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Spannungsmeßsystem für Geschwindigkeits-, Drehzahl-, Frequenz-, Wegstreckenmesser
od. dgl.
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Zur Messung der Geschwindigkeiten, Drehzahlen, Wegstrecken usw. wird
vielfach ein sogenannter Geber benutzt; das ist ein kleiner Generator, der auf der
Achse der zu messenden Maschine angeordnet ist. Er dient zur Speisung eines Spannungsmessers,
dessen Anzeige ein Maß für die Drehzahl der Maschine usw. bildet. Der Generator
kann entweder für Gleich- oder für Wechselstrom gebaut sein. Im ersteren Fall erhält
das Anzeigegerät ein Meßsystem mit einem festen Magnet und einer von der Spannung
des Generators gespeisten Ablenkspule. Im Fall des Wechselstroms wird von dem dynamometrischen
Prinzip Gebrauch gemacht, bei dem das Magnetfeld durch eine vom gleichen Strom gespeiste
Feldspule lerregt wird. Die bisher für diese Zwecke verwendeten Meßsysteme besaßen
jedoch ziemliche Nachteile, insbesondere eine große Streuung, ferner vielfach zu
geringen Ausschlagwinkel und große bauliche Abmessungen.
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Zur Verminderun,g dieser Nachteile wurde bereits vorgeschlagen, ein
Meßsystem zu verwenden, bei dem zwei oder mehr in flachen ringförmigen, geschlitzten
oder ungeschlitzten P;olschuhen endende Piolbleche deckungsgleich übereinander angeordnet
sind und bei denen der Zwischenraum zwischen den Schenkeln durch tellerartige Magnete
von hochkaoerzitivem Material asgefüllt ist. Solche Geräte zeichnen sich bei großem
Drehbereich (bis 2700) durch hohe Empfindlichkeit und geringe Streuung aus. Zugleich
sind sie ziemlich stoßunempfindlich und haben sehr geringe Abmessungen.
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Nachteilig bei ihnen ist jedoch der Umstand, daß die Montage des
Polpaketes und das Einbringen der Achse verhältnismäßig große Zeit in
Anspruch
nimmt und dabei die Gefahr besteht, daß das Rähmchen mit der Abienkspule beim Einsetzen
leicht verbogen oder sonstwie beschädigt wird.
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Nachteilig bei dem bisherigen System war ferner die Tatsache, daß
die Polbieche zum Einbringen der Ablenkspuie an einer Stelle einen Spalt aufwiesen,
der den benutzbaren Drehwinkel stark einschränkt. Wohl war es theoretisch möglich,
durch Verwendung mehrerer übereinanderliegender Polbleche mit versetzten Unterhrechungsstellen
den Spalt zu überbrücken, indessen blieb doch an diesen Stellen, z. B. am unteren
und oberen Ende des Meßbereiches, eine wesentliche Verengung des magnetischen Querschnittes
auf die Hälfte und demgemäß eine Inhomogenität des Magnetfeldes und damit auch eine
ungleichmäßige Skaleneinteilung des Meßgerätes bestehen.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile schlägt die Erfindung unter Beibehaltung
der Vorteile der beschriebenen Konstruktion eine abgeänderte Lösung vor.
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Dije Erfindung benutzt ebenfalls zwei oder mehr flach ubereinanLderliegende
Polschenkel, deren Zwischenraum entweder bei Gleichstrom durch einen tellerartigen
Magnet oder bei Wechselstrom durch eine Magnetspule ausgefüllt ist und die in ringförmig
geschlossene übereinanderliegende Polschuhe auslaufen, in deren Zwischenraum bzw.
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-räumen sich die Ablenkspule bewegt und die zum Einbringen der Ablenkspule,
z. B. entlang einer Symmetrielinie, aufgeschnitten, nach Einbringen der Spule aber
wieder geschlossen sind.
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Einer der ringförmigen Pole vorzugsweise der unterste, wird nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als geschlossener ungeteilter Ring ausgebildet.
