CH148170A - Dynamometrisches Gerät. - Google Patents

Description

  Dynamometrisches Gerät.    Die bisher bekannten Induktionsrelais,       bezw.        Messinstrumente,    welche sich im all  gemeinen des     Ferrarisprinzips    bedienen,  weisen gegenüber dem     Vorteil        gTOsser    Be  triebssicherheit den Nachteil auf, dass ver  hältnismässig grosse Leistungen zugeführt  werden müssen, um dem beweglichen System  genügend hohe Kräfte erteilen zu können.

    Das liegt hauptsächlich daran, dass bei der       Verwendung    von     Ferrarisscheiben    aus Voll  material sehr     er:iebliche    Energieverluste auf  treten und trotzdem nur ein verhältnismässig  geringer Teil der sich in der     Ferrarisscheibe     ausbildenden Wirbelströme zur Kraftwirkung  beiträgt.  



  Erfindungsgemäss werden diese Nachteile  dadurch vermieden, dass ein System des       dynamometrischen    Induktionsgerätes (zum  Beispiel Relais oder     Messinstrumentes)    als       Kurzschlusswicklung    ausgeführt     ist,    die mit  dem induzierenden Magnetsystem voll ver  kettet ist und sich im     Luftspaltfeld    eines    weiteren     Magnetsystems    bewegt, für dessen       Fluss    der Luftspalt der Weg des kleinsten  Widerstandes ist.  



  Zweckmässig umschliesst die     Kurzschluss-          wicklung    mit Spielraum den induzierenden  Magnetkern und ist um eine Achse drehbar,  die in oder parallel zur Ebene der     Kurz-          schlusswzcklung    liegt. Man erreicht dadurch  einen besonderen zweckmässigen Aufbau des  Relais oder     Messgerätes,    insbesondere dann,  wenn man den induzierenden     Magnetfluss     quer zu dem     Magnetfluss    im Luftspalt ver  laufen lässt.

   Einer der Vorteile, die sich bei  dieser Ausführungsform ergeben, ist die Ver  ringerung der Streuung; denn wie die Aus  führungsbeispiele zeigen werden, lässt sich  die     gurzschluss'wicklung    beweglich machen,  ohne dass zu dieser Beweglichkeit der Spiel  raum zwischen ihr und ihrem Eisenkern ver  grössert wird. Der so entsprechend ge  ringe Spielraum verkleinert auch die  Streuung.

        Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele  der     Erfindung.    Gemäss     Abb.    1 bildet das  induzierende Magnetsystem 1     einen    eisen  geschlossenen Kreis, der durch einen beweg  lichen, als     Kurzschlusswicklung    ausgebildeten  Drahtbügel 3     hindurchtritt.    Dieser Draht  bügel ist weiter so durch den Luftspalt im       Eisenkreis    des dynamometrisch     wirkenden     Magnetsystems 2 geführt,

   dass der unter dem       Einfluss    des geschlossenen Magnetkreises bei       Wechselstromerregung    auftretende Kurz  schlussstrom im Drahtbügel     eine    möglichst  grosse Ablenkungskraft im Luftspalt des       Magnetsystems    2     hervorruft.    Der Drahtbügel  ist in diesem Ausführungsbeispiel federnd  so befestigt,     dass    er sich auf einer Kreisbahn  um die Achse 4 bewegt     und    den Kontakt 5  schliesst oder öffnet.

   Um die Zugkraft über  einen längeren Weg des Drahtbügels 3 kon  stant zu halten, ist der Stromweg des Draht  bügels an dem Ende, wo sich dieser zwischen  den Magnetpolen des dynamometrisch wir  kenden Magnetsystems 2 befindet, auf eine  mehr oder     minder    ausgedehnte, elektrisch  leitende Fläche 3' verbreitert. Man kann zu  demselben zweck auch entsprechend     Abb.    2  die Polschuhe des dynamometrisch wirken  den     Magnetsystems    2 in der Bewegungs  richtung des Drahtbügels verbreitern. In  diesem Falle braucht der Stromweg des  Drahtbügels nicht     verbreitert    zu werden.  



