DE1259584B - Messpendel zur Anzeige und Kompensation kleiner Neigungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. Cl.:

GOIc

Deutsche KL: 42 c-24/04

Nummer: 1 259 584

Aktenzeichen: J 29342IX b/42 c

Anmeldetag: 8. November 1965

Auslegetag: 25. Januar 1968

Die Erfindung betrifft ein Meßpendel zur Anzeige und Kompensation kleiner Neigungen, das eine Dämpfungsvorrichtung besitzt und an einem Träger um mindestens eine Achse schwenkbar gelagert ist, der in der Schwingungsebene des Pendels rechtwinklig zur Schwenkachse verschiebbar angeordnet ist.

Bekanntlich werden Meßpendel zur Bestimmung kleiner Neigungen oder der Lotrichtung in Neigungsmessern, Nivellierinstrumenten, Theodoliten und auch in Meßmaschinen verwendet. Dabei kann zur selbsttätigen Regelung der Ziellinie eines Fernrohrs oder Mikroskops ein im Strahlengang des optischen Gerätes befindliches Bauteil unmittelbar mit dem Meßpendel oder zur Neigungsanzeige das Meßpendel mit einem Indikator verbunden sein. Die Aufhängung des Meßpendels ist zum Zweck der Kompensation von Materialfehlern der Aufhängung lösbar mit dem Instrument verbunden, dessen Neigung kompensiert oder angezeigt werden soll. Während der Messung ist die Aufhängung fest mit dem Instrument verbunden. Die in der Regel an Stelle der herkömmlichen Flüssigkeitslibellen verwendeten Meßpendel besitzen jenen gegenüber den Nachteil, daß sie infolge ihrer wesentlich höheren Eigenfrequenz bei Translationsschwingungen des Instrumentenstandortes Rotationsschwingungen um die Pendelschwenkachse ausführen und dadurch die Sicherheit und Eindeutigkeit der Messung nicht gewährleisten. Besonders wirkt sich dieser Nachteil als Zielbild-Schwingung bei geodätischen Messungen aus, wenn das Meßinstrument auf Türmen oder Gerüsten aufgestellt ist. Der Anregung des Meßpendels zu Rotationsschwingungen um seine Schwenkachse könnte zwar durch die Zuordnung einer großen geschwindigkeitsproportionalen Dämpfung begegnet werden; jedoch verbieten die geforderten kurzen Pendeleinschwingzeiten diese Möglichkeit der Dämpfung.

Ferner ist es bekannt, die Schwingungen einer schwingenden Masse dadurch zu beeinflussen, daß man mit dieser Masse eine zweite ebenfalls schwingungsfähige Masse verbindet. Ein derartiges schwingungsfähiges System tilgt die es erregenden Schwingungen aber nur bei einer bestimmten Frequenz und Amplitude oder innerhalb eines engen Frequenzbereichs.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Meßpendel und seinen Träger so auszubilden und zu lagern, daß sich Translationsschwingungen des Pendelstandortes weitestgehend nicht als Rotationsschwingungen des Meßpendels auswirken, so daß die Eindeutigkeit der Neigungskompensation und/oder -bestimmung unab-Meßpendel zur Anzeige und Kompensation
kleiner Neigungen

Anmelder:

Jenoptik Jena G. m. b. H., Jena, Carl-Zeiss-Str. 1

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Karl-Werner Gommel, Jena

hängig von der Erregerfrequenz und -amplitude gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Träger ebenfalls eine Dämpfungsvorrichtung zugeordnet ist und daß Dämpfungsfaktoren beider Dämpfungsvorrichtungen ein von der Ausbildung des Trägers abhängiges Verhältnis miteinander bilden, bei dem die Drehschwingungen des Meßpendels um seine Achse ein Minimum sind. Das Meßpendel kann hängen oder stehen. Der Träger kann ein Wagen oder eine Masse sein, die z. B. vorgespannte Federn in einer Sollage halten.

Im Sinne einer einfachen und reibungsarmen Lagerung ist es von Vorteil, wenn der Träger ebenfalls ein stehend oder hängend angeordnetes Pendel ist. In diesem Fall treten für alle Erregerfrequenzen minimale Schwingungen des Meßpendels um seine Schwenkachse auf, wenn der Schwerpunkt des Gesamtsystems in die Schwenkachse des Trägerpendels zu liegen kommt. Konstruktionsgebundene Abweichungen von dieser Bedingung sind innerhalb verhältnismäßig weiter Grenzen praktisch ohne jeden Einfluß auf die richtige Funktion des Meßpendels. Sind zwei Pendel mit Hilfe von Kreuzfedergelenken schwingungsfähig gelagert, so lassen sich durch die beschriebene Anordnung der Pendel die sich oft empfindlich auswirkenden Dimensionierungsgenauigkeiten der gekreuzten Federn oder Bänder verringern.

