DE1942954A1 - Einrichtung zum Messen von Abweichungen von der Vertikalen - Google Patents
Einrichtung zum Messen von Abweichungen von der VertikalenInfo
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Description
8501 Schweig U. Nürnberg
ParkatmO· 3 b
Telefon 57 5545
P 2139
Fa. Datawell N.V., Harlem - Holland
Einrichtung zum Messen von Abweichungen von der Vertikalen
Die Erfindung bezieht sich auf eine ,Einrichtung zum Messen "
von Abweichungen von der Vertikalen. Mit der Vertikalen ist in der vorliegenden Anmeldung die örtliche Richtung der
Schwerkraft gemeint.
Solche Einrichtungen sind in großem Umfang bekannt und variiren vom einfachen Bleilot bis zu komplizierten Kreiselsystemen.
Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, eine einfache Einrichtung
zu verwenden, welche Abweichungen von der Vertikalen mit Hilfe von elektrischen Signalen anzeigt, welche wesentlich
billiger als ein Kreiselgerät ist und welche^ in hohem
Maße unempfindlich gegen Störungen ist, die ihren Ursprung in Schwingungen und horizontalen Beschleunigungen haben, wobei
dies auch dann der Fall ist, wenn die Schwingungsdauer
verhältnismäßig lang, z. B. in der Größe von 15 - 20 see,
wie bei ozeanischen Wellen ist.
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Die Erfindung läßt sich infolgedessen vorteilhaft zum Messen
der Abweichungen von der Vertikalen auf Schiffen, auf der Fasseroberfläche und bei Bojen anwenden.
Bei der Verwendung bei Bojen wird im besonderen eine Vorrichtung angestrebt, welche sehr wenig Energie verbraucht.
Die im Vorausgehenden genannten Eigenschaften werden nach der
Erfindung durch folgende Merkmale erzielt:
Ein auf seiner Innenseite kugelförmiger Behälter ist mit einer Flüssigkeit gefüllt und in diesem Behälter ist an einem in
Bezug auf die Innenfläche das Behälters nicht beweglichen
Punkt ein Faden befestigt, an dem ein Spulenträger mit einer von Stronjdurchflossenen Spule befestigt ist; die Linie durch
den Aufhängepunkt des Spulenträgers und des Schwerpunktes von Spulenträger und Spule fällt mit der Spulenachse zusammen;
weiterhin sind zwei konzentrisch und senkrecht zueinander liegende, das Meßsignal abgebende Ausgangsspulen unabhängig von
der erregten Spule angeordnet, wobei die Schnittlinie der Hauptebenen der Ausgangsspulen, wenn diese vertikal liegen,
mit der Achse der erregten Spule übereinstimmt.
Weiterhin ist es von Bedeutung, daß die Behälterinnenwand so glatt wie möglich ausgeführt ist und daß auf der Innenseite
des Behälters so wenig wie möglich Teile angebracht sind, um dadurch Störungen, welche von der Behälterwand auf die Flüssigkeit
in dea Behälter übertragen werden, wenn die Behälterwand rotiert, auf ein Minimum zu reduzieren. N,ach einem weiteren
Merkmal der Erfindung wird infolgedessen vorgeschlagen, die
Ausgangsspulen außerhalb des Behälters vorzusehen. Infolge-
dessen ist es nicht möglich, daß die Ausgangsspulen eine Bewegung der Flüssigkeit hervorrufen, wenn der Behälter Drehschwingungen
ausführt.
Eine einfache Ausführungsform der Erfindung besteht darin, die Ausgangsspulen mit dem Behälter fesi/zuJverbinden. Sie bilden
dann zueinander senkrechte Ringe um den Behälter, wobei dieser mit einer Konstruktion in Verbindung steht, in Bezug auf welche^
die Abweichung von der Vertikalen gemessen werden soll, das ist zum Beispiel eine Boje auf der Meeresoberfläche, oder
ein Konstruktionsteil auf einem Schiff.
Es ist zwar möglich, besondere, biegsame Verbindungsdrähte für die stromdurchflossene Spule zu verwenden, doch ist dies unvorteilhaft,
da auch sehr biegsame, dünne Drähte noch eine gewisse Steifigkeit aufweisen. Um daher die längste mögliche
Schwingungsdauer des Spulenträgers zu erhalten, wenn mit diesem insbesondere die Bewegung der Abkippschwingung gemessen
werden soll, die von dem Träger in Bezug auf den Punkt ausgeführt wird, der mit dem Aufhängefaden in Verbindung steht, so
ist es von großer Bedeutung, die Steifigkeit des Aufhängefadens so gering wie möglich zu halten. Infolgedessen ist es ein
.weiteres Merkmal der Erfindung, daß der Aufhängefaden des Trägers
ein oder mehrere elektrische Leiter aufweist.
