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Erschütterungsmesser oder Seismograph. Bei Erschütterungsmessern oder
Seismographen, deren Elastizität wie beim Hauptpatent zum beträchtlichen Teile auf
elektromagnetischen Wirkungen- beruht, wird die z. B. für das Registrieren und das
Dämpfen erforderliche Energie dem elektromagnetischen Felde entnommen. Um nun für
diese Zwecke eine möglichst große Energiemenge bei gegebener Verschiebung der Masse
gegen das Feld zur Verfügung zu haben, muß die magnetische oder elektromag-.etische
Kraft, die die Masse des Sch%vingers elastisch bindet, möglichst groß sein. Eine
gegebene Verschiebung der Masse muß den Energieinhalt des elektromagnetischen Feldes
möglichst stark verändern, und diese Änderung des 'Energieinhaltes des elektromagnetischen
Feldes muß möglichst restlos für das Registrieren, Dämpfen usw. ausgenutzt werden.
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Gemäß der Erfindung ist dies bei einer Vorrichtung nach dem Hauptpatent
im -%vesentlichen dadurch erreicht, daß ein zusätzlicher, ebenfalls im Felde der
magnetischen Spule liegender Eisenkörper vorgesehen ist, gegen den sich die :Hasse
des Schwingers bewegt.
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Die Zeichnung zeigt den Gegenstand der Erfindung in Abb. i bis .l.
in vier verschiedenen Ausführungsbeispielen. Die Kraft, welche zwischen der Feldspule
.I (AL-h. i) und der Masse 3 des Schwingers wirkt, kann zunächst dadurch vergrößert
«-erden, daß man inne;-halb der Feldspule .l. einen Zwischenkörper aus weichem Eisen,
z. B. ein zweckmäßig zum Vermeiden von Wirbelströmen geschlitzte Rohr 12, einsetzt,
das mit dem Spulenkörper 4 einstellbar derart verbunden ist, daß es bei der Verwendung
des Gerätes eine bestimmte feste Lage zu ihm, 4, einnimmt. Hierdurch bildet sich
in dem engen Spalt zwischen der XTasse 3 und dem Eisenkörper 12 ein sehr starkes
Feld aus. Durch richtige Einstellung der Masse 3 gegenüber dem Eisenkörper 12 wird
erreicht, daß sich der magnetische Schluß zwischen beiden bei einer gegebenen Verschiebung
der Masse 3 zu dem festen Eisenkörper 12 möglichst stark verändert, wodurch maximale
Schwankungen der im elektromagnetischen Felde der Spule 4. enthaltenen Energie eintreten.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung hat man die Schwierigkeit, daß mit einer
Annäherung des oberen Poles der Masse 3 an den ungleichnainigen unteren Pol des
Eisenkörpers 12 die anziehende Kraft sehr stark zunimmt, undzwar in einer Form,
der man durch die elastische Kraft von Federn nicht günstig entgegenwirken kann.
Eine Verbesserung kann man zwar durch geeignete Wahl der Durchmesser von der Masse
3 und dem Eisenkörper 12 und durch günstige Form des Querschnittes der aufeinanderwirkenden
Pole dieser beiden Glieder 3 und 12 erreichen.
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Günstigere Verhältnisse erhält man aber oft dadurch, daß man das Rohr
12 unterhalb der Masse 3 des Schwingers anordnet und diese beiden Glieder 3 und
12 durch eine in zwei Teile -Q und 4.b geteilte Spule entgegengesetzt gerichtet
magnetisiert (Abb.2). Ist die Führung 5, 6 des Schwingers ohne Elastizität, so wirkt
in der Richtung von oben nach unten die Schwerkraft auf die Masse 3, der durch die
abstoßende Kraft des Rohres 1s das Gegengewicht gehalten wird. Wirkt man der Schwerkraft
mittels einer anderen elastischen Kraft entgegen oder verstärkt man sie,
,so
wird die Eigenschwingungsdauer des Schwingers entsprechend-verändert. Außerdem kann
man durch Änderung der Polformen der Glieder 3 und 12 und ihrer Polstärken mit Hilfe
der in den Spulen q.a und qb vorhandenen Stromstärken die Eigenfrequenz beeinflussen.
