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Vorrichtung zum elektrischen Messen der Geschwindigkeit eines mechanischen Organs
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum elektrischen Messen der Geschwindigkeit eines mechanischen Organs, mit mindestens einem Magnetkern, der eine Öffnung aufweist, in welcher unter Belassung eines Luftspaltes ein magnetisierbarer Körper untergebracht ist, der mit dem mechanischen Organ fest verbunden ist, wobei durch Lageänderungen dieses Körpers hervorgerufene Änderungen des Magnetfeldes in einer den Körper umgebenden Induktionsspule einen Induktionsstrom liefern. Derartige Vorrichtungen finden in elektrischen Steuereinrichtungen, Reglern, Servomechanismen u. dgl. Anwendung, bei denen das, der Verschiebegeschwindigkeit eines mechanischen Organs entsprechende elektrische Signal meist dazu dient, bestimmte Betriebscharakteristika festzustellen oder zu beeinflussen.
Vorrichtungen, bei denen ein permanenter Magnet oder ein Kraftlinienleitstück gegenüber einer ruhenden Wicklung bewegt werden, sind als Wechselstromerzeuger verwendet worden. Es ist auch bekannt, in einer ruhenden Wicklung, die einen magnetisierbaren, von einem magnetischen Fluss durchsetzten Körper umgibt, mittels einer Lageänderung dieses Körpers einen Stromstoss zu erzeugen, der zum Abfeuern elektrischer Zünder ausreicht. Bei derartigen Zündmaschinen wird der Körper in eine Endstellung gebracht, in welcher er unter dem Einfluss gespannter Federn steht, die ihn nach dem Auslösen in eine andere Endstellung schleudern. Zur Zündung wird der integrale Stromimpuls ausgenützt, den die Bewegung des Körpers in der Wicklung und im Zündkreis hervorruft.
Solche Vorrichtungen sind zur Messung der Geschwindigkeit jedoch nicht geeignet, da sie die Herbeiführung des erforderlichen Zusammenhanges zwischen der eine Momentangrösse darstellenden Geschwindigkeit und dem erzeugten Strom vermissen
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pulse abgenommen und einem Messinstrument zugeführt werden und schliesslich muss noch für einen wenigstens annähernd linearen Zusammenhang zwischen den differentiellen Impulsen und dem Momentanwert der Geschwindigkeit gesorgt sein.
Das Faraday'sche Induktionsgesetz ist zum Messen von Geschwindigkeiten anwendbar, wenn bei einer zu diesem Zweck bestimmten Vorrichtung des eingangs erwähnten Aufbaues erfindungsgemäss der Körper sich dauernd innerhalb der Öffnung befindet, zur Ausführung einer Bewegung gelagert ist, bei der die Lage seiner Achse unverändert erhalten und Ausmass und zeitlicher Verlauf der Bewegung dem Körper durch starre Verbindung mit dem mechanischen Organ, das mit der zu messenden Geschwindigkeit bewegt wird, von aussen willkürlich aufgeprägt ist, ferner dass sowohl die Wandung der Öffnung als auch die Begrenzungsfläche des Körpers wenigstens zum Teil als einander gegenüberliegende Parallelflächen ausgebildet sind, dieser Flächenteil des Körpers jedoch eine Kante aufweist, längs welcher die angrenzende Fläche zurückspringt,
hiedurch das Flächenausmass einander in kürzestem Abstand gegenüberliegender Parallelflächenstücke von der jeweiligen Lage des magnetisierten Körpers innerhalb der Öffnung abhängig gemacht und die momentane Änderung des magnetischen Flusses zu der momentanen Lageveränderung des Körpers wenigstens annähernd proportional gemacht ist.
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Der Körper, von dessen Bewegung die Stromimpulse abgeleitet sind, kann innerhalb des Magnetfeldes entweder eine Verschiebung oder eine Verdrehung erfahren. 1m ersten Fallkann derverschiebbargelagerte und von koaxialen Drehzylinder begrenzte Körper wenigstens eine Schulter aufweisen, welche in die als zylindrische Bohrung ausgebildete Öffnung einer Platte verlegt ist, welche ein topfförmig gestaltetes Magnetjoch abdeckt und im Inneren dieses Joches von einer den Körper umgebenden feststehenden Magnetisierungswicklung sowie von der Induktionswicklung umgeben ist.
