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Drehspulmesswerk mit Dauermagnet
Die Erfindung betrifft ein Drehspulmesswerk mit Dauermagnet, welches vorzugsweise in Messinstrumente, Registrierinstrumente, Regler und Relais mit einem kleineren Drehspulausschlag als 600 zur Anwendung kommt.
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B.mente, die sich mit geringen Ausschlägen auf eine Nullmarke bzw. Einstellmarke einstellen oder ein- regeln, die üblichen in Fig. 1 gezeigten Magnetsysteme verwendet. Der Ausnutzungsgrad des aufgewen- deten Magnetmaterials ist dabei gering, da sich die Drehspule wegen ihres kleinen Ausschlages nur in einem kleinen, engbegrenzten Teil des vorhandenen Luftspaltes bewegt.
Das trifft auch, wie Fig. 2 zeigt, für das Kernmagnetsystem zu. Die ausserhalb des Drehspulenaus- schlages ce liegenden Teile 1 des zylinderförmigen Kemmagneten tragen nicht zum Aufbau des nutzbaren
Magnetfeldes im Bereich des Drehspulenausschlages bei. Besser wird das vorhandene'Magnetmaterial aus- genutzt, wenn man es so verteilt, dass die magnetischen Kraftlinien, die die gesamte wirksame, senk- recht zur Magnetisierungsrichtung stehende Magnetfläche durchlaufen, zum grössten Teil in dem von der
Drehspule bestrichenen Teil des Luftspaltes zur Wirkung kommen. Bei gleichem Materialaufwand kann dann eine höhere Luftspaltinduktion erzielt werden. Hiezu sind Lösungen, z. B. nach Fig. 3 und 4 bekanntgeworden. Diese Lösungen haben jedoch verschiedene Mängel.
Die im Magnetsystem nach Fig. 3 verwen- deten und schraffiert gezeichneten Magnetstücke erfordern für die Luftspaltflächen, besonders bei den harten Magnetmaterialien, einen erhöhten Bearbeitungsaufwand 1m Schleifprozess, denn die zylindrisch geformten Luftspaltflächen müssen genau zueinander laufen und dabei kleinste Toleranzen einhalten.
Eine einfachere Bearbeitung liegt wohl beim Magnetsystem nach Fig. 4 vor, bei dem an die einfachen, schraffiert gezeichneten Magnetstücke, Weicheisenpolschuhe 2 angesetzt sind, die für die zylindrische Ausarbeitung an Stelle des teuren Schleifprozesses eine Drehbearbeitung zulassen. Nachteilig ist aber dabei die Vielzahl der Einzelteile und die hiedurch kompliziertere Montage. Bei beiden Magnetsystemen nach Fig. 3 und 4 ist es nicht möglich, die Drehspule ohne eine Veränderung des magnetischen Luftspaltfeldes einzusetzen oder auszuwechseln. Zum Ein- oder Ausbau der Drehspule müssen die Magnetstttcke soweit voneinander getrennt werden, bis sich die Drehspule vom innerhalb der Drehspule liegenden Stück Polkern oder Magnet seitlich abstreifen lässt.
Wegen vorübergehender Vergrösserung des Luftspaltes ist eine Schwächung der Luftspalt-Induktion die Folge und das Magnetsystem muss bei komplett montiertem Mess- werk bei eingesetzter Drehspule erneut magnetisiert werden.
Diese Mängel sind bei dem eifindungsgemassen Magnetsystem für Drehspulmesswerke mit kleinem Ausschlag, z. B. nach Fig. 5, behoben. Die in dieser Figur schraffiert gezeichneten Magnetstücke werden hiebei als Quader mit glatten ebenen, rechtwinklig zueinanderstehenden Flächen ausgebildet und ohne Weicheisenpolschuhe so aufgebaut, dass Luftspalte 6 mit geraden ebenen, parallelzueinanderverlaufenden Begrenzungsflächen entstehen.
