AT208453B

AT208453B - Einrichtung zur Erzeugung einer von der Amplitude einer Schwingung abgeleiteten mechanischen Verstellung

Info

Publication number: AT208453B
Application number: AT609157A
Authority: AT
Inventors: Raffael Dr Ing Wunderlich
Original assignee: Sauter Elektr App
Filing date: 1957-09-18
Publication date: 1960-04-11

Description

Einrichtung zur Erzeugung einer von der Amplitude einer Schwingung abgeleiteten mechanischen Verstellung
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung einer Einrichtung, mit welcher ein Ausschlag eines Abtastorganes erzeugt wird, welcher nach einem bestimmten Abhängigkeitsgesetz mit stetiger Charakteristik der Schwingungsamplitude eines mechanisch schwingungsfähigen Elementes folgt.

Die erfindungsgemässe Einrichtung besteht darin, dass das aus magnetisierbarem Material bestehende Abtastorgan dem Einfluss zweier, von wenigstens einem Magnetfeld abgeleiteter Kräfte ausgesetzt ist, von denen die eine magnetische Kraft vom Schwingungselement über den Hilfsluftspalt, die andere magnetische Kraft von einem feststehenden Pol über einen andern Luftspalt zur Wirkung gebracht ist, wobei die Kraftrichtungen und die Dimensionen der Kräfte bzw. Luftspalte so gewählt werden, dass die Einstellung des Abtastorganes, von der Nullage ausgehend, auf die jeweilige Amplitudengrösse herbeigeführt wird, und ausserdem die Bemessung der Trägheit des Abtastorganes diesem erlaubt, raschen Amplituden- änderungen, nicht aber den Einzelschwingungen des mechanischen Schwingungselementes zu folgen.

Die Kopplung zwischen dem Schwingungselement und dem Abtastorgan erfolgt auf magnetischem Wege und die zusätzlich auf das Abtastorgan ausgeübte Kraft ist ebenfalls magnetisch. Die sich im Hilfsluftspalt gegenüberliegenden Abschnitte des schwingungsfähigen Elementes und des Abtastorganes weisen zweckmässigerweise ausgeprägte Pole auf, deren räumliche Abmessung in Richtung der abzutastenden
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gesetzmässigen Zusammenhanges zwischen dem Ausschlag des Abtastorganes und der Schwingungsamplitude des schwingenden Elementes kann die zusätzliche Krafteinwirkung auf das Abtastorgan über dessen Verstellweg entweder konstant, oder von diesem Weg abhängig gemacht werden. Im Fall der Abtastung einer mechanischen Schwingung kann eine Übertragung dieser Schwingung auf das mechanisch schwingungsfähige Element durch ein mechanisches Kopplungsglied vorgenommen werden.

Soll dagegen eine elektrische Schwingung abgetastet werden, so kann diese auf das mechanisch schwingungsfähige Element entweder elektromagnetisch mittels einer Spule oder elektrostatisch mittels eines Kondensators übertragen werden. In allen Fällen werden vorzugsweise dem mechanisch schwingungsfähigen Element eine oder mehrere Eigenfrequenzen zugeordnet, welche im Resonanzbereich der abzutastenden elektrischen Schwingung liegen.

Es zeigt sich, dass das Abtastorgan stets eine Lage einnimmt, welche in bestimmtem, z. B. proportio- nalem Zusammenhang mit der Schwingungsamplitude des schwingungsfähigen Elementes steht.

Der Ausschlag des Abtastorganes kann nicht nur zum Schliessen von Kontakten benützt werden, wobei bei einer ganz bestimmten Schwingungsamplitude des schwingungsfähigen Elementes ein eindeutiger Kontaktschluss entsteht, der bei Aufrechterhaltung oder Vergrösserung der Schwingungsamplitude unterbrechungslos erhalten bleibt, sondern es kann auch vorteilhafterweise zur Steuerung von Nachlauforganen oder direkt zur Aufzeichnung des Spitzenwertes der Schwingung verwendet werden. Darüber hinaus können erfindungsgemässe Einrichtungen überall dort mit Erfolg angewendet werden, wo es sich um die Erzeugung einer von der Amplitude einer Schwingung abhängigen mechanischen Verstellung handelt, welche im definierten Verhältnis zur Schwingungsamplitude steht.