  Die     Abb.    3 und 4 zeigen ein weiteres  Ausführungsbeispiel der     Erfindung,    bei dem  der eine Schenkel des induzierenden Magnet  systems 1 konzentrisch durch die drehbar  angeordnete     Kurzschlusswicklung    3     hindurch-          tritt.    Bei diesem     Ausführungsbeispiel    besteht  die     Kurzschlusswicklung    3 nach     Abb.    4 aus  zwei konzentrisch ineinander angeordneten  Windungen 6 und 7, welche durch die Ver  bindung 8 in Reihe geschaltet und durch  elektrisch leitende, radial verlaufende Quer  stege 9, die als Rückleitungen dienen, in  sich kurzgeschlossen werden.

   Ein solches  System ist in der Lage,     eine    Drehung um  fast<B>360'</B>     mit    konstantem Drehmoment aus  zuführen.    Die     Abb.    5 und 6 zeigen     ein    ähnliches  System, bei dem die     Kurzschlusswicklung    3  ein kurzgeschlossener,     langgestreckter    Draht  ring ist, dessen eines Ende sich um den einen  Schenkel des induzierenden     Magnetsystems    1  dreht, während am andern Ende zwischen  den Polen des dynamometrisch     wirkenden     Magnetsystems 2 die Kraft ausgeübt     wird:

       Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt       Abb.    7, bei der die     Kurzschlusswicklung    3  sich um eine Achse senkrecht zu den Kraft  linien des induzierenden     Magnetsystems    1  und mit diesem voll     verkettet        zwischen    den  entsprechend ausgebildeten Polschuhen des       dynamometrisch    wirkenden Magnetsystems 2  bewegt.  



  Die Verbreiterung des Stromweges der       Kurzschlusswicklung    3 unter den Polschuhen  des dynamometrisch wirkenden Magnet  systems 2 gemäss     Abb.    1, beziehungsweise  die Herstellung der     Kurzschlusswicklung    3  mit den Querstegen 9 gemäss     Abb.    4 kann  auf verschiedenartigste Weise vorgenommen  werden.

   Besonders     vorteilhaft    ist es, durch       Anbringung    radialer Schlitze in einer mas  siven Leiterfläche oder durch Herstellung  speichenartiger     Drahtverbindungen    9 zwi  schen. zwei Drahtringen 6, 7 entsprechend       Abb.    3 für     eine    radiale     Stromrichtung    unter  des Polschuhen des Magnetsystems zu sorgen.

    Eine solche     Anordnung    schafft überdies die  Möglichkeit, durch beliebig wählbare,     un-          g@eiche    Verteilung der     Rückleitungswider-          stände    längs des Umfanges eine willkürlich  veränderliche     Abhängigkeit    der Zugkraft  vom Wege zu schaffen.

   Anderseits ist es  auch möglich, an Stelle der Querstege 9 ge  mäss     Abb.    4     ein    dünnes Blech zu     verwenden,          in    welchem sich, falls die Querschnitte der  Windungen 6 und 7 genügend gross gegenüber  der Blechstärke     gehalten    werden, auch von  selbst eine radiale Strömung     einstellt.     



  Um die Verluste möglichst gering zu er  halten, ordnet man zweckmässig die beiden  Systeme 1 und 2 so eng als möglich neben  einander an. Dadurch wird die Strombahn  des Systems 3 und     damit    auch der Wider-      stand dieser     Kurzschlusswicklung    ausser  ordentlich     klein.     



  Eine besonders zweckmässige Ausfüh  rungsform erhält man, wenn man, wie die       Abb.    8, 9 und 10 zeigen, für das induzie  rend wirkende     Magnetsystem.    und für das  dynamometrisch wirkende Magnetsystem  einen gemeinsamen Eisenrahmen verwendet.  



  Gemäss Abt. 8 besteht das Relais aus  einem     dreischenkligen    Eisenrahmen 11 und  dem um eine Achse 12 drehbaren     System    13.  Das bewegliche System trägt eine Kurz  schlusswicklung 14, welche das Joch 15 des  Eisenrahmens 11 mit Spiel umschliesst, und  einen     Kontaktarm    19. In dem in der Sym  metrieebene liegenden Schenkel 16 des Eisen  rahmens ist der Luftspalt für die Kurz  schlusswicklung ausgespart.  



  Auf dem Eisenrahmen sind zwei gleiche  Wicklungen 17     symmetrisch    zum ringförmi  gen Leiter 14 aufgebracht, welche beide in  gleichem Sinne zur     Induktion    des Stromes  in diesem beitragen. Auf dem Mittel  schenkel 16 befindet sich eine Wicklung  18, welche den Fluss in dem Luftspalt  erzeugt. Durch die symmetrische Anord  nung und die Serienschaltung der indu  zierenden Wicklungen 17 wird erreicht,  dass die das     Luftspaltfeld    erzeugende  Wicklung und die induzierenden Wicklun  gen aufeinander so gut wie keinen Einfluss  haben, solange das Eisen nicht gesättigt ist.

    Der     ringförmige    Leiter wird bei Erregung  der Wicklungen unter dem Einfluss des in  ihm erzeugten     Kurzschlussstromes    und des       Luftspaltfeldes    je nach der Richtung des  Drehmomentes im einen oder andern Sinne  ausschlagen, so dass der     Kontaktarm    19 mit  einem der feststehenden Kontakte 20 in Be  rührung kommt.  



  Ein anderes Ausführungsbeispiel der  Erfindung ist in     Abb.    9 im     Längsschnitt     und in     Abb.    10 in Oberansicht dargestellt.  Der Eisenrahmen 21 ist hierbei doppelseitig  ausgebildet. Die mittleren Schenkel 26 las  sen zwei Luftspalte für die     Kurzschluss'wick-          lung    24 frei, welche mit Spielraum das mitt  lere Joch 25 des Eisenrahmens umschliesst.    Auf dieses Joch sind symmetrisch zwei  Wicklungen 27 aufgebracht, deren Fluss den       Strom    in der     Kurzschlusswicklung    hervor  ruft.

   Die     Kurzschlusswicklung    ist mit der  Welle 29 verbunden, welche in den Rahmen  teilen 22 und 28 drehbar     gelagert    ist     (Abb.          3.).    Auf den beiden Mittelschenkeln 26 sitzen  symmetrisch zwei Wicklungen 28, welche  das     Luftspaltfeld    erzeugen. Bei diesem Aus  führungsbeispiel sind die Wicklungen 27  möglichst nahe der     Kurzschlusswicklung        2-1     angeordnet, da das Streufeld zwischen bei  den dann klein ist.

   Dadurch, dass ein voll  kommen geschlossener Eisenrahmen vorhan  den ist, wird die gesamte Konstruktion sehr  stabil und die     Lagerung    der     Kurzschluss-          wicklung    einfach. Vor allem aber ergibt sich  bei dieser doppelseitigen Ausführung des  Rahmens der Vorteil, dass auf die Kurz  schlusswicklung an zwei verschiedenen Stel  len dynamoelektrische Kräfte ausgeübt wer  den.  



  Die in     Abb.    1 bis 4 und 7 bis 11 dar  gestellten Anordnungen können auch für den  Bau von     Messinstrumenten    verwendet werden,  da verhältnismässig grosse     Ausschlag-v#,ege     möglich sind. Ferner können in allen Fällen  die üblichen Vorrichtungen zur Dämpfung  des beweglichen Systems, insbesondere     mit-          telst    permanenter Magnete, beibehalten wer  den.  



  Die     in        Fig.    1 bis 10 dargestellten Aus  führungsbeispiele des Relais oder     Messgerätes     können sowohl als Strom-,     Spannungs-    oder  auch als     wattmetrische    Relais oder     Mess-          geräte        verwendet    werden.

   Bei Verwendung  als     Blindleistungsrelais    oder     -messgerät    ist  es in vielen Fällen zweckmässig, das Luft  spaltfeld     durch    die Spannungswicklung zu  erzeugen, bei Verwendung als     Wirkleistungs-          relais    oder     -messgerät    dagegen das Luftspalt.  Feld durch die     Stromwicklung    zu erzeugen.  In diesen Fällen erhält man ohne Kunst  schaltung die richtige Phasenlage zwischen  dem     Luftspaltfeld    und dem Strom in der       Kurzschlüsswicklung.     



       Abb.    11     zeigt    ein anderes Ausführungs  beispiel der Erfindung, das als Strom- oder      Spannungsrelais     (Mess'gerät)    verwendet wer  den kann. In ähnlicher Weise wie bei dem  Relais nach Abt. 8 umschliesst der ring  förmige Leiter 34 des um die     Achse    32  drehbaren Systems     33    das Joch 35 des Eisen  rahmens     31.    In dem     mittleren    Schenkel     316     ist der Luftspalt für den     ringförmigen    Lei  ter 34 ausgespart.

   Auf dem Eisenrahmen 31  sind zwei Wicklungen 37 und 38 verschiede  ner     Windungszahl    aufgebracht     und    so ge  schaltet, dass die von ihnen im Luft  spalt erzeugten Felder gleichgerichtet sind,  dagegen die von     ihnen    erzeugten, auf  den     Kurzschlussring    34 induzierend wir  kenden Felder entgegengesetzt gerichtet  sind.

   Das Feld im Luftspalt ruft eine  Ablenkung des     stromduchflossenen    Kurz  schlussringes hervor, so dass der mit dem       Kurzschlüssring    verbundene     Kontaktarm    39  bei     Erregung    der Spulen mit dem     festen     Kontakt 40 in     Verbindung    kommt. Es ist  nicht erforderlich, dass die in diesem     Aus-          führungsbeispiel    dargestellte     symmetrische     Anordnung gewählt     wird,    sondern man kann  auch entsprechend dem unterschiedlichen       Amperewindungsbetrag    der Wicklungen für  diese verschiedene Wickelräume vorsehen.  



  Die     Kurzschlusswicklung    kann sowohl aus  mehreren Windungen, wie auch aus einer  einzelnen     Windung    bestehen. Um das Feld  im Luftspalt zu erhöhen, werden zweckmässig       zwischen    den     Windungen    der     Kurzschluss-          wicklung    im Luftspalt Bleche hoher Per  meabilität vorgesehen. In     Abb.    12 und     13     ist eine solche Ausführungsform in Seiten  ansicht und Querschnitt dargestellt.

   Die       Kürzschlusswicklung        besteht    aus den Kupfer  windungen 45, zwischen denen so viel Spiel  raum gelassen ist, dass die Bleche 46 von  besonders guten magnetischen Eigenschaften  Platz finden. Besteht die     Kurzschlusswick-          lung    aus einem massiven Leiter, so ist es  zweckmässig, diesen zur     Unterdrückung    von  Wirbelströmen, wie in     Abb.    14 dargestellt,  im Luftspalt mit Schlitzen zu versehen, wel  che parallel zur Drehachse verlaufen.

   Diese  Schlitze können     durch    Eisenbleche mit der  üblichen     Papierisolation    ausgefüllt werden,    um auch hier wieder den magnetischen Wi  derstand im Luftspalt zu verringern.  



  Beim     Herausbewegen    der     Kurzschluss-          wicklung    aus ihrer Ruhelage erzeugt das  Feld im Luftspalt gleichfalls Ströme in der       Kurzschlusswicklung,    welche mit dem Luft  spaltfeld ein Drehmoment ergeben, das die       Kurzschlusswicklung    in die Mittellage zu       treiben    versucht. Dieses zusätzliche Dreh  moment kann man dadurch verkleinern, dass  man die     Kurzschlusswicklung    aus Wider  standsmaterial herstellt oder, was noch gün  stiger ist, nur die Teile, welche ausserhalb  des     Luftspaltes    liegen, damit der Luftspalt  recht klein gehalten werden kann.  



  Das zusätzliche Drehmoment kann man  auch bei     Kurzschlusswicklungen        mit    Blech  zwischenlagen durch den auf die letzteren  wirkenden magnetischen Zug vollständig  kompensieren, wenn man den Polschuhen eine  solche Form gibt, dass der Luftspalt von der  Mitte nach den Rändern des Mittelschenkels  zu abnimmt.  



  Durch entsprechende Ausbildung des  Polschuhes kann man auch erreichen, dass  die auf das Eisenblech in der     Kurzschluss-          wicklung    ausgeübten Kräfte ein Drehmoment  hervorrufen, welches grösser ist als das von  dem     Luftspaltfeld    erzeugte zusätzliche Dreh  moment. Dies kann man bei Relais in den  Fällen anwenden, wo man im Interesse eines  sicheren Kontaktdruckes einen erhöhten     Un-          empfindlichkeitsfaktor    in Kauf nehmen will.  



  Man kann auch mehrere Induktionsrelais  nach der Erfindung miteinander koppeln,       indem    man sie mit gemeinsamer, durchgehen  der Achse baut.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Dynamometrisches Gerät, dadurch ge kennzeichnet, dass das eine System als Kurz schlusswicklung ausgeführt ist, die mit dem induzierenden Magnetsystem voll ver kettet ist und sich im Luftspaltfeld eines weiteren Magnetsystems bewegt, für dessen Fluss der Luftspalt der Weg des kleinsten Widerstandes ist. UNTER.ANSPRtrCEE l . Dy namometrisches Gerät nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlusswicklung mit Spielraum den induzierenden Magnetkern umschliesst und um eineAchse drehbar ist, 'die in oder parallel zu ihrer Ebene liegt. 2.

   Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kurzschluss- wicklung in einem magnetischen Felde bewegt, das im Winkel zu dem induzie renden Fluss verläuft. 3. Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromweg der Kurzschlusswicklung an dem Ende, wo sich- diese zwischen den Magnetpolen des dynamometrisch wirkenden Magnetsystems befindet, auf eine mehr oder minder ausgedehnte, elek trisch leitende Fläche verbreitert ist (Abb. 1). 4.

   Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das dynamometrisch wirkende Magnet system in der Bewegungsrichtung der Kurzschlusswicklung verbreiterte Pol schuhe hat (Abb. 2). 5. Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlusswicklung aus zwei kon zentrisch ineinander angeordneten Win dungen besteht, die gegenseitig durch elektrisch leitende Querstege miteinander verbunden sind (Abb. 3, Abb. 4). 6.

   Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlusswicklung ein kurzge schlossener, langgestreckter Drahtring ist, dessen eines Ende sich um den einen Schenkel des induzierenden Magnet systems dreht, während am andern Ende zwischen den Polen des zweiten, dynamo metrisch wirkenden Magnetsystems die Kraft ausgeübt wird (Abb. 5, Abb. 6). 7.

   Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschluss'wicklung sich um eine Achse senkrecht zu den Kraftlinien des induzierenden zwischen den Polschuhen des dynamometrisch wir kenden Magnetsystems bewegt (Abb. 7). B. Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die Kurz schlussw icklung induzierend wirkende Fluss und der das Luftspaltfeld erzeu gende Fluss über gemeinsame Eisenwege geschlossen sind. 9.

   Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch und Unteransprüchen 1, 2 und 8, gekennzeichnet durch einen drei- schenkligen Eisenrahmen, dessen mitt lerer Schenkel einen Luftspalt freilässt, in dem sich die Kurzschlusswicklung be wegt. 10.

   Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch und Unteransprüchen 1, 2, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass symmetrisch zur Kurzschlusswieklung auf dem Rahmen zwei Wicklungen glei cher Windungszahl aufgebracht sind, welche beide im gleichen Sinne zur In- duktion des Stromes in der Kurzschluss- wicklung beitragen, und dass auf dem mittleren Schenkel eine Wicklung auf gebracht ist, welche das Feld im Luft spalt hervorruft. 11.

   Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch und Unteransprüchen 1, 2, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die den Strom in der Kurzschlusswicklung induzierenden Wicklungen auf dem von der Kurzschlusswicklung umschlossenen Magnetkern möglichst nahe der Kurz wicklung angeordnet sind. 12. Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch und Unteransprüchen 1, 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenrahmen zwei auf der Rahmenebene senkrechte Symmetrieebenen aufweist. 13. Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswicklung das Feld im Luftspalt erzeugt.

   14. Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromwicklung das Feld im Luft spalt erzeugt. 15. Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch und Unteransprüchen 1, 2, 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Eisenrahmen zwei Wicklungen ver schiedener Windungszahl aufgebracht und derart geschaltet sind, dass die von ihnen im Luftspalt erzeugten Felder gleichgerichtet sind, dagegen die von ihnen erzeugten, auf die Kurzschluss- wicklung induzierend wirkenden Felder einander entgegengesetzt gerichtet sind.

   16. Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftspalt zwischen die Windungen der Kurzschlusswicklung Bleche aua einem paramagnetischen Material ein geschichtet sind. 17. Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlusswicklung aus Wider standsmaterial besteht. 18. Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nur die ausserhalb des Luftspaltes befind- ' liehen Teile der Kurzschlusswicklung aus Widerstandsmaterial bestehen.

   19. Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlusswicklung aus einem mas siven Leiter besteht, der im Luftspalt mit Schlitzen parallel zur Drehachse ver sehen ist. 20. Dynamometrisches Gerät nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die der Kurzschlusswicklung gegenüber stehenden Polschuhe so ausgebildet sind, dass der Luftspalt an beiden Seiten kür zer ist als in der Mitte.