Dieses Magnetsystem vereinigt für Instrumente mit kleinem Drehspulenausschlag viele Vorteile. Die
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Bearbeitung ist, da es sich nur um ebene, rechtwinklig zueinanderstehende und durchgehende Flächen handelt, sehr einfach. Die einfache Form der Magnetstücke gestattet weiterhin eine gute Ausbau- und Verwandlungsfähigkeit des Magnetsystems. Z. B. kann durch ein mehrmaliges Hintereinandersetzen von gIeichgrossenMagneten, in der Fig. 5 beispielsweise drei Magneten, auf einfache Art die notwendige Ma- gnetlänge, die ein vorzugsgerichtetes Magnetmaterial bei optimaler magnetischer Auslegung erfordert, zusammengestellt werden. Ausserdem können z.
B. mit der gleichen Anzahl von Magnetstücken bei glei- cher Gesamtmagnetlänge nach Fig. 6 die verschiedensten Magnetzusammenstellungen so kombiniert wer- den, dass je nach Verwendungszweck des Instrumentes das Magnetsystem für Drehspulen mit kleiner oder grosser Windungsfläche zusammengesetzt werden kann. Die geraden nnd parallel verlaufenden Luftspalte
6 erlauben bei einem, wie in Fig. 5 schematisch dargestellt, einseitig angeordneten, magnetischen Rück- schlussbügel4, das gesamte bewegliche Organ (Drehspule mit Armaturen) in einfachster Weise vonder
Seite her in das Magnetsystem einzusetzen, ohne dabei irgendwelche Veränderungen am Magnetsystem vorzunehmen.
Dadurch ist es möglich geworden, das Magnetsystem wegen der einfacheren Magnetisierungsmethode und zur Vermeidung von Beschädigungen des mechanisch sehr empfindlichen beweglichen
Organs vor dem Einsetzen des beweglichen Organs zu magnetisieren und magnetisch auf den geforderten.
Induktionswert abzugleichen, denn eine Veränderung des magnetischen Feldes im Luftspalt findet jetzt beim Einsetzen des beweglichen Organs nicht mehr statt. Weiterhin ist damit die Reparaturmöglichkeit verbessert worden. Beim Auswechseln des beweglichen Organs ist eine spätere Nachmagnetisierung nicht mehrnotwendig. Diese Operation kann somit auch in kleinen Werkstätten vorgenommen werden, die nicht über ein kostspieliges Magnetisierungsgerät verfügen.
Durch die Magnetisierung des Magnetsystems vor der Montage des beweglichen Organs lässt sich auch eine bessere Sauberkeit im Messwerk erreichen, denn bekanntlich werden beim Magnetisierungsprozess oft kleinste ferromagnetische Teilchen in die Luftspalte gezogen, die sich jedoch aus einem Luftspalt ohne einer darin schwingenden Drehspule wesentlich leichter entfernen lassen als aus einem Luftspalt mit bereits eingesetzter Drehspule, was bei der Magnetisierung eines komplett montierten Messwerkes der Fall wäre.
Die Breite der Magnetstücke braucht nur so gewählt zu werden, dass die Drehspule gerade noch im Luftspalt bleibt. Der Streuungsverlust des Magnetsystems an magnetischen Kraftlinien bleibt wegen des Fehlens von Weicheisenpolschuhen an der Luftspaltfläche im erträglichen Rahmen.
Durch den gerade verlaufenden Luftspalt ist die bisher übliche Querschnittform der Drehspule 3 nach Fig. 4 und 2 für das erfindungsgemässeMagnetsystem nach Fig. 5 nicht mehr günstig. Entweder steht ein zu geringer Wickelraum zur Verfügung oder der Luftspalt muss sehr breit gewählt werden, was zu einer stärkeren Verminderung der Luftspaltinduktion führt.
Für das Drehspulmesswerk nach der Erfindung wird darum für die sich im Luftspalt befindenden Drehspulteile ein dreieckähnlicher Querschnitt 5'nach Fig. 7 gewählt. Bei gleichem Ausschlagswinkel und gleicher Luftspaltbreite steht dann ein grösserer Wickelraum zur Verfügung als bei Anwendung der bisher üblichen Drehspulquerschnitte nach Fig. 1-4.
Bei der Verwendung von vorzugsgerichtetem Magnetmaterial, z. B. AlNiCo 400, ist es möglich, nach Fig. 8 den magnetischen Rückschluss, beispielsweise Rückschlussbügel 4, unmittelbar an den Magnetstücken anliegen zu lassen, ohne dadurch einen grösseren störenden Induktionsverlust im Luftspalt herbeizuführen.
