DE1623471C - Meßpendel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßpendel mit einer Dämpfungsvorrichtung, das an einem Träger um mindestens eine Achse schwenkbar gelagert ist. Der Träger kann entweder als ein in der Schwingungsebene des Meßpendels rechtwinklig zur Schwenkachse translatorisch beweglicher, unter der Wirkung einer Zwangskraft in eine Sollage gezogener Wagen oder als ein in der Schwingungsebene des Meßpendels rechtwinklig zur Schwenkachse innerhalb kleiner Amplituden schwingendes Pendel ausgebildet sein.

Es ist bereits ein Meßpendel bekannt, das an einem Träger aufgehängt ist, der als translatorisch entgegen einer Zwangskraft verschiebliche Masse oder als Pendel ausgebildet ist. Am Meßpendel und am Träger sind je eine Dämpfungsvorrichtung angebracht, deren Dämpfungsfaktoren zur Erreichung eines Minimums an Schwingungen des Meßpendels ein bestimmtes Verhältnis miteinander bilden. Es hat sich herausgestellt, daß die fertigungstechnische Einhaltung des bestimmten Verhältnisses der Dämpfungsfaktoren erhebliche Schwierigkeiten bereitet.

Dieser Mangel wird behoben, indem das Meßpendel mit einer Dämpfungsvorrichtung in einem bestimmten Abstand von der Schwenkachse versehen ist. Der Abstand ist von der Ausbildung des Trägers als Wagen oder als Pendel abhängig. Im Falle seiner Ausbildung als Wagen ist der Abstand durch die Bedingung

¹DA- —

¹SA

1 +

in₄

und im Falle seiner Ausbildung als Pendel ist der Abstand durch die Bedingung

S2

1 +

nu ■

gegeben. Die in den Bedingungen (1) und (2) verwendeten mathematischen Symbole werden in der folgenden Zeichnungsbeschreibung erläutert. Die Einhaltung der Bedingung (1) in einer Meßpendelanordnung gemäß der Erfindung führt bei horizontalen Erregungsschwingungen zu einem Minimum an Drehschwingungen des Meßpendels, die bei einer von Rückstell- und Reibungskräften freien Lagerung des Trägers zu Null werden. Ist der Träger als Pendel ausgebildet, so ist vorteilhaft noch die zusätzliche Bedingung

für das Massenträgheitsmoment Θ_ΑΙ zu erfüllen, damit das Meßpendel unter Beachtung der Gravitation g bei oder oberhalb einer Erregungskreisfrequenz Ω keine oder unwesentliche Drehschwingungen um die Schwenkachse ausführt. Auch die in der Bedingung (3) benutzten mathematischen Symbole werden in der folgenden Zeichnungsbeschreibung erläutert. Für die im allgemeinen interessierenden Frequenzbereiche wird das zweite, frequenzabhängige Glied der Bedingung (3) im Verhältnis zum ersten Glied sehr klein. Das gilt insbesondere bei höheren Frequenzen, für die die bisher bekannten Meßpendel sehr empfindlich sind. Die diesbezügliche Beachtung der Bedingung (3) gestattet also, das an einem Pendel aufgehängte Meßpendel über ein sehr großes Frequenzspektrum praktisch frei von Drehschwingungen zu halten.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Gegenstandes der Erfindung im Seitenriß zur Erläuterung der bestehenden mathematischen Beziehungen,

F i g. 2 und 3 ein der F i g. 1 entsprechendes Ausführungsbeispiel, in dem der Träger als Wagen ausgebildet ist,

F i g. 4 eine weitere schematische Darstellung des Gegenstandes der Erfindung im Seitenriß zur Erläuterung der mathematischen Beziehungen für den Fall, daß der Träger als Pendel ausgebildet ist, und

