<Desc/Clms Page number 1>
Dreheisenmesswerk
Die Erfindung bezieht sich auf ein Dreheisenmesswerk, das vorzugsweise in Spannungsmessern, Strommessern, Indikatoren u. dgl. eine weitgehende Verwendung finden kann.
Es ist auch in elektromagnetischen Relais mit einem drehbaren Anker verwendbar.
Es sind Dreheisenmesswerke bekannt, die ein bewegliches und ein festes ferromagnetisches Element enthalten, wobei das feste ferromagnetische Element mit einer Messspule versehen ist und der von dem sie durchfliessenden Strom erregte magnetische Fluss sich nacheinander über das bewegliche und das feste ferromagnetische Element und über die Luftspalte zwischen den erwähnten Elementen schliesst und ein dem Strom der Messspule proportionales Drehmoment erzeugt.
Das bewegliche ferromagnetische Element ist drehbar angeordnet und mit einem Zeiger verbunden.
Bei einem bekannten Dreheisenmesswerk wird eine zylindrische Messspule verwendet, in deren Innern das bewegliche Element (Dreheisen) unsymmetrisch zur Spulenachse gelagert ist (deutsche Patentschrift Nr. 1083421, Nr. 972524).
An der Innenwand der Spule ist ein fester Kern angeordnet. Die Drehachse des beweglichen Elementes fällt mit der Spulenachse zusammen und dieses bewegliche Element führt bei einer Auslenkung eine Kreisbewegung aus.
Es ist ferner ein Dreheisenmesswerk bekannt, bei welchem die Drehachse des beweglichen Elementes senkrecht zur Achse der Messspule liegt. Bei einer derartigen Anordnung der Drehachse muss das bewegliche Element so ausgeführt sein, dass es in den Innenraum der Messspule gelangen kann (deutsche Patentschrift Nr. 1092562).
Schliesslich sind auch andere Ausführungsformen eines Dreheisenmesswerkes bekannt, darunter auch solche mit einer auf dem festen ferromagnetischen Element befestigten Messspule, ausserhalb deren ein bewegliches ferromagnetisches Element liegt, das mit dem erwähnten festen ferromagnetischen Element zusammenwirkt (deutsche Patentschrift Nr. 1006062).
Die genannten bekannten Ausführungen solcher Dreheisenmesswerke haben grundsätzlich folgende Nachteile : eine ungenügende Ausnutzung des Magnetflusses, der grösstenteils zerstreut und unausgenutzt bleibt ; eine verhältnismässig begrenzte Empfindlichkeit ; eine störende Belastung des beweglichen Elementes durch axiale und radiale Kräfte.
Die Erfindung hat den Zweck, ein Dreheisenmesswerk zu schaffen, dem die obigen Nachteile nicht anhaften, welches einfach in der Konstruktion ist, eine hohe Empfindlichkeit aufweist und eine Möglichkeit der Eichung und Justierung aufweist.
Ein anderer Zweck der Erfindung ist, ein Dreheisenmesswerk zu entwickeln, das mit Sicherheit eine hohe Genauigkeitsklasse erreicht, einen genügenden Schutz gegen fremde magnetische Felder und eine angenähert lineare Skalenteilung aufweist.
Ausserdem hat die Erfindung den Zweck, Skalen mit unterdrücktem Nullpunkt oder mit einer
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
herzustellen.
Schliesslich hat die Erfindung den Zweck, das erfindungsgemäss gebaute Dreheisenmesswerk genügend universell zu schaffen, um es in Instrumenten mit unterschiedlichen Abmessungen und Genauigkeitsklassen verwenden zu können.
Um die angegebenen Zwecke zu erreichen, besteht die Aufgabe, die Oberfläche des beweglichen ferromagnetischen Elementes weitgehend auszunutzen und dadurch die Induktivität der Messspule wesentlich zu erhöhen.
