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Einrichtung zur Messung und/oder Überwachung von Drehgeschwindigkeiten
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung und/oder Überwachung
von Drehgeschwindigkeiten mit einem ruhenden, vorzugsweise permanenten Magneten,
der in einem in Abhängigkeit von der zu messenden Drehgeschwindigkeit rotierenden
Drehkörper Wirbelströme induziert, wobei eine von diesen Strömen herrührende, also
sekundäre, magnetische Feldstärke als Eingangsgröße eines Meß-, Regel- oder Steuerkreises
verwendet ist.
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Zur kontinuierlichen Erfassung der Drehgeschwindigkeit einer rotierenden
Welle ist bereits ein anale ges Meßverfahren mit einer Einrichtung der obengenannten
Art bekannt. Insbesondere ist es bekannt, eine sekundäre magnetische Feldstärke
in eine ihr analoge, vorzugsweise proportionale elektrische Größe, die zu Meß-,
Steuer- oder Regelzwecken verwendet werden kann, umzuformen. Die Umformung - geschieht
z. B. mittels Hallgeneratoren oder magnetfeldabhängiger Widerstände.
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Wenn bei derartigen Einrichtungen Schaltbefehle an diskreten Punkten
des Drebzahlbereiches an Stelle oder zusätzlich zu einer kontinuierlichen Erfassung
der Drehzahl gegeben werden sollen, so kann beispielsweise die von einem Hallgenerator
abgegebene Spannung zur Betätigung eines kleinen Relais verwendet werden. Dies hat
jedoch den Nachteil, daß die Proportionalität zwischen Hallspannung und sekundärem
Magnetfeld bzw. Drehgeschwindigkeit gestört wird, weil der Innenwiderstand des Hallgenerators
nicht konstant, sondern magnetfeldabhängig ist. Bei Belastung wird hierbei die bei
Leerlauf dem steuernden sekundären Magnetfeld streng proportionale Klemmenspannung
des Hallgenerators um das Produkt aus Belastungsstrom und nicht konstantem Innenwiderstand
des Hallgenerators vermindert. Auch bei anderen magnetoelektrischen Wandlem, z.B.
magnetfeldabhängigen Widerständen, ergeben sich Rückwirkungen des durch das Schaitgerät
gebildeten Belastungskreises auf die Proportionalität zwischen der Stärke des sekundären
Magnetfeldes und der daraus gewonnenen elektrischen Größe. Außerdem sind die durch
solche Mittel ohne Verstärkung erzielbaren Leistungen recht klein. Eine Verstärkung
der elektrischen Größe und eine damit verbundene Erhöhung des Belastungskreiswiderstandes
zur Verminderung der Rückwirkung des Belastungskreises ist in vielen Fällen zu aufwendig.
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Die geschilderten Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß dadurch
überwunden, daß im Wirkbereich des sekundären Magnetfeldes der Meß- und/ oder Überwachungseinrichtung
magnetfeldabhängig betätigbare elektrische Schaltgeräte angeordnet sind.
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Hierdurch können an diskreten Punkten des Drehzahlbereiches nach Art
eines Fliehkraftschalters Schaltbefehle gegeben werden, ohne daß jedoch, wie bei
einem Fliehkraftschalter, die Kontakte rotieren bzw. die Fliehkraftwirkung durch
mechanische Ele mente auf ruhende Kontakte übertragen werden muß und ohne daß das
sekundäre Magnetfeld in eine ihm analoge elektrische Größe umgewandelt werden müßte.
Die Umwandlung geschieht vielmehr auf direktem Wege, derart, daß das sekundäre Magnetfeld
die Bewegung von Kontaktelementen bewirkt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn als magnetfeldabhängig betätigbare
Schaltgeräte Schutzgasschalter verwendet sind. Sollen an verschiedenen Punkten des
Drehzahlbereiches Schaltbefehle gegeben werden, so ist es zweckmäßig, wenn mehrere
im sekundären Magnetfeld angeordnete Schutzgasschalter verwendet werden, deren Ansprechempfindlichkeit
gestaffelt ist.
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Wird eine größere Schaltleistung als die eines Schutzgasschalters
verlangt, so ist es vorteilhaft, wenn das sekundäre Magnetfeld mit einem federbelasteten
Anker nach Art eines Haltemagneten zusammenarbeitet, derart, daß der Anker beim
Unter-oder Überschreiten des vorgegebenen Wertes der Feldstärke des sekundären Magnetfeldes
abfällt und mit einem Betätigungsglied, z. B. einem Stößel, elektrische Schaltelemente,
z. B. Kontaktzungen, betätigt.
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Um den magnetischen Widerstand für das sekundäre Magnetfeld möglichst
klein zu halten, ist die Anordnung derart zu treffen, daß die Längs-und/oder Querfeldkomponenten
des sekundären Magnetfeldes in, den Drehkörper unter Einfügung von Luftspalten umgebenden
und einen geschlossenen magnetischen Kreis bildenden Eisenwegen verlaufen.
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Hierbei werden die magnetfeldabhängig bewegbaren
Teile
der elektrischen Schaltgeräte, z. B. die Kontaktzungen der Schutzgasschalter oder
die Anker der Haltemagnete, so im Bereich von Luftspalten oder Ausnehmungen des
Eisenweges angeordnet, daß sie von dem sekundären Magnetfeld zumindest teilweise
durchsetzt werden.
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An Hand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter
Erläuterung ihrer Wirkungsweise beschrieben.
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F i g. 1 und 2 zeigen in Auf- und Seitenriß, in schematischer Darstellung,
eine erfindungsgemäße Einrichtung, bei der eine den primären Magnetfluß schwächende
Wirkung der sekundären magnetischen Feldstärke zur Betätigung der Schaltgeräte ausgenutzt
ist; F i g. 3 und 4 zeigen im Auf- und Grundriß, ebenfalls in schematischer Darstellung,
eine Einrichtung gemäß der Erfindung, bei der die mit der Drehgeschwindigkeit zunehmende
Querfeldkomponente des sekundären Magnetfeldes zur Betätigung der elektrischen Schaltgeräte
(bzw. zur Steuerung eines Hallgenerators) ausgenutzt wird.
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In den Fig. 1 und 2 stellt 1 einen ruhenden permanenten Magneten
dar, der mit den Polschuhen 2 und 3 versehen ist und einen primären, als Längsfluß
01L in Erscheinung tretenden Magnetfluß erzeugt, der die von der Welle 5 getragene
rotierende Metallscheibe 4 durchsetzt und sich über die Eisenteile 6 und 7 schließt.
In der Scheibe 4 werden Wirbelstörme induziert, deren magnetische Feldstärke aus
zwei Komponenten besteht. Die eine Komponente QL wirkt dem Primärfluß 01L unmittelbar
entgegen und ergibt mit ihm den resultierenden Längsfluß bL. Die zweite Komponente
erzeugt den Querfluß çoto dessen Verlauf in den Teilen 2 und 6 (F i g. 2) durch
gestrichelte Pfeile angedeutet ist.
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Durch die Teile 3 und 7 verläuft ein weiterer, nicht eingezeichneter
Querfluß Q2 in umgekehrter Richtung. Durch geeignete Bemessung der von den Querflüssen
durchsetzten Eisenquerschnitte kann es erreicht werden, daß dadurch eine magnetische
Sättigung auftritt, die den die gleichen Querschnitte durchsetzenden Längsfluß çL
(in Fig. 1 durch volle Pfeile bezeichnet) weiter schwächt. Der Längsfluß kann mit
Hilfe eines zwischen den Teilen 6 und 7 angeordneten Hallgenerators 8 (strichliniert)
gemessen werden. Die mit der Geschwindigkeit der Scheibe 4 zunehmende Schwächung
des Längsflusses L ergibt ein Maß für die Drehgeschwindigkeit, wobei an den Klemmen
des Hallgenerators eine mit zunehmender Drehgeschwindigkeit abnehmende Hallspannung
auftritt.
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In Fig. 1 und 2 ist schematisch angedeutet, wie an Stelle des Hallgenerators
8 in den Luftspalt 44 an sich bekannte Schutzgasschalter eingesetzt werden können.
Aus der Figur sind drei Schutzgasschalter 40 ersichtlich, deren Ansprechempfindlichkeit
gegestaffelt sein kann, damit bei verschiedenen Drehgeschwindigkeiten zugeordnete
Schaltbefehle gegeben werden. Die Schutzgasschalter 40 können auch in angepaßteBohrungen
in den Eisenteilen 6 und 7 eingesetzt sein. Das Längsfeld L kann auch mit dem federbelasteten
Anker 41 eines Haltemagneten zusammenarbeiten, derart, daß der Anker 41 beim Unterschreiten
eines vorgegebenen Wertes des Längsfeldes L abfällt und mit seinem Stößel 42 nicht
dargestellte Schaltelemente, z. B. Kontaktzungen, betätigt. In seiner Ruhestellung
(nicht ausge-
löster Zustand) versucht die Feder 43 den Anker 41 von den Eisenteilen
6 und 7 abzureißen; sie wird jedoch durch den über den Anker 41 fließenden Anteil
des Längsflusses, der eine anziehende Kraftkomponente liefert, daran gehindert.
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In den Fig. 3 und 4 ist gezeigt, wie die mit ansteigender Drehgeschwindigkeit
der Scheibe 15 zunehmenden Querfeldkomponenten (Q 1 bzw. Q2) zur Steuerung des Hallgenerators
20 bzw. zur Betätigung der Schutzgasschalter 40 ausgenutzt sind.
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Der Primärfluß 01L wird durch den Magneten 12 erzeugt und schließt
sich über das Joch 17, wobei er die mit der Welle 16 rotierende Scheibe 15 zweifach
durchsetzt. Die sekundäre magnetische Feldstärke ergibt auch hier eine Schwächung
des in den Teilen 12 und 17 verlaufenden Längsflusses, die mit der Geschwindigkeit
der Scheibe zunimmt. Zum Unterschied von der in den Fig. 1 und 2 abgebildeten Einrichtung
wird hier jedoch nicht die Schwächung des Längsfeldes zur Gewinnung einer analogen
Meßgröße bzw. zum Betätigen von elektrischen Schaltgeräten ausgenutzt, vielmehr
geschieht dies durch den Querfluß diol, der in den Eisenteilen 18 und 19 und den
Querfluß qiQ2, der in den Eisenteilen 22 und 23 verläuft. Der Querfluß çQl bzw.
O2 wird allein durch die in der Scheibe 15 fließenden Wirbelströme hervorgerufen.
Weil die beispielsweise geblecht ausgebildeten Eisenkörper 18, 19 bzw. 22, 23 symmetrisch
zu den den Primärfluß führenden Teilen 12, 17 angeordnet sind, fließt in ihnen nur
ein Querfluß. In dem Luftspalt45 der Eisenteilel8, 19 ist der Hallgenerator 20 angeordnet,
an dem eine der Drehgeschwindigkeit proportionale Hallspannung abgenommen werden
kann. Zusätzlich zu diesem Hallgenerator sind aber noch in dem Luftspalt44 der Eisenteile
22, 23 Schutzgasschalter 40 eingesetzt.
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Es können somit zusätzlich zu der Hallspannung des Hallgenerators
20, die als elektrische Größe zu Meß-, Steuer- oder Regelzwecken ausgenutzt werden
kann, durch die Schutzgasschalter 40 noch an diskreten Punkten des Drehzahlbereiches
Schaltbefehle gegeben werden, wobei eine gegenseitige Beeinflussung der von den
beiden Querflüssen durchsetzten Anordnungen vermieden ist. Mit 46 sind die Zuleitungen
zu den in Glasröhrchen untergebrachten Schutzgasschaltern bezeichnet.
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Die beim Ausführungsbeispiel der Fig.3 und 4 mit zunehmender Drehzahl
auftretende Verstärkung des Querflusses könnte auch zur Betätigung eines Haltemagneten
ausgenutzt werden. In diesem Fall müßte der Eisenweg für die Querfeldkomponente
mit dem Anker des Haltemagneten den Hauptkraftlinienweg eines mit einem magnetischen
Nebenschluß versehenen Dauermagneten bilden, derart, daß beim Überschreiten eines
vorgegebenen Wertes der Querfeldkomponente durch Sättigung oder Gegenerregung der
Haltefluß des Dauermagneten in seinen Nebenschluß abgedrängt wird, wodurch der Anker
des Haltemagneten zum Abfallen gebracht wird. An Stelle der in den Ausführungsbeispielen
dargestellten Schutzgasschalter- und Haltemagnetanordnungen ließen sich auch andere
magnetfeldabhängig betätigbare Schaltgeräte, z. B. Magnetrelais, verwenden.