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Gravimeter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Gravimeter
mit einem um eine horizonatle Achse drehbar gelagerten, in der Horizontalebene auswägbar
eingespannten Gewichtssystem, dessen Gewicht durch eine zwischen ihm und einem festen
Lagerpunkt angeordnete Feder getragen und dessen Gewiohtsänderung durch eine koaxial
zu seiner Drehachse angeordnete, in meßbarer Weise tordierbare Torsionsfeder, die
mit ihrem einen Ende an dem Gewichtssystem und mit ihrem anderen Ende an einem um
die Drehachse des Gewichtssystems drehbar gelagerten Torsionsknopf befestigt ist,
ausgewogen ist, bei dem die Drehachse des Gewichtssystems durch zwei an ihm angreifende,
sich in der Drehachse zwischen festen Lagerpunkten und dem System erstreckende Federn
gebildet ist.
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Bei einer bekannten Gravimeterkonstruktion ist das Gewichtssystem
an zwei koaxial zur Drehachse des Systems angeordneten Torsionsfedern, die einerseits
mit ihrem einen Ende an dem System und mit ihrem anderen Ende an tordierbaren Lagerpunkten
befestigt sind, gelagert. Die Torsionsfedern, die sich beidseitig zu dem Gewichtssystem
erstrecken, nehmen das gesamte Gewicht des Gewichtssystems auf und dienen gleichzeitig
zum Auswägen der bei Ortsverlagerung des Gravimeters eintretenden Gewichtsänderungen.
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Diese Konstruktion weist den Nachteil auf, daß die Anordnung nicht
mit der erforderlichen Meßempfindlichkeit von 10-7 bis 10-8 der gesamten Schwerebeschleunigung
ausgestattet werden kann, denn die bei solchen Anordnungen erforderlichen Torsionen
der Federn würden in den Bereich der elastischen Nachwirkung führen.
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In einer anderen ebenfalls bekannten Anordnung ist die Ausbildung
des Gravimeters derart getroffen, daß an das Gewichtssystem beidseitig je eine Zugfeder
angreift. Die Zugfedern sind mit ihren freien Enden an ortsfesten Lagerpunkten in
der Weise gelagert, daß sowohl ihre Zugspannung durch Verschieben des Lagerpunktes
in Richtung der Drehachse des Gewichtssystems als auch ihre Torsionsspannung durch
Verdrehen des Lagerpunktes um die Achsrichtung des Gewichtssystems verändertwerden
kann. Die Torsionsspannung dieser Federn wird dabei derart eingestellt, daß das
Gewichtssystem an einem Eichort in der Horizontalebene angeordnet ist.
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Gewichtsänderungen am Gewichtssystem werden mittels einer Torsionsfeder,
die koaxial zu einer der beiden Zugfedern angeordnet ist und deren einer Lagerpunkt
an dem Gewichtssystem und deren anderer Lagerpunkt an einem Torsionskopf ist, gemessen.
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Diese Anordnung weist den Nachteil auf, daß das Gewichtssystem Schwingungen
in Richtung seiner Drehachse ausführen kann. Andererseits ändert jede Torsion der
Zugfedern, die das Gewichtssystem lagern, auch die an diesem System wirksamen Torsionsspannungen,
wodurch die Indikation der Lage des Gewichtssystems schwierig wird.
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In Verbesserung der bekannten Gravimeter wird ein Gravimeter der
eingangs näher bezeichneten Art vorgeschlagen, das sich dadurch kennzeichnet, daß
das Gewichtssystem durch zwei an ihm angreifende und in seiner Drehachse gelegene
Spannfäden bzw.
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Spannbänder eingespannt ist und durch eine gesondert an ihm angreifende
Zug- oder Torsionsfeder getragen ist.
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Die Zugfeder kann in üblicher Weise an dem Gewichtssystem und an
einem senkrecht über dem Gewichtssystem befestigten Lagerpunkt angeordnet sein.
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Die Torsionsfeder kann koaxial zu einem der beiden Spinnfäden vorgesehen
sein.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel erläutert.
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F i g. 1 gibt schematisch in Draufsicht und Fig.2 in einer Seitenansicht
den Aufbau des Gravimetersystems wieder; F i g. 3 zeigt eine Einzelheit des Gravimeters
nach den Fig. 1 und 2, während Fig. 4 die Mittel erläutert, die zur Messung der
Torsion der an dem Gravimetersystem vorgesehenen Torsionsfeder erforderlich sind.
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In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 gehäusefeste Teile des Gravimetersystems.
An diesen Teilen ist ein Spannband 2 runden Querschnitts in noch zu erläuternder
Weise an Haltevorrichtungen 3 bzw. 4A befestigt. Das Spannband 2 dient zur Lage-
rung
des Gewichtssystems 4. Das Gewichtssystem besteht aus einem gabelförmigen Bauteil
5, das an seiner Spitze einen Spiegel 6 trägt. An das gabelförmige Bauteil 5 ist
ein Ansatz 6A (vgl. F -i g. 2) angelenkt, an dem sich das eine Ende einer Zugfeder
7 abstützt. Das andere Ende der Zugfeder ist an einem gehäusefesten Bauteil 8 über
einen Vorsprung 9, der gleichzeitig einen Spiegel. 10 trägt,. befestigt. Die Zugfeder
7 trägt das Gewichtssystem 4, 5, 6A in der Weise, daß das System in der Horizontalebene
auswägbar eingespannt ist. Das Spannband 2 definiert die Drehachse des Gewichtssystems,
und das Gesamtsystem ist astatisch gelagert.