Dies wird durch ein Dreheisenmesswerk erreicht, das ein bewegliches und ein festes ferromagnetisches Element enthält, wobei das feste ferromagnetische Element mit geschlitzten Polschuhen, in deren Schlitzen das oben erwähnte, bewegliche ferromagnetische Element angeordnet ist mit einer Messspule versehen ist, wobei der von dem sie durchfliessenden Strom erregte Magnetfluss sich nacheinander über das bewegliche und über das feste ferromagnetische Element und den Luftspalt zwischen den erwähnten Elementen schliesst und ein dem zu messenden Strom der Messspule proportionales Drehmoment erzeugt, welches das bewegliche ferromagnetische Element verstellt, das erfindungsgemäss eine gegenüber der Drehachse unsymmetrische Form besitzt,
wobei die Polschuhe des festen ferromagnetischen Elementes sich in ihrer Form voneinander unterscheiden und unsymmetrisch zu der erwähnten Drehachse des beweglichen ferromagnetischen Elementes angeordnet sind.
Zweckmässig liegt das Verhältnis zwischen dem Abstand von der Drehachse des beweglichen ferromagnetischen Elementes bis zu dem der obigen Drehachse nächstliegenden Punkt, der auf dem sich im Luftspalt des weiter weg von der erwähnten Achse entfernten Polschuhes bewegenden Rand des erwähnten beweglichen ferromagnetischen Elementes liegt und dem Abstand von der Drehachse des beweglichen ferromagnetischen Elementes bis zu dem von der erwähnten Drehachse entferntesten Punkt des erwähnten Randes des beweglichen Elementes zwischen 0, 1 und 1, wobei die Entfernung von den an den zueinander gewandten Rändern der Polschuhe des festen Elementes liegenden Punkten bis zu der Drehachse des beweglichen Elementes von 0, 1 bis 3 relativer Einheiten beträgt,
wenn für eine solche Einheit eine maximale Entfernung vom Rand des beweglichen Elementes bis zu seiner Drehachse angenommen wird.
Nach einer weiteren Ausführung ist es für die Erweiterung des Drehwinkels des Zeigers zweckmässig, dass der mehr von der obigen Drehachse entfernte Polschuh des festen Elementes den weniger von der Drehachse entfernten Polschuh über einen Winkel bis zu 3200 umfasst.
Es ist auch zweckmässig, dass das Verhältnis der durch das bewegliche ferromagnetische Element und der von dem weniger von der Drehachse entfernten Polschuh gebildeten Luftspaltfläche zu der durch das bewegliche ferromagnetische Element und der von dem mehr von der obigen Drehachse entfernten Polschuh gebildeten Luftspaltfläche beim vollen Ausschlag des beweglichen ferromagnetischen Elementes zwischen 0, 5 bis 10 liegt.
Nach einer weiteren Ausführung ist die Messspule des Dreheisenmesswerkes bei dessen Verwendung
EMI2.2
Vorderansicht eines Messwerkes das beispielsweise für einen Strom-bzw. Spannungsmesser mit angenähert linearer Skalenteilung ausgeführt ist, die Fig. 3, 4, 5, 6, 7, 8 einige Ausführungsbeispiele für ein bewegliches ferromagnetisches Element des Messwerkes, die Fig. 9 ein Messwerk, beispielsweise für einen Strom-bzw. Spannungsmesser mit überlastungseinteilung an einem Teil der Skala und die Fig. 10 ein Messwerk, beispielsweise für einen Strom-bzw. Spannungsmesser mit Ausschlagwinkel bis 3200 zeigen bzw. zeigt.
Bei der Beschreibung der angegebenen Varianten für die Verwirklichung der Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt sind, wurde der Klarheit halber eine konkrete Terminologie verwendet.
Es muss aber berücksichtigt werden, dass die Erfindung mit dieser Terminologie nicht begrenzt bleibt und jeder Terminus alle Elemente umfasst, die eine ähnliche Arbeitsweise aufweisen und für die Lösung gleicher Aufgaben verwendet werden.
EMI2.3
1, 2)- 3 und 4--festgeklemmten Polschuhen-5 und 6--. Jeder der beiden Polschuhe --5 und 6-besteht aus zwei parallelen Platten, die einen Spalt--7--bilden. Zwischen den Polschuhen-5 und 6-- ist ein bewegliches, ferromagnetisches Element--8--drehbar angebracht. Seine Achse-9-
<Desc/Clms Page number 3>
mit einem Zeiger--10--und mit andern Konstruktionsteilen, z.