Überdies sind diese Einrichtungen ausserordentlich leicht und billig herzustellen, da nur einfache Teile benötigt werden, die keine hohe Präzision erfordern. Ferner sind keine Elemente vorhanden, welche einer dauernden mechanischen Bewegung und damit einer Abnützung ausgesetzt sind. Sie arbeiten auch bei relativ niedrigen Frequenzen einwandfrei. Im Folgenden sollen an Hand der beigefügten Zeichnung einige beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden.

In der Zeichnung zeigt Fig. 1 die prinzipielle Anordnung eines Resonanzempfängers mit elektrischer Erregung des schwingungsfähigen Elementes, Fig. 2 einen Schnitt nach Ebene li-li der Fig. 1 mit einem gemäss der Erfindung ausgeführten Abtastorgan, Fig. 3 einen Schnitt nach Ebene III-III der Fig. 2, Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 2 mit zwei auf verschiedene Frequenzen abgestimmten schwingungsfähigen Elementen, Fig. 5 einen Schnitt nach Ebene V-V der Fig. 4 und Fig. 6 ein Schaltbild eines Fernsteue- rungsempfängers unter Verwendung des erfindungsgemässen Resonanzempfängers.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Resonanzempfängers der an sich bekannten Art dargestellt.

Der Weicheisenkern 10, beispielsweise aus lamelliertem Dynamoblech, trägt die Spule 11, welcher die Signalwechselspannung zugeführt wird. Zweckmässigerweise wird der Spule 11 ein Kondensator 12 vorgeschaltet, welcher in bekannter Weise mit dieser Spule einen Serienresonanzkreis bildet, der auf die Frequenz der Signalspannung abgestimmt ist. Durch einen Luftspalt wird der Weicheisenkern 10 in zwei Schenkel aufgeteilt. Ein Permanentmagnet 13 ist mit seinem einen Pol, beispielsweise mit dem Pol S, magnetisch mit dem einen Schenkel des Weicheisenkernes 10 verbunden, wogegen der andere Pol, N, vom Weicheisenkern abgewandt und mit einem Polschuh 14 versehen ist.

Der Polschuh 14 trägt an seinem andern Ende das schwingungsfähige Element 15, welches so angeordnet ist, dass es in der Ruhelage

annähernd in der durch die Mitte des Luftspaltes verlaufenden Ebene liegt und sein freies Ende dem Luft- spalt zugewandt ist. Das Element 15 ist mittels der Andrückplatte 16 und der Schrauben 17 am Pol- schuh 14 eingespannt und auf die Signalfrequenz abgestimmt. Der Magnet 13 erzeugt in bekannter Wei- se im Luftspalt eine magnetische Vorspannung über den Polschuh 14, das schwingende Element 15 und den zugeordneten Schenkel des Weicheisenkernes 10. Durch diese Vorspannung wird bekanntlich bewirkt, dass das schwingende Element 15 der Signalspannung frequenzgetreu folgt.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, wird gemäss der Erfindung ein Abtastorgan 18 aus magnetisierbarem
Material verwendet. Das Abtastorgan 18 ist beispielsweise streifenförmig und so gelagert, dass eines sei- ner Enden in der Nähe des schwingungsfähigen Elementes 15 liegt und eine Bewegung in dessen Schwin- gungsrichtung ausführen kann. Zu diesem Zweck ist das Abtastorgan 18 beispielsweise mittels der
Achse 19 in Lagern 20 drehbar angeordnet. Um dabei eine Lageunabhängigkeit der Anordnung zu errei- chen, ist es zweckmässig, wenn die Achse 19 durch den Schwerpunkt des Abtastorganes 18 gelegt wird.

