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Trägheitspendel Die Erfindung bezieht sich auf ein Trägheitspendel
zum Anzeigen der Vertikalrichtung mit einem über eine Welle in reibungsarmen Lagern
gelagerten Unwuchtrad von großem Trägheitsmoment und mit einer die Pendelausschläge
dämpfenden Dämpfungseinrichtung.
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Mit Rücksicht auf die annähernde Reibungsfreiheit der Lager für das
Unwuchtrad kann die Unwucht im Vergleich zum Trägheitsmoment sehr klein gemacht
werden. Jedoch ist es erforderlich, die Pendelschwingung in irgendeiner Weise zu
dämpfen, um das Pendel praktisch brauchbar zu machen. Bei den bisher bekannten Trägheitspendeln
dieser Art wirken auf den Pendelkörper Dämpfungskräfte, deren Größe von der Relativgeschwindigkeit
der Pendelbewegung gegenüber seinen Lagern abhängig ist. Eine in dieser Weise wirkende
Dämpfungseinrichtung kann eine mit der Welle des Pendels verbundene Metallseheibe
aufweisen, die sich bei Pendelaussohlägen in einem Magnetfeld bewegt und eine Dämpfungswirkung
hervorruft, die das Ergebnis von zwischen der Metallscheibe und dem Magnetfeld wirkenden
magnetischen Kräften ist.
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Eine Einrichtung dieser Art arbeitet jedoch bei Einbau in ein Fahrzeug
nicht zufriedenstellend. Geht man nämlich davon aus, daß ein das Pendel umschließendes
und mit einer Einrichtung zum Erzeugen des Magnetfeldes versehenes Gehäuse starr
mit dem Fahrzeug verbunden ist, so wirkt über das Magnetfeld auf das Pendel auch
schon dann, wenn es die korrekte Vertikallage einnimmt, ein Drehmoment ein, sobald
das Fahrzeug und mit ihm das Pendelgehäuse eine Drehbewegung um eine zur Pendelachse
parallele Achse ausführt. Das auf diese Weise entstehende Drehmoment sucht das Pendel
aus seiner korrekten Lage zu bringen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde diesen Mangel zu vermeiden
und ein Trägheitspendel der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Arbeit durch
Fahrzeugbewegungen nicht gestört werden kann.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch
gelöst, daß die Dämpfungseinrichtung mit allen ihren Teilen allein am Pendelkörper
angeordnet ist.
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Bei einer solchen Anordnung der Dämpfungseinrichtung allein am Pendelkörper,
worunter das Unvuchtrad mit dem Unwuchtgewicht und gegebenenfalls auch die mit dem
Rad starr verbundene Welle verstanden ist, wird jegliche unerwünschte Dämpfungseinwirkung
auf das Pendel von außen her ausgeschlossen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Dämpfungseinrichtung
ein gebogenes Rohr auf, das zum Teil mit einer Flüssigkeit gefüllt ist und gemäß
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise eine Einschnürung aufweist,
durch welche die Flüssigkeit bei den Schwingungen des Pendels aufgrund seiner Schwerkraft
hindurchgezwungen wird.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht;
es zeigen: Fig. l einen Slxialschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Trägheitspendel
(mit schematisch angedeutem Lagergehäuse);.
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Fig. 2 eine Seitenansicht des Trägheitspendels von Fig. 1.
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Das dargestellte Pendel besteht aus einem Rad 1, das auf einer es
tragenden Welle 2 genau zentriert ist. Am Außenumfang des Rades 1 ist ein Gewicht
3 angebracht, so daß das Rad l die Vertikalrichtung markiert. Die Welle 2 ist in
Lagern 4 und 5 eines Gehäuses 11 gelagert. Die Lager 4 und 5 sind so gestaltet,
daß die Lagerreibung auf einem extrem kleinen Wert bleibt. Zu diesem Zwecke sind
die Lager 4 und 5 als Gaslager ausgebildet, wobei zwischen den Lagerkörpern der
Lager 4 und 5 und den Enden der Welle 2 eine tragende Gas schicht erzeugt wird.
Das aazu erforderliche Gas wird über Leitungen 6 zugeführt und durch Uffnungen 7
in Richtung auf die Welle 2-ausgeblasen. Jedes der Lager 4 und 5 besitzt vier radial
gerich-0 tete und um 90 gegeneinander versetzte Uffnungen 7 zum Tragen der Welle
2 in radialer Richtung und außerdem eine axial gerichtete Uffnung 7 zum Sichern
der Welle 2 gegenüber axialen Verschiebungen.
