DE1237337B - Regler zum selbsttaetigen Ausgleich von kleinen Neigungswinkeln - Google Patents

Description

DEUTSCHES W9lm PATENTAMT

Deutsche ö.: 42 c-6/03

AUSLEGESCHRIFT «— ^

Aktenzeichen: E 20358IX b/42 c

1 237 337 Anmeldetag: 23.Dezember 1960

Auslegetag: 23. März 1967

Die Erfindung betrifft einen in den Strahlengang eines optischen Instruments einfügbaren Regler zum selbsttätigen Ausgleich von kleinen Neigungswinkeln, dessen den Zielstrahl lenkendes Bauelement durch eine elastische Lagerung getragen wird.

Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen für optische Instrumente bekanntgeworden, insbesondere für Nivellierinstrumente und Theodolite, welche die horizontalen bzw. lotrechten Ziellinien durch Einschalten von Pendeln, Neigungsmessern und Flüssigkeitsspiegeln bei kleinen Neigungswinkeln des Gerätes erhalten.

Derartige Regler wie einfache Pendel und Neigungsmesser nach geometrischen Gesetzen bedingen nicht nur wegen der erforderlichen großen Anzeigeempfindlichkeit dünne Aufhängebänder oder Drähte als Lagerung, wobei die Systeme relativ stoßempfindlich sind, sondern sie erfordern auch einen hohen Fertigungsaufwand zur möglichst genauen Herstellung der geometrischen Bedingungen.

Neben den geometrischen Lösungen sind auch Neigungsglieder, welche physikalischen Gesetzen unterliegen, in den Strahlengang eingeschaltet worden. Diese Neigungsmesser haben den Vorteil, daß sie nicht genau auf geometrische Bedingungen eingerichtet werden müssen. Die Fertigungstoleranzen der hier verwendeten Pendel sowie der elastischen Bauteile können bei der Justierung des Verhältnisses zwischen Auslenkungswinkel des Pendels und des Bezugskörpers leicht durch Verschieben des Schwerpunktes der Höhe nach ausgeglichen werden. Diese Pendel sind, wenn sie die Neigungswinkel vergrößert anzeigen, astasiert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte physikalische Pendel mit einer vorteilhaften elastischen Lagerung auszustatten, so daß es in Form eines Neigungsmessers ohne aufwendige Zusatzkonstruktionen hohe Anzeigegenauigkeit besitzt und höchst unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen mechanischer und thermischer Art ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Pendelkörper zwischen den Befestigungsstellen, und zwar an den Krümmungsscheiteln zweier Federbögen angebracht ist, welche ihrerseits beidseitig mit dem Bezugskörper fest verbunden sind, und daß die Federbögen in jeder Phase der Pendelbewegung eine Verspannung aufweisen.

Bei dem beschriebenen Regler ist das neigungsempfindliche Bauteil ein starres Pendel, das durch die elastische Lagerung reibungsfrei getragen und durch deren Federkraft in eine bestimmte Gleich-Regler zum selbsttätigen Ausgleich von kleinen
Neigungswinkeln

Anmelder:

Ertel-Werk für Feinmechanik,
München, Prinzenstr. 28

Als Erfinder benannt:
Robert Eberwein, Gröbenzell

gewichtslage gezwungen wird. Soll der Regler als empfindlicher Neigungsmesser beispielsweise in den Strahlengang eines Nivellierinstruments eingeschaltet werden, so ist dieser so zu konstruieren, daß er die Neigungswinkel vergrößert anzeigt. In diesem Fall ist der Schwerpunkt über dem Momentan-Drehzentrum anzuordnen.

Es ist bereits eine reibungsfreie und elastische Drehlagerung bekanntgeworden. Diese Anordnung unterscheidet sich dadurch von der beschriebenen Einrichtung, daß die Drehung des Anzeigegliedes dort nur durch die Gegeneinanderschaltung von mindestens zwei Kreuzfedersystemen möglich ist, während bei der beschriebenen Anordnung eine Drehung durch die Ausbildung als Federbögen mit einem Kreuzfedersystem ermöglicht wird. Abgesehen davon wäre das in Betracht gezogene, bekannte Pendelsystem für ein optisches Selbsteinwagesystem nicht geeignet, da Störeinflüsse durch Temperatur und Cri-Cri-Effekt bei derart gestreckten Federn weit über die Wahrnehmbarkeitsgrenze kämen. Bei einer Längsausdehnung der gestreckten Federn würde sich eine Biegung der Federn ergeben, welche eine Drehung der Anzeigeachse zur Folge hätte. Außerdem tritt bei dieser Anordnung der Cri-Cri-Effekt auf, da die Federn gebogen werden und wieder durch die gestreckte Lage durchgehen.

Die beschriebene Lagerung von Pendeln unter Anwendung einer symmetrischen Anordnung von zwei auf Biegung beanspruchte Blattfedern bietet dagegen erhebliche Vorteile.

