CH499782A - Auf durch Bewegung von magnetisierbaren Gegenständen hervorgerufene Änderungen eines magnetischen Feldes ansprechende Vorrichtung - Google Patents

Description

  Auf durch     Bewegung    von     magnetisierbaren    Gegenständen hervorgerufene     Änderungen     eines     magnetischen    Feldes ansprechende Vorrichtung    Die Erfindung     betrifft    eine auf durch     Bewegung    von       magnetisierbaren    Gegenständen hervorgerufene     Ände-          rungen    eines magnetischen Feldes ansprechende Vorrich  tung zum Überwachen der Drehzahl einer Welle mit  wenigstens einem auf     Magnetfeldänderungen    ansprechen  den Schaltungselement,

       einem    Magneten zum Erzeugen  eines das Schaltungselement durchsetzenden magneti  schen Flusses, elektrischen Verbindungsmitteln zum Ver  sorgen des Schaltungselements mit elektrischem Strom  und mindestens einem     magnetisierbaren    Teil zum Bilden  eines magnetischen Kreises, in welchem ein bewegbarer,       magnetisierbarer,    den Magnetfluss beeinflussender Teil  enthalten ist.  



  Bisher bekannte Vorrichtungen dieser Art benützen  das Wechseln der Intensität eines magnetischen oder  elektrischen Feldes zum Feststellen einer Bewegung eines  Maschinenteils gegenüber der Vorrichtung.  



  Die am meisten verwendete Vorrichtung enthält einen  Magneten und eine Spule, in welcher entsprechend dem  Wechsel des magnetischen Feldes eine elektrische Span  nung induziert wird. Derartige Vorrichtungen werden  auch zum Bestimmen der Umdrehungszahl einer Welle  benützt, wobei jedesmal, wenn verschieden magnetisches  Material,     z.B.    ein von der Welle abstehender Stift, an der  Spule vorbei bewegt wird, ein     Impuls    entsteht. Dieser  erzeugte Impuls ist jeweilen von der Geschwindigkeit,  mit der das Feld wechselt, abhängig. Aus diesem Grunde  ist für diese Vorrichtungen die     Ansprechgeschwindigkeit     begrenzt, weil die erzeugten Impulse nicht gross genug  sind, um sie eindeutig von Störsignalen unterscheiden zu  können.

   Die meisten Vorrichtungen dieser Art vermögen  keine scharfen     Impulse    zu erzeugen und können daher  nicht zur Bestimmung von sehr hohen Umdrehungszah  len pro Zeiteinheit verwendet werden.  



  Die Verwendung von induktiven Belastungen in einer  explosiven Atmosphäre, wie sie beispielsweise in chemi  schen Fabriken oder Raffinerien vorhanden sein kann,  stellt einen unbefriedigenden Faktor in bezug auf die  Sicherheit dar. Eine Vorrichtung mit einer um einen  Magneten gewickelten Spule stellt eine Gefahr dar, auch    wenn der in der Spule erzeugte Strom klein ist. Durch die  Selbstinduktion kann sich bei einem Unterbruch des  Stromkreises     ein    Funken bilden, der die umgebende ex  plosive Atmosphäre zu entzünden vermag.  



  Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu  beseitigen und die Explosionsgefahr zu reduzieren oder  aufzuheben.  



  Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch ge  kennzeichnet, dass das Schaltungselement ein     magnetisch     steuerbarer Widerstand ist, der in dem genannten Ma  gnetfeld untergebracht und bezüglich dieses Magnetfeldes  ortsfest angeordnet ist, und dass der das Magnetfeld  beeinflussende Teil an der Welle angeordnet ist.  



  Solche steuerbare Widerstände werden auch     ( < Magne-          to-Register     genannt. Der Erfindungsgegenstand ist  nachstehend mit bezug auf - die beiliegende Zeichnung  beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:       Fig.    1 einen Querschnitt entlang der Linie     A-A    der       Fig.    2 durch eine Vorrichtung zum Feststellen der Dreh  zahl einer Welle und       Fig.    2 dieselbe Vorrichtung in einer     Seitenansicht.     Eine Maschinenwelle 1 aus Stahl ist mit zwei gegen  überliegend angeordneten Stahlrippen 2 versehen. Diese  Rippen liegen parallel zu der Drehachse der Welle und  sind einander gegenüberliegend angeordnet, damit keine  Unwucht entsteht.  