Zur geschwindigkeitsproportionalen Dämpfung können als Dämpfungsvorrichtungen in Zylindern gleitende Kolben oder Wirbelstrombremsen dienen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der beschriebenen Vorrichtung im Seitenriß zur Erläuterung der bestehenden mathematischen Beziehungen,

F i g. 2 und 3 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Pendeln im Seitenriß und Längsschnitt,

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3 4

F i g. 4 eine weitere schematische Darstellung der Bei Anordnung der dargestellten Pendelvorrich-

beschriebenen Vorrichtung im Seitenriß und tang in einem nicht dargestellten optischen Beob-

Fig.5 und 6 ein der Fig. 4 entsprechendes Aus- achtungsgerät wird die Basis 13 am Gerät so beführungsbeispiel in Ansicht und Längsschnitt. festigt, daß der Spiegel 23 im Beobachtungsstrahlen-

An einer Basis 1 ist in F i g. 1 in Lagern 2 ein als S gang zu liegen kommt. An Stelle des Spiegels 23 Pendel 3 ausgebildeter Träger mit der Masse Tn₁ um kann auch ein anderes optisches Bauteil oder ein eine Achse A₁-A₁ schwenkbar gelagert. Das Pendel 3 Zeiger am Pendel 22 befestigt werden. Auch ist es ist aus der Normallage L₁-L₁ ausgelenkt und hat möglich, die Dämpfungsvorrichtungen 17, 18 und eine Länge I₁ und einen Schwerpunkt S₁, der sich im 25, 27 so aufzuteilen, daß jedem Pendel 16 bzw. 22 Abstand Z_Sl von der Achse A₁-A₁ befindet. Im Ab- io mehrere Kolben und Zylinder zugeordnet sind,
stand l_Dl von der Achse A₁-A₁ ist auf dem Pendel 3 In Fig. 4 ist auf einer Basis 28 ein als Wagen 29

ein Dämpfungszylinder 4 befestigt, der über einem ausgebildeter Träger mit der Masse m₄ auf Rollen mit der Basis 1 fest verbundenen Kolben 5 gleitet. 30, 31 verschiebbar gelagert. Am Wagen 29 ist ein Ein weiteres Pendel 6 mit der Masse m₂ ist am Pen- Dämpfungszylinder 32 befestigt, der über einen mit del 3 um eine zur Achse A₁-A₁ parallele Achse A₂-A₉ *5 der Basis 28 starr verbundenen Dämpfungskolben 33 schwenkbar gelagert. Der Schwerpunkt S₂ des Pen- gleitet und mit einem Dämpfungsmittel 34 gefüllt ist. dels 6 liegt im Abstand Z₅₂ von der Achse A₂-A₂. Am Wagen 29 hängt in Lagern 35 ein um eine Außerdem ist auf dem Pendel 6 ein Dämpfungs- Achse A_i-A_i schwenkbares Pendel 36 mit der zylinder 7 im Abstand l_D2 von der Achse A₂-A₂ Masse m₅ und dem Schwerpunkt S₄, dessen Abstand befestigt, der über einem mit der Basis 1 starr ver- 2° von der Achse A₄-A₄ mit l_Si bezeichnet ist. Außerbundenen Dämpfungskolben 8 gleitet. Der Dämp- dem ist mit dem Pendel 36 ein Dämpfungskolben 37 fungsfaktor der Dämpfungsvorrichtung 4, 5 ist k_v im Abstand l_{D 4} von der Achse A₄-A₄ verbunden, der der der Dämpfungsvorrichtung 7, 8 ist k₂. Diese in einem mit einem Dämpfungsmittel 38 gefüllten, Dämpfungsfaktoren hängen im wesentlichen von an der Basis 28 angeordneten Dämpfungszylinder 39 den zwischen Zylinder und Kolben befindlichen 25 gleitet. Die Dämpfungsvorrichtungen 32,33 und 37, Ringspalten 9 und 10 sowie von dem im Zylinder 4 39 besitzen entsprechend die Dämpfungsfaktoren Zc₄ bzw. 7 befindlichen Dämpfungsmittel 11 bzw. 12 ab. und k₅. Mit den angegebenen Bezeichnungen bilden Mit den in Fig. 1 angegebenen Bezeichnungen bil- diese Dämpfungsfaktoren ein Verhältnis
den die Dämpfungsfaktoren Ic₁ und k₉ ein Verhältnis " 30 ^L= (^m4 + ^m5) '¹Di _ γ (2)

h ^l

*L ₌ (ßsi+JPi' ¹Si²)· ¹D2-^m2Λ²:fogJllsgl_> miteinander, bei dem die Verschiebebewegung des

^fc2 ^m2'^lS2''-Di Wagens 29 ein Minimum an Schwingungen des Pen-

(1) 35 dels 36 um die Achse A₄-A₄ erzeugen.

