DE19828372A1 - Vorrichtung zum Messen von Dreh- oder Linearbeschleunigungen - Google Patents
Vorrichtung zum Messen von Dreh- oder LinearbeschleunigungenInfo
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Abstract
Bei einer Vorrichtung zum Messen von Dreh- oder Linearbeschleunigungen ist in einem Schenkel (3) eines zusammen mit zwei Polschuhen (7, 8) einen Spalt für ein Meßmittel (12) begrenzenden Weicheisentragkörpers eine Vertiefung (13) zur Aufnahme eines flachen Magneten (14) vorgesehen. Die Länge des Magneten (14) ist dabei deutlich kleiner als die Länge des Schenkels (3) und die Gesamtlänge zweier auf der dem Schenkel (3) gegenüberliegenden Seite des Meßmittels (12) angeordneter Polschuhe (7, 8), die ebenfalls Vertiefungen (15a, 15b) für flache Magneten (16a, 16b) aufweisen.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von
Dreh- oder Linearbeschleunigungen eines aus nicht-magnetischem,
elektrisch leitendem Material bestehenden Meßmittels, das
senkrecht vom Feld eines mindestens einen Permanentmagneten
aufweisenden Magnetkreises durchsetzt wird, wobei der Magnet
an einem Weicheisentragkörper befestigt ist, der zwei über
einen Rücken miteinander verbundene Schenkel aufweist und mit
Sensoren versehen ist, die bei einer Änderung der Bewegung
des Meßmittels von im Meßmittel erzeugten Wirbelströmen her
vorgerufene Signale erfassen.
Bei einer aus der DE 37 30 841 A1 bekannten Vorrichtung der
vorstehenden Art mit einem im wesentlichen C-förmigen Weich
eisentragkörper ist an jedem der einen Spalt für eine das
Meßmittel bildende rotierende Scheibe begrenzenden Schenkel
des Weicheisentragkörpers ein Magnet befestigt, der sich je
weils über die gesamte Länge und Breite des ihn tragenden
Schenkels erstreckt. Durch die Verwendung vergleichsweise
großer Magnete erhält man ein kräftiges Magnetfeld, das in
der von letzterem senkrecht durchsetzten Scheibe erhebliche
Wirbelströme hervorruft, um auch bei niedrigen Drehzahlände
rungen der Scheibe eine hinreichende Empfindlichkeit der Vor
richtung zu gewährleisten. Ein kräftiges Magnetfeld bringt
allerdings den Nachteil mit sich, daß es den Einsatzbereich
der bekannten Vorrichtung einschränkt. Die Verlustleistung
der in der Scheibe fließenden Wirbelströme steigt nämlich
quadratisch mit der Scheibendrehzahl an, wodurch letzterer
durch die Wärmeentwicklung in der Scheibe bedingte verhält
nismäßig niedrige Drehzahlgrenzen gesetzt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der in Betracht gezogenen Art zu schaffen, die hinreichend
empfindlich arbeitet und bei der die Wärmeentwicklung im Meß
mittel auch in vergleichsweise hohen Drehzahlbereichen klein
bleibt. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch,
daß einer der beiden Schenkel zwei mit jeweils einer Sensor
wicklung versehene Pole trägt, an deren dem Meßmittel zuge
wandten Enden zwei als Magnetfeldkollektoren ausgebildete
Polschuhe angeordnet sind, die ein schmaler Spalt voneinander
trennt, der quer zur Bewegungsrichtung des Meßmittels ver
läuft, und daß in einer zentralen Vertiefung des einen Schen
kels und/oder in jeweils einer Vertiefung eines jeden Pol
schuhes jeweils ein Magnet angeordnet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil, daß sie
auf Geschwindigkeitsänderungen des Meßmittels empfindlich
reagiert und in einem großen Drehzahlbereich einsetzbar ist.
Erreicht wird der angestrebte Erfolg dadurch, daß die von den
Wirbelströmen im Meßmittel erzeugten magnetischen Feldlinien
aufgrund des seitlichen Überstandes der Polschuhe und der
Schenkel des Weicheisentragkörpers über die Seiten des bzw.
der Magneten fast vollständig erfaßt werden, man erhält folg
lich ungeachtet der Verwendung eines verhältnismäßig kleinen
Magneten auch bei kleinen Beschleunigungen hinreichend kräf
tige Meßsignale. Darüber hinaus treten die quadratisch mit
der Drehzahl bzw. der Geschwindigkeit zunehmenden Wirbelströ
me ab einem bestimmten Wert verstärkt in Wechselwirkung mit
dem permanentmagnetischen Feld und schwächen es derart gemäß
der Lenz'schen Regel, daß nur noch ein schwaches Restfeld
erhalten bleibt, das auch bei hohen Drehzahlen zu einer nur
unwesentlichen Aufheizung des Meßmittels führt.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus der nachstehenden Beschreibung einer in der beigefügten
Zeichnung dargestellten Ausführungsform und aus den Unteran
sprüchen. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 die Draufsicht auf den unteren Schenkel der in Fig. 1
bzw. Fig. 2 dargestellten Vorrichtung und
Fig. 4 die Draufsicht auf die Polschuhe des oberen Schenkels
der in Fig. 1 bzw. Fig. 2 dargestellten Vorrichtung.