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Dlie Herstellung und Montage des erfindungsgemäßen Meßsystems ist
recht einfach. Die Bleche werden im Stanzschnitt hergestellt und die Ablenkspule
dadurch auf die Polschuhe aufgeschoben, daß letztere zunächst auseinandergespreizt
werden und nach Einbringen der Spule einfach wieder zusammengeschoben werden. Das
untere, vorzugsweise geschlossene Polblech kann auf der Systemplatte fest montiert
werden. Darauf wird die Achse des drehbaren Systems eingesetzt und in der Höhe eingestellt
und in die bereits justierte Spule das geteilte Polblech eingeführt und nach Einlegung
des permanenten Magnets bzw. bei Wechselstrom nach Einschieben der Erregerspule,
der übrige Teil des Systems angeschraubt. Dieser Montagevorgang ist wesentlich kürzer
als bei den früheren Hakenblechsystemen. Außerdem ist eine Beschädigung des Rähmchens
bei dieser Art der Montage nicht mehr zu befürchten. Diie leichtere Montage bringt
natürlich auch eine Ersparnis an Arbeitszeit mit sich.
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Elektrisch ergeben sich besondere Vorteile durch die Anwendung der
ringförmig geschlossenen Polbleche und damit einer guten Anzeige sowohl am unteren
als auch am oberen Ende der Skala. Auch wird durch die neue Ausführung die Empfindlichkeit
der Anzeige noch erhöht.
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Das neue System läßt sich, wie bereits angedeutet, sowohl für Gleichstrom
als auch für Wechsel-Strom ausführen. Bei Verwendung von Gleichstrom mit einem tellerarügen
Magnet aus koerzitivem Material, der zwischen die getrennten Polbieche eingeschoiben
ist, sollen die Querabmessungen des Magnets möglichst groß, mindestens größer als
die Längsabmessungen gewählt werden. Die so entstehenden tellerartigen Magnete haben
auf der einen Seite des Tellers einen Nordpol, auf der anderen einen Südpol. Durch
die fest anliegenden Polschenkel wird der Magnetfluß den übereinanderliegenden ringförmigen
Polschuhen zugeleitet. Es können auch mehrere, vorzugsweise zwei Systeme mit abwechselnd
verschieden gepolten Magneten übereinander angeordnet und zu einem Gesamtsystem
vereinigt werden.
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Im Fall von Wechselstrom können die Polbieche lamelliert ausgeführt
sein, doch hat sich gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Konstruktion in den meisten
Fällen sowohl für Gleich- als auch für Wechselstrom unlamellierte Poleisen benutzt
werden können. Um bei Wechselstrom die Erregerspule bequem aufbringen zu können,
können ebenso wie bei Gleichstrom auch bei Wechselstrom getrennte Peibleche zur
Anwendung kommen. In diesem Fall wird das Joch des Magnetsystems durch magnetische
Abstandsstücke gebildet, und ferner werden weitere Alistandsstücke auf der Polschuhseite
der Polschenkel angeordnet, wobei das Ganze durch Schrauben zusammengehalten wird,
so daß ein mechanisch starres System entsteht, das auch magnetisch eindeutig bestimmt
ist. Vorzugsweise werden die Abmessungen bei Gleich- und Wechselstrom so gewählt,
daß zur Umwandlung lediglich der Magnet durch eine Spule ersetzt und das magnetische
Joch eingesetzt oder herausgenommen wird.
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Zur Erhöhung des wirksamen Magnetflusses wird zweckmäßig der Zwischenraum
zwischen den Polschuhen enger als zwischen den Polbiedien gehalten.
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Werden die Polbleche entlang einer Symmetrielinie genau senkrecht
zur Blechoiberfläche aufgeschnitten, so zeigt sich, daß an ender Schnittstelle der
Polschuhe noch eine gewisse Ungleichmäßigkeit des magnetischen Feldes auftritt,
da es kaum gelingt, die beiden Teile an der Schnittstelle genügend fest aufeinanderzupressen.