Zur Erzielung einer grossen Empfindlichkeit empfiehlt es sich ferner, das Abtastorgan 18 in der Nähe des freien Endes des schwingungsfähigen Elementes 15 anzuordnen. Um eine gute Ausnützung zu erzielen, ist der Abstand zwischen den freien Enden der Elemente 15 und 18 gering zu wählen, beispielsweise in der
Grössenordnung von 0, 5 mm. Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, die Achse 19 unterhalb der Ebe- ne II-II nach Fig. l, d. h. auf der dem Magneten 13 zugewandten Seite, anzuordnen, wie aus Fig. 3 zu erkennen ist.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist in Fig. 3 veranschaulicht. Solange keine Signalspannung am Eingang der Spule 11 liegt, steht das schwingende Element 15 in der voll gezeichneten Mittelstellung, Zu diesem Zeitpunkt nimmt das Abtastorgan 18 die gleichfalls mit vollen Linien dargestellte Ruhestellung ein. Sobald an der Spule 11 eine Signalspannung liegt, wird das schwingende Element 15 zu mechanischen Schwingungen erregt, deren Amplitude von der Grösse der angelegten Signalspannung abhängt, was in Fig. 3 gestrichelt angedeutet ist. Unter der Wirkung der sich überlagernden magnetischen Gleich- und Wechselfelder stellt sich das Abtastorgan 18 dann in die in Fig. 3 gestrichelt gezeichnete Lage, in welcher es mit seinem freien Ende etwa auf den dem Permanentmagneten 13 zugewandten Scheitelpunkt der Schwingung des Elementes 15 zeigt.

Die Auslenkung des Organes 18 hängt also in eindeutig definierter Weise von der Schwingungsamplitude des Elementes 15 und damit von der Grösse der angelegten Signalspannung ab. Es ist nun leicht möglich, den Ausschlag des Abtastorganes 18 zu den verschiedensten Zwecken zu benützen, beispielsweise zum Schliessen eines Kontaktes 23. Ebenso kann mit dem Abtastorgan 18 auch eine Aufzeichnungsvorrichtung verbunden sein, welche direkt den Spitzenwert der mechanischen Schwingung aufzeichnet. Ferner kann mit dem Abtastorgan 18 ein Nachlaufgeber gekoppelt sein, welcher zur Übertragung eines der Amplitude des schwingenden Elementes 15 entsprechenden Wertes dient.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsart der Erfindung sind zwei schwingungsfähige Elemente 15 und 15'vorhanden, welchen je ein Abtastorgan 18 bzw. 18'zugeordnet ist. Das Element 15 ist auf die zu empfangende Signalfrequenz abgestimmt, wogegen das Element 15'auf einer benachbarten Frequenz liegt. Diese Anordnung ermöglicht die Ausschaltung von unerwünschten Störsignalen, welche gleichzeitig mit einem Nutzsignale auftreten. Die Abtastorgane 18 und 18'tragen gemäss Fig. 5 Kon-
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in einem bestimmten Abstand übereinanderliegen. Diese Anordnung hat folgende Wirkungsweise :
Beim Auftreten eines reinen Nutzsignales wird das schwingungsfähige Element 15 angeregt und bewirkt eine Auslenkung des Abtastorganes 18, während das Abtastorgan 18'in seiner Ruhelage bleibt.

Das Abtastorgan 18 bewegt sich nach unten und legt dabei seinen Kontakt 22 auf den Kontakt 22'. Beim Auftreten eines Störsignales, beispielsweise infolge eines Schaltstosses, welcher wie bekannt aus einem mehr oder weniger breiten Frequenzband besteht, werden die beiden auf benachbarte Frequenzen abgestimmten Elemente 15 und 15'gleichmässig angeregt. Dies bewirkt eine gleiche Auslenkung der beiden Abtastorgane 18 und 18', wodurch die Kontakte 22 und 22'jeweils um den gleichen Weg nach unten bewegt werden, so dass kein Kontaktschluss zustande kommt. Ist jedoch diesem Störsignal ein Nutzsignal überlagert, so wird die Amplitude des schwingenden Elementes 15 vergrössert, so dass die Auslenkung des Abtastorganes 18 grösser als die Auslenkung des Abtastorganes 18'wird. Damit werden die Kontakte 22 und 22'ebenfalls geschlossen.

