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Elektromagnetischer Geschwindigkeitsmesser mit Empfänger und Geber.
Die Erfindung bezieht sich auf dasjenige System von elektrischen Geschwindigkeitsmessern,
bei denen ein Ein- oder Mehrphasengenerator von der zu messenden Welle angetrieben
und ein Drehkörper in einem besonderen Drehfeldempfänger entgegen der Wirkung einer
Feder oder sonstigen Gegenkraft in einem der zu messenden Geschwindigkeit entsprechenden
Maße verstellt wird. Das Neue besteht darin, daß der wicklungslose Drehkörper aus
magnetischem Material besteht, und daß im wesentlichen nur das aus der Wirkung des
Hysteresisverlustes resultierende Drehmoment zur Verstellung des Drehkörpers benutzt
wird, während das von den Wirbelströmen herrührende Drehmoment nach Möglichkeit
dadurch verringert wird, daß einerseits Material mit großem spezifischen Widerstand,
wie Gußeisen oder gehärteter Stahl, gewählt wird, und daß anderseits, wenn nötig,
der Anker aus Blechen mit isolierenden Zwischenlagen zusammengesetzt wird. Das für
die Messung benutzte Drehmoment rührt der Hauptsache nach nicht mehr von Wirbelströmen,
sondern vom Hvsteresisverlust im magnetischen Anker her, welcher Hysteresisverlust
bei richtiger Auswahl des Materials in dem in Betracht kommenden Temperaturbereich
nur ganz unbedeutend von der Temperatur abhängig ist. Der Geschwindigkeitsmesse
zeigt deshalb auch bei den vorkommenden großen Temperaturschwankungen stets richtig.
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Ein weiterer Vorteil des magnetischen Ankers liegt in dem wegen des
geringeren magnetischen Widerstandes stärkeren magnetischen Feld des Instrumentes,
welches ein größeres Drehmoment ergibt.
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Da das von der Hvsteresis herrührende Moment bei konstanter Induktion
unabhängig von der Frequenz ist, muß die Stromstärl:c und damit die magnetische
Induktion in Abhängigkeit von der Frequenz veränderlich gemacht werden, was durch
den Einbau von Ohmschen Widerständen in den :Meßkreis be-«-irkt wird.
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Durch das rotierende Drehfeld entsteht in dem Drehkörper, dem Anker,
ein Hysteresisverlust, der unter Benutzung der Steinmetzschen Formel ein Drehmoment
D _#l2 a . BI: erzeugt, wo B die Induktion im Eisen und n eine Konstante
bedeuten.
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Soll eine gleichmäßige Skalenteilung des Geschwindigkeitsmessers angestrebt
werden, so muß das Drehmoment linear mit der Periodenzahl c zunehmen und somit die
Bedingung besteren D #_x2 _ b # c _=:# a # B1,6, woraus
sich als weitere Bedingung für ein lineares Drehmoment in Abhängigkeit von der Frequenz
ableiten läßt B - Bmäx # co,f@s, wo Brltax die bei maximaler Spannung und
Frequenz auftretende Eiseninduktion im Rotor des Meßinstrumentes bedeutet.
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Da die im Geber induzierte Spannung bei permanentem Feld der Frequenz
proportional, die Induktion im Empfänger aber dem Strome im Meßkreis ebenfalls angenähert
proportional ist, so kann ein Verhältnis des Ohmschen Widerstandes zur Selbstinduktion
des :@Zeßkreises bestimmt werden, bei welchem angenähert die vorstehende Bedingung
der gegenseitigen Abhängigkeit von Induktion
und Frequenz und somit
die lineare Abhängigkeit von Drehmoment und Frequenz besteht.
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Durch entsprechende Wahl des Ohmschen Widerstandes bei gegebener Reaktanz
kann indessen die Skala auch so verändert werden, daß die gleichmäßige Teilung im
normalen Gebrauchsgebiet, in den Endlagen aber zusammengedrängte Skalenteilung entstehen.
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Der neue Geschwindigkeitsmesser eignet sich wegen der in sehr weitem
Bereich geltenden Unabhängigkeit von der Temperatur insbesondere für alle Sportzwecke,
für Flugzeuge und alle Anwendungen, bei welchen große Temperaturdifferenzen auf
die Meßeinrichtung einwirken können. Ferner kommt seine Anwendung dort in Betracht,
wo rasch aufeinander Geschwindigkeitsänderungen vorkommen, weil das bei Induktionsmeüinstrumenten
erforderliche Abwarten des stationären Erwärmungszustandes ausfällt.
