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Tachometer.
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Die erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erhalten eines
elektrischen Signals als Mass für die Geschwindigkeit eines beweglichen Gliedes,
wobei die Bewegung des Gliedes auf ein als Erreger wirkendes und entlang einer,
eine Drahtspule enthaltende Signalerzeugungsvorrichtuhg bewegliches Element übertragen
wird.
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Es sind Vorrichtungen dieser Art bekannt, wobei Impulsen erzeugt
werden, deren Frequenz den Mass für die veschwindigkeit ist. Diese Vorrichtungen
sind praktisch nur dann anwendbar, falls es sich um verhältnismässig hohe Geschwindigkeiten
handelt, und falls die Bewegung wenigstens während einer verhältnismässiglangen
Zeitabschnitt in derselben Wichtung fortfährt, wie z.B.
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beim Bestimmen der Produktionsgeschwindigkeit von solchen Maschinen
die ein draht- oder bandförmiges Produkt herstellen.
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Verhältnismässig niedrige Geschwindigkeitswerte können damit also
nicht bestimmt werden, und ebensowenig Geschwindigkeiten von nur über kurzem Abstand
versetzte Glieder oder solche die eine hin und hergehende Bewegung ausführen.
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Es ist weiter ein Tachometer der obenerwähnten Art bekannt, mit einer
Drahtsnule und einem im magnetischen Kreis aufgenommenen Dauermagnet. Die Drahtspule
ist gegen einen Teil der-Länge der Innenwandung eines eisernen Hohlzylinders gelegt,
und ein langer stabförmiger Dauermagnet ist in Achsrichtung innerhalb des Zylinders
und hinsichtlich der Spule beweglich. Diese insbesondere zum Bestimmen der Pressgesehwindigkeit
bei Hetallrohr- und otrangpressen entwurfene Konstruktion ist deshalb nachteilig
weil Ihre Abmessungen verhätnismässig gross sind, und weil der KonstruZionsprinzip
keine leichte und einfache Ausführung zulässt, Es wäre ausserdem günstig fälls nicht
nur geradlinige sondern auch Drehgeschwindigkeiten bestimmt werden könnten.
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Die Erfindung hat zum Zweck um eine mehr universelle Tachometereinrichtung
zu schaffen, die eine einfache Konstruktion aufweist,
womit schon
niedrige Geschwindigkeitswerte. und insbesondere auch bei hin- und hergehender wie
auch umlaufender Bewegung bestimmt werden können.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet,
dass die Drahtspule als eine um einen massiven Kern gelegten Wicklung ausgebildet
ist, deren Querschnittsabmessung erheblich kleiner als deren Längenabmesaung ist,
und entlang welcher sich der Bewegungsbahn des Erregungsgliedes erstreckt.
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Eine in dieser Weise ausgebildete Vorrichtung kann, bei geeigneter
Wahl der Drahtstärke, besonders niedrige Geschwindigkeits werte anzeigen.
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Die Drahtspule kann eine einfache gestreckte Gestalt aufweisen. Falls
jedoch die Drahtspule mit Kern als eine U-förmige Schlinge ausgebildet ist, wird
der magnetische widerstand des Kreises verringert sodass ein grösseres Signal erhaltet
wird.
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Das Erregerelement kann die Gestelt eines einfachen Stückes Weicheisen
ausweisen, falls irgendwo in dem magnetischen Kreislauf ein Dauermagnet aufgenommen
ist; letzteres geschieht dann vorzugsweise an der Stelle der Basis der U-förmigen
Schlinge. bine besonders vorteilhafte Ausführung wird ernalten wenn das inegerelement
der dauermagnet des Kreises ist. Die Drahtspule kann dabei einfach von einem bewickelten
weicheisenkern mit geeigneter Gestalt und Bemessung gebildet werden.
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Die erfinåun~ssemässe Signaleinrichtung hat eine grosse Anzahl Anwendungsmöglichkeiten.
wichtige Beispiele sind ein
Potentiometerschreiber un-l ein Spirometer.
