkte der Flugbahn dadurch bestimmt, daß man jene Zeit mißt, die das Geschoß zum Durcheilen einer zu diesem Punkte symmetrisch liegenden Strecke erfordert. Die Länge dieser Strecke muß derartig gewählt werden, daß einerseits eine genaue Zeitbestimmung möglich ist und anderseits die Geschoßbewegung dieser Strecke als eine gleichförmige betrachtet werden kann. Zu Anfang und zu Ende der Strecke werden Drahtnetzrahmen aufgestellt, durch die elektrische Ströme geleitet werden. Die Ströme sind derart angeordnet, daß sie nacheinander durch das abgefeuerte Geschoß selbst unterbrochen werden. Die Entfernung beider Rahmen muß genau gemessen werden. Die Ströme betätigen Elektromagneten, deren einer einen langen, deren andrer einen kurzen Stab freihängend trägt. Ein weiterer Bestandteil des Instrumentes ist endlich ein Schnapper, der aus einem Meißel und einer mit ihm in Verbindung stehenden Feder besteht. Die letztere kann durch die Nase eines doppelarmigen Hebels in gespanntem Zustand erhalten bleiben. Die Wirkungsweise dieses Fallapparates ist nun folgende: Sobald das Geschoß den ersten Stromkreis unterbricht, fällt der lange Stab lotrecht herab. Wird dann der zweite Strom durch das abgefeuerte Geschoß unterbrochen, so fällt auch der kleine Stab. Letzterer trifft das eine Ende des Hebels, wodurch dessen Verbindung mit der gespannten Feder gelöst wird. Der an letzterer befindliche Meißel schlägt in den fallenden langen Stab eine Kerbe. Die Entfernung der Kerbe vom Nullpunkte bildet die Fallhöhe. Unter Nullpunkt versteht man jenen Punkt des langen Stabes, der als Kerbe erhalten würde, wenn man den Schnapper bei ruhig hängendem Stabe wirken ließe.

II. Zum Messen der Geschwindigkeit von drehenden Bewegungen dienen ganz allgemein die Tachometer, Umdrehungsgeschwindigkeitsmesser, Tourenzähler mit Registrierapparaten u.s.w. Für die umdrehende Bewegung gilt als Maß die Anzahl der Touren in der Minute, und diese Anzahl kann entweder an einem Zeigerwerk abgelesen werden oder fortlaufend registriert werden. Im ersten Falle besitzt das Tachometer ein entsprechend der Geschwindigkeit zum Ausschlage gebrachtes Zeigerwerk, das auf einer Scheibe die Geschwindigkeit anzeigt. Im letzteren Falle sind die Apparate mit einem Zählwerk versehen und meistens auch mit einer selbsttätigen Registriervorrichtung. Hierher gehören zunächst die einfachen Zeigerapparate mit Zählwerk zum Messen der Schnittgeschwindigkeit von Werkzeugstählen, Bohrern u.s.w. Eine Ausführung dieser Art ist Reuthers Geschwindigkeitsmesser mit[434] einstellbarem Zeigerblatt (Fig. 3). Bei demselben wird die lineare Geschwindigkeit der rotierenden Gegenstände durch die an letzteren sich abwickelnden Rollen vermittelst eines dazwischenliegenden Uebersetzungswerkes auf ein Zifferblatt übertragen, und zwar derart, daß dieselbe direkt in einer bestimmten Maßeinheit abgelesen werden kann.

Einen magnetischen Geschwindigkeitsmesser fertigen die Deutschen Tachometerwerke, Berlin (D.R. P. Nr. 172657). Derselbe eignet sich zur Messung jeder Geschwindigkeit, vom kleinsten bis zum höchsten Meßbereich, d.h. zur Messung der Tourenzahl von Maschinen, der Geschwindigkeit von Fahrzeugen (Automobilen, Lokomotiven, Straßenbahnen, Motorbooten) und Förderkörben, der Schnittgeschwindigkeit von Werkzeugen u.s.w. Der Apparat wird als stationärer Apparat oder als Handapparat, zeigend und schreibend, ausgeführt. Das Prinzip des Systems ist das eines Kurzschlußankers in einem rotierenden Magnetfelde, dessen Drehmoment proportional der Geschwindigkeit des umlaufenden Feldes in bekannter Weise eine Feder tardiert. Das Magnetfeld wird durch einen permanenten Magneten 1 (Fig. 4) gebildet und durch einen Eisenkern 2 geschlossen. Der Eisenkern ist konzentrisch zu den zylindrisch ausgebohrten Polen des Magneten so angeordnet, daß zwischen Magnet und Kern ein zylindrischer Hohlraum bleibt. In diesem Hohlraum schwingt der äußerst leichte Anzeigekörper 3, dessen Achse 4 in Steinen 5 gelagert ist. Magnet und Eisenkern sind auf einer Welle 6 befestigt, die proportional der zu messenden Geschwindigkeit in Rotation versetzt wird. Das durch Wirbelströme im Anzeigekörper 3 entwickelte Drehmoment wird durch eine Feder 7 ausgeglichen und mittels Zeigers 8 auf einer Skala angezeigt. Die Skala wird dem Verwendungszwecke des Apparates entsprechend für Touren pro Minute, Meter pro Minute, Kilometer pro Stunde u.s.w. geeicht. Die magnetische Anordnung des Systems ist ähnlich der nach Deprez-D'Arsonval und weist der Apparat bezüglich der Empfindlichkeit, der Genauigkeit, der Aperiodizität, der Proportionalität der Skala alle Vorteile der elektrischen Meßapparate auf, die nach diesem System gebaut sind. Die Skala beginnt mit Null, was für die Kontrolle des Apparates von Vorteil ist, und umfaßt einen Winkel von 320°. Eine hervorragende Eigentümlichkeit der Konstruktion ist die durch den geringen Luftwiderstand erzielte große Dichte des Magnetfeldes sowie das außerordentlich geringe Gewicht des Anzeigekörpers. Dieses geringe Gewicht verleiht dem Apparat eine vorzügliche Widerstandsfähigkeit gegen starke Stöße und Erschütterungen.

