Nederlands   English
 1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11 

dommekracht / jack

ALEX DEN OUDEN
EINDHOVEN - NEDERLAND

 1024×768
   (min.)
Oude techniek en werktuigbouw,
industriële geschiedenis en archeologie
Historical engineering and technology,
industrial archaeology and history
© AdO 1998 ... 2004

     


      Terug naar de index der artikelen ...                Back to the index of articles ...   

Laboratorium Mechanicum: des ingenieurs speeltuin

Inleiding

Laboratorium Mechanicum: the engineer's playground

Introduction

Een machine is meestal opgebouwd uit mechanismen

In vrijwel elke machine kun je een aantal basismechanismen onderscheiden. Elk heeft in het grote geheel van de machine zijn eigen functie; door oordeelkundige (ingenieuze) combinatie van dergelijke eenheden kan de machine uiteindelijk doen wat we van haar verlangen.

twee sleuven onder een hoek bepalen de beweging
two slots at a given angle determine the motion zes-stangenmechanisme
six-link mechanism dubbele pal en palwiel
double pawl and ratchetkruk-sleuf mechanisme
crank-slot mechanism

A machine usually comprises various mechanisms

In almost any machine you can distinguish a number of basic mechanisms. Each of these has its own function in the whole of the machine; by judicious (ingenious) combination of such basic units the designer ensures that the machine well performs the task it was made for.

De studie van mechanismen

Veel van de in de machinebouw gebruikte mechanismen gaan een heel eind terug in de tijd. Toen Reuleaux in 1875 zijn grote wetenschappelijke analyse van mechanismen publiceerde (de Theoretische Kinematik) moest hij vaststellen dat vrijwel alle door hem bestudeerde mechanismen: "reeds lang bekend zijn en in de praktijk ingevoerd". Hij probeerde aan de hand van zijn analyses wel om "nieuwe" mechanismen te bedenken, maar kwam tot de conclusie dat de vanouds bekende oplossingen meestal het best voldeden. Daar zaten dan ook honderden jaren ervaring en inventiviteit achter .... Minder geslaagde constructies waren vanzelf in de vergetelheid geraakt.

The study of mechanisms

Many of the mechanisms used in mechanical engineering go back a long way. When in 1875 Reuleaux published his extensive scientific analysis of mechanisms (the Theoretische Kinematik), he had to admit that nearly every example he studied "had been known and in practical use for a long time". On the basis of his analyses he tried to devise "new" mechanisms, but usually he found that the old-established solutions were still the better. That need not really surprise us. They bundled hundreds of years of experience and genius .... Less successful constructions had gradually fallen into oblivion.

Een ingenieur of machinebouwer bouwt in de praktijk van alledag natuurlijk een ruime kennis van mechanismen op. Hij kan altijd terugvallen op diverse overzichten van de bruikbaarste mechaniekjes, die in de loop van de laatste 250 jaar in boekvorm zijn gepubliceerd.

In daily practice, an engineer or machine designer of course gathers a lot of know-how on the subject of mechanisms. Furthermore he can always consult the various surveys of useful designs that have been published in book form over the last 250 years.



De eerste van dergelijke publicaties is het Theatrum Machinarum van Jacob Leupold, dat tussen 1724 en 1739 ver­scheen. Leupold was een echt ingenieur, een man die theorie en praktijk wist te combineren. Hij had niet veel op met pure theoretici en ook voor de pure praktijkman had hij weinig tijd: "Ist ein Theoreticus der nur der Fundamenta innen hat; ein Practicus aber, der auch nach denen Fundamenten eine Maschine würklich anzugeben und auszuführen weiß. Eine Empiricus ist, der zwar eine Maschine nach eingeführter Arth und Gebrauch auffzubauen weiß, aber keine Ursach weiß, oder einige Fundamenta hat, warum dieses oder jenes so und nicht anders seyn muß."

vangmechanisme voor een hijstouw
catch mechanism for a hoisting rope

The first of such publications probably is the Theatrum Machinarum by Jacob Leupold, which appeared between 1724 and 1739. Leupold was a real engineer, a man who knew how to combine theory and practice. He was not much impressed either by pure theoreticians or purely practical men: "Ist ein Theoreticus der nur der Fundamenta innen hat; ein Practicus aber, der auch nach denen Fundamenten eine Maschine würklich anzugeben und auszuführen weiß. Eine Empiricus ist, der zwar eine Maschine nach eingeführter Arth und Gebrauch auffzubauen weiß, aber keine Ursach weiß, oder einige Fundamenta hat, warum dieses oder jenes so und nicht anders seyn muß."