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Die Erfindung wira nachstenend an Hand der Zeichnung, die einige
Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert, und es werden dabei weitere vorteilhafte
Massnahmen hervortreten. In der Zeichnung ist: Fig. 1 eine skizzenhafte Darstellung
einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung; Fig. 2 eine skizzenhafte Darstellung
einer zweiten Ausführungsform derer Bemessung dieselbe ist wie im ersten Fall; Fig
3 eine dritte Ausführungsform, eingerichtet für einen kreisbogenförmigen Versetzungsweg
des Erregergliedes; ig. 4 ein Schema eines Potentiometerschreibers, worin die erfindungsgemässe
Vorrichtung Analendung findet; rig. 5 eine schematische Darstellung eines sogenannten
nassen Spirometers, mit einer erfindungsgemässen Signalvorrichtung.
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In Fig. 1 ist ecnematisch eine Ausfünrungsform der erfindungsgemässen
Sigralvorichtung dargestellt, bestehend aus einer Drahtspule 1 und eine Eregerelement
2. Die Drahtspule wird von einem verhältnismässig langen Weicheisenkern 3 gebildet,
welcher kern im wesentlichen über die ganze Länge mit einer wicnlung 4 versehen
ist.
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Die Querschnittsabmessung des Kernes ist kleim im Verhältnis zu dessen
Länge. Die Drahtspule weisst die Gestalt einer U auf, mit einer ganzen @chmalen
Basis 5, sodass die 3eine 6 bzw. 6' in einem in Bezyg auf die Länge geringen Abstand
paraliel zueinander verlaufen. Das Erregerelement 2 weist die Gestalt eines einfachen
Dauermagnets auf, dessen N-5-richtung is wesentlichen senkrscht
zur
Längsrichtung der eine 6, 6' der Drahtspule steht. Das Erre-,erelement 2 ist in
nicht naher dargestellter weise mit dem Glied, dessen Geschwindigkeit bestimmt werden
soll, verbunden, Die Art und Weise dieser Verbindung wird u.a. von dem speziellen
Anwendungsfall bestimmt.
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Mit dieser Aufstellung-wird ein magnetischer Kreis gebildet, und
zwar von den Dauermagnet 2, den an der Seite der 3asis der U-förmigen Schlinge liegenden
Teile der 3eine 6, 6' (in der eichnung also oberhalb des Magnetes) und schliesslich
vom Basisteil 5 selbst. Infolge ansich bekannter fysischer rscheinungen wird, sobald
das Eregerelement 2 zwischen den beinen, und in deren Längsrichttung, in Bewegung
kommt, in der Wicklung 4 eine elektrische Spannung induziert, welche Spannung proportional
zur 'Jersetzungsgeschwindl^keit des Elementes 2 ist. Diese Spannung kann an den
Enden 7, bzw. 7' der wicklung 4 abgenommen werden, zur Verarceitung in der gewünschten
Weise.
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Der Weicheisenkern 3 kann einen Durchmesser von z.B. einigen Efllimetern
aufweisen und eine Länge voneinten Zentimetern oder mehr.
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Die Drahtwicklung 4 besteht auf elektrisch leitendem material wie
tupfer, dessen Stärke von dem speziellen anwendungsfall abhan-Zig ist, u.a. von
der drossenordnung der zu bestimmenden Geschwindigmeiten wie auchy von der gewünschten
Mess genauigkeit. Es wird weiter bemerkt dass jede Versetzung des Eregermagn Spannung
an den Enden 7, 7' der wicklung erscheint, unabhängig von der Andangslage des Erregermagnets,
wobei immer die Versetzungsrichtung
des nagnets aus der Polarität
der gemessenen Spannungs abgeleitet werden kann.