B. rückkraftbildendem federndem Element u. a. (in den Fig. 1, 2 nicht gezeigt) liegt im Bereich des inneren Polschuhes der einen für die Montage der Achse--9--dienenden, ausgeschnittenen Durchgang--11--und eine Öffnung - 12-besitzt.
Der weiter weg von der erwähnten Drehachse --9-- des beweglichen Elementes--S-- entfernte Polschuh--6--, der weiterhin als äusserer Polschuh--6--bezeichnet wird, und das bewegliche, ferromagnetische Element--8--bilden einen Luftspalt-13--.
Der weniger weit von der erwähnten Drehachse--9--des beweglichen Elementes--S-- entfernte Polschuh--5--, der weiter als innerer Polschuh bezeichnet wird, und das bewegliche, ferromagnetische Element--8--bilden einen Luftspalt--14--.
Um eine hohe Empfindlichkeit des Messwerkes bei einem beträchtlichen Drehwinkel zu erreichen, ist das erwähnte bewegliche, ferromagnetische Element--8--unsymmetrisch an der Drehachse - -9-- angeordnet.
Das bewegliche, ferromagnetische Element--8--mit der Achse --9-- führt bei einer Auslenkung eine Kreisbewegung im Schlitz--7--der Polschuhe--5 und 6--aus, wodurch der magnetische Widerstand der Luftspalte--13 und 14--infolge der Änderung der Luftspaltenflächen geändert wird.
Es ist bekannt, dass der magnetische Widerstand des Luftspaltes auch von dessen Länge und Oberfläche abhängig ist.
Die Länge des Luftspaltes, die durch den Abstand zwischen der Oberfläche des beweglichen Elementes und der Oberfläche der unbeweglichen Polschuhe gegeben ist, wird gewöhnlich so klein gewählt, wie es die Herstellungsmethoden und die Konstruktionsforderungen zulassen.
Deswegen können die erwähnten Zusammenhänge grundsätzlich als ein Verhältnis der mit der Fläche des beweglichen, ferromagnetischen Elementes und den Flächen der von den inneren und äusseren Polschuhen gebildeten Luftspaltoberflächen und als ein Verhältnis der Abmessungen des beweglichen, ferromagnetischen Elementes und der Polschuhe festgelegt werden.
Zweckmässig liegt das Verhältnis zwischen dem Abstand von der Drehachse des beweglichen ferromagnetischen Elementes bis zu dem der obigen Drehachse naheliegenden Punkt des sich im Luftspalt des äusseren Polschuhes bewegenden Randes des erwähnten beweglichen ferromagnetischen Elementes und zwischen dem Abstand von der Drehachse des beweglichen ferromagnetischen Elementes bis zu dem von der obigen Drehachse entferntesten Punkt desselben Randes des beweglichen ferromagnetischen Elementes zwischen 0, 1 und 1, wobei die Entfernung von den an den zueinander gewandten Rändern der Polschuhe des festen ferromagnetischen Elementes liegenden Punkten bis zu der Drehachse des beweglichen ferromagnetischen Elementes von 0, 1 bis 3 relativen Einheiten beträgt,
wenn für eine solche Einheit eine maximale Entfernung des Randteiles des beweglichen ferromagnetischen Elementes von seiner Drehachse angenommen wird.
Die Einwirkung auf den magnetischen Widerstand des Luftspaltes kann auch bekanntlich durch die Änderung der Luftspaltlänge erfolgen, wenn man die Polschuhe --5 und 6--nicht parallel zu der Oberfläche des beweglichen Elementes--8--, sondern mit einer Neigung anbringt.
EMI3.1
zu der Planebene des beweglichen Elementes--8--.
Deswegen werden die axial gerichteten, durch das Zusammenwirken des magnetischen Feldes und des beweglichen ferromagnetischen Elementes bedingten Kräfte gegenseitig abgeglichen.
Die Polschuhe--5 und 6--decken, wie erwähnt, fast die ganze Fläche des beweglichen Elementes--8-und schützen dadurch das Messwerk von der Einwirkung von fremden magnetischen Feldern.
Die Justierung und die Eichung des Messwerkes ist leicht möglich, beispielsweise durch das Drehen der Polschuhe--5 und 6--, die an dem Hauptkern--l--mit den Schrauben--3 und 4-festgeklemmt sind. Vor der Eichung sind die erwähnten Schrauben--3 und 4--zu losen und danach wieder festzuschrauben.
Die, die Umrisse des beweglichen ferromagnetischen Elementes und die Form der Polschuhe bildenden Linien können bei Erfüllung der oben erwähnten Zusammenhänge grundsätzlich auch verschieden ausgebildet sein oder sich an gewisse geometrische Figuren, z. B. Kreis, Archimedische Spirale u. a. annähern.
Diese Umrissform wird erfindungsgemäss je nach der gewünschten Charakteristik der Skalenteilung gewählt.
<Desc/Clms Page number 4>
Die Fig. 3, 4, 5, 6, 7 und 8 zeigen einige Ausführungsbeispiele für das bewegliche ferromagnetische Element-8-, das an der Achse--9--drehbar angebracht ist.
Fig. 3 zeigt eine Form des beweglichen ferromagnetischen Elementes, die ziemlich einfach und vorzugsweise für Instrumente mit quadratisch geteilten Skalen zu verwenden ist.
Fig. 4 zeigt eine Form des beweglichen ferromagnetischen Elementes, die im Vergleich mit der in Fig. 3 gezeigten Form des beweglichen Elementes den Drehwinkel der Skala erweitert.
Fig. 5 zeigt eine Form des beweglichen ferromagnetischen Elementes, die für die Instrumente mit angenähert linearer Skaleneinteilung empfohlen wird.
Die in Fig. 6 gezeigte Form passt für Instrumente, die einen schweren Zeiger besitzen. Das Gewicht des Zeigers wird in diesem Falle von dem weit von der Drehachse entfernten Teil des beweglichen Elementes ausgeglichen.
Fig. 7 zeigt eine Form des beweglichen ferromagnetischen Elementes, die für die Instrumente mit einem Drehwinkel bis 320 empfohlen wird.
Fig. 8 zeigt eine Form des beweglichen ferromagnetischen Elementes, die vorzugsweise für Instrumente mit überlastungsteil an dem Skalenende zu verwenden ist.
Zweckmässig dabei sind solche Formen des beweglichen Elementes, bei denen bei vollem Ausschlag das Verhältnis der durch das bewegliche ferromagnetische Element und den inneren Polschuh gebildeten Luftspaltfläche zu der durch das bewegliche ferromagnetische Element und den äusseren Polschuh gebildeten Luftspaltfläche zwischen 0, 5 und 10 liegt.
Zweckmässig sind solche Formen, bei denen das Gewicht des aktiven ferromagnetischen Teiles des beweglichen Systems 30 bis 60% des Gewichtes der nicht mit dem Erzeugen des Drehmomentes zusammenhängenden Konstruktionsteile des erwähnten beweglichen Systems aufweist.
Das erfindungsgemässe Messwerk kann sowohl an einer festen Achse mit Kernlagerung des beweglichen Systems als auch mittels Spannbandlagerung desselben ausgeführt werden.
Die Lagerung des ferromagnetischen Drehteiles kann wie folgt ausgebildet sein :
Die beiden Achsenenden sind mit Spitzen versehen, die relativ kleinen Halbdurchmesser besitzen.
Jede Spitze ist in einem ortsfesten Lager bewegbar angeordnet, welches eine Aushöhlung besitzt, in die die Spitze eingepasst ist. Das Lager ist üblicherweise aus Achatstein, Rubinstein od. dgl. hergestellt. Die beiden Lagerungen sind fest an der Grundplatte des Messwerkes befestigt, an die auch die ortsfest angeordneten Jochplatten befestigt sind.