Trotz Vorhandensein eines Störsignales kommt somit unter der Wirkung des Nutzsignales ein einwandfreier Kontaktschluss zustande, solang das Störsignal nicht so gross ist, dass eine Begrenzung der Schwingungsamplitude in bekannter Weise durch die Grösse des Luftspaltes eintritt.

In diesem Fall bleiben die Kontakte geöffnet.

In Fig. 6 ist ein Schaltbild eines Fernsteuerungsempfängers dargestellt. welcher unter Verwendung des erfindungsgemässen Resonanzempfängers arbeitet. Der dort verwendete Resonanzempfänger arbeitet nach dem Prinzip der Anordnung gemäss den Fig. 4 und Fig. 5. Der Kontaktschluss wird dabei zur Zündung einer Kathodenröhre 24 verwendet, welche über Wechselstrom gespeist wird und zur Durchführung der weiteren Steuerungsvorgänge dient.

Es ist offensichtlich, dass die Anregung des schwingungsfähigen Elementes 15 nicht unbedingt auf elektromagnetischem Wege erfolgen muss. Es ist ohne weiteres möglich, dasselbe durch mechanische Schwingungen, beispielsweise akustische Druckwellen oder Körperschwingungen, anzuregen. Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Abtastvorrichtung wird dadurch nicht beeinflusst. Sie kann überall dort mit Erfolg verwendet werden, wo es sich darum handelt, eine mechanische Schwingung in eine gleichförmige Bewegung umzusetzen, welche in definiertem Verhältnis zur mechanischen Schwingungsamplitude steht.

PATENTANSPRÜCHE : 1. Einrichtung zur Erzeugung einer von der Amplitude einer Schwingung abgeleiteten mechanischen Verstellung, beispielsweise für Resonanzempfänger, mit wenigstens einem einen Teil eines magnetischen Kreises bildenden mechanischen Schwingungselement, das über einen Hilfsluftspalt eine Kraft auf ein in der Schwingungsrichtung bewegbares Abtastorgan ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass das aus magnetisierbarem Material bestehende Abtastorgan dem Einfluss zweier, von wenigstens einem Magnetfeld abgeleiteten Kräften ausgesetzt ist, von denen die eine magnetische Kraft vom Schwingungselement über den Hilfsluftspalt, die andere magnetische Kraft von einem feststehenden Pol über einen andern Luftspalt zur Wirkung gebracht ist, wobei die Kraftrichtungen und die Dimensionen der Kräfte bzw.

Luftspalte so gewählt werden, dass die Einstellung des Abtastorganes, von der Nullage ausgehend, auf die jeweilige Amplitudengrösse herbeigeführt wird, und ausserdem die Bemessung der Trägheit des Abtastorganes diesem erlaubt, raschen Amplitudenänderungen, nicht aber den Einzelschwingungen des mechanischen Schwingungselementes zu folgen.