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In Fig. 1 ist vorausgesetzt dass der magnet 2 zwischen den Beinen
6, 6' der Spule bewegt. Seltstverständltch ist es auch möglich um die Bewegung des
Magnets 2 in einer nicht mit der Ebere der U-förmigen Drahtspule zusasengallenden,
jedoch dazu parallelen Ebene stattfinden zu lassen. Das Signal ernält selbstverständlicn
einen Höchstwert, falls der Abstand zwischen den Polen N bzw. S und die Draht spule
möglicbst lein Gehalten wird.
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Die Drahtspule 1 weist nicht notwendig die- Gestalt einer offenen
Schlinge, wie in Fig. 1 gezeichnet, auf. Gründsätzlich genügt ein einfacher bewickelter,
sich entlang der Bewegungsbahn des Erregerelements 2 erstreckenden Kern, In disem
Fall wird man die Richtung N-S parallel zur Längerichtung der Spule wählen. Das
mit einer solchen Verrichtung ertaltene Signal wird geringer sein als mit der Ausführung
gemäss Fig. 1, weil die Kraftlinien des Magnets in der Luft einen verhältnismässig
grossen Widerstand in der übrigens durch den nabe des Magnets liegenden Teil der
Spule, laufenden magnetischen Kzeis, zu überwinden haben.
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Dia. 2 zeigt eine Ausführung form der Vorrichtung mit im wesentlichen
dieselben Dimensionen wie im ersten Fall. Das Erregerglied besteht hier aus einem
einfachen Stück Weicheisen 8, indem die Drahtspule aus zwei gesonderten Feilen 9
bzw. 9' besteht, zwischen welchen an einem der Enden ein Dauermagnet 10 aufgestellt
ist, der in der magnetischen Kreis auf dem material der Kernen der Spulteile 9,
9' anschliesst. Es wird klar sein dass das end-
Sütige Ergebnid
mit dieser Ausföhrungsform im wesentlichen gleich ist@wie im Fall der Ausführungsform
gemäss Fig. 1.
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Es ist weiter möglich um die Drahtspule, entweder als Zinzel element,
oder schlingeförmig nach Fig. 1 oder 2, gemäss einem kleineren oder grösseren Teil
eines Kreisbogens autzustellen, und zwar für solche fälle worin das Glied dessen
Geschwindigkeit bestimmt werden soll schon eine kreisbogenförmige Bahn beschreibt,
oder worin es vorteilhaft ist um eine geradlinige Bewegung in einer kreisbogenförmigen
Bewegung des Erregerelementes umzuwandeln.
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Fig. 3 zeigt von dieser Ausfahrung ein Beispiel, das gedacht werden
kann als mittels Verformung der U-förmigen Spule nach Fig. 1 entstanden, Die beiden
Beine 11, 11' der Schlinge sind in einer Zilinderfläche befindlich, und nehmen in
dieser Flache nahezu den ganzen Umfang ein. Zwischen den Beinen 11, 11' ist wieder
Jas xrregerelement 12 in Gestalt eines Dauermagnets beweglich, z.B. auf eine um
die Zilinderachse 14 drehbar aufgestellte Arm 13, sodass darauf die bewgung des
Gliedes dessen Geschwindigkeit bestimmt werden soll, übertragen werden kann. Die
Basis 15 der Schlinge ist in Fig. 3 nicht in der Zilinderfläche der Beine 11, 11'
befindiich, sondern ist in Bezug darauf ausgebogen, Dadurch wird die Möglichkeit
erkalten um das Erregerelement 12 über mehr als eine ganze Umdrehung ualauven oder
sogar ununterbrochen in derselben Richtung weiterdrehen zu lassen. sdbstverständlich
wird an stelle des ueberganges zwischen den sonden der Draht spule ii Signal einen
Impuls er:.alten, der entgegengesetzt zur Polerität der Signalspannung während der
Versetzung entlang den ununterbrochenen r.ii
der Drahtspule gerichtet
ist, Für bestimmte Anwendungen ist dles.
