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Gravimeter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein-astasiertes
Gravimeter, hei dem sich Schwereänderungen als Änderungen eines an einem Hebelarm
auftretenden, durch die Gravimetermasse erzeugten und durch elastische Kräfte kompensierten
Drehmomentes zu erkennen geben und Mittel vorgesehen sind. die die linderung dieses
Momentes unterstützen, indem eine mit dem Gravimeter kombinierte Hilfsmasse Schwerpunktsverschiebungen
derart erfährt, daß sich das an dem Hebel wirksame Drehmoment vergrößert.
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Gravimeter dieser Ausbildung sind bekannt. So hat man z. 13. als
Hilfsmasse auf dem Waagebalken des (.ravimetersystems bewegliche Kugeln oder auch
eine J'lüssigkeitslibelle angeordnet, die bei Neigungen des Hebelarms unter dem
Einfluß von Schwereänderungen am Gravimetersystem zusätzliche Drehmomente erzeigten,
die den Ausschlag des Gravimetersystems in vorteilhafter Weise vergrößerten. Es
ist unter anderem I,ekannt, zur Vergrößerung der Neigungen des Gravimetersystems
am Waagehalken des Gravimeters ein 1 lorizontalpelldel zu befestigen, wohei sich
jedoch ebenso wie bei den oben erläuterten Ausfiihrungsformen - Schwierigkeiten
in der Dämpfung des Gesamtsystems ergeben, die nicht zur Gänze behoben worden sind.
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Derartige Schwierigkeiten werden gemäß der vorliegenden Erfindung
an Gravimetern der oben näher liezeichneten Art dadurch beseitigt, indem am Hebelam
des Gravimeters ein vertikal hängender. an sich I,ekannter Pendelkörper angeordnet
ist, der an Fäden oder Bändern astatisch aufgehängt ist, so daß sich bei Änderungen
der Schwerkraft der Pendelkörperschwerpunkt im Sinne der Unterstützung des wirk-Samen
Drehmomentes in Richtung des Hebelarms verlagert.
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Bei einem nach der Erfindung ausgebildeten Gravimeter bereitet es
keinerlei Schwierigkeiten, sowohl das Gravimeter selbst als auch die am Gravimeter
augeordnete pendelnde Hilfsmasse ausreichend zu dämpfen, so daß das Schwingungsverhalten
des Gesamtsystems zu einem als praktisch verwendungsfähig anzusehenden Gravimeter
führt. Nach einem weiteren WIerkmal der Erfindung ist der astatisch aufgehängte
Pendelkörper selbst Bestandteil einer Luftdämpfungseinrichtung.
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In den Figuren ist als Ausfübrungsbeispiel ein der Erfindung entsprechendes
Gravimetersystem schematisch dargestellt, wobei von Mitteln zur astatischen Aufhängung
einer Masse Gebrauch gemacht wird, die von älteren Seismometersystemen her an sich
bekannt sind und die geeignet sind. die eingangs erwähnten bekannten Schwierigkeiten
restlos zu beseitigen, wobei nicht einmal über die üblichen beim Gravimeterhau notwendigen
Vorkehrungen zur Bewahrung der Reproduzierliarkeit des Gravimeterskalenwertes hinaus-
gangen
werden muß, um die einwandfreie Funktion des Systems zu garantieren.
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In der Fig. 1 ist eines der üblichen Gravimeter mit einer horizontal
gelegenen Torsionsfederanordnung dargestellt. Die an den Stützen 1 und 2 innerhalb
eines Gravimetergehäuses (nicht dargestellt) befestigten Torsionsfedern 3 und 4
halten der Gravimetermasse 5 über den Hebelarm 6, der über 7 mit den Federn 3 und
4 in Verbindung steht, das Gleichgewicht. Das Teil 7 trägt einen Spiegel 8, über
den ein durch eine nicht dargestellte Lichtquelle erzeugter, über den Reflektor
9 eingelenkter Lichtzeiger 10 geführt ist. Der Zeiger 10 wird nach Reflexion an
8 an einen ortsfesten Spiegel 11 erneut reflektiert und über 8 zurück in das Okular
12 einer Beobachtungseinrichtung eingelenkt.
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Seine jeweilige Stellung kann dort an einer Skala 13 beoliachtet werden.
