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Neigungsmesser, Gerät zum Ermitteln von Schwankungen bei Land-. Wasser-
und Luftfahrzeugen u. dgl. Bei Neigungsmessern und Geräten zum Anzeigen von Neigungen
oder Schwankungen auf Fahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen, Kraftwagen o. dgl. hat man
bereits versucht, Pendel zur Anzeige dadurch geeignet zu machen, daß man ihre durch
Schwankungen oder Geschwindigkeits- und Kursänderungen des Fahrzeuges bedingten
Ausschläge abdämpft, indem man beispielsweise ein mit Flüssigkeit gefülltes Ringrohr
um die Achse des Pendels mitschwingen läßt oder indem man an dem Pendel einen Zeiger
anbringt, der in ein mit Flüssigkeit gefülltes und den Pendelausschlägen entsprechend
nachdrehbares Gefäß eintaucht. Bei der ersteren Anordnung ist die Dämpfung, die
durch die Reibung der Flüssigkeit an der Rohrwand bewirkt wird, zu gering, um Abweichungen
des Pendels aus der wahren Lotrichtung vollkommen unterdrücken zu können. Die andere
Anordnung ist verhältnismäßig kompliziert und wegen ihrer großen Trägheit auch lediglich
zur Anzeige von längere Zeit andauernden Neigungen, nicht aber zur Messung von schnell
erfolgenden Schwankungen eines Fahrzeugs geeignet. Ferner ist es bekannt, ein Pendel
in einer mit Flüssigkeit gefüllten Kugel aufzuhängen. Infolge ihrer Trägheit wird
die Flüssigkeitsmasse dabei in ihrer Ruhe durch das den Schwankungen unterworfene
Gehäuse nur wenig gestört. Immerhin muß das Pendel aber in der Flüssigkeit noch
geringe Ausschläge machen, um stets in der lotrechten Richtung zu bleiben. Diese
Ausschläge werden jedoch durch den Widerstand der Flüssigkeit stark gedämpft; es
ist leicht auszurechnen, daß das Pendel nur ein mikroskopisch feiner Faden sein
müßte, um die Schwankungen stets in wahrer Größe anzeigen zu können.
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Erfindungsgemäß -dient zum Messen von Neigungen und insbesondere von
Schwankungen bei Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugen eine Vorrichtung, bei der ein
Pendel an einem um eine waagerechte Achse nachdrehbar gelagerten ringförmigen Rohr
aufgehängt ist und zwischen zwei an dem Rohr befestigten Elektroden frei ausschwingen
kann. Das Rohr selbst ist dabei zweckmäßig mit einer stromleitenden Flüssigkeit
gefüllt, die nicht zur Dämpfung, sondern zur Vergrößerung der schwingenden Masse
des Pendels dient. Schon bei geringen Ausschlägen des Pendels und der Flüssigkeit
in dem den Schwankungen unterworfenen Ringrohr wird eine Anderung des Ohmschen Widerstandes
oder der Kapazität der Flüssigkeit zwischen dem Pendel und den Elektroden bewirkt,
die zum Steuern eines Motors benutzt wird, der das Ringrohr stets um den Betrag
zurückdreht, um welchen es infolge der Schwankungen geneigt wurde. Dabei wird dann
gleichzeitig auch das Pendel wieder in seine Mittellage zwischen den Elektroden
gebracht. Die Drehungen, die das Ringrohr dabei ausführt, entsprechen dann dem jewei-
Ligen
:Neigungswinkel, der durch einen mit der Drehachse des Rohres verbundenen Zeiger
gegenüber einer feststehenden Teilung angezeigt werden kann.
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Diese Meßvorrichtung ist sehr empfindlich, weil nur ganz geringe Verschiebungen
des Pendels in dem Ringrohr erforderlich sind, um das Nachdrehen des Rohres zu bewirken.
Ferner kann die Genauigkeit der Messung durch entsprechende Wahl des Verhältnisses
zwischen dem Durchmesser des Pendelblättchens und demjenigen des Ringrohres beliebig
groß gemacht werden.
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Die Steuerung von Nachdrehmotoren in Abhängigkeit von den Ausschlägen
eines Pendels ist für andere Zwecke; beispielsweise zum Stabilisieren von Gegenständen,
bekannt. Dabei hat aber die Nachdrehvorrichtung mit der Neigungsmessung an sich
nichts zu tun, während bei dem Gegenstand der Erfindung die Aufhängevorrichtung
des Pendels nachdrehbar ist und erst durch das Zusammenwirken des Pendels und des
von ihm gesteuerten Nachdrehmotors für das Ringrohr eine genaue Messung erzielt
wird.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung,
und zwar Abb. i das Ringrohr mit dem Pendel und dem Nachdrehmotor, Abb.2 und 3 die
von den Pendelbewegungen beeinflußte Steuerschaltung des Nachdrehmotors schematisch.
-In Abb. i ist die Achse eines Rades 2, um dessen Kranz ein Ringrohr 3 gelegt ist,
in Lagerbalken 4 von Ständern 5 und 6 drehbar. Die Ständer 5 und 6 sind auf dem
den Schwankungen unterworfenen Körper, beispielsweise auf der Plattform eines Schiffes,
befestigt. An dem Ständer 5 ist ein Motor 7 gelagert, der, wie noch zu erläutern
ist, so gesteuert wird, daß er mittels eines Ritzels 8 und eines Stirnradsegments
9, das an dem Rad 2 befestigt ist, das Ringrohr 3 jeweils entgegen den Schwankungen
des Schiffes zurückdreht, beispielsweise um den jeweiligen Schlingerwinkel, wenn
die Achse i parallel zur Schiffslängsachse angeordnet ist. Mit der Achse i ist ein
Zeiger io verbunden, der die Schwankungen gegenüber einer Teilung i i anzeigt. Im
tiefst gelegenen Querschnitt des Ringrohres 3, das teilweise oder zweckmäßig ganz
mit einer stromleitenden Flüssigkeit gefüllt ist, hängt erfindungsgemäß ein blattförmiges
Pendel 12, das den Rohrquerschnitt fast völlig abschließt. Das Pendel 12 befindet
sich in seiner Ruhelage in der Mitte zwischen zwei Elektroden 13 und 14, die an
dem Ringrohr 3 befestigt sind.