Die Richtungen »oben« und »unten« sind hierbei stets nur beispielsweise zu verstehen.
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Die Ausführungsformen nach Abb. r und 2 leiden weiterhin an dem Nachteil,
daß die kurzen Eisenröhrchen nicht genügend kräftig magnetisiert werden können oder
daß man dazu wenigstens sehr starke Gleichstromfelder benutzen muß, was mancherlei
Nachteile mit sich bringt. ' Man muß daher danach streben, die Kraftlinienbahnen
in möglichst geschlossenen Eisenkörpern verlaufen zu lassen. In Abb. 3 wird deshalb
ein aus weichem, sorgfältig unterteiltem Eisen gefertigtes Joch 13 durch Spulen
1,4 und 15 so magnetisiert, daß bei N ein Nordpol und bei SS Südpole entstehen.
Das Joch 13 ist bei SS durchbohrt, so daß die zweckmäßig als Eisenrohr ausgebildete
Masse 16 des Schwingers, die von der schematisch angedeuteten Führung 5, 6 gehalten
wird, frei in dieser Bohrung schwingen kann, ohne daß sich der Kraftlinienschluß
dadurch merklich ändert. Auf der entgegengesetzten Seite des Joches ist dieses ebenfalls
durchbohrt und z. B. ein Rohr 17 aus weichem Eisen dem unteren Ende der Masse 16
gegenübergestellt. Eine Federkraft, die ebenfalls durch die Teile 5 und 6 angedeutet
sei, wirkt der Anziehung der Masse 16 an das Rohr 17 entgegen. Zur Abnahme des bei
Schwingungen der Masse 16 gegenüber dem Joch 13 und dem Rohr 17 entstehenden Wechselströmes
können wiederum die Spulen 14 und 15 dienen. Es können auch um die magnetische Brücke
16-17 besondere `Findungen 18 und i9 zur Abnahme des Registrierstromes und zum Regeln
der Dämpfung angebracht werden. Man wird dann entweder auch die Induktionsvorgänge
in den Spulen 1.4 und 15 auf geeignete Weise noch gleichzeitig mit ausnutzen oder
durch Einschalten genügender Drosselspulen in die Zuleitungen zu den Spulen 1,4
und 15 dafür Sorge tragen, daß sie keine Wirkleistung dem System entziehen können.
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Noch günstiger werden die Verhältnisse für manche Zwecke, insbesondere,
wo weitgreifende Regelung der Eigenfrequenz des Schwingers erforderlich ist, wenn
man die Masse 16 des Schwingers durch die Spulen 18 und i9 (Abb. 3) entgegengesetzt
magnetisiert; die Masse 16 und das Rohr 17 stoßen sich dann ab. Durch Federkraft
kann der Abstand zwischen diesen beiden Gliedern 16 und i7 dann vermindert und damit
die Abstoßung und zugleich die Frequenz erhöht werden. Die für das Regeln und Registrieren
zur Verfügung stehende Energie ist dann sehr beträchtlich. Die Spule i9 kann beispielsweise
'zur Gleichstromerregung und Dämpfung, die Spule 18 zum Registrieren ausgenutzt
werden.
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Einen gewissen Nachteil weist diese Ausführungsform dadurch auf, daß
man eine sehr konstante Batterie zum Erregen der Gleichstromfelder benötigt. Nun
wird zwar der Strombedarf durch den guten Eisenschluß stark vermindert, dieser bewirkt
aber auch, daß jede kleinste zeitliche Änderung z. B. der Batteriespannung sich
in der kegistrierv orrichtung um so stärker bemerkbar macht. Wenn man nun das Joch
13 und die eiserne Masse 16 des Schwingers aus permanenten Magnetlamellen und geschlitzten
Röhrenmagneten herstellt, so genügt die zwischen der Masse 16 und dem Rohr 17 je
nach ihrer Bauart eintretende Abstoßung oder Anziehung in vielen Fällen bereits,
um hinreichend hohe Eigenfrequenzen des Schwingers zu erreichen. Man benötigt dann
nur die Spulen 18 und i9 in gee#gneter Ausführung, um das System zu dämpfen und
die Registrierenergie abzunehmen. Die Änderung der Frequenz wird durch die Regelung
der Größe der dem magnetischen Felde zwischen der Masse 16 und dem Rohr 17 entgegenwirkenden
mechanischen Kraft (Schwerkraft, Federkraft usw.) bewirkt. Von Nachteil ist hier
nur die Vergrößerung der Eisenverluste der induzierten Wechselstromenergie im harten
Eisen des Joches und der Brücke.