  Ein     stabförmiger    Permanentmagnet 3 ist mit Abstand  und parallel zur Welle angeordnet und mit zwei Polschu  hen 4 und 5 versehen, welche gegen die Welle gerichtet  sind. Der Abstand zwischen der Welle 1 und den  Polschuhen 4 und 5 ist so gewählt, dass die Rippen 2 satt  und ohne die Polschuhe zu berühren an diesen vorbei  bewegt werden können. Zwischen dem Polschuh 4 und  dem Magnet 3 ist ein magnetisch steuerbarer Widerstand  6 angeordnet. Die Oberflächen der Polschuhe 4 und 5,  welche gegen die Welle gerichtet sind, haben eine konka  ve Form, damit der Abstand zwischen den Rippen 2 und  den Polschuhen 4 und 5 konstant bleibt, wenn sich die  Rippen an den Polschuhen vorbei bewegen. Ein zweiter  magnetisch steuerbarer Widerstand 7 ist mit     Klebstoff    in      der Mitte des Magneten 3 befestigt.

   Ebenfalls in der  Mitte des Magneten 3 ist ein Aluminiumstab 8 zum  Halten des Magneten und seiner Polschuhe im gewünsch  ten Abstand gegenüber der Welle 1 mit dem Magneten 3  starr verbunden.  



  Über nicht dargestellte Anschlussdrähte der beiden  Widerstände 6 und 7 sind diese in Brückenzweige einer  ebenfalls nicht gezeichneten     Brückenschaltung    einge  schaltet. Der zweite Widerstand 7 dient zum Eliminieren  der     temperaturbedingten    Schwankungen des Gleich  stromwiderstands der Widerstände 6 und 7. Weil die  beiden Widerstände an dem Magneten 3 anliegen, sind sie  denselben Temperaturschwankungen ausgesetzt und da  sie in der Brückenschaltung in gegenüberliegenden     Brük-          kenzweigen    eingeschaltet sind, wird der     Brückenabgleich     durch diese unerwünschten Temperaturschwankungen  nicht verändert.  



  Bei jeder Umdrehung der Welle 1 werden beide  Rippen 2 je einmal an den Polschuhen 4 und 5 vorbeige  führt. Die Brückenschaltung befindet sich im Gleichge  wicht, wenn keine der Rippen 2 den Luftspalt zwischen  den Polschuhen und der Welle verringert, daher wird die  Brückenschaltung bei jeder Umdrehung der Welle 1  zweimal aus dem Gleichgewicht gebracht.  



  Der Ausgang dieser Brücke ist mit einer - ebenfalls  nicht dargestellten - Schaltanordnung, wie sie in der  schweizerischen Patentschrift Nr. 444 542 beschrieben ist,  verbunden, welche Schaltungsanordnung die zeitlichen       Abstände    von zwei aufeinanderfolgenden Signalen mit  einem Zeitnormal vergleicht und anzeigt, ob sich die  Welle 1 zu schnell oder zu langsam dreht.  



  Die Mittel zum Anzeigen einer Veränderung des       Wertes    des Widerstands 6 können Mittel zum Anzeigen  des durch den Widerstand     fliessenden    Stroms sein,       vielcher    durch eine an den Widerstand angelegte, kon  stante     Potentialdifferenz    entsteht, oder Mittel zum Anzei  gen der am Widerstand auftretenden Spannung, wenn ein  konstanter Strom durch ihn geleitet wird.     Vorteilhaft     wird aber der Widerstand in einen Brückenarm einer  Brückenschaltung eingeschaltet, die aus dem Gleichge  wicht gerät, wenn der den     Magnetfluss    beeinflussende  Teil der Welle den Polschuhen gegenübersteht.  



  Die Welle 1 besteht     norinalerweise    aus     ferromagneti-          schem    Material. Der den Magnetfluss beeinflussende Teil  der Welle kann eine Nute, ein in eine solche Nute  eingesetztes Material mit anderen magnetischen Eigen  schaften als die Welle oder eine über die Oberfläche der  Welle vorstehende, in der Längsrichtung verlaufende  Rippe sein. Diese Rippe besteht vorteilhaft aus demsel  ben Material wie die Welle, jedoch kann diese Rippe  auch aus einem anderen Material, das andere magneti  sche Eigenschaften aufweist wie die Welle, verwendet  werden. Zum Vermeiden einer Unwucht sind vorzugswei  se zwei einander gegenüberliegend angeordnete Rippen  vorgesehen.  