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Damit diese Eigenschaft des Geschwindigkeitsmessers möglichst voll
zur - Geltung kommt, müssen den Wicklungen Vorschaltwiderstände mit sehr geringem
oder gar negativem vorgeschaltet werden.
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Ein weiterer Vorteil des Geschwindigkeitsmessers besteht darin, daß
er, wie die Induktionsinstrumente, aber ohne deren übrige Mängel, eine kreisrunde
Skala auf nahezu dem ganzen Instrumentenumfang ermöglicht, was eine bessere Raumausnutzung
ergibt und deshalb für viele Anwendungen sehr wichtig ist. .
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In Fig. i sind Geber und Empfänger schematisch dargestellt.
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Der Geber besteht im wesentlichen aus dem Armatureisen a1 mit den
Polen p, und den Spulen s, welch letztere in Stern oder Dreieck geschaltet und deren
freie Enden mit den Verbindungsleitungen L verbunden sind. Vor den Polflächen rotiert
der permanente Magnet in mit den Polen N und S. In der dargestellten Anordnung
wird Drehstrom erzeugt.
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Der Empfänger besteht aus dem feststehenden Feld a.. mit den Polen
p, und den Spulen s., welche ebenso wie diejenigen des Gebers geschaltet sind. Der
Rotor y besteht aus einem lamellierten Eisenring, der durch die Achse des Zeigers
M drehbar gelagert ist. Dem Hysteresisdrehmoment .entgegen wirkt die Feder
f. Der Zeiger z rotiert vor der Skala st.
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In Fig. a ist ein Querschnitt des Gebers dargestellt. Der Geber wird
durch eine Schnurscheibe k und die Welle t, die im festen Gehäuse g gelagert
ist, angetrieben.
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Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Empfängers. Der Drehstrom erzeugt
im Anker a_ ein rotierendes Drehfeld, welches zufolge der Hysteresisverluste im
Rotor r ein Drehinoment auf diesen ausübt und den Zeiger z gegen die Feder f zu
verdrehen sucht. Die Skala ia ist auf Frequenzen oder Geschwindigkeiten geeicht.
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Die Wirkungsweise ist durchaus dieselbe. wenn das Drehfeld statt durch
Drehstrom durch Einphasenstr oin und Kunstphase erzeugt wird.
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Geber und Empfänger können auch mit bewegten Wicklungen ausgeführt
werden.
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Der Rotor des Empfängers kann statt aus lamelliertem Eisen oder Stahl
auch aus massivem Eisen hergestellt werden, wenn dazu Eisen benutzt wird, dessen
Temperaturkoeffizient sehr klein ist. In diesem Falle addiert sich zum Hysteresisdrehmoment
noch ein Wirbelstromdrehmoment. Statt Eisen können auch Nickel oder entsprechende
Legierungen zur Anwendung kommen.
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Die Schwingungen des Rotors und Zeigers können durch eine Dämpfung
bekannter Art verringert werden.
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Rin 1'U a°inesser oder Kilometerzähler in Verbindung mit dem neuen
Instrument kann dadurch gewonnen werden' daß ein vom Geberstrom betriebener synchroner
oder auch asynchroner Motor ein Zählwerk antreibt, das die Impulse oder Polwechsel
zählt. Der Motor kann dabei von der allgemein üblichen Bauart -sein oder aber aus
einem schwingenden Magnetanker bestehen. Das Zählwerk kann durch mechanische Umschaltung
auf verschiedene Übersetzungen die Berechnung verschiedener Tarife ermöglichen.
Durch entsprechende Polumschaltung kann dasselbe Resultat auch elektrisch erzielt
werden.
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Zur Kontrolle und Nachstellung des Geschwindigkeitsmessers kann derselbe
mit einem Zungenfrequenzmesser so kombiniert werden, daß einige Skalenpunkte mit
einer entsprechenden Anzahl bei den betreffenden Frequenzen schwingender Zungen
verglichen werden können.
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Zur Ablesung der Geschwindigkeit an verschiedenen Beobachtungsstellen
können mehrere Empfänger in Reihen- oder Parallelschaltung auf einen Geber geschaltet
werden.