-
Pendelgerät zum Anzeigen von Neigungen oder zum Stabilisieren von
Gegenständen auf Fahrzeugen, Schiffen, Luftfahrzeugen o. dgl. Man hat vorgeschlagen,
Pendelgeräte zum Anzeigen von Neigungen oder zum Stabilisieren von Gegenständen
auf Fahrzeugen, Schiffen, Luftfahrzeugen o..dgl. zu verwenden. Damit das Pendel
nicht in Resonanzschwingungen gerät, wenn z. B. die Schiffsschwingungsdauer in die
Nähe der Eigenschwingungsdauer des Pendels gelangt, hat man dem Pendel eine Eigenschwingungsdauer
gegeben, die wesentlich länger ist als' die Schwingungsdauer des Schiffes o. dgl.
Trotzdem konnte man aber nicht verhüten, daß das Pendel Schwingungen ausführt; das
Gerät wirkt deshalb so ungenau, daß es zum Stabilisieren von Ziel- und Richtgeräten
überhaupt nicht in Betracht kommen kann. Auch Dämpfungseinrichtungen, wie Flüssigkeitsringe,
Schwungmassen u. dgl., die zwischen das Pendel und der Anzeigevorrichtung eingeschaltet
werden, auch die Verwendung von zwei starr miteinander verbundenen oder zwangsläufig
durch ein Getriebe miteinander gekuppelten Pendeln können diese Mängel nicht beseitigen,
weil das Pendel dann immer noch .das Bestreben hat, seine Eigenschwingung auszuführen.
-
Die Erfindung hat die Aufgabe, durch eine neuartige Verbindung von
zwei Pendeln auf einem bewegten, insbesondere schwingenden Körper die Neigungen
dieses Körpers anzuzeigen oder die auf diesen Körpern aufgestellten Gegenstände
zu stabilisieren.
-
Erfindungsgemäß sind an -dem schwingenden Körper zwei Pendel mit verschiedenen,
weit außerhalb des Frequenzbereiches der Körperschwingung liegenden Eigenschwingungszahlen
gelagert, von denen vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer elektrischen Nachlaufsteuerung
das eine mit dem ersten Teil, das zweite mit (dem zweiten Teil eines Differentialgetriebes
(Planetengetriebe, Differentialhebel, Schraubengetriebe o. dgl.) verbunden ist,
dessen dritter Teil eine Anzeige-, Steuervorrichtung bzw. den zu stabilisierenden
Teil selbst antreibt.
-
.Aus der Theorie der Pendelschwingungen ist es bekannt, ,daß ein an
einem schwingenden Körper gelagertes Pendel mit einer weit außerhalb des Frequenzbereiches
der Körperschwingung liegenden Eigenschwingungszahl nicht relativ zum Raum feststeht,
sondern gegenüber dem Raum genau berechenbare Koppelschwingungen ausführt, die in
der Phase um i8o° gegen die Körperschwingungen verschoben sind. Werden an dem schwingenden
Körper zwei Pendel mit abweichenden Eigenschwingungszahlen gelagert, so ist, wenn
auch die Eigenschwingungszahl .des zweiten Pendels weit außerhalb des Frequenzbereiches
der Körperschwingung liegt, die
Frequenz und die Phase der beiden
Pendelschwingungen gleich. Ihre Amplituden sind jedoch verschieden, und zwar fällt
die Amplitude um so größer aus, je kleiner die der Eigenschwingungszahl entsprechende
Schwingungsdauer ist.
-
Würde man ,die Vorrichtung zum Bestimmen einer räumlich festliegenden
Richtung auf -dem schwingenden Körper unmittelbar mit dem einen oder dem anderen
Pendel verbinden, so würden sich je nach der Eigenschwingungszahl des Pendels für
die Vorrichtung Schwankungen ergeben, die bei den technisch möglichen Pendelverhältnissen
im allgemeinen nicht in Kauf genommen werden könnten. Man wäre in der Lage, die
Schwankungen auszugleichen, wenn man die Amplitude der Pendelschwingung relativ-_
zum feststehenden Raum feststellen könnte. Dies ist jedoch nicht möglich, da .ein
relativ zum Raum feststehendes Vergleichssystem fehlt, denn wenn es vorhanden wäre,
würde man .dieses selbst zur Stabilisierung ausnutzen. Da nun aber die Eigenschwingungszahlen
der beiden Pendel festliegen und auch die Differenz der Pendelamplituden ohne weiteres
feststellbar ist, kann erfindungsgemäß die Koppelschwingung des einen oder anderen
Pendels gegenüber .dem Raum aus dem Differenzwinkel der beiden Pendelschwingungen
abgeleitet werden, und zwar ist, wie die Rechnung ergibt, der Koppelschwin:gungswinkel
proportional dem negativen Differenzwinkel der Pendelschwingungen. Der Propörtionalitätsfaktor
ist der um i verminderte Quotient von den Quadraten der Eigenschwingungszahlen.