In het Theatrum Machinarum behandelt Leupold een heel stel van de toenmalige basismechanismen. Hij bespreekt ze en velt gelijk een oordeel over de praktische bruikbaarheid ervan.

In the Theatrum Machinarum Leupold reviews a great deal of the then known basic mechanisms. He discusses them and at the same time judges their practical utility.




Leupold's werk is voor de beginnend of nog studerend ingenieur wellicht wat hoog gegrepen. Die heeft er meer aan, om de mechanismen te leren kennen en doorgronden aan de hand van werkende modellen. Dat was althans de mening van de tweede pionier op dit gebied, de Zweed Christopher Polhem. Deze startte in 1697 zijn Laboratorium Mechanicum. Dit omvatte een aantal functionerende (houten) modellen van basis­mechanismen, die samen het zogenaamde "mechanische alfabet" vormden. Er werden trouwens ook wel modellen van complete machines en constructies in de collectie opgenomen.

omzetting van een draaiende beweging in een wipbeweging (nagebouwd)
transforming a rotating movement into a seesaw motion (modern reconstruction) drie methoden voor het heffen van een arm (nagebouwd)
three methods to raise an arm (modern reconstruction)

For an engineer just setting out on his career or perhaps still being trained, Leupold may be a bit too difficult. It may be better first to get acquainted with and study a number of actually working models. That at least was the opinion of the second pioneer in this field, the Swede Christopher Polhem. In 1697 he started his Laboratorium Mechanicum. This comprised quite a few fully functional (wooden) models of basic mechanisms, together known as "Polhems mechanical alphabet". The collection, by the way, also contained models of finished machines and fully developed constructions.

Er valt wel wat te zeggen voor Polhems standpunt. Je leest Leupold en bestudeert zijn illustraties en probeert vervolgens een mechanisme na te bouwen. Dan blijkt dat essentiële details in de papieren beschrijving onduidelijk zijn of geheel ontbreken. Jouw reconstructie werkt niet of niet lekker. Bij Polhems aanpak weet je zeker dat het ding werkt of op z'n minst, dat het (ooit) gewerkt heeft!

There is something to say for Polhems point of view. You read Leupold and fathom his engravings, then try to build some mechanism according to these. And then discover that essential details are unclear in or missing from the descriptions. Your reconstruction does not work, or at least, it works none too smoothly. Using Polhems approach you are sure that it works or at least, once actually did work.

Een belangrijk deel van Polhems "mechanisch alfabet" (de originele modellen!) is nog altijd te zien in het Tekniska Museet in Stockholm. De foto's hier tonen enkele van de bewaard gebleven letters, deels in origineel, deels nagebouwd.

An important part of Polhems mechanical alphabet (the original models!) can still be seen in the Tekniska Museet in Stockholm. The photo's here show several of the preserved letters, some original, some modern reconstructions.

drie originele letters uit Polhems mechanisch alfabet
(in het Tekniska Museet)
three original letters from Polhems mechanical alphabet
(in the Tekniska Museet)



Aan het eind van de 18e eeuw kwam in Frankrijk een meer wetenschappelijke studie der mechanismen van de grond. De Ècole Polytechnique nam het onderwerp op in het vak analytische geometrie en omstreeks 1808 verscheen van de hand van MM. Hâchette, Lanz en Bétancourt een Essai sur la Composition des Machines. Mechanismen werden hierin in groepen ingedeeld naar het soort transformatie van beweging dat ze veroorzaken: van een continu roterende aandrijving naar een heen-en-weer gaande lineaire beweging, om één groep te noemen. Men onderscheidde in totaal 21 groepen op basis van beweging langs rechte en gebogen lijnen, cirkels en schroeflijnen.

