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Astasiertes Pendel für Schweremessung Die Erfindung betrifft ein as.tasiertes
Pendel für Schweremessung, d. h. ein elastisches Pendel, dessen Schwerpunkt über
dem fiktiven Drehpunkt liegt. Es ist bekannt, derartige Pendel mit einem auf Torsion
beanspruchten Federsystem auszurüsten. Die bekannten Pendel dieser Art sind gegen
Erschütterungen ,außerordentlich empfindlich und daher für fortlaufende Messungen
ungeeignet.
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Dieser Mangel wird der Erfindung gemäß durch Anwendung eines für Uhrenregler
und Laufwerke bekannten quer schwingungssteifen Federsystems behoben. Im Gegensatz
zu den bekannten Uhrpendeln, bei denen insbesondere bei hohen Meßgena,uigkeiten
eine erschütterungsfreie Aufstellung gefordert wird und üblich ist, mit stöirenden
Einflüssen durch Erschütterungen also nicht zui rechnen ist, bringt die Querschwingu4gssteifheit
bei astasierten Schweremeßpendeln die für die praktische Verwendung, insbesondere
im Feldbetrieb, wesentliche Steigerung der Unempfindlichkeit gegen Erschütterungen.
Das Federsystem kann entweder, wie bei den bekannten Uhrpendeln, :aus zwei Blattfedern
zusammengesetzt werden, deren Ebenen im wesentlichen senkrecht zueinander stehen,
oder es kann als ein quer schwingungssteifes Rohr-oder Profilstück beliebigen Querschnittes
ausgebildet werden. Im letzteren Falle empfiehlt es sich, zur Erzielung einer genügenden
Torsion das Rohr- oder Profilstück mit Schlitzen oder sonstigen Aussparungen zu
versehen. Um die Schwingungszeit des Federsystems nach Belieben einstellen zu können,
wird eine in axialer Richtung auf das Federsystem wirkende Spannvorrichtung vorgesehen.
Zur Erleichterung der Feineinstellung wird zweckmäßig das Federsystem mindestens
an einer Einspannstelle unter Zwischenscb.altung eines nur in der Spannrichtung
elastischen Zwischengliedes mit dem Federsystemträger verbunden. Als ein derartiges
elastisches Zwischenglied ist eine Membran geeignet, weil diese ohne weiteres unter
_ Wahrung der Querschwingungssteifheit nur eine Nachgiebigkeit in der Achsrichtung
der Feder zuläßt. Gleichzeitig hat die als elastisches Zwischenglied wirkende Membran
den Vorteil, daß sich Temperaturänderungen zwischen Feder und Federsystemträger
nur in sehr beschränktem Maße ,als Spannungsänderungen auf das Federsystem auswirken
können.
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Gegebenenfalls kann außerdem noch eine an sich bekannte Temperaturkompensation
vorgesehen werden, die vorteilhafterweise so ausgebildet ist, daß das Federsystem
an
gegeneinander einstellbaren Tragstücken mit unterschiedlichen
Ausdehnungskoeffizienten befestigt ist.
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Hinsichtlich der einstellbaren Temperatur: unempfindlichkeit ist auch
eine solche führung besonders vorteilhaft, bei der das ; quer schwingungssteife
Federsystem nur ein-. seitig eingespannt ist, da in diesem Falle Spannungsänderungen
infolge von Temperaturschwankungen zwischen Federsystem und Federsystemträger in
Wegfall kommen. Diese Anordnung hat noch den weiteren Vorzug, daß sie bei (symmetrischer)
Anordnung von zwei quer schwingungssteifen Federsystemen an einer gemeinsamen Einspannstelle
für gleichzeitige Beobachtung .der beiden Pendelstangen besonders geeignet ist.
Es wird dann in an sich bekannter Weise für die beiden an den freien Federenden
angeordneten Pendelstangen eine gemeinsame Beobachtungsvorrichtung vorgesehen.
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Unregelmäßigkeiten in den Elastizitätseigenschaften des Federsystems
können zur Folge haben, daß die maxianale Schwingungsdauer des Pendels erst erreicht
wird, wenn das Pendel um eine vom Lot abweichende Nullage schwingt. Der Erfindung
gemäß kann in einem solchen Falle durch Verdrehen der beiden Einspannstellen des
Federsystems die Elastizität unmittelbar .ausgeglichen und auf diese Weise erreicht
werden, daß das Pendel seine maximale Schwingungsdauer erhält, sobald seine Nullage
mit dem Lot zusammenfällt.
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Gelegentlich ist es aber auch erwünscht, daß die Nullage des Pendels
nicht mit dem Lot zusammenfällt, z. B. bei Anordnung mehrerer Pendel m einem Apparat
ist es nicht angängig, die Nullage durch Neigen des ganzen Apparates zu verstellen.
Es ist deshalb ein wesentlicher Vorteil, daß durch Verdrehest der Einspannstelle
die Nullageverstellung jedes einzelnen Pendels auch bei waagerecht :aufgestelltem
Gerät möglich ist.
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Fällt die Nullage mit dem Lot nicht zusammen :, so ist eine statische
Schweremessung möglich; weil sich das. Pendel in eine Gleichgewichtslage einstellt;
in welcher die zu messende Schwerkraft einerseits. und das von der Feder Hausgeübte
Drehmoment andererseits einander im Gleichgewicht sind.