Die gesamte schematisch angedeutete Anordnung ist nach der Art bekannter Autokollimationseinrichtungen
ausgebildet und gestattet es, Schwereänderungen, die sich als Änderungen des am
Hebel 6 wirksamen Drehmomentes zu erkennen geben, messend zu verfolgen. Wie üblich
ist das Gravimeter so ausgebildet, daß die Durchführung der Schweremessung nach
einer Nullmethode möglich wird. Hierzu dient die in der Figur angedeutete, an der
Gravimetermasse 5 befestigte weiche Feder 14, die es zuläßt, das durch die Schwereänderung
über die Masse 5 zusätzlich erzeugte Drehmoment durch Betätigung der Meßspindel
15 meßbar zu kompensieren.
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Die Längenänderung der Feder 14 kann wie üblich an einer beleuchteten
Glasskala 15' abgelesen werden.
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Die bei Änderung der Gravitationskräfte eintretenden äquivalenten
relativen Gewichtsveränderungen der Gravimetermasse 5 sind nun bekanntlich außerordentlich
klein, so daß sich diese auch als außerordentlich geringe Veränderungen des Drehmomentes
am Hebelarm 6 zu erkennen geben. Zur Vergrößerung
dieses Drehmomentes
dient der dem Erfindungsvorschlag entsprechende Pendelkörper 20, der an Fäden oder
Bändern befestigt in vertikaler Richtung am Hebel 6 astatisch aufgehängt ist. Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Pendelkörper 20 innerhalb der eigentlichen
Gravimetermasse 5 angeordnet und die Aufhängung so getroffen, daß bei geringen Neigungen
des Pendelkörpers 20 sein Schwerpunkt in Richtung des Hebelarms 6 so wandert, daß
das resultierende Drehmoment am Hebel 6 in der Meßrichtung vergrößert wird. Die
Größe dieser Schwerpunktsverschiebung hängt von der Dimensionierung der Aufhängemittel,
d. h. also von dem Abstand ihrer oberen Aufhängepunkte, vom Abstand ihrer unteren
Aufhängepunkte und vom Abstand des Schwerpunktes des Pendelkörpers von der Verbindungslinie
der oberen Aufhängepunkte bzw. von dem Verhältnis der genannten Größen untereinander
ab. Der Pendelkörper selbst erfährt bei Verlagerungen seiner Aufhängepunkte gleichzeitige
Verdrehungen um einen Drehpunkt, der mit den Verschiebungen der Aufhängepunkte wandert.
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In der Fig. 2 ist die Gravimetermasse 5 der Fig. 1 der Verdeutlichung
wegen noch einmal im Schnitt dargestellt. Die eigentliche Gravimetermasse 5 besteht
aus einem zylindrisch geformten Körper, der mit seiner zentralen Bohrung 21 auf
dem Hebel 6 aufgesteckt und an diesem mittels Schraubverbindungen 21' verschraubt
ist. An 5 ist vermittels der Schrauben 22 eine Blattfeder 23 befestigt, die ein
starres Bauteil 24 trägt, an dem die Fäden bzw. die Bänder, die den Pendelkörper
20 astatisch tragen, befestigt sind. Der Pendelkörper 20 ist seinerseits zylindrisch
geformt (vgl. auch die Fig. 3, in der dieser Körper gesondert dargestellt ist) und
weist eine Bohrung 25 auf, die weit ist im Vergleich zu 22'. Der Pendelkörper 20
kann also sowohl in seiner Längsrichtung als auch quer dazu in vertikaler Richtung
frei schwingen. Er ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel an vier Fäden 27, 27',
28 und 28' an 24 aufgehängt, so daß sich diese Fäden paarweise nach Art eines übergeschlagenen
Gelenkvierecks kreuzen. Die Art der Aufhängung verhindert gleichzeitig Bewegungen
des Pendelkörpers quer zur Ebene seiner Aufhängemittel. In der Fig. 1 sind nur zwei
dieser Fäden sichtbar, während in der Fig. 2, die einen zentralen Schnitt der Gravimetermasse
wiedergibt, diese Fäden nicht sichtbar sind. Es sind selbstverständlich zur Aufhängung
des Pendelkörpers nicht notwendig, vier Fäden oder Bänder vorzusehen, vielmehr genügen
im Prinzip deren zwei. Jedoch sind zur Erreichung einer hinreichenden Stabilität
des Pendelkörpers 20 gegenüber Kippungen mindestens drei geeignet angeordnete Fäden
zweckmäßig. Der Pendelkörper ist im Ausführungsbeispiel mit einer Einrichtung zur
Luftdämpfung seiner Bewegungen versehen.