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Mit 20 ist eine Torsionsfeder bezeichnet, deren Ende 21 an dem gabelförmigen
Bauteil 5, deren Ende 22 an einer Hülse 23 befestigt ist. Durch die hohle Achse
der Hülse 23 ist das Spannband 2 geführt. Gleichzeitig nimmt die Hülse 23 ein Zahnrad
24 und einen gläsernen Teilkreis 25 auf. Die Hülse 23 ist in einer Buchse 26 drehbar
gelagert. Die Buchse 26 ist Teil des gehäusefesten Bauteils 8. Mit 30 ist ein Schneckenrad
bezeichnet, das über eine Stange 31 die Hülse 23 in ihrem Lager 26 zu drehen gestattet.
Dabei läßt sich der Torsionswinkel der Feder 20 über den Teilkreis 25 bestimmen.
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Zur Ablesung des Teilkreises 25 wird dieser über ein Prisma 40 beleuchtet
und die beleuchtete Ablesestelle des Teilkreises über ein Prisma 41 mittels eines
nicht dargestellten Ablesemikroskops abgelesen. Der Teilkreis 25 weist beispielsweise
eine lO-Teilung auf, und es ist dieses kleinste Teilungsintervall des Teilkreises
25 durch ein vorgesehenes optisches Mikrometer interpolierbar. Das Gesichtsfeld
des vorgesehenen Ablesemikroskops gibt die Fig.4 wieder.
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In diesem Feld bezeichnet 43 einen über die Spiegel und 10 geleiteten
Lichtzeiger, dessen Lage in dem Gesichtsfeld 42 mit der Lage des Gewichtssystems
4, 5, 6A veränderlich ist. Im Gesichtsfeld 44 ist die über das Prisma 41 betrachtete
Ablesestelle des Teilkreises 25 sichtbar, und es ist im Gesichtsfeld 45 die Skala
des vorgesehenen Mikrometers sichtbar.
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Das Spannband 2 ist - wie aus der Fig. 3 ersichtlich - an Federpl'atten
3 bzw. 4A an den ortsfesten Teilen 1 des Gravimetergehäuses befestigt. Die Fig.3
erläutert die Ausbildung der Federplatte 3.
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Die Ausbildung der Federplatte 4A ist mit der der Federplatte 3 identisch.
Die Platte 3 ist aus einem elastischen Material gefertigt und weist die Ausnehmungen
50 bzw. 51 auf. Zentrisch ist an der Platte 3 eine Buchse 52 befestigt, die eine
axiale Bohrung 53 aufweist. In diese axiale Bohrung 53 ist das Spannband 2 eingeführt
und mittels der Klemmschraube 54 in seiner Lage fixiert. Die Befestigung des Bandes
2 in der Buchse 52 kann vorteilhaft auch durch Klebung mittels eines Metallklebemittels
erfolgen.
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Die Platte 3 wird mittels zweier Schrauben 55 und 56 an dem Bauteil
1 befestigt. Die Platte 3 ist aus relativ steifem Federmaterial gefertigt, und es
ist die Anordnung derart getroffen, daß der Torsionsfaden 2 in der Nullage des Gewichtssystems
auf Torsion nicht beansprucht ist. Vielmehr wird das gesamte Gewicht des Gewichtssystems
in dieser Eichlage durch die Zugfeder 7 aufgenommen. Gewichtsänderungen werden mittels
der Torsionsfeder 20 gemessen.
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Mit 60, 61 ist eine Luftdämpfungsvorrichtung für das Gewichtssystem
bezeichnet. Ihr Kolben 61 ist an dem Bauteil 8 befestigt.
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Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Das Gravimetersystem
wird an einem Ort bekanater Erdschwere derart justiert, daß das Gewichtssystem von
der Feder 7 in der Horizontalebene getragen ist.
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In dieser Stellung des Gewichtssystems fällt die Marke=des Lichtzeigers
43 im Gesichtsfeld 42 mit den Indexstrichen 42A zusammen. Wird das Gravimeter-an
einen anderen Ort mit vom Eichort verschiedener Erdschwere transportiert, so hebt
oder senkt sich die Gravimetermasse aus ihrer Nullposition, und durch Betätigen
der Spindel 30 wird die Torsion der Feder 20 derart gewählt, daß die Marke 43 erneut
mit den Indexstrichen 42A koinzidiert. Die durch Betätigen der Spindel 31 erfolgte
Torsion kann durch Ablesung des Teilkreises im Gesichtsfeld 44 und des interpolierenden
Mikrometers im Gesichtsfeld 45 ermittelt werden, woraus sich in üblicher Weise die
zu messende Änderung ergibt.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, die vorgesehene Zugfeder durch
eine Torsionsfeder zu ersetzen, die beispielsweise koaxial zum Torsionsfaden 2 zwischen
dem Gewichtssystem und der Platte 3 angeordnet sein kann. Der Arm 9 kann zu Justierzwecken
höhenbeweglich an dem Bauteil 8 gelagert sein.
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Auch kann an Stelle des runden Torsionsfadens 2 ein solcher rechteckigen
Querschnitts Verwendung finden, und an Stelle eines einzigen durchgehenden Fadens
können zwei beidseitig an das Gewichtssystem angreifende, seine Drehachse definierende
Fäden oder Bänder vorgesehen sein.
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Im übrigen ist der Torsionsknopf 23, 24 um rund 4000 drehbar, und
die Anordnung ist derart getroffen, daß bei einmaliger Einstellung der Spannung
der Feder 7 der Meßbereich des Gravimeters etwa 5000 mgal bei einer Meßgenauigkeit
von etwa 0,01 mgal umfaßt. Damit entfällt jede Meßbereichsneujustierung im Variationsbereich
der Erdschwere.