Häufig finden zur Umdrehungsgeschwindigkeitsmessung durch die Zentrifugalkraft bewegte Flüssigkeiten in stehenden Röhren Anwendung, deren Ausschlag (Hubhöhe) der Tourenzahl entspricht. Hierher gehören die Flüssigkeitstachometer mit einer oder mehreren Flüssigkeiten [1].

Zur ersten Klasse gehören die Tachometer von Büß, von Dreyer, Rosenkranz & Droop, ferner der Geschwindigkeitsmesser mit Schwungpendel von J. Aumund, Zürich.

Die Schwungpendeltachometer besitzen einen Pendelmechanismus, der sich nach der ihm von der kontrollierten Maschine erteilten Geschwindigkeit einstellt. Die Schwankungen des Pendelausschlages werden durch einen besonderen Mechanismus auf einen Zeiger übertragen, der auf einer eingeteilten Skala die momentane Tourenzahl pro Minute, die Geschwindigkeit, anzeigt. Dies Prinzip ist einzig geeignet, die Schwankungen der kontrollierten Maschinen pünktlich und genau anzuzeigen. Nun besitzen aber die bisherigen Schwungpendeltachometer eine größere Anzahl Zapfen, Gelenke und feste Lager, die für die Genauigkeit und Dauerhaftigkeit der Apparate sehr nachteilig sind, indem sie erstens eine sorgfältige und gleichmäßige Schmierung verlangen und bei nicht genügender Sorgfalt und ungleichem Schmiermittel ein gleichmäßig genaues Anzeigen ausgeschlossen ist; außerdem unterliegen die zahlreichen Gelenke und Zapfen infolge ihrer Reibung einer gewissen Abnutzung, die bei der Summierung derselben durch den ganzen Mechanismus bald die Empfindlichkeit und Genauigkeit des Apparates beeinträchtigt. Ferner sind die meisten bisherigen Tachometer so gebaut, daß sie eher einem schwierig zu behandelnden, empfindlichen Uhrwerk gleichen als einem Armaturstück, wie es die üblichen Betriebsverhältnisse verlangen. – Bei dem Aumundschen Tachometer älteren Systems wurden diese Uebelstände zu beseitigen gesucht, was allerdings nur zum Teil erreicht worden ist.

Das neue Aumundsche Tachometer ist dagegen unter Berücksichtigung dieser Mängel gänzlich neu aufgebaut und vermeidet sie vollständig. Der Pendelmechanismus besitzt keinerlei Zapfen, Scharniere oder Lager, sondern der Pendelausschlag wird durch reibungslose Zahnrollen auf das Zeigerwerk übertragen. In Fig. 5 ist diese Konstruktion in einer Ausführungsform dargestellt, bei der a die Antriebswelle ist, die im Innern des Gehäuses eine Scheibe a' trägt. An dieser Scheibe sind vier Zahnstangen b, b ... so angebracht, daß sie mit der Verzahnung paarweise gegeneinander gekehrt sind. In die Zahnstangen greifen vier Zahnrädchen c, c ... ein und zwischen diesen, ebenfalls mit den Zahnrädern im Eingriff, befindet[435] sich eine vierkantige, an allen vier Seiten mit Verzahnung versehene Zahnstange d. Ein Teil der Zahnrädchen c, c ... oder alle tragen die die Zahnstangen b mit gabelförmigen Armen umfassenden Schwungpendel e, e, die durch ihre durch die Rotation der Welle a verursachte Schwungkraft die Räder zu drehen und dadurch die Zahnstange d zu verschieben suchen. An den Enden sind die Zahnstangen b, b ... durch eine kreuzförmige Platte f miteinander verbunden, die eine Hülfe g trägt. Diese ist bei g' mit Innengewinde versehen, in welches das Stück h eingeschraubt ist. Gegen dieses stützt sich das eine Ende der Spannfeder k, die mit dem andern Ende gegen einen Absatz der Zahnstange d anliegt und somit durch ihre Spannung der durch die Schwungkraft bewirkten Verschiebung von d das Gleichgewicht hält. Die Hülfe g ist bei g'' mit ringförmigen Nuten im Innern versehen, so daß sie im Längsschnitt eine Zahnstange darstellt. In diese Hülfe sind wiederum vier Zahnrädchen i, i ... eingelegt, die mit der Verzahnung der Hülfe in Eingriff stehen und die zwischen sich die hier mit Nuten versehene zylindrische Verlängerung der Stange d, die also hier in ihrem Längsschnitt ebenfalls eine Zahnstange darstellt, führen. Die Zahnräder, von denen die zu je einer Gruppe gehörigen gleiche Zähnezahlen haben, sind behufs genauer Führung gegeneinander mit kegelförmigen Ansätzen versehen, die sich je mit denen der danebenliegenden Räder berühren und somit wie Kegelräder zusammenarbeiten; Fig. 6 zeigt diese Anordnung für die Rädergruppe c, c ... und Fig. 7 diejenige der Rädergruppe i, i ..., letztere im vergrößerten Maßstabe.

