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Magnetostriktiver Druckkraftwandler nach dem Torsionsprinzip
Die Erfindung betrifft einen magnetostriktiven Druckkraftwandler nach dem Torsionsprinzip zur Umwandlung einer Druckkraft in eine elektrische Grösse, der beispielsweise zur Gewichtsbestimmung mit Femablesung und/oder Registrierung der Gewichte oder zur Betätigung von Relais in automatischen Anlagen benützt werden kann.
Der erfindungsgemässe magnetostriktive Druckkraftwandler besitzt ferromagnetische Torsionskörper, die an beiden Enden mit Armen versehen sind und die von einer Erregerwicklung axial durchsetzt und von aufgeschobenen zylindrischen Messspulen konzentrisch umschlossen sind. Dieser magnetostriktive Druckkraftwandler ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass an den Ober-und Unterseiten der Arme der Torsionskörper federnde Stegpaare zur Bildung gegenseitiger Kräftepaare angeordnet sind, deren Stege gegeneinander versetzt und entgegengesetzt gerichtet sind, wobei der eine der Stege mit einer Oberplatte, der andere mit einer Unterplatte verbunden ist, welche Platten im Angriffspunkt der Kraft je einen Ansatz, ähnlich einem Kugelabschnitt, tragen.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung haben die Stege von der Symmetrieebene des Wandlers verschiedene Abstände und sie liegen in zur Symmetrieebene parallelen Ebenen, derart, dass die auf einer Seite der Symmetrieebene liegenden Stege eines Armes in zwei verschiedenen Ebenen liegen.
Es gibt eine ganze Reihe von mechanischen, hydraulischen und elektrischen Druckkraftwandlern. Der grösste Nachteil dieser bekannten Bauarten ist ihre geringe Genauigkeit, ferner die komplizierten elektronischen Schaltungsanordnungen für die Indikatorkreise und die Abhängigkeit der Anzeige von der Temperatur. Dem erfindungsgemässen Druckkraftwandler kommt von den bekannten Vorrichtungen ein elektromagnetisches Dynamometer noch am nächsten, bei dem beide Enden des Torsionskörpers über Anschlusszapfen mit Planchetten versehen sind, deren freie Enden durch Bügel so verbunden sind, dass die Planchetten Kräftepaare entgegengesetzten Sinnes bilden. Dieses elektromagnetische Dynamometer hat jedoch eine von der Erfindung weit abweichende Bauart und es kann ohne Zusatzeinrichtung nur zum Messen von Zugkräften benützt werden.
Der erfindungsgemässe Druckkraftwandler ist wesentlich einfacher aufgebaut. Er benötigt keine komplizierten und teuren Apparaturen und verträgt gut eine schonungslose Handhabung im Betrieb.
Ein Ausführungsbeispiel des magnetostriktiven Druckkraftwandlers nach der Erfindung ist in den Figuren der Zeichnung dargestellt. In Fig. l ist der Wandler im Aufriss und in Fig. 2 im Grundrissschnitt dargestellt. In Fig. 3 ist das Schaltbild des elektrischen Teiles des Wandlers veranschaulicht.
Der erfindungsgemässe Druckkraftwandler besteht aus zwei ferromagnetischen Torsionskörpern 1, deren Enden mit Armen 2 versehen sind. An jedem dieser Arme 2 ist ein Paar federnder Stege 3 befestigt, die symmetrisch so angeordnet sind, dass die Exzentrizität R bei allen Armen gleich ist und dass bei Belastung an den Stegen 3 auf beiden Enden jedes einzelnen Torsionskörpers Kräftepaare entgegengesetzten Sinnes gebildet werden. Die andern Enden der federnden Stege sind in die Oberplatte 4 und in die Unterplatte 5 eingebaut. Diese Platten 4 und 5 können mit einem Ansatz 10, ähnlich einem Kugelabschnitt, versehen werden.
Beide Torsionskörper 1 werden von einer torroidalen Erregerwicklung 6 durchsetzt, welche an die Anschlussklemmen 7 angeschlossen ist. Über jeden der beiden Torsionskörper 1 ist eine zy- lindrische Messspule 8 aufgeschoben, die den Torsionskörper 1 konzentrisch umschliesst. Beide Messspulen 8
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sind mit einem Messgerät 9 verbunden. Der ganze Druckkraftwandler kann mit einem Schutzgehäuse versehen werden, das einerseits eine Beschädigung der Spulen verhindert, anderseits den Einfluss äusserer Magnetfelder abschirmt und das ausserdem noch waagrechte Schubkräfte aufnehmen kann, welche die Verdrehung der Torsionskörper nicht beeinflussen dürfen.
Bei Belastung des Druckkraftwandlers mit der Kraft P werden über die Oberplatte 4, die Unterplatte 5, die Stege 3 und die Arme 2 die Torsionskörper 1 durch die Kräftepaare mit dem Drehmoment
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beansprucht, welches der Belastung des Druckkraftwandlers proportional ist. Wenn durch die torroidale Erregerwicklung 6 ein Wechselstrom fliesst, welcher bekanntlich ein zylindrisches magnetisches Wechselfeld in den Torsionskörpem bildet, dann wird dieses zylindrische magnetische Wechselfeld durch die Wirkung des Drehmomentes in ein schraubenförmiges Feld deformiert, so dass eine Längskomponente auftritt, die der Grösse des Drehmomentes proportional ist und die in den Messspulen 8 eine elektromotorische Kraft induziert, die ihrerseits wieder der Belastung des Druckkraftwandlers direkt proportional ist.
Grundsätzlich kann die Anordnung auch so getroffen werden, dass der Erregerstrom den, bisher als Messspulen 8 bezeich-
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Im Hinblick auf die Grösse der elektromotorischen Ausgangskraft, die Unabhängigkeit von Stromschwankungen und Temperaturänderungen usw. besitzt der erfindungsgemässe Druckkraftwandler sehr viele Anwendungsmöglichkeiten, da Verstärker, Spannungsstabilisatoren und Temperaturkompensationskreise nicht erforderlich sind.
Der magnetostriktive Druckkraftwandler gemäss der Erfindung ist infolge seiner robusten Bauart auch für rauhen Betrieb geeignet, wie beispielsweise in Hüttenwerken zum schnellen Wiegen der Chargen, in Walzwerken zum Messen der Walzdrücke, in Bergwerken zum Messen des Erdmassendruckes, zum Wiegen und Dosieren des Schüttgutes in Fördersystemen, zum Messen des Druckes unter Speichern, zum Schutz gegen Überlastung von Hebemaschinen, Brücken und anderer ähnlicher Einrichtungen, zum Wiegen der Fracht im Kraftwagen-und Eisenbahnbetrieb, zum Wiegen und zur Bestimmung des Schwerpunktes von Flugzeugen usw. Einen grossen Vorteil bildet hiebei die einfache Möglichkeit der Fernanzeige des Messwertes und die vollkommen sichere Anzeige desselben ohne störungsanfällige Elektronik.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Magnetostriktiver Druckkraftwandler nach dem Torsionsprinzip zur Umwandlung einer Druckkraft in eine elektrische Grösse, mit an beiden Enden mit Armen versehenen ferromagnetischen Torsionskörpem, die von einer Erregerwicklung axial durchsetzt und von aufgeschobenen, zylindrischen Messspulen konzentrisch umschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ober- und Unterseiten der Arme (2)
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Stege (3) gegeneinander versetzt und entgegengesetzt gerichtet sind, wobei der eine der Stege mit einer Oberplatte (4), der andere mit einer Unterplatte (5) verbunden ist, welche Platten imAngriffspunktder Kraft (P) je einen Ansatz (10), ähnlich einem Kugelabschnitt, tragen.