Infolgedessen üben die elektrischen Leiter, die mit der erregten Spule verbunden sind, als Speiseleitungen und als Aufhängemittel,
eino doppelte Funktion aus.
Weiterhin ist das Moment, das von der Steifigkeit der Stromleitungen
in Bezug auf den Punkt, an dem der Träger der erregten Spule mit dem ^raht verbunden ist, sehr gering, da der
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Hebelarm dieses Momentes nur die Stärke des Aufhängedrahtes ist. Beim Verbinden eines elektrischen Leiters mit einem
beliebigen Punkt des Spulenträgers dürfte dieses Moment viele Male größer, wenn nicht mehrere hundert Male größer
sein.
Für den Fall, daß nur ein einziger elektrischer Leiter vorhanden ist, kann die Flüssigkeit elektrisch leitend sein und
dazu dienen, die andere Zuleitung zu der Spule zu bilden. In diesem Falle sollte die Spule mit Wechselstrom gespeist werden oder zumindest mit einem Strom von wechselnder Stromrichtung,
da bei Anwendung von Gleichstrom eine Polarisation an den Elektroden, welche die Flüssigkeit mit dem übrigen
Stromkreis verbindet, auftritt.
Zur Erzielung langer Schwingungsdauern ist es bei Anwendung der Erfindung wünschenswert, die Dichte der Flüssigkeit so
groß zu wählen, daß sie sehr wenig von dem Gewicht abweicht, das das Gewicht von Spulenträger und Spule hat. So ist es
zweckmäßig, die Anpassung dieser Größe bis auf ein paar Promille vorzunehmen. In diesem Fall kann der Aufhängedraht bzw.
der elektrische Leiter, der diesen Draht hauptsächlich bildet, sehr dünn gewählt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen
noch näher erläutert. In den Figuren stellen dar:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Einrichtung der Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Einrichtung der Erfindung, Fig. 3 ein Einzelteil in vergrößertem Maßstab und
Fig. 4a, 4b zwei elektrische Schaltschemen.
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In den Figuren stellt 1 einen Behälter dar, in dem an einem
Funkt 2 ein dünner starrer Stab 10 befestigt ist, dessen Ende 0 mit dem Mittelpunkt der Kugel, welche von der Innenfläche
des Behälters 1 gebildet wird, zusammenfällt. An dem Ende O
ist ein Aufhängedraht 3 befestigt, der einen Spulenträger k
und eine Spule 5 trägt. Der Spulenträger k bildet zusammen
mit dem Draht 3 in Bezug auf den Aufhängepunkt O ein Pendel, das zwei Freiheitsgrade in zwei zueinander senkrechten Ebenen
aufweist, sowie einen weiteren Freiheitsgrad, da der Draht 3 sich verdrehen kann.
In Bezug auf den Aufhängepunkt 6 des Trägers 4, kann letzterer
um zwei zueinander senkrechte, horizontale Achsen, die sich im Punkt 6 schneiden, schwingen. Die Dämpfung dieser zuletzt'
genannten Schwingungen ist wichtig, damit die Spule 5 in einer horizontalen Lage bleibt. Zu diesem Zweck ist es wichtig,
daß das Gewicht des Trägers 4 zusammen mit dem der Spule 5 nur sehr wenig größer als das Gewicht des von diesen ver- ·
drängten Flüssigkeitsvolumens ist. Hierdurch wird ein sehr kleines rücktreibendes Drehmoment hervorgerufen, wenn eine
Lagenänderung von der Horizontallage eintritt. Das Trägheitsmoment des Spulenträgers und der Spule ist nicht nur von
ihrer eigenen Masse abhängig, sondern wird dadurch beträchtlich vergrößert, daß bei einer Bewegung des Spulenträgers
und der Spule eine erhebliche Flüssigkeitsmenge mitgenommen
wird. Wenn der Spulenträger dünn ist, so ist es möglich, daß das mitgenommene Flüssigkeitsgewicht etwa 200 mal größer als
das des Spulenträgers ist, so daß das Trägheitsmoment etwa um den Faktor 200 vergrößert ist. Auf diese Weise ist es möglich,
eine Schwingungsdauer in der Größe von 40 Sekunden und
■ehr zu erhalten. Bei einer so lagen Schwingungsdauer für
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für eine Dreh- und Pendelschwingung werden Wellenbewegungen
der See nur sehr schwer übertragen, so daß die Spule 5 sehr
stabil in einer horizontalen Lage mit genau vertikaler Achse 7 verbleibt. Auf der Außenseite des Behälters 1 ist
eine Spule 8 vorgesehen, die konzentrisch zu dem Behälter 1 liegt und unmittelbar über dieser Spule ist eine zweite Spule
9 ebenfalls konzentrisch zu dem Behälter 1 und senkrecht zu der Spule 8 vorgesehen. Diese beiden Spulen stellen die Aus-
h gangsspulen der Meßanordnung dar. Befindet sich der Behälter
1 in einer solchen Lage, daß die Hauptebenen beider Spulen 8 und 9 vertikal liegen, so daß ihre gemeinsame Schnittlinie
vertikal ist, so ist die Kopplung mit der Spule 5 Null. Eine Stromänderung in der Spule 5 induziert somit keine Spannung
in den Spulen 8 und 9· Hat jedoch der Behälter 1 eine von der Vertikalen abweichende Lage, wie dies z. B. in Figur 1
dargestellt ist, wo die Spule 8 mit ihrer Hauptebene einen Winkel γ mit der Vertikalen bildet, wobei jedoch die Spule
noch in ihrer vertikalen Ebene bleibt, so ist eine Kopplung zwischen der Spule 5 und der Spule 8 vorhanden, welche proportional
zu siny' wobei Ψ der Neigungswinkel der Spule 8,
wie in Figur 1 gezeigt, bedeutet. Analoge Betrachtungen können bezüglich der Spule 9 angestellt werden, wenn deren
Lage von der Vertikalen abweicht.