In Fig. 5 ist die untere Hälfte im Ruhezustande, die obere dagegen im Zustande des ausgeschlagenen Pendels in der Nähe seiner Grenzstellung dargestellt. Während das Pendel den Weg von e' nach e durchläuft, rollt sich das Rad c von c' aus an der Zahnstange b ab und verschiebt dabei die mit ihm in Eingriff befindliche Zahnstange d um das Doppelte seines eignen Weges. Da alle Räder dieser Gruppe gleiche Zähnezahlen haben und mit der Zahnstange d in Eingriff sind, so wandern bei der Pendelbewegung auch alle Räder um den gleichen Weg vor oder zurück, bleiben somit gegeneinander immer in der gleichen Lage und sind immer durch ihre konischen Flächen geführt. Das gleiche gilt von den Rädern der Gruppe i, i ..., die ebenfalls mit der Bewegung der Zahnstange d eine Bewegung gleich der Hälfte des Weges von d machen, stets gegeneinander in der gleichen Lage verbleiben und durch ihre Kegelflächen einander führen. Die durch den Pendelausschlag bewirkte Bewegung des Teiles d wird nun in geeigneter Weise (in der Zeichnung durch Hebel l angedeutet) auf den Zeigermechanismus übertragen.

Wie aus Fig. 5 (obere Hälfte) ersichtlich, verkürzt sich beim Ausschlagen des Pendels der wirksame. Pendelarm, der seinen Drehpunkt in der Teillinie der Zahnstange b findet und der im Ruhezustand gleich α' e' und in der Nähe des äußersten Ausschlages gleich α e ist. Es wird dadurch bei geringeren Geschwindigkeiten eine verhältnismäßig größere Energie gegenüber den größeren Geschwindigkeiten erreicht und die Spannung der Feder bei gleichen Geschwindigkeitsdifferenzen in der Nähe ihrer Elastizitätsgrenze weniger beeinflußt. Dadurch wird die Feder geschont und erreicht, daß die Skala in möglichst weiten Grenzwerten gehalten sein kann.

Auf dem Prinzip der Zentrifugalkraft beruht ferner der Glöcknersche Geschwindigkeitsmesser für Wellen und Radachsen. Derselbe reiht sich jener Gattung ein, bei welchen ein Zeiger (im weitesten Sinne) durch den Umlauf der Welle oder Achse vorbewegt, durch ein Uhrwerk aber in gleichmäßigen Zeitabschnitten ausgelöst und durch eine Gegenkraft in die Anfangsstellung zurückgeschnellt wird, so daß der Zeiger in gleichen Zeiten verschiedene Wege – je nach der Umlaufsgeschwindigkeit der Welle oder Achse – zurücklegt und die vor der Auslösung erreichte Höchststellung des Zeigers der jeweils herrschenden Geschwindigkeit proportional ist. – Die Ausführung eines derartigen Apparates zeichnet sich dadurch aus, daß die Kupplung des Zeigers mit der Achse, seine Vorbewegung und seine Auslösung durch eine elektromagnetische Kupplung erfolgt, die durch eine vom Uhrwerk gesteuerte Kontaktvorrichtung in gleichen Zeitabschnitten geschlossen und geöffnet wird. Der Umstand, daß die elektromagnetische Kupplung in jedem Augenblick angriffsbereit – nicht wie eine mechanische Kupplung oder die sonst angewendeten Schraubengetriebe oder dergl. an gewisse gegenseitige Stellungen der miteinander zu kuppelnden Organe gebunden – ist, läßt hinsichtlich des Einsetzens der Zeigerbewegung die größte Genauigkeit erreichen. Das Ein- und Auskuppeln des Zeigers erfordert – im praktischen Sinne – so gut wie gar keine Zeit; am allerwenigsten liegt zwischen dem durch das Uhrwerk bestimmten Zeitpunkt des Einkuppelns und dem wirklichen Beginn der Zeigerbewegung eine veränderliche Zeitspanne, die bei andern Apparaten dadurch verursacht wird, daß sich das treibende Organ so lange im Leerlauf dreht, bis die zum Einkuppeln bezw. zur Vorbewegung des Zeigers geeignete Stellung eingetreten ist. Ein weiterer Vorteil besteht[436] darin, daß die elektromagnetische Kupplung ohne weiteres in jedem Drehungssinn wirken kann. Für die Tätigkeit des Apparates ist also die jeweilige Umlaufsrichtung der Achse oder Welle gleichgültig, und es bedarf keiner Umschaltung. Soll nun auch der Zeiger, ungeachtet der jeweiligen Umlaufsrichtung der Welle, stets in derselben Richtung ausschlagen, so wird er durch ein Getriebe bewegt, das den Drehungswinkel der getriebenen Kupplungshälfte in jedem Falle für die Zeigerbewegung wirksam werden läßt, den Unterschied in der Umlaufsrichtung aber aufhebt.