F i g. 5 und 6 ein der F i g. 4 entsprechendes Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist auf einer Basis 28 ein Wagen 29 rnit der Masse In₄ auf Rollen 30; 31 verschiebbar gelagert. Zwischen der Basis 28 und dem Wagen 29 sind Schraubenfedern 55; 56 vorgesehen, die das Bestreben haben, den Wagen 29 in der dargestellten Ausgangslage zu halten. Am Wagen 29 hängt in Lagern 35 ein um eine Achse A₄-A₄. schwenkbares Pendel 36 mit der Masse nu, und dem Schwerpunkt S₄, dessen Abstand von der Achse A₄-A₄ mit /_S4 bezeichnet ist. Außerdem ist mit dem Pendel 36 ein Dämpfungskolben 37 im Abstand l_D4 von der Achse A₄-A₄ verbunden, der in einem mit einem Dämpfungsmittel 38 gefüllten, an der Basis 28 angeordneten Dämpfungszylinder 39 gleitet. Die Abstände l_D4 und /_S4 bilden ein Verhältnis

DA-

1 +

WJ₄

miteinander, bei dem die Verschiebebewegung des Wagens 29 ein Minimum an Schwingungen des Pendels 36 um die Achse A₄-A₄ erzeugt.

Die F i g. 2 und 3 zeigen einen in Kugelführungen 40 und 41 auf einer Basis 42 verschiebbar gelagerten Wagen 43. An Basis und Wagen sind zwei Federn 55 und 56 gegenüberliegend befestigt, die in der dargestellten Sollage beide in entgegengesetzter Richtung auf den Wagen 43 wirken, auf diese Weise spannen sich beide Federn gegenseitig vor. Ein Pendel 48 ist mittels Kreuzfedergelenken 49; 50 am Wagen 43 um eine Achse X₅-X₅ schwenkbar aufgehängt und mit einem Dämpfungskolben 51 versehen, der in einem an der Basis 42 befestigten Dämpfungszylinder 52 beweglich ist. Mit dem Pendel 48 ist in der Nähe der Aufhängung ein Zeiger 53 starr verbunden, dem gegenüber am Wagen 43 eine Skala 54 vorgesehen ist.

Neigt sich die Basis 42, so erfährt der Wagen 43 so lange eine Bewegung in den Kugelführungen 40 und 41, bis die auf den Wagen ausgeübten Kräfte der Federn 44 und 45 sich ausgleichen. Gleichzeitig schwingt das Pendel 48 um eine Achse X₅-X₅ in eine neue Gleichgewichtslage ein, die es über den Zeiger 53 an der Skala 54 anzeigt. Die Dämpfung der infolge der Wagenbewegungen und der Eigenbewegungen des Pendels 48 auftretenden Pendelschwingungen erfolgt durch den sich im Zylinder 52 bewegenden Kolben 51.

Ist nun die Basis 42 Schwingungen parallel zu den Kugelführungen 40 und 41 ausgesetzt, so wirken sich diese praktisch nicht als Pendelschwingungen um die Achse X₅-X₅ aus, die Stellung des Zeigers 53 gegenüber der Skala 54 wird nicht verändert, weil sich die Abstände l_D4 und /_S4 in dem durch die Formel (Γ) bestimmten Verhältnis befinden.

An einer Basis 1 ist in F i g. 4 in Lagern 2 ein Pendel 3 mit der Masse Wi₁ um eine Achse A₁ -Y₁ schwenkbar gelagert. Das Pendel 3 ist aus einer Normallage L₁-L₁ ausgelenkt und hat eine Länge I₁ und einen Schwerpunkt S₁, der sich im Abstand /_S1 von der Achse A₁-A₁ befindet. Ein weiteres Pendel 6 mit der Masse Vi₂ ist am Pendel 3 um eine zur Achse A₁-A₁ parallele Achse A₂-A₂ schwenkbar gelagert. Der Schwerpunkt S₂ des Pendels 6 liegt im Abstand Z₅₂ von der Achse A₂-A₂. Außerdem ist auf dem Pendel 6 ein Dämpfungszylinder 7 im Abstand l_D2 von der Achse A₂-A₂ befestigt, der über einem mit der Basis 1 starr verbundenen Dämpfungskolben 8 gleitet. Die Dämpfung hängt im wesentlichen von einem zwischen dem Zylinder 7 und dem Kolben 8 befindlichen Ringspalt 10 sowie von einem im Zylinder 7 befindlichen Dämpfungsmittel 12 ab. Mit den in F i g. 4 angegebenen Bezeichnungen bilden die Abstände l_D2 und Z₅₂ ein Verhältnis