In Fig. 1 ist mit 1 allgemein ein Weicheisentragkörper mit
zwei über ein Joch 2 miteinander verbundenen Schenkeln 3 und
4 bezeichnet.
Der Schenkel 4 trägt zwei Pole 5 und 6 mit Polschuhen 7 und
8. Die Pole 5 und 6 sind jeweils von einem Spulenkörper mit
der Sensorwicklung 9 bzw. 10 umgeben. Die Polschuhe 7 und 8
sind durch einen schmalen Spalt 11 voneinander getrennt. In
dem Luftspalt zwischen dem Schenkel 3 und den Polschuhen 7
und 8 befindet sich das Meßmittel 12, das von einer nicht
magnetischen rotierenden Metallscheibe oder einem nicht
magnetischen Metallband gebildet sein kann.
Fig. 2 zeigt einen senkrechten Schnitt in Richtung y durch
die in Fig. 1 gezeigte Anordnung in der Ebene der Mittelachse
der beiden Pole 5 und 6. Der Schenkel 3 hat, wie in Fig. 3
gezeigt, eine Länge L und eine Breite B. Er weist mittig eine
Vertiefung 13 mit der Länge L1 und der Breite B1 auf. In die
Vertiefung 13 ist ein Magnet 14 eingebettet, dessen Länge l
kleiner als L1 und dessen Breite b kleiner als B1 ist, so daß
den Magneten 14 an seinen vier Seiten ein schmaler Luftspalt
zur Vermeidung eines magnetischen Kurzschlusses umgibt. Die
Oberfläche des Magneten 14 ist bündig mit der Oberfläche des
Schenkels 3.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Polschuhe 7 und 8, die
annähernd die gesamte Fläche des Schenkels 4 abdecken. Die
Polschuhe 7 und 8 enthalten ebenfalls je eine Vertiefung 15a
und 15b, die sich flächengleich zu der Vertiefung 13 in
Schenkel 3, Fig. 3, über den Luftspalt 11 hinweg in beide
Polschuhe 7 und 8 erstrecken. In die Vertiefung 15a des Pol
schuhs 7 ist der Magnet 16a und in die Vertiefung 15b des
Polschuhs 8 der Magnet 16b so eingelassen, daß ihre Magnet
felder gleichgerichtet sind und das Magnetfeld des in der
Vertiefung 13 eingebetteten Magneten 14 verstärken. Die Ma
gneten 16a und 16b werden durch den Luftspalt 11 voneinander
getrennt und sind bündig zur Oberfläche der Polschuhe 7 und
8. Die Magnete 16a und 16b haben die gleiche Breite b und
unter Einbeziehung der Breite des Luftspalts 11 die gleiche
Länge l wie Magnet 14.
Das Magnetfeld der Magnete 14 und 16a, 16b durchsetzt das Meß
mittel 12 senkrecht und teilt sich zur Hälfte auf die beiden
Polschuhe 7 und 8 auf. Bewegt sich das Meßmittel 12 in Rich
tung +x oder -x, Fig. 1, so wird im Meßmittel 12 im Bereich
zwischen den Magneten 14 und 16a, 16b eine Spannung in Rich
tung der Magnetbreite b induziert. Diese schließt sich im
Meßmittel 12 symmetrisch zum Luftspalt 11 außerhalb des
Magnetfeldes kurz und ruft Wirbelströme hervor, die von
magnetischen Feldlinien umgeben sind. Diese werden von dem
magnetisch leitenden Material des Schenkels 3 und der Pol
schuhe 7 und 8 praktisch vollständig abgedeckt und erfaßt,
wenn das Verhältnis der Länge L des Schenkels 3 bzw. die Sum
me aus den Längen L2 und L3 der Polschuhe 7 und 8 zur Länge l
der Magnete 14 und 16a, 16b, wie im dargestellten Fall, etwa
3 : 1 beträgt. Es sollte einen Wert von 1,5 : 1 nicht unter
schreiten. Ebenso sollte die Breite b der Magnete 14 und
16a, 16b deutlich kleiner als die Breite B des Schenkels 3 und
der Polschuhe 7 und 8 sein. Auch hier ist das Verhältnis 3 : 1
anzustreben und ein Mindestwert von 1,5 : 1 sollte nicht unter
schritten werden. Der Luftspalt zwischen dem Meßmittel 12 und
dem Schenkel 3 einerseits und den Polschuhen 7 und 8 anderer
seits ist möglichst klein zu halten. Er beträgt in der Praxis
nur wenige Zehntel Millimeter.
Das bei Bewegung des Meßmittels 12 hervorgerufene magnetische
Wirbelstromfeld überlagert sich dem magnetischen Feld der
Magnete 14 und 16a, 16b mit der Folge, daß das Summenfeld sich
nicht mehr hälftig auf die beiden Polschuhe 7 und 8 aufteilt.