In solcher Ausführung ist der Glöcknersche Geschwindigkeitsmesser durch Fig. 8 und 9 dargestellt. Fig. 8 ist eine Vorderansicht, Fig. 9 ein senkrechter Längsschnitt des Geschwindigkeitsmessers. Mit der zu überwachenden Welle oder Achse ist die Antriebswelle 1 des Geschwindigkeitsmessers verbunden, die innerhalb des Gehäuses die Schnecke 2 trägt. Diese greift in ein mit der Achse 3 und der treibenden Kupplungshälfte 4 fest verbundenes Schneckenrad 5 ein. Die schalenförmig ausgedrehte Scheibe 4 stellt den Kern eines Elektromagneten dar, dessen Bewicklung 6 mit leitenden Ringen 7 und 8 auf dem isolierenden Mantel 9 der Scheibe 4 verbunden ist. Die auf den Ringen 7 und 8 schleifenden Kontaktfedern 10 und 11 stehen über einer Stromquelle S (Fig. 9) mit den Kontaktfedern 12 und 13 in Verbindung. Diese schleifen auf dem Umfang einer vom (nicht gezeichneten) Uhrwerk gedrehten isolierenden Trommel 14, in deren Umfläche das Kontaktblech 15 (bezw. eine auf den Umfang gleichmäßig verteilte Reihe solcher Kontaktbleche) eingelassen ist. Die Breite des Kontaktbleches bezw. der dadurch gegebene Zentriwinkel bestimmt die Dauer des Stromschlusses, also die Länge des Zeitabschnittes zwischen Kupplung und Entkupplung. Vor der Scheibe 4 ist um die Achse 3 die ebenfalls scheibenförmige Kupplungshälfte 16 als Anker des von der Scheibe 4 gebildeten Elektromagneten frei drehbar. Sie wird mitgedreht, solange sie vom Elektromagneten angezogen wird. Aus der Fläche der Scheibe 16 springen zwei Stifte 17 und 18 vor, die sich unter die Stifte 19 und 20 eines in senkrechter Richtung geradegeführten Rahmens 21 legen. Den Rahmen zieht die Schwerkraft oder eine Feder in die aus Fig. 9 ersichtliche Stellung nieder, in der die Stifte 19 und 20 den Stiften 17 und 18 aufliegen. Wird die elektromagnetische Kupplung geschlossen, so hebt – je nach der Umlaufsrichtung der Achse 3 – entweder der Stift 17 oder der Stift 18 mittels des Stiftes 19 bezw. des Stiftes 20 den Rahmen. Erfolgt die Entkupplung, so linkt der Rahmen und dreht das beim Heben wirksam gewesene Stiftepaar (also 17 und 19 oder 18 und 20) die Scheibe 16 in die anfängliche Stellung zurück. Der Rahmen wird also – gleichviel bei welcher Umlaufsrichtung der Achse 3 – stets um ein der Geschwindigkeit der Achse 3 entsprechendes Maß gehoben und nach der Lösung der Kupplung fallen gelassen.

Ein Flüssigkeitstachometer ist das Gyrometer von Braun. Dasselbe ist an Maschinen aller Art anwendbar gegenüber dem direkt wirkenden, das nur an Maschinen mit schnell laufender senkrechter Welle angebracht werden kann. Die Konstruktion geht aus Fig. 10, die einen Längsschnitt des Instrumentes darstellt, deutlich hervor, während die Art des Antriebes aus Fig. 11 ersichtlich ist. Das Instrument besteht im wesentlichen aus zwei Teilen: dem in eine Metallhülse gefaßten Glase und dem zugleich als Befestigungsmittel dienenden Lager: Die Wirkungsweise[437] ist folgende: Im Zustande der Ruhe lagern sich die beiden Körper, Glyzerin und Luft, die das Glas G enthält, nach ihrem spezifischen Gewicht übereinander; fängt aber das Glas an, sich um seine senkrechte Achse zu drehen, so entsteht ein Kampf zwischen der Zentrifugalkraft, die das Glyzerin in die Höhe treiben will, und der Schwerkraft, die es nach unten zu ziehen sucht. Da es nun für jede Geschwindigkeit nur einen Gleichgewichtszustand gibt, so ist der Stand des Glyzerins oder, was dasselbe ist, der Stand der Luftblase ein Maß für die Geschwindigkeit, die auf der durch Versuche bestimmten Skala abgelesen wird, und zwar mit überraschender Deutlichkeit.