D2

•S2

1 +

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M₁ ■ P₁

Pendels 16 um die Achse X₁-X₁ nicht zu Schwingungen um die Achse X₂-X₂ angeregt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Meßpendel mit einer Dämpfungsvorrichtung, das an einem Träger um mindestens eine Achse schwenkbar gelagert ist, der als in der Schwingungsebene des Meßpendels rechtwinklig zur Schwenkachse translatorisch beweglicher, unter der Wirkung einer Zwangskraft in eine Sollage gezogener Wagen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichne t, daß die Dämpfungsvorrichtung in einem Abstand l_D4. von der Schwenkachse angeordnet ist, der durch die Bedingung

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bei dem trotz Horizontalschwingungen der Basis 1 das Pendel 6 ein Minimum an Schwingungen um die Achse A₂-A₂ ausführt. Θ_Α1 ist das Massenträgheitsmoment des Pendels 3 um die Achse A₁-A₁. Das Pendel 6 ist ein geometrisches Pendel und befindet sich deshalb in einer zur Normallage L₁-L₁ parallelen Lage.

Die Schwingungen des Pendels 6 um die Achse A₂-A₂ sind für eine bestimmte erregende Kreisfrequenz Ω völlig beseitigt, wenn das Massenträgheitsmoment Θ_Α1 die Bedingung (3) erfüllt.

In den F i g. 5 und 6 ist an einer Basis 13 mit Hilfe von Kreuzfedergelenken 14; 15 ein Pendel 16 um eine Achse X₁-X₁ schwenkbar gelagert. An einem Ende des Pendels 16 ist mittels Kreuzfedergelenken 20; 21 ein zweites, um eine Achse X₂-X₂ schwenkbares Pendel 22 aufgehängt, das mit einem Spiegel 23 in einer Fassung 24 und mit einem Dämpfungskolben 25 versehen ist. Der Spiegel 23 ist so angeordnet, daß seine reflektierende Fläche 26 die Achse X₂-X₂ enthält. Der Dämpfungskolben 25 ragt in einen an der 45· Basis 13 befestigten Dämpfungszylinder 27 hinein. Das Verhältnis der Abstände l_D2 und Z₅₂ und das Massenträgheitsmoment des Pendels 22 sind so bemessen, daß die Gleichungen (2') und (3) erfüllt sind und das Pendel 22 selbst durch Schwingungen des 5°:

S4

1 +

erfüllt ist, wobei Z₅₄ der Abstand des Schwerpunktes des Meßpendels von seiner Schwenkachse und m₄ und /Ji₅ die Massen des Trägers und des Meßpendels sind.

2. Meßpendel mit einer Dämpfungsvorrichtung, das an einem Träger um mindestens eine Achse schwenkbar gelagert ist, der als in der Schwingungsebene des Meßpendels rechtwinklig zur Schwenkachse innerhalb kleiner Amplituden schwingendes Pendel ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung in einem Abstand l_D2 von der Schwenkachse angeordnet ist, der durch die Bedingung

1 +

erfüllt ist, wobei Z₅₂ der Abstand des Schwerpunktes des Meßpendels von seiner Schwenkachse, Z₁ die Länge des Trägerpendels, In₂ die Masse des Meßpendels und Θ_Α1 das Massenträgheitsmoment des Trägerpendels um seine Schwenkachse sind.

3. Meßpendel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es der Bedingung

ΘAi = In₁ -I₁-I₅₁ + -J₂- · (/7J₁ · Z₅₁ + ;jj₂ · Z₁)

genügt, wobei /Ji₁ die Masse des Trägerpendels, Z₅₁ den Schwerpunktsabstand des Trägerpendels von seiner Schwenkachse, g die Gravitation und Ω die Erregungskreisfrequenz bedeuten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen