DE848574C

DE848574C - Friction-free mounted inclinometer

Info

Publication number: DE848574C
Application number: DEK6988D
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr Gievers
Original assignee: KREISELGERAETE GmbH
Current assignee: KREISELGERAETE GmbH
Priority date: 1942-01-20
Filing date: 1942-01-20
Publication date: 1952-09-04

Description

Reibungsfrei gelagerter Neigungsmesser Für feinmechanische Instrumente sind Neigungsmesser großer Empfindlichkeit erforderlich. Unter den Pendeln, d. h. Neigungsmessern mit einem um eine Drehachse schwenkharen Arm, verdienen die Ilorizontalpendel ihrer größeren Empfindlichkeit wegen den Vorzug vor den Vertikalpendeln, wenn es darauf aiikommt, nur die Neigung der Drehachse an sich, nicllt alter den Neigungswinkel gegen die Vertikale festzustellen, da Horizontalpendel unabhängig vom Neigungswinkel stets um volle 900 ausschlagen. [ie Ansprechgrenze selbst der empfindsicheren Ülorizontalpendel ist jedoch auch bei bester Kugellagerung infolge der unvermeidbaren Lagerreibung für manche Zwecke noch zu hoch. Soll z. B. der Pendelausschlag eine Steuerhewegung zumRückgängigmachen der Schiefstellung auslösen, so wirkt sich der Einfluß der Lagerreibung in einem verzögerten Einsetzen der Steuerhewegung aus, was in der Regel Schwingungen zur Folge hat, da meist beträchtliche Massen zu steuern sind. Die Erfindung vermeidet diese störenden Nachteile, indem sie für Pendel sowie für jede andere Art von Neigungsmessern von der bereits für die Lagerung der Präzessionsachsen von Kreiseln vorgeschlagenen Flüssigkeitsdrucklagerung Gebrauch macht. Bei dieser Art lagerung befindet sich der zu tragende Lagerteil in einer mit mehreren kleinen oeffnungen allseitig versehenen Lagerschale. In die Öffnungen münden Kanäle, die von dem Druckbehälter der Flüssigkeit ausgehen und deren Strömungsquer- schnitt in genügender Entfernung von der Austrittsöffnung durch je eine Druckdrosselstelle eingeengt ist. Im normalen Betrieb sind die Kanäle alle gleichmäßig durchflossen, und der zu tragende Lagerteil liegt auf dem zwischen ihm und der Lagerschale gel>ildeten Flüssigkeitsfilm auf. Sobald eine einseitige Belastung auftritt, wird der Austrittsquerschnitt der Flüssigkeit rings um die Austrittsöffnungen eines Teils der Kanäle verengt, wodurch sich in ihm sofort der Flüssigkeitsdruck steigert; umgekehrt vermindert sich der Druck auf der Gegenseite, da dort die Dicke des Flüssigkeitsfilms größer geworden ist. Der zu tragende Lagerteil (I,agerwelle) folgt dem Druckunterschied und stellt sich wieder in die Mittellage ein. Es kommt also bei der Flüssigkeitsdrucklagerung zu keiner Metallberührung des Wellenteils mit der Lagerschale.Friction-free mounted inclinometer For precision mechanical instruments high sensitivity inclinometers are required. Under the pendulums, d. H. Inclinometers with an arm swiveling around an axis of rotation deserve the Ilorizontal pendulums their greater sensitivity because of their preference over vertical pendulums, if there is It all comes down to the inclination of the axis of rotation itself, not the angle of inclination to determine against the vertical, since the horizontal pendulum is independent of the angle of inclination always turn a full 900. [ie the response limit even of the more sensitive Ülorizontal pendulum However, even with the best ball bearings, it is due to the unavoidable bearing friction too high for some purposes. Should z. B. the pendulum swing a Steuerhewegung trigger to undo the misalignment, the influence of the bearing friction acts in a delayed onset of Steuerhewegung from what usually vibrations As a result, there are usually considerable masses to be steered. The invention avoids these troublesome drawbacks by being applicable to pendulums as well as to any other type of inclinometer from the one already proposed for the storage of the precession axes of gyroscopes Makes use of fluid pressure storage. In this type of storage there is the bearing part to be carried in one with several small openings on all sides Bearing shell. Channels from the pressure vessel of the liquid open into the openings go out and their cross flow cut at a sufficient distance is narrowed from the outlet opening by a pressure throttle point. In normal In operation, the channels are all flowed through evenly, and the bearing part to be supported rests on the liquid film formed between it and the bearing shell. As soon as a one-sided load occurs, the exit cross-section of the liquid becomes narrowed around the outlet openings of some of the channels, whereby in his fluid pressure increases immediately; conversely, the pressure is reduced the opposite side, as the thickness of the liquid film has increased there. Of the The bearing part to be supported (I, agerwelle) follows the pressure difference and arises again in the middle position. So there is none with the pressure bearing Metal contact of the shaft part with the bearing shell.

Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf Lagerungen mit nichtschmierenden Flüssigkeiten, insbesondere mit Flüssigkeiten, wie Wasser, Alkohol u. a., von kleiner Viskosität und geringer innerer Flüssigkeitsreibung. Im folgenden wird stets von Wasserdrucklagerungen die Rede sein. In particular, the invention relates to bearings with non-lubricating Liquids, especially liquids such as water, alcohol and others, of smaller size Viscosity and low internal fluid friction. In the following, Water pressure bearings are the subject of discussion.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist die Ausbildung des Neigungsmessers in der bekannten Form eines in einem als Wasserlager ausgebildeten Zylinder verschiebbaren Kolbens. Entsprechend seiner Zweckbestimmung ist die Längserstreckung von Kolben und Lagerbohrung geradlinig oder kreisförmig. Im ersten Fall entspricht der Neigungsmesser einem Horizontalpendel, im zweiten Fall einem Vertikalpendel. Der Querschnitt von Kolben und Lagerbohrung ist beliebig, insbesondere aber kreisförmig, so daß der Kolben selbst zylindrisch oder ein Stück eines Kreisringkörpers ist. Another feature of the invention is the design of the inclinometer in the known form of a cylinder designed as a water bearing displaceable Piston. The longitudinal extension of the piston corresponds to its intended purpose and bearing bore straight or circular. In the first case, the inclinometer corresponds a horizontal pendulum, in the second case a vertical pendulum. The cross section of Piston and bearing bore is arbitrary, but in particular circular, so that the Piston itself is cylindrical or a piece of an annular body.

An Hand der Abbildungen sei die Erfindung näher erläutert. Sie beziehen sich durchweg auf Ilorizontalneigungsmesser. The invention is explained in more detail using the figures. You relate consistently on the horizontal inclinometer.

Abt). I zeigt, teilweise im Schnitt, die Anordnung hei einem drehbeweglichen Achsenpendel, Abb. 2 und 3 davon abweichende Lagerformen; Abb. 4 und 5 stellen Vorder- und Seitenansicht eines längsverschieblichen Neigungsmessers und Abh. 6 eine vom Ausschlag getätigte elektrische Kontaktvorrichtung dar. Abbot). I shows, partly in section, the arrangement in the form of a rotatable Axle pendulum, Fig. 2 and 3 different bearing forms; Figs. 4 and 5 represent front and side view of a longitudinally displaceable inclinometer and, depending on FIG. 6, one from the Rash is the electrical contact device made.

Auf dem Pendelarm I (Abb: 1) sitzt das Pendelgewicht 2. Der Arm ist an der senkrechten Achse 3 befestigt, die ihrerseits in zwei nach unten gewölbte Halbkugeln 4 ausläuft. Die Halbkugelenden liegen in halbkugeligen Höhlungen des Lagerbocks 5, ihr Durchmesser ist um einige Hundertstel eines Millimeters größer als der der eingesetzten Teile. Rings in der Bohrung, und zwar auf zwei Breitenkreisen in etwa halber Höhe zwischen dem tiefsten Punkt und dem oberen Randende, münden versetzt angeordnete, von Wasser durchströmte Kanäle 6, welche einzeln oder an einem größeren Ringkanal angeschlossen von dem Druckraum 7 ausgehen. In genügender Entfernung von dem Mündungsende ist in jede Zuführung eine Drosselungsstelle 8 eingefügt. The pendulum weight 2 sits on the pendulum arm I (Fig: 1). The arm is attached to the vertical axis 3, which in turn curved downward in two Hemispheres 4 runs out. The hemispherical ends lie in hemispherical cavities of the Bearing block 5, its diameter is a few hundredths of a millimeter larger than that of the parts used. Ring in the hole, on two circles of latitude about halfway up between the lowest point and the upper edge of the rim staggered channels 6 through which water flows, which individually or on a larger ring channel connected to the pressure chamber 7 go out. At a sufficient distance A throttle point 8 is inserted into each feed line from the mouth end.

Das durch den Einlaß g zufließende, von einer Druckpumpe unter Druck in den Behälter 7 geförderte Wasser verteilt sich gleichmäßig durch die Kanäle 6 auf die tragende Fläche der Lagerbohrungen. Sofern auf das Pendel keine ungewöhnlichen Belastungen einwirken, bleibt es zentrisch oder zumindest annähernd zentrisch in den Lagern ausgerichtet, indem es von dem Wasserfilm getragen wird, den das aus den Kanälen ausströmende Wasser zwischen den Oberflächen der Lagerl>ohrungen und der Wellenenden bildet. Die Drosselstellen 8 haben dabei die Aufgabe, den Druck des Wassers in Strömungsenergie umzuformen, da nur bei strömendem Wasser der Film aufrechterhalten bleibt. Die Wirkung wird erhöht, wenn das Wasser aus möglichst vielen, gleichmäßig verteilten und untereinander versetzten Öffnungen austritt. Der Abfluß des Wassers ist von beliebiger Art.That flowing in through inlet g, under pressure from a pressure pump Water conveyed into the container 7 is distributed evenly through the channels 6 on the bearing surface of the bearing bores. Unless the pendulum is unusual If loads act, it remains centric or at least approximately centric in aligned with the bearings by being carried by the film of water that is made up of it Water flowing out of the channels between the surfaces of the bearing pipes and the shaft ends. The throttle points 8 have the task of increasing the pressure of the water into flow energy, since the film only works when the water is flowing is maintained. The effect is increased when the water is out as possible many evenly distributed and staggered openings emerges. The drainage of the water is of any kind.

Tritt durch irgendeine Unregelmäßigkeit eine Schiefstellung der Pendelachse ein, so wird der Austrittsraum beispielsweise an den Kanalöffnungen bei a, b verengt, wodurch sich die Strömungsenergie des dort befindlichen Wassers sogleich in erhöhte Druckenergie umwandelt und die schief stehende Achse 3 in die vorher eingenommene normale Stellung zurückdrückt. Diese Wirkung wird dadurch unterstützt, daß auf der entgegengesetzten Seite, wo sich die Öffnungen c, d befinden, der Wasseraustrittsquerschnitt vergrößert wird, folglich dort ein Minderdruck entsteht. Der Deutlichkeit halber ist insbesondere die Erweiterung des Wasserspaltes stark übertrieben gezeichnet. If any irregularity causes the pendulum axis to be misaligned a, the exit space is narrowed, for example, at the duct openings at a, b, whereby the flow energy of the water located there increases immediately Converts pressure energy and the crooked axis 3 into the one previously occupied normal position pushes back. This effect is supported by the fact that on the opposite side, where the openings c, d are located, the water outlet cross-section is enlarged, consequently there is a reduced pressure. For the sake of clarity especially the widening of the water gap is drawn greatly exaggerated.

Beim Einbau des Pendels in Geräten, die großen Temperaturunterschieden unterliegen, kann die Wärmedehnung der Pendelachse eine ungleiche lSelastung der Lager zur Folge haben; im ungünstigsten Fall wird der das Pendel allein tragende Wasserfilm des unteren Lagers durchstoßen, so daß metallische Berührung von Lagerschale und Lagerkörper eintritt, während der dickere Wasserfilm des oberen Lagers weder trägt noch infolge des Spielraums des Lagerkörpers in der Lagerschale zentriert. Man vermeidet diesen Mißstand, indem man nach Abb. 2 die Pendelachse in einem Lagerkörper erschiebbar anordnet. Das betreffende Lager, das aus Gründen der stabilen Aufhängung des Pendels stets das untere sein wird, ist somit ein Führungslager; das obere Lager als alleiniges Traglager ist selbstredend entsprechend größer zu bemessen, Eine andere Bauart zeigt die Alxh. 3 mit einem unteren Lagerkörper in Form einer Kugelzone mit insbesondere gleich großen Endflächen. Infolge der verhältnismäßig geringen Krümmung des Wasserspalts bei genügend großem Durchmesser der Kugelzone bleibt bei einer Längendehnung der Pendelachse die Dicke des Wasserspalts wie bei einer zylindrischen Führung praktisch konstant. When installing the pendulum in devices, the large temperature differences are subject to, the thermal expansion of the pendulum axis can result in an unequal load on the Result in bearings; in the worst case, the one who carries the pendulum alone Pierce the water film of the lower bearing so that the bearing shell comes into contact with metal and bearing body enters, while the thicker water film of the upper bearing neither still carries centered in the bearing shell due to the clearance of the bearing body. This problem is avoided by placing the pendulum axis in a bearing body as shown in Fig. 2 slidably arranged. The bearing in question, for reasons of stable suspension of the pendulum will always be the lower one, is thus a guide bearing; the upper camp as the sole support bearing is of course to be dimensioned correspondingly larger, one the Alxh shows a different design. 3 with a lower bearing body in the form of a spherical zone with in particular equally large end faces. As a result of the relatively low Curvature of the water gap with a sufficiently large diameter of the spherical zone remains an elongation of the pendulum axis the thickness of the water gap as with a cylindrical one Leadership practically constant.

Pendelaehse und Lagerkörper können daher starr miteinander verbunden hleiben.Pendulum axle and bearing body can therefore be rigidly connected to one another stay.

Die Form des tragenden Lagerkörpers ist nicht auf Halbkugeln und Kugeln beschränkt, sondern kann jede brauchbare rotationssymmetrische, insbesondere kegelige Gestalt verhalten. The shape of the supporting bearing body is not based on hemispheres and Balls are limited, but can be any useful rotationally symmetrical, in particular behave conical shape.

Durch das stets einseitig wirkende Armgewicht des Pendels mit senkrechter Drehachse nach Abb. 1 ist es bedingt, daß die eben erwähnte Schiefstellung der Achse, wenn auch l ganz geringem Maße, dauernd beibehalten bleil)t. Die Schiefstellung wirkt sich in einer ungleichmäßigen Dicke des vom Wasserfilm ausgefüllten Lagerspalts um Bruchteile des kleinen Werts von einigen hundertstel Millimetern für die Wasserfilmdicke aus, genügt aber, um auch für dieses Pendel eine gewisse, wenn auch geringe Unempfindlichkeit in einem kleinen Winkelbereich beiderseits seiner Normalstellung zu verursachen, da nunmehr dem Ausschlag nach der Seite eine Komponente der Erdanziehung entgegenwirkt, die den Pendel arm in seine Nullstellung zurückzudrehen sucht. Um einen, auch von dieser Unvollkommenheit freien höchstempfindlichen Neigungsmesser zu erhalten, wird nach der in Abb. 4 und 5 wiedergegebenen schematischen Darstellung ein zylindrischer Kolben 10 verwendet, der in einer entsprechenden Bohrung axial verschiebbar gelagert ist. Die Reibungslosigkeit der Lagerung wird wieder durch Wasserdruck in der vorbeschriebenen an sich I,ekannten Weise hervorgerufen. Bei der in der Abbildung wiedergegelenen und als zweckmäßig bewährten Ausführungsform enden die Druckwasserkanäle in mindestens zwei parallelen Ringreihen in der Nähe der Bohrungsenden. Ein Schwellenwert für das Ansprechen des Zylinderkörpers ist nicht mehr vorhanden. Infolge der praktischen Reibungslosigkeit der Lagerung schlägt der Neigungsmesser bei der geringsten Neigung nach der entsprechenden Seite aus und betätigt beispielsweise elektrische Kontakte, indem ein an der Stirnfläche angebrachter Kontaktstift oder die Stirnfläche selbst durch den Druck des Anliegens mittelbar oder unmittelbar einen Stromkreis schließt. Eine besonders zweckmäßige Stromkreisschaltung, lei der das vorhandene Druckwasser als selbsttätig veränderlicher elektrischer Widerstand dient, ist in Ahb. 6 angedeutet. Den ebenen Stirnflächen des Neigungsmessers 10 gegenüber sind Gegenplatten II aus Isolierstoff angeordnet, auf welchen zwei halbkreis förmige Kontaktstreifen 12, z. B. aus Kohle, aufgebracht sind, die an den Polen des Stromkreises angeschlossen sind. Ihr engster Abstand ist so groß, daß das Wasser praktisch keine leitende Verbindung zwischen ihnen herstellt. Nähert sich aber der Zylinderkörper, dessen Stirnflächen natürlich aus stromleitendem Material bestehen, den Kontaktstreifen 12 auf den Isolierplatten I I, so bildet entsprechend dem Grad der Annäherung die dünne Wasserschicht eine Briicke zwischen der Stirnfläche des Körpers Io und den Kontaktstreifen; es fließt somit ein Steuerstrom von + = Pol über den linken Kontaktstreifen über die Wasserschicht zum Kolbenkörper und zurück über die Wasserschicht nach dem rechten Kontaktstreifen zum - Pol. Due to the arm weight of the pendulum, which always acts on one side, with a vertical arm Axis of rotation according to Fig. 1, it is necessary that the above-mentioned misalignment the Axis, even if to a very small extent, remained permanently retained. The misalignment acts in an uneven thickness of the bearing gap filled by the water film by fractions of the small value of a few hundredths of a millimeter for the water film thickness off, but is sufficient to have a certain, albeit slight, insensitivity for this pendulum as well to cause in a small angular range on both sides of its normal position, since now the side deflection is counteracted by a component of the gravitational pull, which seeks to turn the pendulum arm back to its zero position. To one, also from To get this imperfection free highly sensitive inclinometer will according to the schematic representation shown in Fig. 4 and 5, a cylindrical one Piston 10 is used, which is axially displaceable in a corresponding bore is. The smoothness of the storage is again due to the water pressure in the above in itself I, in a known manner. In the case of the one shown in the illustration and as an expediently proven embodiment, the pressurized water channels end in at least two parallel rows of rings near the ends of the bore. A threshold for the response of the cylinder body is no longer available. As a result of the practical The inclinometer suggests that there is no friction between the bearings and the slightest inclination according to the corresponding page and actuates, for example, electrical contacts, by a contact pin attached to the end face or the end face itself directly or indirectly closes a circuit through the pressure of the application. A particularly useful circuit circuit, lei the existing pressurized water serves as an automatically variable electrical resistance is in Ahb. 6 indicated. Opposite the flat end faces of the inclinometer 10 are counter plates II Insulating material arranged on which two semicircular contact strips 12, z. B. made of carbon, which are connected to the poles of the circuit are. Their closest distance is so great that the water has practically no conductive connection establishes between them. However, if the cylinder body approaches, its end faces consist of course of electrically conductive material, the contact strips 12 on the insulating plates I I, the thin water layer forms one according to the degree of approximation Bridge between the end face of the body Io and the contact strips; it flows thus a control current of + = pole over the left contact strip over the water layer to the piston body and back over the water layer to the right contact strip to the - pole.