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Treten nun Schiffsschwankungen auf, so wird das Rad 2 sowie das Ringrohr
mit den Elektroden 13 und 14 infolge ihrer starren Verbindung mit dem Schift durch
die Verzahnung 8, 9 entsprechend diesen Schwankungen mitgedreht. Die Flüssigkeit
in dem Ringrohr bleibt dagegen infolge ihrer Trägheit in Ruhe, wenigstens solange
die Drehung des Rades aus seiner Nullage nur gering ist; dann ist nämlich die Strömungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit in dem Ringrohr sehr klein, so daß praktisch keine Reibung an der
Rohrwand auftritt. Das Pendel 12 wird von der Flüssigkeit je nach der Richtung,
nach welcher die Schwankungen erfolgen, nach links oder rechts gegen die Elektroden
aus seiner Mittellage verschoben. Dadurch ändern sich der Leitwiderstand und die
Kapazität der Flüssigkeit, und es kann der Motor 7 nach einer Ohmschen oder kapazitiven
Methode dementsprechend so gesteuert werden, daß das Pendel stets wieder seine Mittelstellung
zwischen den Elektroden einnimmt, daß also das Rad 2 und dementsprechend auch der
Zeiger io ebenso wie die Flüssigkeit räumlich in Ruhe bleiben.
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In den Abb. 2 und 3 sind zwei Schaltungsschemen für die Steuerung
des Motors 7 entsprechend den Widerstandsänderungen der Flüssigkeit bei Pendelausschlägen
dargestellt. Tn Abb. 2 ist ein stromführendes Pendelblatt 12 zwischen den Leitflächen
15 und 16 mit den Elektroden 13 und 14 angeordnet. In Abb. 3 ist das Pendelblatt
12 nicht stromführend. Bei beiden Ausführungsformen ist die eine Phase des Motors
j, der als Zweiphasenmotor ausgebildet ist, unter Zwischenschaltung eines Phasendrehmittels
17 an das Netz 18 angeschlossen; die andere Phase liegt an dem Ausgangskreis einer
Verstärkeranordnungi9. Der Gittefkreis der Verstärkeranordnung i 9 ist an die Sekundärwicklung
20 eines Differentialtransformators 21 angeschlossen. Die Primärspule 22 dieses
Transformators ist mit ihren Enden an die Elektroden 13 und 14 und mit ihrer Mitte
an das*Netz 18 angeschlossen. Solange das Pendel 12 in seiner Mittellage hängt,
sind die Ströme in den beiden Teilen der Primärwicklung 22 des Transformators 21
entgegengesetzt gleich, so daß in die Sekundärwicklung 2o keine Spannung induziert
wird. Sobald jedoch das Pendelblatt 12 durch die Flüssigkeit nur um einen geringen
Betrag aus seiner Mittelstellung verschoben wird, tritt infolge der Änderung der
Stromstärken in der Primärwicklung 22 ein Strom in der Sekundärwicklung 2o in der
einen oder anderen Richtung auf, durch welchen über die Verstärkeranordnung i9 der
Motor 7 nach der einen oder anderen Richtung in Umlauf gesetzt wird so lange, bis
dieser das Ringrohr 3 so weit zurückgedreht hat. bis das Pendel wieder in seiner
Mittellage zwischen.
den Elektroden 13 und 14 hängt. Mithin macht
das Pendel 12 schon bei ganz geringen Fehlern. der Nachdrehung große Ausschläge.
Denn diese sind im Verhältnis des Ringrohrdurchmessers zur lichten Weite des Rohres
vergrößert. Die Rückwirkung des Pendels auf die Flüssigkeit kann durch Angleichen
seiner Dichte an diejenige der Flüssigkeit verringert werden; ferner kann die Dicke
des Pendelblattes sehr gering sein, da es ja nur hängt und darum keine Steifigkeit
zu haben braucht. Durch Leitflächen für die Flüssigkeit kann erreicht werden, daß
das Pendel trotzdem seine Ausschläge so macht, als ob es ganz steif wäre.
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Das Nachdrehen des Ringrohres könnte auch durch andere bekannte umsteuerbare
Motoren vorgenommen werden; ebenso kann an die Stelle des Ringrohres auch ein spiralförmiges,
elliptisches oder sonstwie eben gekrümmtes Rohr oder Rohrsegment treten. Um die
Empfindlichkeit der Steuerung zu erhöhen, könnte das Rohr auch mehrfach gewunden
sein, so daß eine beliebig lange Flüssigkeitssäule erhalten werden kann, ohne die
übrigen Teile der Vorrichtung zu vergrößern.
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Die Größe der Schwankungen könnte auch durch Indeckungbringen eines
Gegenzeigers mit der jeweiligen Pendelstellung, ihre Geschwindigkeit beispielsweise
durch ein entsprechend ungeeichtes Tachometer am Motor ermittelt oder angezeigt
werden.