Die stehende Anordnung eignet sich besonders für höhere Geschwindigkeiten bis 12000 Touren pro Minute; durch entsprechende Uebersetzung sind dieselben aber auch für niedrigere Geschwindigkeiten einzurichten. Die liegende Anordnung ergibt in erster Linie sehr große Skalen und eignet sich daher besonders für Zwecke, wo die Kontrolle bis zu einer Umdrehung erforderlich ist. Gyrometer nach letzterer Konstruktion sind daher für Dampfmaschinen, Gas- und Petroleummotoren u.s.w. zu empfehlen; die stehenden Apparate sind mehr für schnell gehende Maschinen: Dynamomaschinen, Zentrifugen u.s.w. geeignet. Durch den Fortfall jeden Räderwerks bezw. irgendwelcher Mechanismen und jeden Verschleißes repräsentiert sich das Gyrometer als ein Meßwerkzeug von höchster Wichtigkeit, wenn eine dauernd wirklich richtige Messung erforderlich ist, und es ist überhaupt der einzig brauchbare Umdrehungsanzeiger für Milchzentrifugen.

An Stelle einer Flüssigkeit können auch zwei angewandt werden, wie dies bei den Bifluid-Tachometern geschieht. Hierher gehört das Bifluid-Tachometer (D.R. P. Nr. 114233) der Rheinischen Tachometerbaugesellschaft m. b. H., Freiburg i. B.

Fig. 12 und 13 zeigen zwei nach verschiedenen Richtungen hin geführte Längsschnitte: a bedeutet ein Glasrohr, das mit einem unterhalb desselben befindlichen, quergerichteten Behälter B (aus Celluloid oder Hartgummi) verbunden ist. Der letztere ist mit vertikalen Kanälen a1 a1 ausgestattet, die sich oben zu einem Querkanäle bezw. zu dem Rohrquerschnitt der Glasröhre a, unten zu einer bauchigen Erweiterung d vereinigen. Das Rohr a ist von einem Glasrohr b umgeben, das mit dem oberen Teil des Behälters B in der Nähe der Drehachse durch ein Zweigkanälchen c in Verbindung steht. In der Erweiterung d des Behälters B ist, etwa bis zu der punktierten Linie, eine Flüssigkeit von großem spezifischen Gewichte eingelassen. Ueber ihr, den Rand d und die Zweigkanäle a1 a1 bis zu der zweiten punktierten Linie ganz anfüllend, ist eine weitere Flüssigkeit von leichtem spezifischen Gewichte in dem Apparat untergebracht. Dieselbe ist von solcher Beschaffenheit, daß sie sich mit der schweren Flüssigkeit niemals mischen kann. Wird der Behälter B mit dem Röhrensystem um seine eigne Achse gedreht, so wird die schwere Flüssigkeit im Räume d nach beiden Seiten hin, d.h. nach außen gedrängt. Hierbei wird die in den Kanälen a1 befindliche, leichte Flüssigkeit angehoben und steigt in der inneren Glasröhre a in die Höhe, während sie umgekehrt in der äußeren Glasröhre[438] sinkt. Da die innere Glasröhre a an ihrem oberen Ende offen in die äußere b ausmündet, jene aber oben am Ende zugeschmolzen oder mit einem hermetisch schließenden Gummipfropfen versehen ist, so dringt die in dem Rohre a befindliche Luftsäule beim Emporsteigen der leichten Flüssigkeit über die offene Mündung des Röhrchens a hinweg in die Außenröhre b und – bei entsprechend schneller Rotation – sogar durch das Zweigkanälchen c nach dem Räume d. Sobald aber der Apparat wieder in Ruhe tritt, findet ein Ausgleich der vorher bewegten Flüssigkeiten statt, und dieselben nehmen gleichzeitig mit dem Aufhören der Drehung ihren alten Platz wieder ein. Der Behälter b ist in einem cardanischen Gehänge o (Universalgelenk) gelagert; hierdurch werden Stöße und Erschütterungen auf das Röhrensystem vermieden. Der Aufhängebügel p des Gelenks trägt den aus Stahl hergestellten Spurzapfen q, der bei Bifluid-Tachometern Typ A auch die Antriebscheibe s aufnimmt. Er ist gelagert in dem am Gehäusefuß sitzenden Spurlager, und da letzteres durch eine seitliche Bohrung u mit dem Gehäuseinnern in Verbindung steht, so findet – unter der Voraussetzung, daß in dem Gehäusefuß sich Schmieröl im Ueberfluß befindet – stets eine selbsttätige Schmierung statt. Eine aus vier nach der Mitte zu konvergierenden Streifen v bestehende Skala enthält die Angaben über die Geschwindigkeiten und Tourenzahlen. Das Skalagestell wird nach außen hin durch ein Schutzglas w und eine Kappe x abgeschlossen; am oberen Ende enthält es außerdem noch einen mit Schmierloch und Auskörnung versehenen Zentrierzapfen, der in die in der Kopfhülfe z angebrachten Zentrierkörner eingreift.

Ein weiteres Prinzip, das vielfach zu Geschwindigkeitsmessern bei rotierenden Bewegungen fester Körper Anwendung findet, ist das Prinzip der Resonanz, das einmal für akustische Geschwindigkeitsmesser und alsdann für elektrische Geschwindigkeitsmessungen Anwendung findet. Ein Apparat ersterer Art ist der Gieslersche Geschwindigkeitsmesser. Jeder Ton besteht aus einer bestimmten Anzahl von Schwingungen in der Sekunde; er bietet also ein Mittel, Zeiten und somit auch Geschwindigkeiten zu messen. Eine recht genaue Anwendung hiervon liefert die Stimmgabel. An einen Zinken befestigt man eine seine Spitze und läßt diese ihre Schwingungen auf eine sich drehende Trommel mit fortschreitender Schraubenbewegung oder auf eine Scheibe in einer Spirale schreiben. Die Anzahl der während eines Bewegungsvorganges aufgezeichneten Schwingungen liefert ein genaues Zeitmaß. Bei fortschreitender Bewegung sind die Momente aufzuzeichnen, in denen der bewegte Gegenstand in eine Strecke von bekannter Länge ein- und wieder austritt. Die Länge und die zum Durchlaufen bestimmte Zeit geben ein Maß für die Geschwindigkeit. Bei Drehbewegung braucht man nur das Verhältnis der Umdrehungen der beschriebenen Trommel zu denen der Welle zu kennen. Auf diese Weise kann man auch kleine Ungleichförmigkeiten der Bewegung bestimmen. Die Methode ist aber wegen des langwierigen Zählens der einzelnen aufgezeichneten Wellen für den allgemeinen Gebrauch zu umständlich.

Eine sehr einfache Art, mittels Tönen Geschwindigkeiten zu messen, hat Gieseler zu einer Erfindung verwertet. Wie bekannt, hat jeder Hohlraum einen Eigenton, der durch eine bestimmte Anzahl von Schwingungen in der Sekunde zum Ertönen gebracht werden kann; alsdann zeigt er »Resonanz«. Erzeugt man durch eine sich drehende Welle Schwingungen irgendwelcher Art, so können diese ein Rohr von bestimmter Länge zum Tönen bringen. Einem Rohre gegenüber wird auf einer sich schnell drehenden Welle eine Scheibe mit Einschnitten (Fig. 14) befestigt. Durch die Zentrifugalkraft wird dadurch stoßweise Luft an die Rohrmündung getrieben. Bei einer bestimmten Umdrehungszahl werden die Impulse den Schwingungen des Eigentones des Rohres gleich, und dieses beginnt zu tönen. Dieser einfache Apparat war ursprünglich besonders für Milchzentrifugen bestimmt und hat zu solchen schon eine gewisse Verbreitung gefunden. Bekanntlich wird in diesen, Maschinen durch große Umfangsgeschwindigkeiten die Magermilch von dem Rahm getrennt. Es ist natürlich, daß die Entrahmung bei einer bestimmten Umdrehungszahl am besten ist. Der laut pfeifende Ton des [439] Geschwindigkeitsanzeigers gibt die richtige Anzahl der Kurbeldrehungen an. Die Fig. 15 und 16 einer Zentrifuge von Heinr. Lanz in Mannheim zeigen, wie einfach sich dieser Apparat anbringen läßt. Aber noch ein größeres Verwendungsgebiet läßt diese Erfindung zu. Die Umdrehungszahl jeder schnell laufenden Welle läßt sich mit ihm bestimmen, wenn man das Rohr so einrichtet, daß es verkürzt und verlängert werden kann. Dieses läßt sich mechanisch durch die Maschine selbst oder von Hand bewerkstelligen. Bei einer bestimmten Länge fängt das Rohr an zu tönen; an einer Teilung läßt sich die jeweilige Umdrehungszahl der Welle ablesen. Eine aussichtsreiche Anwendung kann der Apparat zur Messung der Geschwindigkeiten von Fahrzeugen finden. Die Fig. 17 zeigt hierzu ein Modell. Statt eines Rohres sind an der drehenden Scheibe eine Reihe von Rohren mit verschiedenen Längen angebracht. Bei einer bestimmten Geschwindigkeit beginnt das längste Rohr zu tönen. Alsdann folgen bei weiterer Erhöhung der Geschwindigkeit die kürzeren, der Ton wird höher. So kann z.B. bei einem Automobil sowohl der Fahrer wie auch jeder Außenstehende beurteilen, ob eine vorgeschriebene Geschwindigkeit überschritten ist oder nicht.

