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Elektrisches Dreheiseninstrument
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Rundspul-Dreheiseninstrument mit zwei an den beiden Stirnseiten des Spulenkörpers angeordneten, aus je einer planparallelen Platte gebildeten, ringförmigen und in ihrer gegenseitigen Lage einstellbaren Polen und einem an einer im wesentlichen sich parallel zur Achse des Spulenkörpers erstreckenden Drehachse befestigten Dreheisen, wobei die durch den Spulenstrom induzierten Feldlinien hintereinander die Pole und das Dreheisen unter Überbrückung des Luftspaltes zwischen den Polen und dem Dreheisen durchsetzen.
An Dreheiseninstrumente wird meist die Forderung gestellt, dass sie einen grossen Drehwinkel, möglichst bis an 3600, aufweisen, um sie besser ablesen zu können. Gleichzeitig ist es aber für eine wirtschaftliche Fertigung wünschenswert, dass vorgedruckte Skalen verwendet werden können. Diese beiden Forderungen lassen sich bei bekannten Instrumenten nur unzureichend gleichzeitig erfüllen, da Geräte mit grossem Ausschlag durch die Fertigungstoleranzen so grosse Anzeigeschwankungen aufweisen, dass die Skalen eigens für jedes Instrument erst nach dem Zusammenbau des Messwerkes angefertigt werden können, oder dass aber die Anzeigegenauigkeit unzulässig gering wird.
Zur Vermeidung der genannten Nachteile wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die beiden Pole unabhängig voneinander auf je einer Stirnseite des Spulenkörpers angeordnet sind, wobei mindestens ein Pol drehbar gelagert ist und in seinem vom Dreheisen überstreichbaren Bereich in an sich bekannter Weise eine von einer Kreisform abweichende Begrenzung zur Beeinflussung des Magnetfeldes in Abhängigkeit vom Ausschlag aufweist.
Damit ist es auf einfache Weise, nämlich durch Verdrehen eines oder beider Pole, möglich, nach dem Zusammenbau des Messwerkes einschliesslich der Skala eine Eichung vorzunehmen, wobei verhältnismässig enge Toleranzen erzielt werden können. Durch entsprechende Formgebung der Polbegrenzungen lässt sich ausserdem praktisch jeder gewünschte Skalenverlauf, wie linear, quadratisch, logarithmisch usw. erzielen, ohne dass zusätzliche Bauelemente, wie beispielsweise eine zweite Spule, ein zusätzliches Joch od. dgl., erforderlich wären. An sich bekannte Massnahmen zur Verringerung des Eigenverbrauches bzw. zur Erhöhung der Empfindlichkeit, zur Verschiebung des Nullpunktes in Skalenmitte für Gleichstrommessungen oder zur Abschirmung gegen Fremdfelder lassen sich beim erfindungsgemässen Instrument ohne Komplikationen treffen.
Es sind bereits justierbare Frontplatten für Dreheiseninstrumente vorgeschlagen worden, in welchen die Verdrehung der Zeigerachse durch Anziehungskräfte erzeugt wird. Die Justierung ist in dem bekannten Gerät jedoch äusserst schwierig, da die Platten axial bewegt werden, wodurch die Grösse des Luftspaltes verändert wird ; da immer eine grosse Kraftwirkung angestrebt wird und diese mit grösser werdendem Luftspalt quadratisch abnimmt, sind der Justiermöglichkeit enge Grenzen gesetzt.
Ausserdem ist wegen der quadratischen Abhängigkeit die Justierung äusserst empfindlich und daher nur schwierig genau durchzuführen. Die Möglichkeit, durch eine Verschiebung der zweiten Polplatte auch
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eine Justierung des Skalenverlaufes zu erzielen, wurde überhaupt nicht vorgesehen. Schliesslich sind für die nötige empfindliche Justierung mehrere Bauelemente nötig.
Nach besonderen Kurven geformte bewegliche oder feste Eisen sind in Dreheiseninstrumenten an und für sich bekannt, doch fanden sie bisher nur Verwendung in Instrumenten, welche zumindestens zum Teil auf der Wirkung abstossender magnetischer Kräfte beruhen ; eine Justierungsmöglichkeit im Zusammenhang mit der besonderen Formgebung wurde bisher nicht vorgeschlagen und wäre auch nur mit einem besonderen Bauaufwand möglich, wobei die Zugänglichkeit der einzelnen Elemente stark eingeschränkt wäre.