In der Ausbildungsform nach Fig. 8 ist das beschriebene Magnetsystem wegen seiner geringen Gesamtbreite besonders für Mehrfach-Registrierinstrumente geeignet ; hiebei kann wegen der kleinen Messwerkausschlä- ge (schmale Schreibbreite) auch die Magnetbreite klein gewählt werden.
Die zum Abgleichen und Eichen von Messinstrumenten oft angewandte Methode, durch Änderung des magnetischen Feldes im Luftspalt eine Empfindlichkeitsänderung des Messinstrumentes zu erreichen, lässt sich an dem erfindungsgemässen Drehspulmesswerk in an sich bekannter Weise so benutzen, dass der magnetische Rückschluss, z. B. in Fig. 5 als RUckschlussbügel gezeichnet, an einer oder mehreren Stellen unterbrochen oder sein Querschnitt verjüngt ausgebildet wird. Bei der Unterbrechung besteht der Rück- schlussbügel aus zwei oder mehreren Teilen, die so gegeneinander verschoben werden können, dass zwischen ihnen eine mehr oder, weniger grosse Trennfuge entsteht. Mit grösser werdender Trennfuge wird die Induktion im Luftspalt geringer.
Ein Optimum wird dann erreicht, wenn sich die Unterbrechungsstelle oder stellen bzw. die Querschnittverjüngungen am magnetischen Rückschluss in Höhe des oder der Luftspalte befinden.
Wird eine Skalendrängung oder Skalendehnung am Anfang oder am Ende der Skala gewünscht, so lässt sie sich in einfacher Weise durch entsprechende Abschrägungen an den Magnetstücken, z. B. nach Fig. 9 erreichen. Durch diese Abschrägungen wird im Luftspalt ein inhomogener Feldverlauf erzeugt und mithin auch eine unlineare Skala.
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Moving coil measuring mechanism with permanent magnet
The invention relates to a moving-coil measuring mechanism with a permanent magnet, which is preferably used in measuring instruments, recording instruments, regulators and relays with a moving-coil deflection smaller than 600.
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B.mente, which adjust or regulate with small deflections to a zero mark or setting mark, the usual magnet systems shown in Fig. 1 are used. The degree of utilization of the magnetic material used is low because the moving coil only moves in a small, narrowly defined part of the existing air gap due to its small deflection.
This also applies, as FIG. 2 shows, to the core magnet system. The parts 1 of the cylindrical core magnet lying outside the moving coil deflection ce do not contribute to the construction of the usable
Magnetic field in the area of the moving coil deflection. The existing magnetic material is better used if it is distributed in such a way that the magnetic lines of force, which traverse the entire effective magnetic surface perpendicular to the direction of magnetization, for the most part in that of the
Moving coil coated part of the air gap come into effect. A higher air gap induction can then be achieved with the same material expenditure. To this are solutions such. B. after Fig. 3 and 4 become known. However, these solutions have several shortcomings.
The hatched magnet pieces used in the magnet system according to FIG. 3 require an increased machining effort for the air gap surfaces, especially with the hard magnet materials, because the cylindrically shaped air gap surfaces must run exactly to one another and adhere to the smallest tolerances.
A simpler processing is probably present in the magnet system according to FIG. 4, in which soft iron pole shoes 2 are attached to the simple, hatched magnet pieces, which allow a turning process for the cylindrical processing instead of the expensive grinding process. The disadvantage here is the large number of individual parts and the more complicated assembly as a result. With both magnet systems according to FIGS. 3 and 4, it is not possible to use or replace the moving coil without changing the magnetic air gap field. To install or remove the moving coil, the pieces of magnet must be separated from one another until the moving coil can be stripped sideways from the piece of pole core or magnet located inside the moving coil.
Due to the temporary enlargement of the air gap, the result is a weakening of the air gap induction and the magnet system must be magnetized again with the moving coil inserted when the measuring mechanism is fully assembled.