The more scientific study of mechanisms was initiated in France at the end of the 18th century. The Ècole Polytechnique introduced the subject in its syllabus as "analytic geometry" and around 1808 a publication by Messrs. Hâchette, Lanz and Bétancourt, called Essai sur la Composition des Machines appeared. They categorised mechanisms by the type of transformation of motion they show. To give an example, one of the categories was the transformation of continuous rotation into an up and down linear motion. In all, no less than 21 categories were discerned, on the basis of motions along straight and curved lines, circles and spirals.

typische pagina uit een modellenboek, ca. 1845
typical page from an example book, c. 1845

Men hoopte door het indelen in groepen te komen tot nieuwe mecha­nismen, aan de hand van analogie-beschouwingen. Dat werkte niet, want in deze eerste kinematische theorie werd géén rekening gehouden met de effecten van versnellingskrachten, wrijving en speling op het gedrag van een mechanisme. Men hield zich alleen bezig met richting en snelheid van bewegingen. Deze beperkte aanpak heeft geleid tot een veelheid aan weliswaar gepatenteerde, doch onbruikbare mechanismen, die al bij het eerste serieuze gebruik als ondeugdelijk door de mand vielen. Ze rammelden, letterlijk.

It was hoped that, by strict categorisation, new mechanisms could be developed on the basis of analogies. This did not work, because this first kinematic theory did not take into account the effects of acceleration forces, friction and play on the performance of a mechanism. They limited themselves to just direction and speed of movements. This restricted approach resulted in a plethora of designs, patented, but nevertheless unusable. At the first serious employment they proved unsound. They were rattletraps, literally.




Ondanks de gesignaleerde tekortkomingen bleven heel wat weten­schappers zich graag verdiepen in de kinematica. Neem als typisch voorbeeld Professor Franz Reuleaux, al genoemd in de inleiding van deze pagina. Hij werkte een prachtig klassificatie-systeem voor mechanismen uit, compleet met functionele codering van de diverse typen bewegingen. Dit werk werd in 1875 gepubliceerd. Op het eerste gezicht had het weinig praktisch nut. Ook Reuleaux zelf onderkende dit, hij had in de loop van zijn onderzoekingen wel ontdekt, dat vanouds bekende oplossingen meestal beter voldeden dan allerlei nieuwerwets probeersel. "Maar", zo schreef hij, "het sterke punt van de kinematische theorie is dat, door het toepassen der theorie, nog verbeteringen aangebracht kunnen worden in allang bekende mechanismen". "Bovendien", zo stelde hij, "kun je een machine scherp ontleden in z'n samenstellende mechanismen, dan kun je voor elk deelmechanisme de meest gunstige vorm kiezen".

Despite the shortcomings pointed out, many a scientist eagerly took up the study of kinematics. As a typical example, take .Professor Franz Reuleaux, already mentioned in the introduction to this page. He elaborated a beautiful system of categorisation, complete with a functional coding of the various types of movements. This opus was published in 1875. At first sight it was without much practical benefit. Reuleaux himself was well aware of this, during his investigations he certainly did discover that old-established solutions usually proved better than all kinds of new-fangled experiments. "But", so he wrote, "the best point of kinematic theory is that, by applying the theory, further improvements could be made to mechanisms known for a long time". "Furthermore", he stated, "if you can acutely dissect a machine into its composing mechanisms, you will be able to formulate the best form for each separate mechanism".

twee Reuleaux modellen van vier-stangenmechanismen
two Reuleaux models of four-link mechanisms twee Reuleaux modellen van vier-stangenmechanismen
two Reuleaux models of four-link mechanisms

Opvallend is wel, dat Reuleaux (die niet alleen professor was aan, maar tevens directeur van de Königliche Gewerbe-Akademie te Berlijn) net als Polhem 250 jaar eerder, voor z'n studenten een uitgebreide collectie modellen opbouwde. Bij de verschijning (in 1876) van de Engelse vertaling van z'n Theoretische Kinematik werd een selectie van deze collectie tentoongesteld in het South Kensington Museum in Londen, het huidige Science Museum.

Remains the striking fact that Reuleaux (who was not only Professor at, but also director of the Königliche Gewerbe-Akademie (Royal Manufacturing Trades Academy) in Berlin - just like Polhem 250 years earlier - prepared an extensive collection of models for the instruction of his students. When in 1876 the English translation by Alex Kennedy of his Theoretische Kinematik (under the name Kinematics of Machinery) appeared, a large selection of these models was exhibited in the South Kensington Museum in Londen, nowadays the Science Museum.

twee Reuleaux modellen van tandwiel-mechanismen
two Reuleaux models of toothed-gear mechanisms twee Reuleaux modellen van tandwiel-mechanismen
two Reuleaux models of toothed-gear mechanisms


naar de top    naar de top to the top    to the top