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keinenfalls nachteilig, Uebrigens ist es selbstverständlich möglich
um die Umsetzung an der Basis 15 der Schlinge bis ausserhalb der Zilihderfläche
ifl Fortfall kommen zu lassen, Es wird sodann ein Instrument erhalten, dessan Erregerelement
12 einen auf weniger als 360° beschränkte Hub aufweist, Diese Ausführung ist für
andere Anwendungsfälle wieder von volteil. Weiter ist es möglich um die Vorrichtung,
mit der Gestalt der Drahtpulse nach Fig. 3, gemäss dem in Fig. 2 dargestellten Prinzip
aufzubauen, d.h. dass an der Stellie der Sasis 15 der Schlinge ein Dauermagnet vorgesehen
ist, indem das Erregerelement 12 die Gestalt eines Stücks Welcheisen aufweist.
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Mit den beschriebenen Varianten kann also für jeden konkreten Anwendungsfall
ein geeignetes Instrument geblldet werden, wobei grundsätzlich die zu bestimmende
Geschwin tigzeit eine geradlinige oder aber eine Ereisbogenförmige Geschwindigkeit
sein kann, indem in jeden dieser beiden Fälle die Kombination mit geradlinig bewegendem
Erregerglied wie auch mit einem entlang einen hreisbogen bewegenden Erregerglied
angewendet werden kann.
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Zwei wichteige anwendungsfälle der Signalerzeugungsvorrichtung werden
nachstehend beschrieben.
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@@@@ Fig. 4 zeigt das Blockschema eines sorenamnten Potentiometerschreibers.
die zu remistrierende Sigrslspannung wird an den Eintrittsklemmen 16 gelegt, und
sie wird in dem Verstärker 17 verstärkt. Die Austrittspannung des Verstärkers wird
einem die Versetzung der eigentlchen Schreibervogeichtung19 bestimmende
rotor
18 zugeführt. lurch die Verbindung 20 wird von dem rotor 18 auch den Läufer 21 eines
bei 23 an eine Referenzspannung angelegten, und in reihe mit dem eintritt 16 aufgestellten
Potentiometer 22 versetzt. Für jeden momentanen Wert der Signalspannung wird der
Hotor 18 angetrieben. sodass die Schreibervorrichtung versetzt wird, bis der Läufer
21 des Potentiometers eine solche stelle erreicht hat, dass der abgenommene bruchteil
der Referenzspannung an der klemme 23 gleich und entgegengesetzt zur ert der Signalspannung
an Eintritt wird, und der Motor 18 hält.
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Zum Zweck der Erniedrigung der Reaktionszeit des Systems ist es üblich
um mit dem Rotor 18 auch ein Tachogenerator zu kuppeln, deren Spannung gleichwohl
in Reihe mit der registrierenden Signalspannung dem Verstärker zugeführt wird. Die
dabei angewendeten Tachogeneratoren sind meistens von rotierendem Typ, unmittelbar
mit der rotorwelle gekuppelt. Anstelle dessen kann nunmehr der erheblich weniger
kostspielige Tachogenerator 24 gemäss der vorliegenden Erfindung angewendet werden,
und dieser Tachogenerator wird sodann unmittelbar dem Laufer 21 des Potentiometers
gekuppelt, wie durch 25 bezeichnet, falls die Lange der Drahtspule etwa gleich oder
gegebenenfalls etwas grösser als die Länge des Potentiometerwiderstandes 22 gewählt
wird.
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In der Zeichnung ist der Potentiometer 22 mit e-inem geraden witerstand
dargestellt. In der praktischen Ausführung kann dafür @@@ @@verständlich ein Drehpote-itiometer
genommen werden, wobei @@@@@@@@@@@ enfindungsgemässe Tachogenerator 24 in der Ausführung
@@@@@@@@@@22chendem Erregerglied, z.B. nach Fig. 3, genomen werden kann.
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@@@@@@geisbogenförmige Potentiometer und der kreisbogenförmige Enssogenerator
können in einem gemeinsamen Gehäuse eingebaut werden,
wobei das
Brregerelement des Tachogenerators unmittelbar mit dem Arm des Laufers des Hotentiometers
verbunden sein kann, indem der Potentiometerwiderstand und die Drahtspule des Tachogenerators
als im wesentliche zwei Ringe in kürzem Abstand parallel zueinander aufgestellt
sein können.