Die bisher betrachteten Neigungsmesser sind streng genommen nur Neigungsanzeiger. Die erfindungsgemäße Bauart bezieht sich auch auf Neigungsmesser im engeren Sinn, also in Form von Vertikalpendeln mit waagerechter Pendelachse. Die Anordnung der Flüssigkeitsdrucklagerung hierbei wäre sinngleich der Abb. I vorzunehmen. Bei kolbenförmigen Neigungsmessern wäre, wie bereits erwähnt, statt des geradzylindrischen Körpers ein gekrümmtzylindrischer Körper und eine ebensolche Bohrung zu verwenden, wobei die Krümmung in der Vertikalebene und konkav nach oben vorzunehmen wäre. Strictly speaking, the inclinometers considered so far are only inclination indicators. The design according to the invention also relates to inclinometers in the narrower sense, i.e. in the form of vertical pendulums with a horizontal pendulum axis. The arrangement of the Fluid pressure storage here would have to be carried out in the same way as in Fig. I. With piston-shaped As already mentioned, inclinometers would be used instead of the straight cylindrical body to use a curved cylindrical body and a bore of the same type, wherein the curvature would have to be made in the vertical plane and concave upwards.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Inclinometer mounted without friction, marked by storage in a fluid pressure bearing.

2. Friction-free mounted inclinometer according to claim I, in the form of a pendulum with a pendulum axis and pendulum arm, characterized by the formation of the to special bearing bodies widened axle ends and the bearing shells after a Rotational body profile as well as by arranging the mouths of the liquid channels in the thrust bearing in particular in two parallel rows of rings.

3. Friction-free mounted inclinometer according to claims I and 2, characterized by loose guidance of the pendulum axle in one of the profile bearing bodies.

4. Friction-free mounted inclinometer according to claim I, in the form one on its base in its longitudinal axis horizontally displaceable straight or annular cylindrical body, characterized in that the cylindrical body is mounted in such a bore, the mouths of the liquid channels mounted in particular in two parallel planes near the ends of the bore are.

5. bearing training according to claims 2, 3 or 4, characterized in that that the mouths of the liquid channels in the parallel rows of rings or planes are attached offset from each other.