Claims

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weite des Hilfsluftspaltes einen Bruchteil der Weite des Luftspaltes zwischen dem festen Pol des magnetischen Kreises und dem Abtastorgan beträgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abtastung einer mechanischen Schwingung diese mit dem mechanisch schwingungsfähigenElement durch ein mechanisches Kupplungsglied gekoppelt ist, wobei vorzugsweise das mechanisch schwingungsfähige Element zufolge seiner Auslegung eine oder mehrere Eigenfrequenzen besitzt, welche im Frequenzbereich der abzutastenden Schwingung liegen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abtastung einer elektrischen Schwingung diese auf das mechanisch schwingungsfähige Element entweder elektromagnetisch mittels einer Spule oder elektrostatisch mittels eines Kondensators übertragen wird, wobei vorzugsweise das mechanisch schwingungsfähige Element zufolge seiner Auslegung eine oder mehrere Eigenfrequenzen besitzt, welche im Frequenzbereich der abzutastenden Schwingung liegen.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die sich an dem Hilfsluftspalt gegenüberstehenden Abschnitte des mechanisch schwingungsfähigen Elementes und des Abtastorganes ausgeprägte Pole aufweisen und dass die räumliche Abmessung der beiden ausgeprägten Pole in Richtung der abzutastenden Schwingung klein gegenüber der abzutastenden Schwingamplitude ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das durch das zu empfangende Signal angeregte, mechanisch schwingungsfähige Element eine auf eine bestimmte Frequenz abgestimmte Blattfeder (15) aus einem magnetisierbaren Material ist, wobei das eine Ende der Blattfeder fest eingespannt und mit einem Pol des das Gleichfeld erzeugenden Permanentmagnets (13) verbunden ist, wogegen der andere Pol des Permanentmagneten dem freischwingenden Ende der Blattfeder gegenübersteht, und dass ein streifenförmiges Abtastorgan (18) aus magnetisierbarem Material mittels einer Achse (19) drehbar so gelagert ist, dass sein eines Ende dem freischwingenden Ende der Blattfeder (15) in einem geringen Abstand gegenübersteht und eine Bewegung in der Schwingungsrichtung der Blattfeder ausführen kann.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (19) durch den Schwerpunkt des Abtastorganes (18) gelegt ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (19) des <Desc/Clms Page number 5> Abtastorganes (18) aus der durch die Ruhelage des schwingungsfähigen Elementes (15) gehenden, senkrecht zur Schwingungsrichtung stehenden Ebene heraus in Richtung des feststehenden Poles (13) versetzt angeordnet ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastorgan (18) mit einem elektrischen Kontakt (23) versehen ist, welchem in einer Entfernung, die einer vorbestimmten Auslenkung des Abtastorganes (18) entspricht, ein Gegenkontakt zugeordnet ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastorgan (18) mit einem Nachlaufgeber gekoppelt ist, welcher einen der jeweiligen Auslenkung des Abtastorganes (18) entsprechenden Wert annimmt.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites zusätzliches, auf benachbarte Frequenzen abgestimmtes und als Blattfeder ausgebildetes schwingungsfähiges Element (15') vorgesehen und auch diesem ein Abtastorgan (18') zugeordnet ist, jedes der beiden Abtastorgane einen Kontaktarm (21 bzw. 21') trägt, und die an ihren Enden angebrachten Kontakte (22 und 22') in Ruhelage voneinander einen vorgegebenen Abstand aufweisen und demzufolge bei einer bestimmten Differenz der Auslenkung der Abtastorgane einen Stromkreis schliessen.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein hufeisenförmiger, eine Wicklung (11) tragender Weicheisenkörper (10) vorgesehen ist, dessen einer Schenkel vom anliegenden freien Ende des Permanentmagneten (13) induziert, den feststehenden Pol bildet und das schwingungsfähige Element in seiner Ruhelage in der Symmetrieebene des Luftspaltes zwischen den beiden Schenkeln angeordnet ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Spule (11) ein Kondensator (12) vorgeschaltet ist, welcher mit dieser einen Resonanzkreis bildet, wobei die Eigenfrequenz der Blattfeder (15) innerhalb des Resonanzbereiches des Resonanzkreises gewählt ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder (15 bzw. 15') mit ihrem freien Ende unmittelbar neben dem Luftspalt des Weicheisenkernes (10) angeordnet ist, und daher bei grossen elektrischen Schwingungen die Amplituden der mechanischen Schwingungen durch die Länge dieses Luftspaltes begrenzt sind.