Die F i g. 5 und 6 zeigen einen in Kugelführungen

bei dem trotz Horizontalschwingungen der Basis 1 40 und 41 auf einer Basis 42 verschiebbar gelagerdas Pendel 6 ein Minimum an Schwingungen um die ten als Wagen 43 ausgebildeten Träger. An Basis Achse A₂-A₂ ausführt. &_Sl ist das Massenträgheits- und Wagen sind zwei Federn 44 und 45 befestigt, moment des Pendels 3 um den Schwerpunkt S₁. Das 40 von denen die eine Feder 44 gegen den Wagen 43 Pendel 6 ist ein geometrisches Pendel und befindet drückt und die andere Feder 45 entgegen der Wirsich deshalb in einer zur Normallage L₁-L₁ parallelen kung der Feder 44 ihn zieht. Auf diese Weise span-Lage. nen sich beide Federn gegenseitig vor. Außerdem ist In den F i g. 2 und 3 ist an einer Basis 13 mit Hilfe an der Basis 42 ein Dämpfungszylinder 46 befestigt, von Kreuzfedergelenken 14 und 15 ein Träger in 45 in den ein mit dem Wagen 43 verbundener Dämp-Form eines Pendels 16 um eine Achse X₁-Z₁ fungskolben 47 hineinragt. Ein Pendel 48 ist mittels schwenkbar gelagert. Das Pendel 16 trägt einerseits Kreuzfedergelenken 49, 50 am Wagen 43 um eine den Dämpfungskolben 17, der in einen an der Basis Achse X₅-X₅ schwenkbar aufgehängt und an dem befestigten Dämpfungszylinder 18 hineinragt, und der Aufhängung abgewandten Ende mit einem andererseits ein Gegengewicht 19. Außerdem ist an 50 Dämpfungskolben 51 versehen, der in einem an dereinem Ende des Pendels 16 mittels Kreuzfeder- Basis 42 befestigten Dämpfungszylinder 52 beweggelenken 20 und 21 ein zweites, um eine Achse Hch ist. Mit dem Pendel 48 ist in der Nähe der Auf- X₂-X₂ schwenkbares Pendel 22 aufgehängt, das mit hängung ein Zeiger 53 starr verbunden, dem gegeneinem Spiegel 23 in einer Fassung 24 und mit einem über am Wagen 43 eine Skala 54 vorgesehen ist.
Dämpfungskolben 25 versehen ist. Der Spiegel 23 55 Neigt sich die Basis 42, so erfährt der Wagen 43 ist so angeordnet, daß seine reflektierende Fläche 26 so lange eine Bewegung in den Kugelführungen 40 die Achse X₂-X₂ enthält. Der Dämpfungskolben 25 und 41, bis die auf den Wagen ausgeübten Kräfte ragt in einen an der Basis 13 befestigten Dämpfungs- der Federn 44 und 45 sich ausgleichen. Die Dämpzylinder 27 hinein. Das am Pendel 16 befestigte fung dieser Bewegung besorgt der im Zylinder 46 Gegengewicht 19 bewirkt eine Verlagerung des 60 gleitende Kolben 47. Gleichzeitig schwingt das Pen-Schwerpunktes S₃ des gesamten schwingungsfähigen del 48 um die Achse X₅-X₅ in eine neue Gleich-Systemsl6, 22 in die Nähe der Achse X₂-X₂. Das gewichtslage ein, die es über den Zeiger 53 an der Skala Verhältnis der Dämpfungsfaktoren der mit Luft- 54 anzeigt. Die Dämpfung der Pendelschwingung dämpfung arbeitenden Dämpfungsmittel 17,18 und erfolgt durch den sich im Zylinder 52 bewegenden 25, 27 ist so bemessen, daß die Gleichung (1) prak- 65 Kolben 51.

tisch erfüllt ist und das Pendel 22 durch Schwingun- Ist nun die Basis 41 Schwingungen parallel zu den

gen des Pendels 16 um die Achse X₁-Z₁ nicht zu Kugelführungen 40 und 41 ausgesetzt, so wirken sich

Schwingungen um die Achse X₂-X₂ angeregt wird. diese praktisch nicht als Pendelschwingungen um die

Achse X₅-X₅ aus, die Stellung des Zeigers 53 gegenüber der Skala 54 wird nicht verändert, wenn die Dämpfungsfaktoren der Dämpfungsvorrichtungen 46,47 und 51, 52 sich in dem durch die Formel (2) bestimmten Verhältnis befinden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Meßpendel zur Anzeige und Kompensation kleiner Neigungen, das eine Dämpfungsvorrichtung besitzt und an einem Träger um mindestens eine Achse schwenkbar gelagert ist, der in der Schwingungsebene des Pendels rechtwinklig zur Schwenkachse verschiebbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Träger (3 bzw. 16 bzw. 29 bzw. 43) ebenfalls eine Dämpfungsvorrichtung (4, 5 bzw. 17, 18 bzw. 32, 33 bzw. 46, 47) zugeordnet ist und daß die Dämpfungsfaktoren beider Dämpfungsvorrichtungen ein von der Ausbildung des Trägers abhängiges Verhältnis miteinander bilden, bei dem die Drehschwingungen des Meßpendels (6 bzw. 22 bzw. 36 bzw. 42) um seine Achse (A₂-A₂ bzw. Z₂-Z₂ bzw. A₁-A₁ bzw. X₅-X₅) ein Minimum sind.

2. Meßpendel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger als Pendel (3 bzw. 16) ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1694 998.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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