Auf dem zweiten Prinzip, der elektrischen Resonanz, beruht der Frahmsche Geschwindigkeitsmesser (D.R. P. Nr. 134712). Das Element, auf dem sich derselbe aufbaut (Fig. 18), besteht aus einer Feder von bestem Uhrfederstahl (oder einem andern elastischen Material), die für die gewöhnlichen Verwendungszwecke eine Dicke von 0,25 mm, eine Breite von 3,0 mm und eine Länge von etwa 40–55 mm hat; diese Abmessungen gestatten eine handliche Ausführung der Apparate und genügen für die meisten praktischen Fälle; sie können aber zur Erreichung der verschiedensten Zwecke beliebig verkleinert oder vergrößert werden. Die Feder sitzt im Schlitz eines kleinen vierkantigen Schuhs, mit dem sie durch Nietung und Lötung äußerst solid verbunden ist. An ihrem oberen Ende ist die Feder auf eine Länge von etwa 4 mm rechtwinklig umgebogen und das umgebogene Ende, der Kopf, ist mit weißer Emailfarbe überzogen, um weithin sichtbar zu sein. In dem Winkel, den der Kopf mit dem Schaft der Feder bildet, wird ein Tropfen Lötzinn befestigt. Die Schwingungszahl (Frequenz) einer solchen Feder hängt, da zu deren Herstellung ein Material von möglichst gleichmäßiger Beschaffenheit und Dicke genommen wird, hauptsächlich von der Länge ihres frei schwingenden Teiles und der Belastung am Kopfende ab. Indem man daher Federn, deren schwingender Teil zwischen 40 und 50 mm lang ist, anwendet und diese am Kopf mit mehr oder weniger Lötzinn verlieht, kann man jede beliebige Frequenz etwa in den Grenzen von 35 bis 100 Schwingungen in der Sekunde oder 2000 bis 6000 Schwingungen in der Minute herstellen. Man kann aber durch Anwendung sowohl dünnerer oder längerer als auch dickerer oder kürzerer Federn die Grenzen des Meßbereichs nach unten oder oben erweitern; meistens kommt man indessen mit den genannten normalen Abmessungen aus. – Eine Anzahl solcher nach irgendeiner beliebigen Stufenleiter abgestimmter Federn wird, wie aus den Fig. 19 und 20 ersichtlich, in einem Abstand von 1 mm zwischen jeder Feder, auf einem Steg, einem vierkantigen Eisen- oder Messingstab von 6,5 · 6,5 mm Querschnitt, in einer Reihe nebeneinander aufgeschraubt und bildet so einen Kamm, ein abgeschlossenes System von einem gewissen Meßbereich. Die Länge eines solchen Kammes ist sozusagen unbegrenzt; wenigstens könnte er eine Länge von 1 m und darüber haben und Hunderte solcher stufenweise abgestimmter Federn tragen; in den meisten Fällen kommt man aber mit einer verhältnismäßig kleinen Zahl, etwa 25–50, unter Umständen sogar mit einigen wenigen, beispielsweise mit 3–5 Federn aus.

Dieser Kamm kann nun in verschiedener Weise in Schwingung versetzt werden. Er kann, und dies ist die einfachste Weise, je nach den Umständen mit oder ohne Brücke unmittelbar an dem Gestell einer Maschine angebracht werden, deren Geschwindigkeit gemessen werden soll.[440] Da es, außer vielleicht bei elastischen Wellen, wie bei der de Laval-Turbine, oder bei federnden Lagerungen wohl nie ganz gelingen wird, den Schwerpunkt eines rotierenden Systems genau in die Drehungsachse zu verlegen oder dauernd darin zu erhalten, so erleiden die Lager und Gestelle aller laufenden Maschinen mehr, oder weniger starke Erschütterungen. Diese Erschütterungen reichen in vielen Fällen vollkommen aus, die entsprechen den Federn eines mit dem Maschinengestell verbundenen Kammes in Schwingung zu versetzen; die Schwingungsweite (Amplitude) kann je nach der Exzentrizität des Schwerpunktes zwischen 20–30 mm und darüber betragen.

Die zweite, ebenfalls sehr einfache Art, den Kamm in Schwingung zu versetzen, m die mechanische Erregung durch ein Daumenrad. Man setzt beispielsweise auf eine Welle, deren Umdrehungszahl gemessen werden soll, eine Scheibe mit einer Anzahl Erhöhungen und Vertiefungen auf und läßt gegen sie einen Hebel schleifen, der dadurch in Schwingungen versetzt wird. Man kann nun diese Schwingungen auf einen Kamm übertragen, indem man ihn entweder unmittelbar auf diesen Hebel aufsetzt oder mit ihm durch einen Stab, einen Draht oder eine Schnur verbindet. Die Fig. 21 zeigt eine Ausführungsform dieser Erregungsweise, bei deren Anwendung man die Schwingungen bis auf etwa 10 m Entfernung übertragen kann. Will man jedoch die Umlaufsgeschwindigkeit einer Maschine in noch größerer, ja jeder beliebigen Entfernung von ihrem Standort ermitteln, so bedient man sich der elektrischen Uebertragung in folgender Weise: An dem Steg eines Kammes (Fig. 22 und 23) wird parallel zu den Federn ein Stück Weicheisen in Form eines Flachstabes beteiligt, das den Anker eines Magneten bildet, dessen Polschuhe mit Drahtspulen versehen sind. Geht nun durch diese Spulen ein Wechselstrom, so wird das magnetische Moment abwechselnd vermehrt und vermindert, der Anker abwechselnd mehr oder weniger angezogen und der Kamm dadurch in rhythmische Schwingungen versetzt; genau wie bei den bisher geschilderten Anordnungen werden sämtliche Federn gleichzeitig an ihren Wurzeln erschüttert, und diejenige Feder, deren Eigenschwingungszahl mit der Erregungsschwingungszahl annähernd übereinstimmt, gerät in starke Schwingung, deren Amplitude von dem höheren oder geringeren Grade der Uebereinstimmung der Schwingungszahlen abhängt.