These shortcomings are in the eifindungsgemassen magnet system for moving coil measuring mechanisms with a small deflection, z. B. after Fig. 5, fixed. The magnet pieces shown hatched in this figure are designed as cuboids with smooth, flat surfaces at right angles to one another and constructed without soft iron pole pieces so that air gaps 6 with straight, flat, parallel boundary surfaces are created.
This magnet system combines many advantages for instruments with a small moving coil deflection. The
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Machining is very easy, as it is only a matter of flat, continuous surfaces at right angles to one another. The simple shape of the magnet pieces also allows the magnet system to be easily expanded and transformed. For example, by placing magnets of the same size one behind the other, for example three magnets in FIG. 5, the necessary magnet length, which a preferentially oriented magnet material requires with an optimal magnetic design, can be put together in a simple manner. In addition, z.
For example, with the same number of magnet pieces with the same total magnet length according to FIG. 6, the most varied magnet assemblies can be combined so that the magnet system for moving coils with small or large winding areas can be put together depending on the intended use of the instrument. The straight and parallel air gaps
6 allow, in the case of a magnetic return yoke 4 arranged on one side, as shown schematically in FIG. 5, the entire movable member (moving coil with fittings) in the simplest manner
Insert it sideways into the magnet system without making any changes to the magnet system.
This has made it possible to use the magnet system because of the simpler magnetization method and to avoid damage to the mechanically very sensitive movable
Organ before the onset of the movable organ to magnetize and magnetically on the requested.
Adjust the induction value, because a change in the magnetic field in the air gap no longer takes place when the moving organ is inserted. Furthermore, the possibility of repairs has thus been improved. When replacing the movable organ, subsequent post-magnetization is no longer necessary. This operation can therefore also be carried out in small workshops that do not have an expensive magnetizing device.
The magnetization of the magnet system before the assembly of the moving part also improves the cleanliness of the measuring mechanism, because it is well known that the magnetization process often draws the smallest ferromagnetic particles into the air gaps, which, however, can be removed much more easily from an air gap without a rotating coil oscillating in it than from an air gap with a moving coil already inserted, which would be the case with the magnetization of a completely assembled measuring mechanism.
The width of the magnet pieces only needs to be chosen so that the moving coil just remains in the air gap. The loss of scatter of the magnet system on magnetic lines of force remains within tolerable limits due to the lack of soft iron pole pieces on the air gap surface.
Due to the straight air gap, the previously usual cross-sectional shape of the moving coil 3 according to FIGS. 4 and 2 is no longer favorable for the inventive magnet system according to FIG. Either too little winding space is available or the air gap must be selected to be very wide, which leads to a greater reduction in the air gap induction.
For the moving-coil measuring mechanism according to the invention, a triangular-like cross-section 5 ′ according to FIG. 7 is therefore selected for the moving-coil parts located in the air gap. With the same deflection angle and the same air gap width, a larger winding space is then available than when using the moving coil cross-sections according to FIGS. 1-4 that were customary up to now.
When using preferentially oriented magnetic material, e.g. B. AlNiCo 400, it is possible, according to FIG. 8, to have the magnetic yoke, for example yoke 4, rest directly on the magnet pieces without causing a major disruptive induction loss in the air gap.
In the embodiment according to FIG. 8, the magnet system described is particularly suitable for multiple recording instruments because of its small overall width; Because of the small deflection of the measuring mechanism (narrow writing width), the magnet width can also be selected to be small.
The method often used to adjust and calibrate measuring instruments, to achieve a change in the sensitivity of the measuring instrument by changing the magnetic field in the air gap, can be used on the moving-coil measuring mechanism according to the invention in a manner known per se so that the magnetic return, e.g. B. drawn in Fig. 5 as a yoke, interrupted at one or more points or its cross-section is tapered. In the case of the interruption, the yoke consists of two or more parts that can be shifted against each other in such a way that a more or less large parting line is created between them. As the parting line increases, the induction in the air gap decreases.
An optimum is achieved when the interruption point or points or the cross-sectional tapering at the magnetic yoke are at the level of the air gap (s).
If a scale displacement or scale expansion is desired at the beginning or at the end of the scale, it can be easily adjusted by appropriate bevels on the magnet pieces, e.g. B. according to FIG. As a result of these bevels, an inhomogeneous field profile is generated in the air gap and consequently also a non-linear scale.