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Schließlich ist die drehbare Lagerung der Einspannstelle oder -stellen
des Federsystems insofern wesentlich, als die Nullage des Pendels willkürlich beeinflußt
werden kann, was in meßtechnischer Hinsicht von großer Bedeutumg ist.
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De Verstellung der Nullage durch Verdrehen der Einspannstelle(n) des
Federsystems ist an sich bei Gravimetern bekannt, deren Federsystem aus Schraubenfedern
besteht, Bei diesen bekannten Gravimetern wird das Federsystem zwar ebenfalls. auf
Torsion beansprucht. Das Pendel ist aber nicht astasiert und auch nicht quer schwingungs-@teif.
Für ein astasiertes Schweremeßpendel t quer schwingungssteifem Federsystem bringt
die Verdrehbarkeit der Einspannstellen die erwähnten Sondervorteile.
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Die Zeichnungen veranschaulichen einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
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In einem Gehäuse a ist ein zylindrischer Federsysternträger 2 befestigt.
In den Träger 2 ist ein mit einem Flansch 3' versehenes Rohr 3 eingesetzt. Im Inneren
des Rohres 3 ist ein weiteres Röhr 4 untergebracht. Die Rohre 3 und '4. bestehen
:aus Stoffen mit unterschiedlichem Ausdehnungskoeffizienten und bilden zusammen
ein einstellbares Temperaturkompensatiolissystem. Zu diesem Zwecke ist ein Zwischenring
5 und drei auf den Umfang verteilte, den Ring 5 durchsetzende Madenschrauben 6 vorgesehen,
die wahlweise in verschiedene Löcher 6', 6" des Rohres 3 eingeschraubt werden können
und das Rohr 4 festklemmen.
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Auf der anderen Seite ist in den Träger 2 eine Büchse 7 eingesetzt,
die beiderseitig so eingefräst ist, daß waagerechte Einstellflächen 8, 8' entstehen.
Auf die Einstellflächen 8; 8' wirken Stellschrauben 9; 9', die im Träger 2 eingeschraubt
sind. Durch Verstellen der Schrauben 9, 9' kann die Buchse 7 im Träger 2 um gewisse
Beträge verdreht werden. In gleicher Weise kann auch das Röhr 3 verdrehbar im Träger
2 gelagert sein, was der Einfachheit halber nicht dargestellt ist.
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Auf die Buchse 7 ist ein Gewindering i o aufgeschraubt, der einen
einstellbaren Flansch für die Buchse 7 bildet. Nach außen ist die Buchse durch eine
Membran i z abgeschlossen, die durch einen Befestigungsring 12 angeschraubt ist.
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An der Membran i i ist eine Blattfeder 13 mit lotrechter Ebene befestigt.
Eine «eitere Blattfeder 14 mit waagerechter Ebene ist am Boden des Rohres 4 befestigt.
Die beiden Kreuzfedern 13, 14 tragen ein Pendel 15, dessen Masse 15' über den Federn
liegt: Die Einspannenden 13', 13", 1.f, 14" der Federn 13, 14 haben größeren Querschnitt
als der mittlere federnde Teil. Das Kreuzfedersystem 13; 14 ist quer schwingungssteif.
Das Pendel 15 kann deshalb nur in einer senkrecht zur Zeichenebene der Abb.
i liegenden Ebene schwingen, wobei das Federsystem 13, 14 auf Torsion beansprucht
wird. Durch Anziehen des Gewinderinges i o kann das Federsystem 13, 14 mehr oder
weniger gespannt und dadurch .die Schwingungszeit des
Pendels 15
eingestellt werden. Durch Ver-,drehen der Buchse 7 bzw. des Rohres 3 kann man die
beiden Federn 13, 14 vertordieren. Ausdehnungsunterschiede zwischen dem Träger 2
und dem Kreuzfeder system -13, 14 werden durch die Membranbefestigung i i
und das einstellbare Kompensationssystem 3, 4, 5, 6 ausgeglichen.
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Um :das Pendel 15 in Schwingung zu versetzen, ist ein Amplitudengeber
16 vorgesehen, der von außen durch den Handgriff 17 über eine Nocke
18 betätigt werden kann. Um die Pendelmasse festzustellen, sind Klemmstücke i9,
2o vorgesehen, die in einer Schwalbenschwanzführung 21 gleiten und durch eine Spindel
22 gegenläufig verschoben werden. In den Klemmstücken 19, 20 sind Backen 23, 24,
die die Pendelmasse - 15' umfassen, schwenkbar gelagert.
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Die Spindel 22 und die Nockenwelle 18" des Amplitudengeberantriebes
und auch der Systemträger 2 sind gegen das Gehäuse i durch Turbaxbuchsen 25 bzw.
durch eine Zwischenschicht 26 aus Turbax thermisch isoliert. Am Pendel 15 ist ein
Zeiger 27 angebracht, dessen Anschläge und Schwingungen durch ein nicht dargestelltes
Mikroskop beobachtet werden.
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In Abb. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. Hier sind zwei Pendel 28, 28' je an einem nur einseitig an einem gemeinsamen
Träger 3o eingespannten Rohr 29, 29' befestigt. Die Rohre 29, 29' sind mit Schlitzen
31, 31' versehen, damit eine ,genügende Törsionsfederung erzielt wird. Die Zeiger
32, 32' der Pendel 281 28' sind durch ein Doppelprisma 33 gemeinsam beobachtbar.