B. Geschwindigkeitsmesser für Flüssigkeiten.

Hierbei handelt es sich hauptsächlich um Bestimmungen der Geschwindigkeit des Wassers in Flüssen, um aus dieser und den Flußprofilen die Wassermenge zu berechnen. Man unterscheidet hierbei Messungen mittels Schwimmer und Messungen durch feststehende Apparate oder Instrumente. Näheres hierüber s. Wassermessung.

C. Geschwindigkeitsmesser für gasförmige Körper.

Zum Messen der Luftgeschwindigkeit und Geschwindigkeit gasförmiger Körper in freiem Räume in Kanälen (Bergwerksschächten und Stollen) und in Rohrleitungen dienen die Luftgeschwindigkeitsmeßinstrumente oder Anemometer (s.d.). Ueber Messung der Geschwindigkeit der Bewegung von gasförmigen Körpern in Röhren s. Proceedings of Instit. of Mech. Engeneers, 1904, Nr. 2, S. 245; Velocity of Gases in pipes; Engeneering 1904, S. 342/243; Geschwindigkeitsmesser für strömende Gase in Röhren; Krell, O. jun., Ueber Messung von dynamischem und statischem Druck bewegter Luft; Marx, Ueber die Messung von Luftgeschwindigkeiten, Ges. Ing. 1904; Rietschel, Versuche über Bewegung der Luft in Rohrleitungen, ebend., Festnummer 1905 für die fünfte Versammlung, S. 9 ff.


Literatur: [1] Dinglers Polyt. Journal 319, S. 110/111; Bayr. Industrie- und Gewerbeblatt 1904, S. 22, 23. – [2] Zeitschrift für Elektrotechnik und Maschinenbau 1903, S. 363. – [3] Mitteilungen über Gegenstände des Artillerie- und Geniewesens, Wien 1902, Heft 8, 9. – [4] Prometheus 1906, Nr. 856; Umdrehungs- oder Geschwindigkeitsmesser »Dromograph« von de la Romie, s. Compt. rend. soc. min., 1889, S. 136; 1891, S. 22, 33, 74; 1893, S. 29, zur Messung der Geschwindigkeit von rotierenden Maschinen (Ventilatoren, Lokomotiven) mit Registrierapparat; Duveau, Engineering 1889, II, 364–366; Rung, Glasers Annalen 1888, I, S. 164–166; Zeitschr. d. Ing. 1893, S. 593: Braun, Umdrehungsgeschwindigkeitsmesser (mit Abbildungen). – Geschwindigkeitsmesser für Fahrzeuge: Höhne, Elektrotechn. Rundschau, 21, S. 135,169; Organ f. d. Fortschr. i. Eisenbahnwesen, 41, S. 154, l. 60; Kulturtechnik, 6, S. 128–132; Elektrotechn. Zeitschr., 24, S. 401–403; Organ f. d. Fortschr. i. Eisenbahnwesen, 40, S. 108/109, 186; Motorwagen, 6, S. 206–211; Journ. de Horlog., 27, 225–229; Zeitschr. d. Ing. 47, S. 1605; Gieseler, S. 435.

v. Ihering.

Fig. 1., Fig. 2.
Fig. 1., Fig. 2.
Fig. 3.
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Fig. 4.
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Fig. 5., Fig. 6., Fig. 7.
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Fig. 8., Fig. 9.
Fig. 8., Fig. 9.
Fig. 10.
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Fig. 11.
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Fig. 12.
Fig. 12.
Fig. 13.
Fig. 13.
Fig. 14.
Fig. 14.
Fig. 15.
Fig. 15.
Fig. 16.
Fig. 16.
Fig. 17.
Fig. 17.
Fig. 19.
Fig. 19.
Fig. 18., Fig. 20., Fig. 21.
Fig. 18., Fig. 20., Fig. 21.
Fig. 22.
Fig. 22.
Fig. 23.
Fig. 23.
Quelle:
Lueger, Otto: Lexikon der gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften, Bd. 4 Stuttgart, Leipzig 1906., S. 433-441.
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