Es ist aber auch möglich, an dem verschiebbar gelagerten und von koaxialen DrehzylinC1erflächen begrenzten Körper zwei Schultern vorzu-
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jede der beiden Platten ein topfförmig gestaltetes Magnetjoch abdeckt und in jedem dieser Joche eine feststehende, den Körper umgebende Magnetisierungswicklung sowie eine Induktionswicklung anzuordnen und letztere in Serie zu schalten.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigt in schematisierter Darstellung Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit einem Elektromagneten und einem verschiebbaren Körper, Fig. 2 eine Ausführung, bei der zwei Vorrichtungen nach Fig. 1 entgegengesetzt zusammengeschaltet sind. Fig. 3 eine Vorrichtung, bei der das magnetische Feld durch einen Permanentmagneten erzeugt wird und Fig. 4 eine erfindungsgemässe Vorrichtung, bei welcher der Körper eine Drehbewegung ausführt.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 besteht aus einem ortsfesten Magnetkern 1 von zylindrischer Gestalt und einem axial verschiebbar gelagerten Körper, die beide aus magnetisierbarem Material gefertigt sind. Der verschiebbare Körper weist ein dickeres Ende 3 auf, das unter Ausbildung einer Kante zu einem dünneren Schaft 2 abgesetzt ist. An den Stirnflächen des topfförmig ausgebildeten Magnetkernes ist je eine Öffnung ausgenommen. Durch diese miteinander fluchtenden Öffnungen ist der verschiebbare Körper hindurchgeführt, wobei die äussere Kante der Schulter zwischen dem Schaft 2 und dem dickeren Ende in die eine der beiden Öffnungen zu liegen kommt. Die Begrenzungsflächen des verdickten Endes 3 verlaufen parallel zu den Begrenzungsflächen der zugehörigen Öffnung und definieren einen Luftspalt 4.
Im Inneren des Magnetkernes ist eine Magnetisierungswicklung 5 und eine den verschiebbaren Körper umgebende Induktionswicklung 6 untergebracht. Wenn die Magnetisierungswicklung von Gleichstrom konstanter Stromstärke durchflossen ist, so entsteht ein magnetisches Feld, dessen Kraftlinien innerhalb des Magnetkernes und des verschiebbaren Körpers verlaufen und den Luftspalt 4 durchsetzen. Eine Änderung des magnetischen Flusses kann nur eintreten, wenn der Widerstand dieses magnetischen Kreises, im vorliegenden Fall also der Luftspalt, verändert wird. Eine Änderung des Luftspaltes tritt bei Verschiebungen des bewegbaren Körpers ein.
Da zufolge der Konstruktion der Vorrichtung die Breite des Spaltes unveränderlich ist, ändert jede Verschiebung des bewegbaren Körpers das Flächenausmass der einander in kürzestem Abstand gegen-
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Körpers,dass auch zwischen den letztgenannten Grössen Proportionalität besteht.
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worin K einen Proportionalitätsfaktor bedeutet. Das Vorzeichen der Spannung ist von der Richtung der Verschiebung bestimmt.
In Fig. 2 ist'gezeigt, wie zwei Vorrichtungen gemäss Fig. 1 entgegengesetzt miteinander verbunden werden können, wobei gleiche bzw. einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, wie in Fig. l.
In diesem Fall verursacht ein einziger beweglicher Kern 2, der in der Mitte einen dickeren Teil 3 aufweist, dessen Schultern in einander zugekehrten Öffnungen zweier Magnetjoche l, l* liegen, bei seiner Verschiebung gleichzeitige und entgegengesetzte Veränderungen der Luftspalte 4 und 4'. Die Feldwicklungen 5, 5'sind in Reihe geschaltet, so dass die Magnetflüsse in den beiden ortsfesten Magnetker- nen gleichgerichtet sind. Die Induktionswicklungen 6, 6'sind entgegengesetzt in Reihe geschaltet, so dass die induzierten Spannungen an den Ausgangsklemmen gleiches Vorzeichen besitzen.
Auf diese Weise erreicht man die bekannten Vorteile von entgegengesetzt geschalteten Systemen, bei denen Streu flüsse vermindert werden und die Schaltung gegen den Einfluss von etwaigen fremden ferromagnetischen Massen geschützt ist. Ferner lässt sich auf einfache Weise eine vollkommen gekapselte Anordnung schaffen.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung, bei der an Stelle einer Feldspule ein Permanentmagnet verwendet wird.
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Die Vorrichtung weist auch in diesem Fall einen ortsfesten Magnetkern 1 und einen im Luftspalt 4 desselben verschiebbaren Kern mit einen Schaft 2 und einem verdickten Kopfende 3 auf. Im Schaft des beweglichen Kernes 2 ist ein Permanentmagnet 7 eingesetzt, der ein Magnetfeld erzeugt. In der Induktionsspule 6 wird somit, wie in den vorhergehenden Fällen eine Spannung erzeugt, die jederzeit den zeitlichen Änderungen des verketteten Flusses verhältnisgleich ist.
Es versteht sich, dass diese Ausführung auch bei einer Vorrichtung gemäss Fig. 2 angewendet werden kann.
Die bisher erläuterten Ausführungsbeispiele dienen dazu, die lineare Verschiebungsgeschwindigkeit eines mechanischen Organs in ein elektrisches Signal umzuwandeln. In Fig. 4 ist noch eine Anordnung skizziert, mit deren Hilfe von der Drehgeschwindigkeit eines mechanischen Organs ein elektrisches Signal ableitbar ist.
In diesem Fall ist es erforderlich, dass sowohl jener Teil des drehbar gelagerten Körpers, als auch die Wand der Öffnung im Magnetkern, zwischen welchen sich der Luftspalt erstreckt, von Parallelflächen begrenzt sind, wie dies in Fig. 4 beispielsweise angedeutet ist.
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