Das Reglersystem, welches durch die Krümmung der Blattfedern unter Spannung steht, ist gegenüber Stößen in jeder Richtung sehr elastisch, wodurch bei entsprechender Einengung des Schwingungsbereiches bleibende Veränderungen der elastischen Zwischenglieder praktisch ausgeschaltet sind. Dies ist deshalb von größter Bedeutung, da schon geringe Verände-

709 520/87

Claims (3)

rungen des Werkstoffes der ZwischengUeder Meßfehler verursachen können. Eine weitere wichtige Forderung für derartige Reglersysteme, welche auf eine bestimmte geometrische oder physikalische Gleichung abgestimmt sind, erhebt sich in bezug auf Einflüsse von Temperaturschwankungen, welche Längenänderungen und Veränderungen der elastischen Eigenschaften verursachen können. Solche ungünstigen Einflüsse sind bei der vorliegenden elastischen Lagerung des Pendels durch die besondere Anordnung beseitigt. Dies ist leicht erklärlich, da sich beispielsweise bei einer Temperaturerhöhung einerseits die Belastungsverhältnisse nicht ändern und andererseits die Einspannstelle des Pendels seine Höhenlage nicht verändern kann, da die Federn an beiden Enden geklemmt sind. Eine Ausdehnung der Federn kann sich nur derart auswirken, daß sich die Krümmung der Blattfedern ändert, was die Anordnung starrer werden läßt. Dies ist jedoch erwünscht, um die Veränderung des Elastizitätsmoduls sowie die Lageveränderung des Pendelschwerpunktes auszugleichen. Zur Kompensation von Temperatureinflüssen können einfacher auch Federn mit konstantem Elastizitätsmodul verwendet werden, welche dann durch ihre geringen Lageänderungen und das damit verbundene Starrerwerden des Reglersystems nur die Lageänderung des Schwerpunktes auszugleichen haben. Außerdem ist bei dieser Anordnung der Einfluß des sogenannten Cri-Cri-Effektes vollkommen ausgeschaltet, da auf die zwei gekrümmten Federn immer nur gleichgerichtete Biegemomente wirken. Die Einspannung der Blattfedern wird zweckmäßigerweise so vorgenommen, daß die Krümmung je einer Blattfeder einen Federbogen in Form fast eines Halbbogens ergibt, jedoch mit einer gering erhöhten Spannung, welche die natürliche Krümmung etwas verändert und den Widerstand der Federn erfüllt. Diese vorteilhafte elastische Lagerung kann sowohl für Nivellierinstrumente in Verbindung mit einem astasierten Pendel als auch für Theodolite, astronomische und nautische Instrumente in Verbindung mit einem statischen (hängenden) Pendel als Regler zum Ausgleich von kleinen Neigungswinkeln verwendet werden. In A b b. 1 ist ein Regler in den Strahlengang eines Nivellierinstruments eingeschaltet worden. Der Regler kann beliebig zwischen Objektivl und Strichplatte 2 angeordnet sein. Es ist von Vorteil, daß das Reglersystem durch entsprechende Dimensionierung der Federbögen 3 und 4 zwischen Schaltlinse 5 und Strichplatte 2 gestellt werden kann. Die elastische Lagerung des Pendelkörpers 6 mit ablenkendem Bauelement setzt sich zusammen aus den beiden Federbögen 3 und 4, die als elastische Elemente durch die Befestigungsstellen 7 und 8 sowie 9 und 10 fest mit dem Bezugskörper 11 verbunden sind. Die beiden Federbögen berühren sich hier an den Krümmungsscheiteln, an denen das astasierte Pendel als Pendelkörper 6 festgeklemmt ist. Der Zielstrahl wird hier noch durch die Ablenkprismen 12 und 13 zum Pendelkörper 6 mit dem ablenkenden Bauelement umgelenkt bzw. wieder der Strichplatte 2 zugeführt. In Abb. 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine automatische Indexablesung am Höhenkreis eines Theodolits dargestellt. Die elastische Lagerung wird hier als Aufhängevorrichtung für ein hängendes Pendel verwendet. Das Pendel wird zweckmäßig noch durch einen Pendelarm über dem Drehzentrum nahezu im indifferenten Gleichgewicht gehalten. Dies bringt einerseits den Vorteil der Verringerung des elastischen Widerstandes und damit die Annäherung des Pendelneigungswinkels zum Geräteneigungswinkel, andererseits eine weitere Kompensierung der Schwerpunktsveränderungen am Pendel durch Temperatureinflüsse. Der Pendelkörper 14 ist durch die Federbögen 3 und 4 mit der Fernrohrstütze 15 in Verbindung. Das Drehzentrum liegt unterhalb der Kippachse und die wirksame Pendellänge ist kleiner als der Radius des Höhenkreises 16. Das Objektiv 17 bildet die lotrecht unter der Kippachse gelegene Ablesestelle über die Prismen 18,19, 20 und 21 in die Strichplatte 22 ab. Das System ist so dimensioniert, daß das Objektiv 17 stets lotrecht über die Kippachse zu stehen kommt. Patentansprüche:

1. In den Strahlengang eines optischen Instruments einfügbarer Regler zum selbsttätigen Ausgleich von kleinen Neigungswinkeln, dessen den Zielstrahl lenkendes Bauelement durch eine elastische Lagerung getragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Pendelkörper (6) zwischen den Befestigungsstellen (7, 8, 9,10), und zwar an den Krümmungsscheiteln zweier Federbögen (3,4), angebracht ist, welche ihrerseits beidseitig mit dem Bezugskörper (11) fest verbunden sind, und daß die Federbögen (3, 4) in jeder Phase der Pendelbewegung eine Verspannung aufweisen.

2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federbögen (3,4) aus Blattfedern gebildet sind.

3. Regler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendelsystem Vorrichtungen zur Dämpfung der Schwingungen sowie zur Anschlagbegrenzung in jeder Richtung besitzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Patentschrift Nr. 18 718 des Amtes für Erf indungs-

und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands;

USA.-Patentschrift Nr. 2 901 703.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 520/87 3.67 © Bundesdruckerei Berlin