An den Achsenenden sind mechanisch, z. B. durch Löten kurze flache Bänder mit einem ihrer Enden befestigt. Die andern Enden der Bänder sind an der auf der Grundplatte des Messwerkes befestigten Federung befestigt. Es können auch andere beliebige bekannte Konstruktionen der Verbindung des beweglichen Teiles mit dem unbeweglichen Teil verwendet werden.
Im Messwerk können auch verschiedene Dämpfungsarten (Luftdämpfung, Induktionsdämpfung oder Flüssigkeitsdämpfung) verwendet werden. Alle diese Teile der Konstruktion sind in den Zeichnungen nicht dargestellt, weil sie keinen entscheidenden Einfluss auf den Erfindungssinn ausüben ; anstatt dieser wird in der Beschreibung von dem allgemeinen Begriff "Konstruktionselemente" gesprochen.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den inneren und äusseren Polschuh des festen ferromagnetischen Elementes für den Fall, wenn ein Skalenteil mit einer überlastungseinteilung
EMI4.1
erwähnten Forderungen bedingt und besteht in einer Änderung der Form des äusseren Polschuhes - -6--, welcher eine Ausnehmung --15-- an der inneren Seite ihres Randes aufweist.
Selbstverständlich können solche Ausnehmungen bzw. Warzen sowohl an dem inneren oder äusseren Polschuh als auch an dem beweglichen ferromagnetischen Teil ausgebildet sein, dabei ist es zweckmässig, die besprochenen Zusammenhänge zwischen ihren Oberflächen und die festgelegten Gewichtsverhältnisse zu gewähren.
Die Fig. 10 zeigt ein Messwerk gemäss der Erfindung für eine Skala mit einem grossen Drehwinkel des Zeigers der bis 3200 ausgelegt sein soll.
Die Bezugszeichen sind den für die Fig. 1 geltenden gleich. Der Unterschied in der Ausführung der Polschuhe des Messwerkes besteht darin, dass der äussere Polschuh--6--den inneren Polschuh --5-- bis 320 umringt.
Wenn ein nach den gegebenen Forderungen erfindungsgemäss gebautes Messwerk, wie es bei den Spannungsmessern üblich ist, einen hohen Innenwiderstand aufweisen soll, ist es zweckmässig, die Messspule mit dem Draht zu wickeln, der einen spezifischen elektrischen Widerstand über
<Desc/Clms Page number 5>
0, 03 Ohm mm2 Im besitzt (z. B. Manganin).
Das macht einen üblichen Zusatzvorwiderstand übrig und verbessert die Eigenschaften des Instrumentes in bezug auf die Temperaturabhängigkeit, welche durch den Temperaturkoeffizient des Kupfers bedingt ist.
Es muss berücksichtigt werden, dass die Ausführungsformen der Erfindung, die in den Zeichnungen angegeben, und oben beschrieben sind, nur mögliche und bevorzugte Varianten seiner Verwirklichung darstellen.
Es können verschiedene Varianten der Form, der Abmessungen und der Anordnung von Einzelelementen angewandt werden.
Man kann beispielsweise die Elemente, die in den Zeichnungen dargestellt und oben beschrieben sind, durch die äquivalenten ersetzen, die Anordnung von Einzelelementen ändern, einige Einzelelemente getrennt verwenden, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Dreheisenmesswerk mit einem ortsfest angeordneten mit einer Messspule versehenen, ferromagnetischen Kern und einem flachen ferromagnetischen Dreheisen, mit zwei Polschuhen, deren jeder aus jeweils zwei einander gegenüberliegenden Platten besteht, zwischen denen das Dreheisen angeordnet ist, wobei sich der von dem die Spule durchfliessenden Strom bewirkte magnetische Fluss nacheinander über das Dreheisen, über den Kern und über die Luftspalte zwischen den beiden schliesst und ein Drehmoment erzeugt, welches das Dreheisen in eine Bewegung um seine Drehachse versetzt,
EMI5.1
des Dreheisens (8) angeordnet und die Form der beiden Platten des einen Polschuhes (5 bzw. 6) verschieden von der der Platten des andern Polschuhes (6 bzw.
5) gewählt ist, wobei ein Polschuh (6) den andern unter Bildung eines sichelförmigen Spaltes umgreift.
EMI5.2