Obwohl die als Folge davon auftretende Ungleichmäßigkeit der Skaleneinteilung in
vielen Fällen nicht besonders stört, kann sie doch nach einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung dadurch praktisch zum Verschwinden gebracht werden, daß die Bleche
nicht senkrecht, sondern schräg zu ihrer Fläche geschnitten werden oder daß die
Schnittlinie unter einem Winkel zur Radialrichtung der ringförmigen Pol schuhe und
vorzugsweise als gekrümmte Kurve gewählt wird. Natürlich können diese Maßnahmen
auch gemeinsam angewendet werden. Durch sie wird erreicht, daß immer nur ein kleiner
Teil der Stoß stelle im Bereich der Ablenkspule liegt, so daß dadurch die Feldverteilung
und die Kennlinie des Meßsystems bzw. der Anzeige homogenisiert wird.
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Es ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nicht unbedingt
erforderlich, die Polbleche innerhalb des geschlossenen Ringteiles aufzuschneiden,
sie können vielmehr auch innerhalb ihrer Schenkel eine bis zur Mittelöffnung des
ringförmig geschlossenen Polschuhes reichende Aussparung besitzen, die nach Einbringen
der Spule durch ein Einsatzstück geschlossen wird. Auf diese Weise werden ungewollte
Unstetigkeiten des Feldverlaufes entlang dem Spuienweg vollständig vermieden und
eine gleichmäßige Skaleneinteilung erzielt. Der mittlere Schlitz der Polschenkel
kann dabei durch das Einsatzstück so geschlossen werden, daß eine kreisförmige Mittelöffnung
der P:oibleche hergestellt wird. Das Einsatzstück kann aber auch an seinem dem Polsystem
zugewandten Ende keilförmig aulsgelbildet sein und zu Eichzwecken benutzt werden.
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Es ist ferner möglich, den Feldverlauf der ringförmigen Poischuhe
auf sehr bequeme Weise dadurch zu beeinflussen, daß die Bohrung des Polschuhes exzentrisch
zum Außenradius gelegt wird.
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Daneben lassen sich auch andere Formen der Bohrung mit Vorteil verwenden,
bei denen z. B. mehrfache Abweichungen von der Kreisform vorliegen.
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Eine derartige Ausbildung kann z. B. erwünscht sein, um verschiedene
Teile der Slcala zu dehnen oder zuasammenzurückeìl. Eine ähnliche Wirkung läßt sich
statt oder in Verbindung mit von der Kreisform abweichenden Bohrungen dadurch erzielen,
daß das Polblech an seiner Kreisringfläche verschieden stark ausgeführt ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
Von diesen zeigt Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Meßsystem im Schnitt, Fig. 2 ein geschlossenes
unteres Polblech, Fig. 3 ein oberes, entlang einer Symmetrielinie geteiltes Blech,
Fig. 4 eine Seitenansicht des Plolibleches nach Fig. 3, Fig. 5 ein Peiblech mit
unsymmetrischer Schnittlinie im Polschuh, Fig. 6 eine Seitenansicht des Polbieches
nach Fig. 5, Fig. 7 ein Polblech mit geschlitzten Polschenkeln, Fig. 7a das Ergänzungsstück
zu dem Polblech nach Fig. 6, Fig. 8 ein keilförmiges Ergänzungsstück, Fig. 9 ein
Polblech mit geschlitzten Schenkeln und exzentrischer Kreisöffnung, Fig. 10 ein
Polblech mit ovaler Mittelöffnung, Fig. 11 ein Polblech mit verschieden stark ausgeführter
Kreisringfläche von der Seite gesehen.
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Die Fig. I zeigt ein Meßsystem mit drei ü,bereinanderliegenden ringförmigen
Polblechen 1, 2, 3, von denen die beiden oberen, 2, 3, in der Mitte aufgeschnitten
sind und wobei zwischen den Pblschenkeln tellerartige Magnete 4 und 5 aus hochkoerzitivem
Material eingeschoben sind, die, wie später noch erläutert wird, auch durch eine
Spule ersetzbar sind.
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Das mittlere Polblech wird von einem Spulenrähmchen 6 umfaßt, das
an einer Achse 7 befestigt ist, die durch Federn 8, 8 in ihrer Ruhelage gehalten
wird. Mit der Achse 7 ist ein Zeiger 9 verbunden.