  Die Wirksamkeit der Vorrichtung kann erhöht wer  den, wenn der Widerstand 6, dessen Wert sich in  Funktion des ihn durchsetzenden     Magnetflusses    ändert,  in einen Zwischenraum zwischen zwei     ferromagnetischen     Teilen eines magnetischen Kreises mit einem Magneten  eingesetzt wird, wobei der magnetische Kreis einen  Luftspalt aufweist, dessen wirksame Breite wenigstens  teilweise durch den den Magnetfluss beeinflussenden Teil  beim Drehen der Welle geschlossen wird. Der Wider  stand 6 kann auch im Luftspalt selbst angeordnet sein,  welcher Luftspalt durch den den     Magnetfluss    beeinflus  senden Teil in seiner wirksamen Breite verändert wird.

      Vorteilhaft ist es jedoch, den Widerstand zwischen dem  Magneten 3 und den den magnetischen Fluss konzen  trierenden Polschuh 4 anzuordnen, so dass der ganze sich  ändernde Magnetfluss den Widerstand durchsetzt.  



  Ein Magnet mit dem an einem Ende desselben  angeordneten Widerstand kann auch zwischen einem  Gehäuse und der Welle, die darin gelagert ist, angeordnet  sein, wobei zwischen der Welle und dem Magneten ein  Luftspalt vorgesehen ist, dessen wirksame Breite durch  einen von der Welle abstehenden Stift, der aus einem  Material mit hoher     Permeabilität    hergestellt ist, beim  Drehen der Welle periodisch verändert wird und wobei  das Gehäuse selbst einen Teil des magnetischen Kreises  darstellt und mit der Welle über die Lager magnetisch  gekoppelt ist.  



  Eine bevorzugte Ausführung enthält einen Magneten,  einen den     Magnetfluss    konzentrierenden Polschuh, einen  zwischen dem Magneten und dem Polschuh angeordne  ten steuerbaren Widerstand, der seinen Wert in Funktion  des ihn durchsetzenden Magnetflusses ändert, und eine  nichtmagnetische, den Magneten umgebende Manschette  zum Schutze desselben. Diese Manschette     kann    auch  magnetisch sein,     z.B.    ein magnetischer Leiter oder ein  zylindrischer Magnet.  



  Vorteilhaft ist ein zweiter, dem ersten ähnlicher  steuerbarer Widerstand derart angeordnet, damit er nicht  vom     Magnetfluss    durchsetzt wird, aber so, dass er mit  dem Magneten eine gute thermische Verbindung besitzt,  um die     gleiche    Temperatur aufzuweisen wie der erste  Zweipol. Diese Vorrichtung ermöglicht die Verwendung  einer Brückenschaltung, wobei der lediglich thermisch  aber nicht mit dem magnetischen     Fluss    gekoppelte  Widerstand eine Kompensation der temperaturbedingten  Schwankungen des Wertes der steuerbaren Widerstände  gestattet.  



  Es kann auch an jedem Ende des Magneten ein  Polschuh vorgesehen werden, wobei zwischen jedem Ma  gnetpol und jedem Polschuh ein Widerstand angeordnet  ist. Der den Magnetfluss beeinflussende Teil wirkt dann  auf diese beiden Widerstände 6 und 7 auf ähnliche Weise  und nacheinander ein. Wenn diese beiden Widerstände in  zwei verschiedenen Brückenarmen der Brückenschaltung  eingeschaltet werden, erscheinen am Ausgang der Brücke  nacheinander zwei entgegengesetzte Signale, wenn der  den Magnetfluss bewirkende Teil an den Polschuhen  nacheinander     vorbeibewegt    wird.  



  Die eingesetzten Magnete können Elektromagnete  oder Dauermagnete sein. Die Verwendung von Dauerma  gneten ist einfacher und weniger gefährlich, da keine  Wicklung benötigt wird, die eine zusätzliche Quelle für  die unerwünschte Funkenbildung darstellen würde.     Aus-          serdem    ist das von einem     Dauermagneten    erzeugte  Magnetfeld wesentlich stabiler und nicht vom Erreger  strom abhängig.  



  Die durch die oben beschriebenen Vorrichtungen  erzeugten Signale können gezählt werden, was gestattet,  die Anzahl Umdrehungen der Welle zu bestimmen.  Werden die Signale pro Zeiteinheit bestimmt, so kann die  Tourenzahl pro Minute oder die Umfangsgeschwindig  keit der Welle festgestellt werden. Die Möglichkeit, mit  dieser Vorrichtung die Abweichung von einer bestimm  ten Drehzahl zu bestimmen, wurde weiter oben schon  angegeben.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Auf durch Bewegung von magnetisierbaren Gegen ständen hervorgerufene Änderungen eines magnetischen Feldes ansprechende Vorrichtung zum Überwachen der Drehzahl einer Welle mit wenigstens einem auf Magnet feldänderungen ansprechenden Schaltungselement, einem Magneten zum Erzeugen eines das Schaltungselement durchsetzenden magnetischen Flusses, elektrischen Ver bindungsmitteln zum Versorgen des Schaltungselements mit elektrischem Strom und mindestens einem magneti- sierbaren Teil zum Bilden eines magnetischen Kreises, in welchem ein bewegbarer, magnetisierbarer,

   den Magnet- fluss beeinflussender Teil enthalten ist, dadurch gekenn zeichnet, dass das Schaltungselement ein magnetisch steuerbarer Widerstand (6) ist, der in dem genannten Magnetfeld untergebracht und bezüglich dieses Magnet feldes ortsfest angeordnet ist, und dass der das Magnet feld beeinflussende Teil (2) an der Welle angeordnet ist. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der magnetisch steuerbare Widerstand in einem Brückenzweig einer normalerweise abgegliche nen Brückenschaltung eingeschaltet ist, welche unabgegli- chen wird, wenn der bewegbare, das Magnetfeld beein flussende Teil (2) den Magnetfluss durch den Zweipol verändert. 2. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der das Magnetfeld beeinflussende Teil eine in der Welle eingelassene Nute oder ein eingelassener Zapfen ist. 3. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der das Magnetfeld beeinflussende Teil ein vom Ende oder der Mantelfläche der Welle vorstehender Stift oder eine von der Welle vorstehende Rippe (2) ist. 4.

   Vorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass der Magnet (3) parallel zur Rippe angeordnet ist, so dass ein Luftspalt zwischen dem Magnet und der Rippe verbleibt, und dass wenigstens ein magnetisch veränderbarer Zweipol (6) an einem oder beiden Magnetpolen, an Stellen, an denen die Rippe am nächsten vorbeibewegt wird, angeordnet ist. 5. Vorrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass auf der Welle zum Verhindern einer Unwucht zwei einander gegenüberliegende Stifte oder Rippen angeordnet sind. 6.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der magnetisch steuerbare Widerstand in einem Luftspalt eines vorwiegend aus magnetisierba- rem Material bestehenden und den Magneten (3) enthal tenden Magnetkreises angeordnet ist. 7. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Magnetkreis, durch welchen der magnetische Fluss fliesst, einen Luftspalt aufweist und dass die Breite dieses Luftspalts durch den den Magnet- fluss beeinflussenden Teil veränderbar ist. B. Vorrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass der magnetisch steuerbare Widerstand in diesem Luftspalt angeordnet ist. 9.

   Vorrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass der Magnetkreis Polschuhe (4, 5) umfasst, und dass der magnetisch steuerbare Widerstand zwischen einem Pol des Magneten (3) und einem der Polschuhe angeordnet ist. 10. Vorrichtung nach Unteranspruch 9, ausgebildet zum Überwachen der Drehzahl einer Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkreis mit dem Magnet und dem magnetisch steuerbaren Widerstand zwischen dem Gehäuse der zu überwachenden Maschine und der Welle angeordnet und magnetisch mit der Welle gekup pelt ist, so dass, wenn sich die Welle dreht, der den Magnetfluss beeinflussende Teil zeitweilig und wenig stens teilweise den Luftspalt zwischen dem Magnet und der Welle ausfüllt. 11.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass ein zweiter, gleicher, magnetisch steu erbarer Widerstand (7) zum Eliminieren der Temperatur einflüsse derart angeordnet ist, dass das wechselnde Magnetfeld praktisch keinen Einfluss auf seine elektri schen Widerstand ausübt, und ferner derart, dass dieser zweite Widerstand praktisch dieselbe Temperatur wie der erste aufweist, indem der zweite magnetisch steuerbare Widerstand vorzugsweise in der Mitte zwischen den Polen und seitlich des Magneten (3) angeordnet ist. 12.

   Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Magnetkreis zwei ähnliche Luft spalte aufweist, in denen je ein magnetisch steuerbarer Widerstand angeordnet ist, wobei diese beiden Wider stände beim Drehen der Welle periodisch und nacheinan der dem Einfluss des wechselnden Magnetfeldes ausge setzt werden.