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Eine andere wichtige Anwendung wird an Hand der Fig. 5 erläutert.
Darin ist ein sogenannter nasser Spirometer in skizgenhafter Weise dargestellt.
Dieser umfasst ein mit Elüssigkeit gefülltes Gefäss 26, worin eine glocke 27 auf
und nieder beweglich ist. Der Raum unterhalb der Glocke kann mit den Atumsorganen
in Verbindung gebracht werden, wie in skizzenhafterweise von der Anschlussleitung
20 hezeichnet. In bekannter Weise ist das ewicht der Glocke 26 mit Hilfe eines Drahtes
29, zwei fest aufgestellte Führungsscheiben 30 bzw. 31, und ein Gegengewicht 32
in Gleichgewicht gebracht. Mit dem Draht 29 kann ein visueller Anzeiger verbunden
sein, und dieser Anzeiger kann eine senkrechte Bewegung entlang einer zum Ablesen
des unterhalb der Glocke befindlichen Volums vorgesehenen Schale ausführen. Für
den mit dem Spirometer arbeitenden Artz ist in vielen zellen nicht nur der momentane
-Wert des ausgeatmeten Luftvolums von Bedeutung, - sondern auch die Ausatmungsgeschwindigkeit,
Um dise Geschwindigkeit einfach bestimmen zu können, kann mit dem Ende des Aufhangdrähtes
29 der Läufer eines gestreckte Schiehwidersckndes verbunden sein.
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i¢;it Hilfe dieses Schiebwiderstandes kann eInerseits in elektrischem
Wege den Augenblickswert des Glockenvolums beobachtet oder registriert werden, zugleicherzeit
kann auch die Ausatmungsgeschwin digkeit bestimmt werden, und zwar mittels Differenzierung
des
Austrittsignals des Schiebwiderstandes. Dieses Verfahr weist den Nachteil auf das
bei zersetzung des Läufers über den nebeneinanderliegenden Wicklungen des widerstandes
Störungen entstehen. u.a. infolge, Thermospannungen. Beim Differenzieren geben diese
Störspannungen zu Spitzen in der Geschwindigkeitscharakteristik Anlass, mit einer
solchen Intensität dass die vom Arzt gewünschten Daten in der geschriebenen Charakteristik
nicht mehr erkennbar sind. Falls nun der einfachen erfindungsgemässen Tachogenerator
vongesehen wird, z.B. in der Ausführungsform nac-h Fig. 1 oder 2, und wie in Fig.
5 durch 33 bezeichnet, wird ein mit der Glockengeschwindigkeit übereinstimmendes
Signal ehne Störerscheinungen erhalten. Beim Registrieren des Austrittssignals der
Drahtwicklung dieser Tachogenerator wird ein Diagramm erhalten woraus in allen Einsichten
mit der gewünschten Präzision die vom Afzt verlangten Daten ab@enommen werden können,
Selbstverständlich ist es möglich u@@@@@@ dem Spirometer nicht nur ein Tachgenerator
zum testimmen der Ausatmungsgeschwindigkeit zu verbinden, sondern auch noch ein
Schiebwiderstan oder derartige, nur zum degistrieren der augenblickswerte des Volumens
benutzte Vorrichtung vorzuschen, Mit einem Poppelspurschreiber köhnen dann die beiden
charakteristiken unmittelbar registriert werden.
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Die Anwendung ist auch in dieser all nicht auf einen nassen Spirometer
beschräckt, Es sind auch s.g. trockene Spirometer bekannt, die ebenfalls in irgendeiner
Neise ein unter Einfluss der zu- bzw. abgeführten atmungsluft versetztes Glied aufweisen.
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und damit kann in ähulicher Weise ein erfindungsgemässer Tachogenerator
verbunden werden