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Das untere Polblech I besitzt, wie aus Fig. 2 ersichtlich, einen vollständig
geschlossenen Polschuh und ist aus einem Stück hergestellt. Die überein Polbleche
sind, wie in Fig. 3 angedeutet ist, entlang einer Symmetrielinie geschnitten. Des
würde jedoch, wie bereits angedeutet, bei senkrecht geführten Schnitten eine gewisse
Ungleichmäßigkeit der Skaleneinteilung zur Folge haben. Um diese zu beseitigen,
kann, wie in Fig. 3 und 4 angegeben, der Schnitt entweder über die ganze Länge der
Schnittlinie, mindestens aber an der Stelle I0, im Bereich des ringförmigen Polschuhes,
schräg zur Oberfläche des Bleches geführt werden. Eine andere Möglichkeit, die in
den Fig. 5 und 6 wiederglegeben ist, besteht darin, den Schnitt innerhalb der Polschuhe
nicht genau radial, sondern entlang einer abweichend geführten, vorzugsweise gekrümmten
Linie 1 1 durchzuführen. Hierbei kommt dann immer nur ein kleiner Teil der Stoßstelle
in den Bereich des Rähmchens, auch tritt durch die Überlappung an sich bereits eine
Verringerung des magnetischen Widerstandes an der Stoßstelle ein.
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Jedenfalls wird durch diese Maßnahmen die Ungleichmäßigkeit der Feldverteilung
und der Anzeigekennlinie vollständig beseitigt.
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Im Fall von Wechselstrom werden die Magnete 4 und 5 durch eine über
den mittleren Schenkel 2 des Systems geschobene Spule ersetzt. Der magnetische Schluß
wird in diesem Fall zweckmäßig durch Abstandsstücke 12, 13, wie sie in Fig. 1 gestrichelt
angedeutet sind, hergestellt. Weitere Ahstandsstücke 14, 15 aus unmagnetischem Material
sind auf der Polschuhseite der Spule angebracht, so daß das ganze, durch Schrauben
16 zusammengehaltene System mechanisch starr und magnetisch eindeutig bestimmt ist.
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Die Fig. 7 bis 11 zeigen Beispiele von Polblechen, bei denen zum
Einbringen der Spule nicht der ringförmige Teil des Polsystems, sondern die Polschenkel
geschlitzt ausgeführt sind.
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Fig. 7 und 7 a zeigen ein solches Polblech 12 mit in der Mitte liegendem
Schlitz 13 und kreisring. förmigen Polschuhwen 14, bei denen der Schlitz 13 durch
ein Ergänzungsstück 15 ausgefüllt ist, das die Mittelöffnung 16 zur vollen Kreisform
schließt.
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Fig. 8 zeigt demgegenüber eine abgeänderte Ausführungsform, bei welcher
das Ergänzungsstück 17 an dem dem Polschuh zugewandten Ende eine keilförmige Spitze
i 8 aufweist. Durch mehr oder weniger weites Hineinschieben des Ergänzungsstückes
17 kann dieses für Eichzwecke benutzt werden.
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Fig. 9 zeigt eine weitere Abänderung, bei welcher das Polblech 12
mit einer exzentrischen Kreisöffnung 19 versehen ist, wodurch entlang der Kreisringfläche
ein sich ändernder Materialquerschnitt entsteht, durch den der Skalenverlauf des
Meßsystems in entsprechender Weise ibeeinflußt wird.
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Je nach den geforderten Verhältnissen sind auch andere Querschnittsänderungen
denkbar, so z. B. bei der Ausführung nach Fig. Io durch Anordnung einer ovalen Mittelöffnung
20.
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Ferner zeigt die Fig. 1 1, die ein Polblech von der Seite darstellt,
noch eine Möglichkeit, durch Querschnittsveränderungen bzw. Änderungen in der Stärke
des Polbleches, z. B. an den Stellen 21 und 22, Änderungen im Feldverlauf entlang
dein Spulenweg zu erzielen. Weitere Beeinflussungen des Feldverlaufes lassen sich
durch Verbiegung der Polschuhe erreichen.