Demgegenüber ermöglicht die erfomdimgsgemäss vorgeschlagene Anordnung den Bau eines Instrumentes, welches eine geringe Zahl von Teilen aufweist, welche leicht zugänglich sind, und welches einfach und in einem weiten Bereich justiert und ausserdem an die verschiedensten besonderen Erfordernisse der Praxis angepasst werden kann.
Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Der Schutz soll sich jedoch nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Konstruktionen beschränken. Auch haben die Bezugsziffern nur erläuternden Charakter. Es zeigen : Fig. 1 eine axonometrische Ansicht des Instrumentes mit 2700 Skala, mit Teilausschnitt ; Fig. 2 ein Detail des weichmagnetischen Poles aus Fig. l ; Fig. 3 ein Detail eines weiteren Ausführungsbeispieles eines weichmagnetischen Poles ; Fig. 4 ein Detail eines weiteren Ausführungsbeispieles eines weichmagnetischen Poles ; Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines Dreheisens im Auf- und Seitenriss; Fig.6 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Dreheisens im Auf-und Seitenriss ; Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Dreheisens im Aufund Seitenriss ;
Fig. 8 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Dreheisens im Auf-und Seitenriss Fig. 9 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles des erfmdungsgemässen Instrumentes ; Fig. 10 einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Instrumentes ; Fig. 11 einen Längsschnitt eines vierten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Instrumentes ; Fig. 12 den Grundriss des Instrumentes nach Fig. ll ; Fig. 13 einen Längsschnitt eines fünften Ausführungsbeispieles des erfmdungsgemässen Instrumentes ; Fig. 14 den Grundriss des Instrumentes nach Fig. 13 ; Fig. 15 einen Längsschnitt eines sechsten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Instrumentes ; Fig. 16 den Grundriss des Instrumentes nach Fig. 15 ;
Fig. 17 einen Längsschnitt eines siebenten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Instrumentes ; Fig. 18 den Grundriss des Instrumentes nach Fig. 17 ; Fig. 19 eine axonometrische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Instrumentes mit Teilausschnitt.
Auf dem Spulenkörper --1-- ist die Erregerwicklung --2-- aufgebracht. Die Polplatten --3-- weisen an ihrem inneren oder äusseren Umfang von der Kreisform abweichende Begrenzungen au± Das Dreheisen--4--ist an der unter der Einwirkung einer Feder --5-- stehenden Achse--6-des Messwerkes befestigt. Die Achse-6-trägt den Zeiger-7-.
Wie insbesondere aus Fig. l entnommen werden kann, entsteht das Drehmoment dadurch, dass
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Der von den platten --3-- über den Luftspalt auf das Dreheisen --4-- übertretende magnetische Kraftfluss bewirkt eine Anziehung und sucht das Dreheisen --4-- entgegen der Wirkung der Feder - so zu verdrehen, dass eine möglichst grosse Länge der Stirnfläche-4'-den Polplatten --3-- gegenüber steht.
Durch die Wahl der Begrenzungen --3'-- der Pole --3-- lässt sich der Verlauf des Magnetfeldes und damit der Skalenverlauf weitgehend beeinflussen. Beispiele dafür sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt. Bei der Ausführung nach Fig. 2 wird das Drehmoment mit grösser werdenden Ausschlag kleiner, bei einer solchen nach Fig. 3 grösser. Bei der Ausführung nach Fig. 4, welche mit zwei diametral angebrachten Dreheisen zusammenwirkt, ist das Drehmoment bei Halbierung des Ausschlages verdoppelt.
In den Fig. 5 bis 8 sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten des Dreheisens dargestellt, wobei die Seitenfläche mit --4"-- bezeichnet ist. Gegenüber der einfachen Ausführung nach Fig. 5 in Form eines einfachen Plättchens ergibt die Form nach Fig. 6 mit verbreiterten Stirnflächen-4'-eine Vergrösserung des Drehmomentes, jene nach Fig. 7 durch den Ausschnitt --4"'-- eine Verringerung des Gewichtes und der Trägheit. Mit der Form nach Fig. 8 mit besonders geformten Stirnwänden --4'-- lässt sich der Verlauf des Drehmomentes beeinflussen.
Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemässen Instrumentes sind die Polplatten --3-- oder zumindestens eine der beiden Pole um die Geräteachse drehbar gelagert. Werden beide Pole im gleichen Sinn verdreht, so wird vor allem die Empfindlichkeit des Instrumentes beeinflusst.
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Durch eine gegenseitige Verdrehung wird hingegen im wesentlichen der Skalenverlauf verändert.
Wird eine Polplatte --3-- abgesetzt ausgeführt, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist, so kann
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--4-- vermindert--l-- für gewisse Anwendungen Konstruktionsvorteile entstehen.
Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 11 und 12 ist das Dreheisen --4-- nicht direkt an der Geräteachse --6--, sondern an dem an dieser befestigten Zeiger --7-- angebracht und liegt ausserhalb des Spulenkörpers. Dementsprechend weisen die Polplatten-3-die von der Kreisform abweichenden Begrenzungen --3'-- an ihrem Aussenumfang auf. An der Funktion des Gerätes und an den durch die erfindungsgemässe Ausführung der Polplatten gegebenen vorteilhaften Möglichkeiten der
Justierung ändert sich dabei nichts.
Wie Fig. 13 zeigt, ist es auf einfache Weise möglich, die beiden Polplatten durch einen Dauermagneten --8-- zu verbinden ; damit tritt eine Polarisierung ein, so dass das Gerät auch bei nicht erregter Spule einen Ausschlag zeigt und bei Gleichstrom auch die Stromrichtung angibt. Der Polarisationsmagnet-8-wird dabei mit einem Pol-3-- fest verbunden oder am
Wicklungskörper befestigt ; bei einer Einstellbewegung der Polplatten --3-- tritt dann eine
Gleitbewegung zwischen diesen und dem Magnet auf.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 15 und 16 ist nicht nur das Dreheisen-4--, sondern auch die Achse --6-- ausserhalb des Wicklungskörpers-l-angeordnet, welcher dadurch sehr klein ausgeführt werden kann.
Zur Abschirmung von Fremdfeldern und zur Erhöhung der Empfindlichkeit bzw. Verringerung des Eigenverbrauches können die Pole durch ein Rückschluss-Element verbunden werden. Vorzugsweise erhält dieses die Form eines Zylinder-9-, wie dies in den Fig. 17 und 18 dargestellt ist.
Fig. 19 zeigt eine Variante, bei welcher das Dreheisen --4-- axial über die Polplatten-3-hinausragt. Das Feld schliesst sich hier über den Luftspalt von den Polplatten-3-zum Dreheisen - in radialer Richtung. Ein Vorteil dieser Ausführung ist, dass das Dreheisen --4-- ohne Demontage der Polplatten-3-ausgebaut werden kann.
Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Varianten möglich. So können die beiden Polplatten unterschiedliche Begrenzungskurven erhalten, wodurch die Anpassungsmöglichkeiten weiter erhöht werden. Insbesondere ist es damit möglich, ein vom Ausschlag praktisch unabhängiges Drehmoment zu erzielen. Aus erfindungsgemässen Messgeräten aufgebaute Quotientenmesser od. dgl. weisen die erwähnten Vorteile, nämlich unter anderem einfachen Aufbau und weitgehende Justiermöglichkeit, in besonderem Masse auf. Durch den Einbau einer mit Wechselstrom gespeisten Spule kann das Gerät einfach als induktiver Geber für Fernmessung oder Fernsteuerung ausgebildet werden. An Stelle der mechanischen kann auch eine magnetische Feder treten, wobei das Gegenmoment durch entsprechend geformte Hilfsausschnitte an den Polen erzeugt wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrisches Rundspul-Dreheiseninstrument mit zwei an den beiden Stirnseiten des Spulenkörpers angeordneten, aus je einer planparallelen Platte gebildeten, ringförmigen und in ihrer gegenseitigen Lage einstellbaren Polen und einem an einer im wesentlichen sich parallel zur Achse des Spulenkörpers erstreckenden Drehachse befestigten Dreheisen, wobei die durch den Spulenstrom induzierten Feldlinien hintereinander die Pole und das Dreheisen unter Überbrückung der Luftspalte
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wobei mindestens ein Pol (3) drehbar gelagert ist und in seinem vom Dreheisen (4) überstreichbaren Bereich in an sich bekannter Weise eine von einer Kreisform abweichende Begrenzung (3') zur Beeinflussung des Magnetfeldes in Abhängigkeit vom Ausschlag aufweist.
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