Es braucht also, wie eingangs erwähnt, von einem Differentialgetriebe nur der eine
Teil mit dem ersten, der zweite Teil mit dem zweiten Pendel verbunden zu werden,
dann führt ,der dritte Teil relativ zum Schiffskörper gerade eine Schwingbewegung
aus, die gegenläufig zu .der auf den feststehenden Raum bezogenen Körperschwingung
ist, und der dritte Teil bleibt relativ zum Raum stehen, wenn,das Übersetzungsverhältnis
im Differentialgetriebe dem obengenannten Proportionalitätsfaktor angepaßt ist.
-
Die Zeichnung zeigt den Gegenstand der Erfindung schematisch und schaubildlich
an einem Ausführungsbeispiel. Mit i ist ein Teil des Schiffskörpers bezeichnet,
an dem eine Achse z befestigt ist. Schwingfähig um die Achse a ist eine als Pendel
wirkende Platte 3 gelagert, ferner ein Pendel 4, dessen Eigenschwingungszahl größer
ist als' die der Platte 3. Das Pendel 4 ist an einer lose auf der Achse 2 beweglichen
Hülse 4o angebracht. Diese Hülse 4o ist mit einem Stirnrad 4i verbunden, das mit
der Stirnradverzahnung des als Stirn- und Kegelrad ausgebildeten ersten Teils 5o
des Differentialgetriebes 5 kämmt. Das Rad 50 ist lose drehbar auf einer
fest mit der Platte 3 verbundenen Achse 51 gelagert. Der zweite Teil 52 des Differentialgetriebes
ist fest mit der Platte 3 verbunden. Schwenkbar um die Achse 51 -ist auch eine Hülse
53 gelagert, an der ein Zeiger 54 angebracht ist. Drehbar um die Zeigerachse ist
das Planetenrad 55 gelagert.
-
M sei das Metazentrum des Schiffes, y sei der gegenwärtige Ausschlagwinkel
für den dargestellten Teil i des Schiffes. L ist die Vertikalrichtung. Das Pendel
3 mit der kleineren Eigenschwingungszahl hat um den Winkel a ausgeschwungen, das
Pendel 4 mit der größeren Eigenschwingungszahl um den größeren Winkel ß. Das Übersetzungsverhältnis
zwischen den Rädern 4i und So ist entsprechend der oben angegebenen Ableitung so
abgeglichen, daß der Zeiger 54 immer parallel zur Vertikalen L liegt.
-
In der Zeichnung ist der Einfachheit halber zwischen den Pendeln 3,
4 und dem Zeiger 54 eine unmittelbare mechanische Kupplung verwendet; in Wirklichkeit
wird man natürlich, um Störungen durch Reibung zu vermeiden, zur Kupplung an sich
bekannte elektrische Nachlaufsteuerungen o. dgl. benutzen.
-
Ein besonders einfaches Getriebe ergibt sich, wenn man mit dem einen
Pendel das eine Ende eines Hebels mittels Gelenk verbindet, dessen mittlerer Teil
mit dem zweiten Pendel beispielsweise durch Schlitz und Stift verbunden ist; dann
gibt bei entsprechender Abstimmung der Hebelarme das andere Ende des Hebels bezüglich
der Pendelschwingachsen eine relativ zum Raum festliegende Richtung an.
-
Im allgemeinen wird eine derartige Pendelvorrichtung nicht ausreichen,
da die Schwingungsachse des schwingenden Körpers nicht immer parallel zu den Pendelachsen
liegt, oder da der Körper nicht bloß ebene Schwingungen ausführt. Man kann sich
dann in der Weise helfen, daß man noch ein zweites Pendelsystem mit Differentialgetriebe
vorsieht, dessen Schwingungsachse zu der des ersten senkrecht steht oder um einen
anderen Winkel dagegen versetzt ist. Die Schwingungen werden .dann immer in zwei
Komponenten zerlegt, von denen jede .einzelne durch das zugehörige Pendelsystem
ausgeglichen wird.