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Elektromagnetisch gesteuerter Verschluß für den Strahlengang ortsfester
Geräte zum Überwachen der Wärmestrahlung bewegter Körper, insbesondere von Achslagern
fahrender Eisenbahnfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetisch
gesteuerten Verschluß für den Strahlengang ortsfester Geräte zum Überwachen der
Wärmestrahlung bewegter Körper, insbesondere von Achslagern fahrender Eisenbahnfahrzeuge,
bei dem die aus einer Verschlußblende und einem unmittelbar mit dieser verbundenen,
als Anker wirkenden Antriebshebel bestehende Verschlußanordnung symmetrisch zu zwei
Magnetsystemen drehbar gelagert ist, durch welche sie ausgelöst, zurückgestellt
und in ihren Endlagen gehalten werden kann.
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Derartige Überwachungsgeräte zeigen selbsttätig an, wenn beispielsweise
an Achslagern oder anderen Teilen der Laufwerke der Fahrzeuge Temperaturen festgestellt
werden, die über der zulässigen Betriebstemperatur liegen. Bei der Wärmestrahlungsmessung
mittels ultrarotempfindlicher elektrischer Indikatoren, z. B. Thermoelemente oder
Bolometer, ist die Umgebungstemperatur als Bezugswert von ausschlaggebender Bedeutung.
Die strahlungsempfindliche Meßeinrichtung muß daher möglichst genau auf Umgebungstemperatur
gehalten werden. Diese Forderung kann unter anderem infolge witterungsbedingter
Einflüsse nur schwer erfüllt werden. Insbesondere besteht die Möglichkeit, daß die
Wärmestrahlen der tiefstehenden Sonne direkt durch ein strahlungsdurchlässiges Fenster
in den Strahlungsempfänger gelangen und die Optik sowie den Innenraum unzulässig
erwärmen. Auch ein in den meisten Heißläufermeldegeräten vor dem Strahlungsindikator
angeordneter optischer Momentverschluß, der synchron mit dem Passieren jedes Achslagers
stets für die gleiche Zeit geöffnet wird, kann hierdurch über Umgebungstemperatur
erwärmt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verschluß zu schaffen,
bei dem die Verschlußanordnung trotz relativ großer Abmessungen mindestens annähernd
erschütterungsfrei in die jeweilige Endstellung einläuft, um die empfindlichen Temperaturmeßgeräte
zu schonen. Außerdem soll sichergestellt sein, daß nach dem öffnen der Verschlußanordnung
mittels Anschaltung eines Magneten der Verschluß auch bei Stromausfall geschlossen
wird und bleibt, um ein direktes Einwirken von Wärmestrahlen auf das Meßgerät zu
verhindern. Ferner soll die Verschlußanordnung unabhängig von der Einbaulage einwandfrei
arbeiten.
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Bekannte Verschlüsse erfüllen diese Forderungen nicht. Beispielsweise
ist ein fotografischer Verschluß bekannt, bei dem der Antriebshebel für die Verschlußanordnung
als Anker ausgebildet ist, der von zwei Elektromagneten in die eine oder die andere
Endstellung bewegt und dann dort festgehalten werden kann. Beim Umlegen des Antriebshebels
durch den jeweils angeschalteten Magneten erfolgt bei diesem Verschluß ein hartes
Aufprallen des Hebels.
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Auch eine für ein Verfahren zur Temperaturmessung eines strahlenden
Körpers mittels einer Vergleichsstrahlung bekannte Modulationseinrichtung, bei der
ein an einer einseitig eingespannten Blattfeder befestigtes Blendenblech von zwei
wechselstrombetriebenen Elektromagneten bewegt wird und entweder den Strahlengang
vom Meßobjekt oder vom Vergleichsstrahler auf den Strahlungsindikator freigibt,
ist hierfür nicht geeignet. Bei Stromausfall würde das Blendenblech in die durch
die Blattfeder gegebene Mittellage einpendeln.
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Ein Verschluß, der den gestellten Forderungen gerecht wird, ist erfindungsgemäß
so ausgebildet, daß die Verschlußanordnung in ihrem Schwerpunkt gelagert ist und
in ihren beiden Endstellungen »Verschluß geschlossen« und »Verschluß offen« entgegen
einer von der Mittelstellung der Verschlußanordnung mit dem Drehwinkel zunehmenden
Richtkraft durch die Magnetsysteme festgehalten werden kann, von denen das Haltemagnetsystem
für die Stellung »Verschluß geschlossen« einen Permanentmagneten enthält, dessen
Feld beim öffnen des Verschlusses durch ein von einer Spule erzeugtes Magnetfeld
geschwächt wird.
Durch die Lagerung der Verschlußanordnung in ihrem
Schwerpunkt ist die Anordnung in Bezug auf die Drehachse ausgewogen, so daß die
Schwerkraft ihre Bewegungen nicht beeinflußt. Durch die von der Mittelstellung mit
dem Drehwinkel zunehmende Richtkraft wird erreicht, daß die Verschlußanordnung bei
unwirksamen Magnetsystemen um die Mittelstellung pendelt. Die Verschlußanordnung
ist also als Drehschwingungssystem ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil
eines geringen Energieaufwandes zum Betätigen der Verschlußanordnung, einer großen
Arbeitsgeschwindigkeit und ein nahezu erschütterungsfreies Einlaufen in die Endstellung.
Die zum Betätigen der Verschlußanordnung benötigte potentielle Energie ist durch
die Richtkraft gespeichert und wird während der zweiten Hälfte des Bewegungsablaufes
bis auf die Reibungsverluste aus der kinetischen Energie zurückgewonnen. Die Magnetsysteme
haben lediglich neben dem Festhalten der Verschlußanordnung in den Endstellungen
die Aufgabe, die beim Bewegungsablauf durch Reibung verlorengegangene Energie zu
ersetzen. Durch Wahl einer entsprechenden Größe des Trägheitsmomentes der Verschlußanordnung
und der Richtkraft kann die Zeit für das Öffnen und das Schließen des Verschlusses
beliebig geändert werden. Durch die Verwendung eines permanenten Magneten zum Halten
der Verschlußanordnung in der Stellung »Verschluß geschlossen« wird erreicht, daß
der geschlossene Verschluß auch bei Stromausfall geschlossen bleibt. Die Spule,
die beim öffnen des Verschlusses das Feld des permanenten Magneten schwächt, kann
auch dazu verwendet werden, das Schließen des Verschlusses dadurch zu unterstützen,
daß dann die Stromrichtung in der Spule umgekehrt wird. Im letzteren Falle ist es
besonders vorteilhaft, die elektrische Energie für die nur kurzzeitig erforderliche
zusätzliche elektrische Erregung der Spule einem bei geöffnetem Verschluß geladenen
Kondensator zu entnehmen. Dann wird die Wirkung des permanenten Magneten auch bei
Stromausfall und geöffnetem Verschluß unterstützt, so daß der Verschluß mit Sicherheit
in die Stellung »Verschluß geschlossen« zurückschwingt.
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Ferner ist es zweckmäßig, mindestens einen Kontakt, der von der Verschlußanordnung
in einer oder beiden Endstellungen betätigt wird, in einen Überwachungsstromkreis
für das Gerät einzubeziehen, um auch das Arbeiten des Verschlusses zu überwachen.
Beispielsweise können die Haltestromkreise von schon für andere überwachungsaufgaben
vorhandenen Prüfrelais der Anlage über einen Kontakt geführt werden, der nur bei
der Stellung »Verschluß offen« geschlossen ist. Das Nichtöffnen des Verschlusses
während der Vorbeifahrt eines Zuges an der Meßstelle wird dann als Störung angezeigt.
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Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen
Verschluß sind nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert.
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Fig.1 zeigt den Verschluß in Draufsicht und Seitenansicht; Fig. 2
zeigt eine Prinzipschaltung für die Steuerung des Verschlusses.
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In: Fig.1 ist die Stellung der Verschlußanordnung l bei geschlossenem
Verschluß mit ausgezogenen Linien und bei geöffnetem Verschluß gestrichelt angedeutet.
Die Verschlußanordnung ist zwischen der den Strahlengang abdeckenden quadratischen
Verschlußblende und dem am Antriebshebel befestigten Gegengewicht 2 in ihrem Schwerpunkt
auf einer Welle 3 drehbar gelagert. An der Verschlußanordnung, die aus gut reflektierendem
leichtem Material, z. B. eloxiertem Aluminium, besteht, ist das eine Ende einer
Schneckenfeder 4 befestigt. Das andere Ende der Feder ist raumfest angebracht. Das
Gegengewicht 2 besteht aus einem kleinen Weicheisenklotz, der von den Magnetsystemen
5 und 6 entgegen der jeweils wirksamen Abziehkraft der Feder 4 gehalten werden kann.
Die Feder ist so justiert, daß sie in der nicht gezeichneten Mittelstellung der
Verschlußanordnung vollständig entspannt ist und beim Drehen der Verschlußanordnung
aus dieser Stellung eine mit Drehwinkel zunehmende Richtkraft erzeugt. Die Magnetsysteme
enthalten je eine Magnetspule. Das Magnetsystem 5 enthält außerdem einen in Fig.
1 nicht besonders dargestellten permanenten Magneten. Der überwachungskontakt 7
ist bei geschlossenem Verschluß geöffnet und bei geöffnetem Verschluß (gestrichelt
angedeutet) geschlossen.
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In der elektrischen Steuerschaltung nach Fig.2 ist zum Herbeiführen
der Stellung »Verschluß offen« der Ruhekontakt SK vorgesehen, der beispielsweise
durch einen von den Rädern magnetisch gesteuerten Impulsgeber betätigt wird. Beim
Öffnen dieses Kontaktes durch die erste Achse eines Zuges wird das Relais Z abgeworfen;
dieses öffnet seinen Selbsthaltekontakt Z1 und bringt über den Kontakt Z2 das Relais
W zum Ansprechen. Beim Betätigen der Kontakte W 1 und W 2 dieses Relais
wird die Magnetspule L 5 des Haltemagnetsystems 5 von einem Strom durchflossen,
der die Haltekraft, mit welcher der permanente Magnet 50 das als Anker für die Magnetsysteme
wirkende Weicheisenstück 2 der Verschlußanordnung festhält, so weit schwächt; daß
die Winkelrichtkraft der Feder 4 überwiegt. Die Verschlußanordnung schwingt nun
in die entgegengesetzte Stellung »Verschluß offen« und wird dort von dem Haltemagnetsystem
6 aufgefangen, dessen Magnetspule H 6 durch den Kontakt W 3 angeschaltet
worden ist. Außerdem ist beim Ansprechen des Relais W durch den Kontakt
W 4 der Kondensator C über die Sperrzelle S und den Widerstand R an Spannung
gelegt worden. Bei der Stellung »Verschluß offen« schließt die Verschlußanordnung
den Kontakt 7 in dem nicht weiter dargestellten Überwachungsstromkreis für das Gerät.
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Das Schließen des Verschlusses wird durch den Kontakt G ausgelöst,
der zeitabhängig nach Durchlauf der letzten Zugachse vorübergehend schließt. Er
schaltet das Relais Z wieder an, das seinerseits das Relais W abschaltet.
Die Kontakte W 1 bis W 4 wechseln wieder in die gezeichnete Stellung. Damit
wird die Magnetspule H6 stromlos, und das Magnetsystem 6 gibt das Weicheisenstück
an der Verschlußanordnung frei. Diese schwingt nun in ihre Ausgangsstellung zurück
und wird dort von dem Haltemagnetsystem 5 aufgefangen; dessen Wirkung durch die
Kondensatorladung über die Magnetspule L 5 vorübergehend verstärkt wird. Der gleiche
Vorgang spielt sich in den Magnetsystemen ab, wenn bei geöffnetem Verschluß Stromausfall
eintritt. Bei Stromausfall während des geschlossenen Zustandes des Verschlusses
wird die Verschlußanordnung durch den permanenten Magneten 50 in ihrer Stellung
gehalten.
Für die beschriebene Steuerschaltung wird im Rahmen der
vorliegenden Erfindung Schutz nicht in Anspruch genommen. Selbstverständlich ist
es möglich, an Stelle einer Schneckenfeder eine oder zwei Schraubenfedern zu verwenden
oder als Anker dienende Weicheisenstücke zum Festhalten der Verschlußanordnung in
den Endstellungen an der die Strahlen abdeckenden Blende zu befestigen. Ferner kann
auch das beim Öffnen des Verschlusses von der Spule L 5 zu erzeugende Magnetfeld,
welches das Feld des Permanentmagneten schwächen soll, durch den Ladestrom eines
Kondensators erzeugt werden.