Geschwindigkeitsänderungen des Meßmittels 12 ändern die Auf
teilung, so daß Spannungen u=-d∅/dt in den Sensorspulen 9 und
10 induziert werden. Die Sensorspulen 9 und 10 sind, wie all
gemein üblich, elektrisch so untereinander verbunden, daß
sich die induzierten Spannungen addieren, jedoch von magneti
schen Feldern verursachte Störspannungen, die beide Pole 5
und 6 gleichsinnig durchsetzen, sich aufheben.
Die angestrebte Empfindlichkeit auf Bewegungsänderungen des
Meßmittels 12 legt fest, ob die Vertiefung 13 mit dem Magne
ten 14 und die Vertiefungen 15a sowie 15b mit den Magneten
16a, 16b erforderlich sind, oder ob die Vertiefung 13 mit dem
Magneten 14 oder die Vertiefungen 15a und 15b mit den Magne
ten 16a, 16b ausreichen.
Claims (10)
1. Vorrichtung zum Messen von Dreh- oder Linearbeschleunigun
gen eines aus nicht-magnetischem, elektrisch leitendem Mate
rial bestehenden Meßmittels, das senkrecht vom Feld eines
mindestens einen Permanentmagneten aufweisenden Magnetkreises
durchsetzt wird, wobei der Magnet an einem Weicheisentragkör
per befestigt ist, der zwei über einen Rücken miteinander
verbundene Schenkel aufweist und mit Sensoren versehen ist,
die bei einer Änderung der Bewegung des Meßmittels von im
Meßmittel erzeugten Wirbelströmen hervorgerufene Signale er
fassen, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Schenkel
(3, 4) zwei mit jeweils einer Sensorwicklung (9, 10) versehene
Pole (5, 6) trägt, an deren dem Meßmittel (12) zugewandten
Enden zwei als Magnetfeldkollektoren ausgebildete Polschuhe
(7, 8) angeordnet sind, die ein schmaler Spalt (11) voneinan
der trennt, der quer zur Bewegungsrichtung des Meßmittels
(12) verläuft, und daß in einer zentralen Vertiefung (13) des
einen Schenkels (3) und/oder in jeweils einer Vertiefung
(15a, 15b) eines jeden Polschuhes (7, 8) jeweils ein Magnet
(14, 16a, 16b) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die dem Meßmittel (12) zugewandte Fläche des Magneten (14)
bzw. der Magnete (16a, 16b) mit der dem Meßmittel (12) zuge
wandten Fläche des Schenkels (3) bzw. der Polschuhe (7, 8)
fluchtet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß ein erster Magnet (14) in einer Vertiefung (13) des
den Polschuhen (7, 8) gegenüberliegenden Schenkels (3) an
geordnet ist und daß die Polschuhe (7, 8) senkrecht über der
Vertiefung (13) für den ersten Magneten (14) zwei sich über
den Luftspalt (11) hinweg auf die Polschuhe (7, 8) symmetrisch
aufgeteilte, mit der Vertiefung (13) für den ersten Magneten
(14) insgesamt flächengleiche Vertiefungen (15a, 15b) auf
weisen, in die zwei durch den Luftspalt (11) getrennte Magne
te (16a, 16b) eingebettet sind, wobei die dem Meßmittel (12)
zugewandte Fläche der Magnete (16a, 16b) mit der jeweiligen
Fläche der Polschuhe (7, 8) fluchtet.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) der Schenkel
(3, 4) des Weicheisentragkörpers (1) und die Gesamtlänge (L2 +
L3) der Polschuhe (7, 8) mindestens gleich der eineinhalbfachen
Länge (1) des Magnetes (14) bzw. der beiden Magnete (16a+16b)
ist und daß die Breite (B) des Schenkels (3) mindestens
gleich der eineinhalbfachen Breite (b) des Magneten (14) bzw.
der Magnete (16a, 16b) ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt zwischen dem
Meßmittel (12) und den Polschuhen (7, 8) einerseits und dem
einen Schenkel (3) des Weicheisentragkörpers (1) andererseits
nur wenige Zehntel Millimeter beträgt.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) der Schenkel
(3, 4) des Weicheisentragkörpers (1) und die Gesamtlänge (L2 +
L3) der Polschuhe (7, 8) gleich der 2,5- bis 3,5fachen Länge
(1) des Magneten (14) bzw. der beiden Magnete (16a+16b) ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B) des Schenkels
(3) gleich der 2,5- bis 3,5fachen Breite (b) der Magnete (14;
16a, 16b) ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L1) der Vertiefungen
(13, 15a, 15b) nur wenige Millimeter größer als die Länge (1)
des Magneten (14) bzw. der beiden Magnete (16a+16b) ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B1) der Vertiefung
(13, 15) nur wenige Millimeter breiter als die Breite (b) des
Magneten (14) bzw. der Magnete (16a, 16b) ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen der Beschleu
nigungssignale Sensor-Wicklungen (9, 10) dienen, die die Pol
schuhe (7, 8) tragende Pole (5, 6) umgeben.
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