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Durch geeignete Wahl der elektrodynamischen Größen der Schließungskreise
der Spulen kann man auch bei diesen Anordnungen wie beim Hauptpatent beispielsweise
wieder selektive rämpfungswirkungen erzielen.
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Bei der Ausführung der Abb. q. ist die Führung 5, 6 der Abb. 3 als
zwei kreisförmige Membranen 5' und 6' ausgebildet, die am Rande eingespannt sind
und deren Mittelpunkte die Achse der Masse 16 verbindet. Die Frequenzregelung geschieht
-hier durch einstellbare Federn 20, welche außen an den Mittelpunkten der Membranen
5' und 6' angreifen. Die Glieder d., 5', 6', 13, 16, 17, 20 können in ein wasserdichtes
Gehäuse 21 eingesetzt werden, durch welches die Zuleitung zu der Spule ¢ oder den
Spulen wasserdicht durchgeführt ist. Auf diese Weise kann man die Vorrichtung auch
in Flüsse, Teiche oder das Meer versenken und auch in beliebiger Tiefe in mit Wasser
gefüllten Bohrlöchern anbringen. Es kann auch Vorsorge getroffen werden, daß sämtliche
einzelne Lufträume in der Vorrichtung innerhalb dieses äußeren Wasser- und druckfesten
Gehäuses miteinander
durch genügend große COffnungen in Verbindung
stehen, damit keine zusätzliche Elastizität oder Dämpfung durch in einzelnen Teilen
der Vorrichtung eingeschlossene Luftmengen entstehen und Wärmespannungen sich ungehindert
ausgleichen können.
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Einen Sonderfall von besonderer Bedeutung erhält man, wenn die Masse
des Schwingers sich gerade im Gleichgewicht befindet zwischen der Anziehungskraft
der Erde und einem magnetischen Felde, welches innerhalb der kleinen Strecke, in
welcher praktisch die Elongationen des Schwingers liegen, gleichförmig ist. Bewegt
sich die Masse, so verändert sich seine Energie im Erdfeld um ebensoviel wie die
elektromagnetische Energie im entgegengesetzten Sinne. Die Schwingungsdauer wird
unendlich groß. Derselbe Zustand tritt ein, wenn innerhalb der praktisch vorkommenden
kleinen Schwingungsweiten die Veränderung der mechanisch elastischen Kraft des Schwingers
(die Schwerewirkung ist ja konstant) genau so wie die der elektromagnetischen Kraft
erfolgt. Auch dann ist die Masse des Schwingers an jeder Stelle innerhalb dieses
Intervalles im Gleichgewicht. Die Eigenfrequenz wird Null. Bei jeder Bewegung der
Masse des Schwingers wird die mechanische Energieänderung quantitativ in elektromagnetische
Energie umgesetzt. Wenn auch ein vollkomtnenes Einhalten eines solchen Idealzustandes
praktisch nicht möglich ist, so läßt sich ein solcher Zustand doch genähert erreichen
und damit eine sehr lange Eigenschwingungsdauer des Schwingers einstellen. Umgekehrt
bedeutet die Zunahme der Schwingungsdauer des Schwingers eine Annäherung an einen
solchen Sonderzustand und bietet bei der Justierung der Vorrichtung ein Anzeichen,
wie weit man sich diesem Idealzustand durch Abgleichung des Feldes und der elastischen
Zusatzkräfte sowie durch geeignete Form der Magnetpole und der Spulenkörper genähert
hat.
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Unter Verwendung der oben beschriebenen Ausbildung der- Elastizität
des Schwingers auf elektromagnetischer Grundlage und bei elektromagnetischer Regelung
der Frequenz und Dämpfung des Schwingungssystems können die Schwingungen der Masse
3 oder 16 gegen die festen Spulen, Magnete usw. auch in bekannter Weise mechanisch
unter Einschaltung der für den jeweiligen Zweck angepaßten, an sich bekannten mechanischen
Vergrößerungsvorrichtungen aufgezeichnet werden.