Die von der Vertikalen abweichenden Lage' des Behälters kann auf einfache Weise durch die Ausgangssignale der Spulen 8
und 9 und zwar elektrisch durch die Vektoraddition dieser Ausgangssignale bestimmt werden. Wenn es bekannt ist, welche
Azimuth-Orientierung diese Spulen 8 und ,9 haben, so ist auch
die Azimuth-Orientierung der Neigung bekannt, dies bedeutet, daß, wenn z. B. der Behälter 1 Bestandteil einer Boje ist
und diese Boje in einer bestimmten Weise zur Nord-Süd-Rich-
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tung orientiert ist, so ist es nicht nur bekannt, wie groß die Neigung der Wellen ist, in welchen die Boje schwimmt,
sondern es ist auch die geographische Orientierung der Wellenneigung
bekannt und infolgedessen auch die Fortpflanzungsrichtung der Wellen.
Figur 3 zeigt in einem vergrößertem Maßstab das bereits erwähnte Aufhängesystem 4 und 5· In Figur 3 ist der Schwerpunkt
des vollständigen Systems 4 und 5 mit Z bezeichnet und der Aufhängepunkt mit 6. Der Abstand zwischen 6 und Z
ist proportional zu dem rücktreibenden Moment, das durch die Schwerkraft ausgeübt wird, wenn eine Abweichung von der horizontalen
Lage eintritt.
In Figur 4a und 4b sind zwei verschiedene elektrische Stromkreise
dargestellt.
In Figur 4a ist die Spule 5 mit einer Stromquelle 15 durch
zwei Aufhängedrähte 3a und 3b verbunden. Bei dem Beispiel in Figur 4b wird der Stromkreis durch den Aufhängedraht 3c,
der Spule 5, einer an dem Träger 4 befestigten Elektrode der Flüssigkeit 17, einer an der Innenwand des Behälters
befestigten Elektrode 16 und dem Leiter 18 gebildet.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird das Messen der Abweichung von der Vertikalen in hohem Maße nicht von Rotationsmomenten
der Meßanordnung um eine vertikale Achse beeinflußt.
Die in den Spulen S und 9 induzierten Spannungen geben die Größe und die Richtung einer Abweichung von der Vertikalen
von der Konstruktion an, an der die Spulen 8 und 9 befestigt sind.
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Claims (6)
- -Q-Patentansprüche:ίI)J Einrichtung zum Messen der Abweichung von der Vertikalen mittels eines au! seiner Innenseite kugelförmigen mit einer Flüssigkeit gefüllten Behälters, in welchem an einem in Bezug auf die Innenfläche des Behälters unbeweglichen Aufhängepunkt ein, einen Körper tragender Faden befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Körper aus einem Spulenträger und einer von Strom durchflossenen Spule besteht, wobei die Linie durch den Aufhängepunkt des Spulenträgers und dem Schwerpunkt der Kombination von Spulenträger und Spule mit der Spulenachse zusammenfällt, wobei ferner zwei zueinander konzentrische Ausgangsspufen unabhängig von der erregten Spule so vorgesehen sind, daß die von ihren Ilauptebenen gebildete Schnittlinie bei ihrer vertikalen Lage mit der Achse der erregten Spule zusammenfällt.
- 2) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspulen außerhalb des Behälters vorgesehen sind.
- 3) Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspulen fest an der Behälterwand vorgesehen sind.
- k) Einrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufhängefaden einen oder mehrere elektrische Leiter aufweist.
- 5) Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufhängefaden nur einen elektrischen Leiter aufweist und daß die Flüssigkeit elektrisch leitend ist.
- 6) Verwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1J bei einer Boje. vBAD ORIGINAL 009810/0^76
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