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Hierzu ist der Körper 20 (vgl. auch Fig. 3) an seinen beiden Enden
mit kolbenartigen Erweiterungen 29 und 30 versehen, die in entsprechend zylindrischen
Bohrungen 31 und 32 der Gravimetermasse 5 mit einem entsprechenden Längs- und Querspiel
hineinpassen und eine hinreichende Dämpfung gewährleisten.
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Die Bohrung 31 befindet sich an dem Teil 5' der Gravimetermasse, das
über eine Schraubverbindung 33, 33' und 33" an 5 befestigt ist. Der Träger 24, der
also die oberen Befestigungspunkte der Fäden 27, 27', 28, 28' aufnimmt, ist durch
die Schraube 34, die gegen 5' drückt, gegenüber der eigentlichen Gravimetermasse
5 und 5' auf Grund der Blattfeder neigbar und ermöglicht so die Justierung des Pendelkörpers
2a.
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Neben einer Justierung der oberen Aufhängepunkte des Pendelkörpers
20, von denen in der Fig. 1 die
Aufhängepunkte 28" und 27" sichtbar sind, ist es
zweckmäßig, auch Mittel vorzusehen, die die willkürliche justiermäßige Verlagerung
des Pendel schwerpunktes gestatten. Hierzu dient das in vertikaler Richtung senkrecht
auf dem Pendelkörper 20 stehende, auf der Gewindestange 40 verschiebbare Laufgewicht
41 und das senkrecht dazu vorzugsweise in Richtung des Hebels 6 verschiebbare Laufgewicht
42 (vgl. Fig. l), das auf der Stange 43 verschoben werden kann.
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Es ist einzusehen, daß die erläuterte Anordnung nicht die einzig
mögliche ist; vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen durchführbar.
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So kann z. B., wie in der Fig. 4 angedeutet, die gesamte Gravimetermasse
dem Pendel 20 zugeschlagen werden. Es bezeichnet in der Fig. 4 schematisch 50 einen
Teil des Hebelarms 6; 51, 51' und 52' hezeichnen die Fäden, die an 50 befestigt
sind und in Analogie zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 nunmehr die gesamte
Gravimetermasse 53 astatisch tragen. Zum Unterschied der Aufhängung des Pendel körpers
20 laufen hier die Aufhängefäden am Pendelkörper zu einem Punkt zusammen. Auch bei
dieser Anordnung ist eine verwindungsfreie Aufhängung des Pendelkörpers 53 garantiert.
Selbstverständlich sind auch hier wieder Mittel zur Justierung des Schwerpunktes
von 53 und zur Dämpfung der Bewegungen der Gravimetermasse vorzusehen.
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Es ist darüber hinaus weiterhin möglich, über den Pendelkörper 20
bzw. 53 einen Lichtzeiger zu fiihren, um die hei Schwereänderungen über die Schwerpunktsverschiebung
des Pendelkörpers hinaus auftretenden Verdrehungen dieses Körpers zur Ermittlung
der Gewichtsveränderungen der Gravimetermasse auszunutzen. Auch sind in bekannter
Weise heispielsweise magnetische Einrichtungen zur Dämpfung der Pendelbewegungen
anwendbar. In jedem Fall hleiben die Vorteile der astatischen Vertikalpendelaufhangung
erhalten. Der Skalenwert der Instrumente bleibt jenseits jeder schädlichen Reibung
reproduzierbar. Temperaturänderungen nehmen bei einer symmetrischen Ausbildung des
Pendelkörpers und entsprechender Wahl seiner Aufhängemittel keinen Einfluß auf die
Messung, und es ist nicht einmal erforderlich, daß der Hebelarm 6 beispielsweise
etwa wie im Fall der Verwendung eines Horizontalpendels stets exakt horizontal vor
der Messung ausgerichtet sein muß. Fernerhin läßt sich dem astatisch aufgehängten
Vertikalpendel bei entsprechender Bemessung seiner Aufhängemittel und durch geeignete
Wahl seiner Schwerpunktslage jeder gewünschte Grad von Stabilität erteilen.
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Zudem ist man in der Lage, eben durch die Wahl dieser Mittel, die
Empfindlichkeit des gesamten Gravimeters so auszubilden, daß relativ großen Schwerpunktsverschiebungen
des Pendelkörpers in vertikaler Richtung - etwa durch Verschieben des Gewichtes
41 und 40 - noch relativ geringe Veränderungen des Drehmomentes am Hebelarm 6 entsprechen,
d. h. also der Astasierungsgrad des gesamten Systems läßt sich relativ leicht beherrschen.