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Zur Erzielung eines zufriedenstellenden Arbeitens von Lagern dieser
Art ist es wesentlich, daß die Enden der Welle 2 eine sehr ebene und glatte Oberfläche
aufweisen und daß die radial gerichteten Uffnungen 7 genau auf die Welle zu weisen,
damit auf das Pendel keine einseitig gerichteten ?4momente einwirken können.
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Die Reibung in einem solchen Lager ist praktisch Null und kann in
gewissen Fällen sogar negative werte annehmen, so daß es ohne Dämpfung der Pendelbewegungen
nicht möglich ist, eine genaue und stabile Vertikallage des Pendels zu erhalten.
Im vorliegenden Falle wird die Dämpfung erreicht durch die Verbindung des Rades
mit einem ringförmigen Roiir 8, das zum Teil mit einer Flüssigkeit 9 gefüllt ist.
Das Rohr 8 ist aus einem Material hergestellt, das keine Anziehung auf die Flüssigkeit
9 ausübt, also beispielsweise aus einem hydrophoben Material, wenn es sich bei der
Flüssigkeit 9 um Wasser handelt. Außerdem ist das Rohr 8 an seiner dem Gewicht 3
zugewandten Stelle mit einer Einschnürung 10 versehen, durch die die Flüssigkeit
9 bei den Pendelbewegungen aufgrund seiner Schwerkraft hindurchgezwungen wird.
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Das dargestellte Pendel arbeitet in folgender Weise: Gerät das Pendel
aus irgendeinem Grunde aus der Vertikallage heraus, so beginnt die Flüssigkeit 9
durch die Einschnürung 10 hindurch aus dem einen Teil des Rohres 8 in dessen anderen
Teil zu strömen. Gleichzeitig sucht das Rad 1 unter dem Einfluß seiner Unwucht wieder
die Vertikallage anzunehmen. Während der Schwingung wird die im Pendel gespeicherte
Energie in Wärmeenergie umgesetzt, die die Flüssigkeit 9 aufheizt. Durch passende
Wahl des Trägheitsmoments und der Unwucht des Rades 1 sowie der Abmessungen für
das Rohr 8 und deren Einschnürung 10 läßt sich ein kritisches (aperiodisches) Schwingungsverhalten-de
Pendels erzielen.
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Beim praktischen Gebrauch des dargestellten Pendels zum Anzeigen
der Vertikalrichtung muß die-Lage des Pendels relativ
zu seinem
Gehäuse 11 in irgendeiner Weise abgetastet und angezeigt werden. Dabei ist es wesentlich,
daß diese Abtastung in einer solchen Weise erfolgt, daß keine Kräfte auf das Pendel
einwirken. Zu diesem Zwecke kann man sich einer an sich bekannten kapazitiven Abtasteinrichtung
oder einer in der Zeichnung dargestellten optischen Abtasteinrichtung bedienen.
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Die Einrichtung zum optischen Abtasten enthält eine mit dem Gehäuse
11 verbundene Lichtquelle 12, die ein auf das Pendel gerichtetes Bündel von parallelen
Lichtstrahlen 13 aussendet.
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Die Lichtstrahlen 13.werden von einer ebenfalls mit dem Gehäuse 11
verbundenen Photozellenanordnung 14 aufgefangen, die eine Anzeige liefert, wenn
ein durch das Gewicht 3 definierter Radius des Rades l von der Vertikalrichtung
bzw. der Lichtstrahlenrichtung abweicht.
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Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung
ist das Rohr 8 ringförmig ausgebildet und vollkommen geschlossen, jedoch liegt es
auf der Hand, daß sich die angestrebte Wirkung auch mit anderen Formen für das Rohr
8 erreichen läßt. So kommt beispielsweise eine Ausbildung in Form zweier kommunizierender
Gefäße mit einer engen Verbindungsleitung dazwischen in Betracht, und auch andere
Ausführungsvarianten liegen im Rahmen der Erfindung. So kann man eine Dämpfung auch
in der Weise erzielen, daß die mit dem Rad 1 starr verbundene Welle 2 eine Masse
trägt, die sich relativ zur Welle drehen kann. Diese Masse kann in bezug auf die
Welle 2 ausbalanziert sein, sie kann aber auch nicht ausbalanziert sein, wobei sie
dann ein zweites Pendel anderer Eigenfrequenz bildet, und sie kann mit dem Rad 1
mittels einer magnetischen Kopplung verbunden sein, so daß bei den Bewegungen des
Pendels relativ zur Masse Wirbelströme entstehen, durch welche die Bewegungsenergie
des Pendels in Wärme umgesetzt und die Schwingung des Pendels gedämpft wird.
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Patentansprüche: