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Kreiselintegrator Die Erfindung bezieht sich auf die Anwendung von
Kreiselgeräten und betrifft im besonderen einen Kreiselintegrator, bei dem einem
kardanisch aufgehängten Kreisel ein einer gemessenen Größe proportionales Moment
zugeführt wird, das eine der Meßgröße proportionale Präzessionsdrehung des Kreisels
bewirkt. Der Kreisel ist zwecks Abgabe eines integrierten Meßergebnisses antriebsmäßig
mit einem Zählwerk verbunden.
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An Kreiselintegrationsgeräten können Meßfehler auftreten, wenn ein
Moment auf den Kreisel einwirkt, obwohl der Wert der gemessenen Größe Null ist.
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Dies kann seine Ursache in unechten Signalmomenten haben, die in dem
Meßinstrument für die zu integrierende Größe entstehen. Obwohl keine Durchflußströmung
vorhanden ist, kann in Durchflußmengenmessern z. B. ein eine leichte Ablenkung des
Meßelementes hervorrufendes kleines Drehmoment auf Grund der viskosen Kupplung zwischen
dem drehbaren Laufrad und der stationären Turbine auftreten, wenn das Instrument
mit dem Strömungsmedium gefüllt ist. Falls ein solches Drehmoment einem Kreiselintegrator
übertragen wird, kann, sofern das Meßinstrument längere Zeit bei derartigen Nuflmessungen
eingeschaltet bleibt, ein sich addierender Fehler beträchtlicher Größe entstehen.
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Es ist ein Geschwindigkeitsmesser bekannt, bei dem die Beschleunigungen
einer trägen Masse durch einen Kreisel mit zwei Präzessionsfreiheitsgraden über
der Zeit integriert werden. Die die Präzessionsbewegung verfälschenden Reibungswiderstände
dieses Systems werden dabei so kompensiert, daß ein in Abhängigkeit von Verschiebungen
der trägen Masse über Kontakte gesteuerter, die Lagerreibung des Kreiselrahmens
durch Erzeugung einer zusätzlichen, der Präzessionsbewegung überlagerten Bewegung
ausgleichender Stützmotor Anwendung findet. Der Stützmotor treibt dabei den Kreisel
in seiner Präzessionsrichtung an und wirkt in dieser Weise den Reibungskräften der
mechanischen Eingabevorrichtung für die Primärbewegung entgegen.
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Ziel der Erfindung ist ein Kreiselintegrator, bei dem Fehler auf
Grund von unechten Signalmomenten aus dem Meßgerät für die zu integrierende Größe
verhindert werden. Darüber hinaus ist beabsichtigt, die Genauigkeit des Kreiselintegrators
trotz des Belastungsmomentes aus dem angeschlossenen Zählt werk zu verbessern und
eine zuverlässig arbeitende und einfach herzustellende Ausführung zu schaffen.
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Ein Kreiselintegrator, bei dem ein Kreiselrotor in einem Rahmen geführt
und ein Bügel vorgesehen ist, der den Rahmen um eine kleinere Achse senkrecht
zur
Rotordrehachse drehbar aufnimmt, während der Kreiselrahmen drehbar um eine größere
Achse senkrecht zu der kleineren Achse gelagert ist, und bei dem eine Einrichtung
dem Kreisel ein veränderliches Signalmoment um seine kleinere Achse erteilt, so
daß eine Präzessionsbewegung um die größere Achse hervorgerufen und dabei eine Ausgangseinrichtung
betätigt wird, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Halte- oder
Sperreinrichtung die Präzession des Kreisels um seine größere Achse verhindert,
bis das Signalmoment einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Eine zweckmäßige Ausbildung des Kreiselintegrators wird dadurch erreicht,
daß die Halte- oder Sperreinrichtung in dem Rahmen geführte, zusammen mit dem Kreiselrotor
umlaufende Bauteile enthält, die ein rotierendes magnetisches Feld erzeugen, während
gegenüber zum Feld in induktiver Kopplung ein feststehender Leiterteil so angeordnet
ist, daß in ihm Wirbelströme erzeugt und Bremsmomente auf den Kreisel ausgeübt werden,
und daß auf dem Leiterteil eine Einrichtung vorgesehen ist, die eine Asymmetrie
in dem Wirbelstromfluß und damit ein an der kleineren Achse des Kreisels angreifendes,
resultierendes Bremsmoment erzeugt.
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Vorteilhafterweise besitzt der Leiterteil die Form eines zur größeren
Achse des Kreisels konzentrisch liegenden Zylinders, der die Kreiseldrehachse in
einer bestimmten Lage zur größeren Achse hältb während die eine Asymmetrie der in
dem Leiterteil induzierten Wirbelströme herbeiführende Einrichtung ein magnetisches
Einsatzstück
ist, das einen Teil des Leiterteiles bildet und induktiv mit dem magnetischen Feld
gekoppelt ist. Der magnetische Einsatz ist z. B. eine Schraube aus magnetischem
Material, die in dem Leiterteil relativ zu dem rotierenden magnetischen Feld verstellt
werden kann.
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Für einen Kreiselintegrator zum Antrieb eines Zählwerkes in Abhängigkeit
von der Präzessionsbewegung des Kreisels wird vorgeschlagen, daß der Leiterteil
zwei in Abstand zueinander liegende, ringförmige Abschnitte aufweist, deren axiale
Länge zu einem von ihnen zu erzeugenden, um die größere Achse wirkenden, resultierenden
Wirbelstrombremsmomente in Beziehung gesetzt sind, welches das aus dem Zählwerk
auf den Kreisel wirkende Bremsmoment ausgleicht, wenn die Kreiseldrehachse und die
größere Achse aufeinander senkrecht stehen.
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Der magnetische Einsatz ist in den Leiterteil entsprechend einer
bestimmten Lage des Kreisels bezüglich seines Umlaufes um die größere Achse eingesetzt
und kann aus einem radial verstellbaren, magnetischen Bolzen bestehen, der zwischen
den beiden Abschnitten des Leiterteiles angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden
Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kreiselintegrators
gemäß der Erfindung, wobei der Integrator auf einem Durchflußmesser sitzt und von
ihm betätigt wird, Fig. 2 eine Vorderansicht des in Fig. 1 dargestellten Kreiselintegrators,
Fig. 3 eine vergrößerte Einzelzeichnung eines Verstellmechanismus, der einen Teil
des Verbindungsgestänges für den Eingang des Kreiselmomentes darstellt, Fig. 4 eine
Seitenansicht des Wirbelstrommechanismus, der die auf den Kreisel wirkenden Ausrichte-und
Haltemomente erzeugt, Fig. 5 eine Draufsicht auf den in Fig. 4 dargestellten Mechanismus,
Fig. 6 eine Draufsicht auf den Wirbelstrom-Leiterteil, der einen Teil des Kreiselausrichtungssystems
bildet, Fig. 7 eine abgeänderte Anordnung des Wirbelstrom-Leiterteiles; Fig. 8 zeigt
im Schnitt den Leiterteil gemäß der Schnittlinie D-D in Fig. 7.
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Fig. 1 zeigt einen Kreiselintegrator, der in diesem Falle auf einem
Durchflußmesser sitzt und von ihm betätigt wird. Der Integrator wird auf einem Unterteill0
gehalten, das ein Gehäuse 11 trägt, in dem sich der Kreiselmechanismus befindet.
Der Integrator enthält einen kardanisch aufgehängten Kreisel, der auf einem Gestell
12 gehalten wird, das auf der Grundplatte 13 steht, die wiederum auf dem Unterteil
10 befestigt ist. Der Kreisel enthält einen Rotor 14 mit einer normalerweise horizontal
in Richtung der Achse A-A verlaufenden Rotationsachse. Der Kreisel sitzt in einem
Rahmen 15, der mit Drehzapfen 16 versehen ist, die in Lagern 17 aufgenommen werden
und damit eine Drehung des Drehkörperrahmens um die kleinere Achse des Kreisels
B-B gestatten. Die Lager 17 befinden sich in einem Kreiselrahmen 18, der vertikal
angeordnete Drehzapfen 19 besitzt, die von den Lagern 20 aufgenommen werden und
eine Drehbewegung des Kreiselrahmens um die senkrechte Hauptachse des Kreisels C-C
ermöglichen. Wie es bei kardanisch aufgehängten
Kreiseln üblich ist, schneiden sich
die Kreiselpräzessionsachse A-A, die kleinere Achse B-B und die größere Achse C-C
alle in einem gemeinsamen Punkt O im Mittelpunkt des Kreisels, den man als Aufhängungsmittelpunkt
bezeichnet.
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Der Kreiselrotor ist vorzugsweise aus einem sehr schweren Material,
wie z. B. Wolfram, hergestellt, damit er eine große Massenträgheit erhält, und wird
durch eine geeignete Antriebsvorrichtung, üblicherweise ein Elektromotor, mit einer
sehr hohen Geschwindigkeit angetrieben. Die Einzelheiten des Motors sind aus Gründen
der Übersichtlichkeit fortgelassen, soweit der beschriebene Aufbau üblich und dem
Fachmann bekannt ist. Der Motor wird über Schleifringe 21 auf dem Gelenkzapfen der
größeren Achse gespeist, die an geeignete Kabelzuführungen 22 angeschlossen sind.
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Der Kreiselintegrator arbeitet nach dem Prinzip, daß ein um die kleinere
Achse des Kreisels wirkendes Drehmoment eine Kreiselpräzession um die größere Achse
bewirkt, wie dies auf Grund der Kreiseltheorie bekannt ist. Der Integrator nutzt
die Tatsache aus, daß das Ausmaß der Kreiselpräzession proportional dem auf den
Kreisel ausgeübten Präzessionsmoment ist. Ein veränderliches Signalmoment nach Maßgabe
der zu integrierenden Meßgröße wird um die kleinere Achse des Kreisels angelegt,
wodurch eine je nach der Größe des Eingangssignalmomentes veränderliche Ausgangsgröße
entsteht. Um ein integriertes Ausgangsergebnis zu erhalten, treibt die Präzessionsdrehung
des Kreisels eine geeignete Zählanordnung an, die geeicht werden kann, so daß sich
das integrierte Ergebnis der gemessenen Größe ablesen läßt.
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Obwohl sich der Kreiselintegrator mit jedem beliebigen Abfühlmeßgerät
verwenden läßt, wird es aus Gründen der besseren Verständlichkeit hier in einer
Anordnung gezeigt, in der das Eingangssignalmoment dem Ausgang eines Durchfiußmessers
entnommen wird. Der gesamte Durchflußmesser ist nicht dargestellt, da er nicht Teil
der Erfindung ist. Ein Durchflußmesser besteht üblicherweise aus zwei zylindrischen
Elementen, einem Flügelrad und einer Turbine, die axial im Strom des Mediums angeordnet
sind, dessen Menge gemessen werden soll. Das Flügelrad wird mit einer konstanten
Geschwindigkeit durch einen Synchronmotor angetrieben und erteilt dem durch den
Motor strömenden Medium eine Winkelgeschwindigkeit. Der Wert dieses der Flüssigkeit
erteilten Drehmomentes ist proportional der Durchflußmenge. Die Turbine, die strömungsmäßig
unterhalb des Flügelrades angeordnet ist, nimmt das ganze Drehmoment der Flüssigkeit
ab und erhält damit ein Moment, das proportional dem Drehmoment und der Durchflußmenge
ist. Dieses Moment wird als Eingangs drehmoment für den Kreiselintegrator der dargestellten
Anordnung gemäß der Erfindung verwendet.
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Der in Fig. 1 dargestellte Teil des Durchflußmengenmessers enthält
ein zylindrisches Gehäuse 23, das einen aufrecht angeordneten Haltestutzen 24 trägt,
auf dem der Unterteil 10 des Kreiselintegrators befestigt ist. Die Turbine des Strömungsmengenmessers,
die das der gemessenen Durchflußmenge proportionale Eingangsmoment aufnimmt, sitzt
auf einer Welle 25, die in Richtung der Achse des zylindrischen Gehäuses 23 verläuft.
Diese Welle 25 trägt einen Kipphebel 26, der an seinem einen Ende ein
verstellbares
Gegengewicht 28 trägt. Das Moment wird von der Turbinenwelle 25 auf den Kreiselintegrator
durch einen Übertragungsstab 29 übertragen, der in einer nichtmagnetischen Röhre
30 untergebracht ist, die durch den Stutzen 24 verläuft.
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Wie aus Fig. 2 hervorgeht, erstreckt sich das obere Ende des Stabes
29 durch den unteren Drehzapfen 19 des Kreisels, der hohl ist und von geeigneten
Lagern 31 und 32 gehalten wird, so daß der Stab eine Axialbewegung ausführen kann.
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Das Drehmoment der Turbinenwelle 25 wird mittels einer magnetischen
Kupplung auf das untere Ende des Stabes 29 übertragen, die einen Magnet 33 enthält,
der an dem Stab befestigt ist und mit einem zylindrischen Magnet 27 auf dem Schwinghebel
26 zusammenwirkt. Es ist ersichtlich, daß bei einer leichten Drehung der Turbinenwelle
25 im Uhrzeigersinn gegen die Kraft einer nicht dargestellten Vorspannungseinrichtung
nach Maßgabe einer Zunahme der Durchflußmenge der Magnet 27 sich in bezug auf die
Röhre 30 aufwärts bewegt. Der Magnet 33 folgt und nimmt somit den Stab 29 mit.
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Das durch die Turbine iIm Strömungsmesser entwickelte und über den
Stab 29 übertragene Drehmoment wird dem Kreisel als ein Eingangsmoment durch einen
verstellbaren Mechanismus zugeführt, der im folgenden beschrieben werden soll.
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Wie Fig. 1 zeigt, ist am unteren Ende des Kreiselrahmens 18 drehbar
mit ihm ein Befestigungsarm 34 befestigt, auf dem drehbar um einen Drehzapfen 35
ein L-förmiger Hebel 36 sitzt. Der Hebel 36 trägt einen horizontal verlaufenden
Abschnitt 37, dessen äußeres Ende mit dem Halter 34 über den Drehbolzen 35 verbunden
ist. Der Mittelteil des Abschnittes 37 trägt ein Lager 38, gegen das das obere Ende
des Stabes 29 anstößt, so daß eine senkrechte Bewegung des Stabes eine Drehung des
Hebels im Gegenuhrzeigersinn bewirkt. Aus dem Rotorrahmen 15 ragt ein Arm 39 hervor,
der mit dem aufrecht stehenden Abschnitt 40 des L-förmigen Hebels 36 über eine verstellbare
Anlenkung mit geringer Reibung an der Stelle 41 verbunden ist. Wie am besten aus
Fig. 3 hervorgeht, enthält diese verstellbare Anlenkung einen Anschlag 42, der sich
durch eine Öffnung im Ende des Hebels 39 erstreckt und an seinem äußeren Ende einen
Kopf 43 trägt, der durch eine federnde Zwischenlage 44 in seiner Stellung gehalten
wird. Das andere Ende des Bolzens hat einen vergrößerten sechseckigen Kopf 45, in
dessen einer Seite ein verstellbarer Stift 46 eingeführt ist. Dieser Stift liegt
an der Platte 47 an. die sich am äußeren Ende des Hebelanns 40 befindet. Wenn der
Bolzen 42 gedreht wird, kann die Stellung des Stiftes radial in bezug auf das Drehgelenk
35 verstellt werden, wodurch die effektive Länge des Hebelarms, der sich zwischen
dem Stift und dem Drehgelenk 35 befindet, verändert wird.
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Auf diese Weise kann zur Eichung des Integrators das auf den Kreisel
ausgeübte Drehmoment relativ zu dem Drehmoment aus dem Strömungsmesser verstellt
werden.
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Um die erforderliche Beziehung zwischen dem Eingangsmoment des Kreisels
und der daraus folgenden Präzessionsdrehung aufrechtzuerhalten, ist es wichtig,
daß die Drehachse A-A des Kreisels in einer Stellung erhalten wird, in der sie annähernd
senkrecht zu der größeren Achse C-C steht. Zu diesem Zweck ist ein Wirbelstrom-Ausrichtungssystem
vorgesehen.
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Dieses Ausrichtungssystem enthält als Grundlage eine
auf dem Kreisel
befestigte Magnetanordnung, die ein rotiere: des magnetisches Feld und einen dazu
relativ befestigten Leiterteil vorsieht, der in induktiver Kopplung zu dem rotierenden
magnetischen Feld angeordnet ist. um auf den Kreisel Wirbelstrombremsmomente auszuüben
und ihn so in seiner ausgerichteten Stellung zu halten. In der dargestellten Ausführungsart
gemäß der Erfindung enthält die Einrichtung zur Herstellung des magnetischen rotierenden
Feldes eine kreisförmige Scheibe 48, die vorzugsweise aus einem magnetischer. Material
hergestellt ist und auf einem verlängerten Wellenzapfen 43a des Kreiselrotors sitzt.
Auf der Scheibe 8 sind eine Anzahl nach außen ragender zylindrischer Permanentmagnete
49 befestigt, die ein magnetisches Feld erzeugen, das von dem Kreiselrotor nach
außen gerichtet ist. Da die Scheibe 48 zusammen mit dem Rotor umläuft, erzeugen
die Magnete ein rotierendes magnetisches Feld, dessen Achse mit der Drehachse des
Kreisels zusammenfällt. Die Magnete sind vorzugsweise so magnetisiert, daß die äußeren
Enden benachbarter Magnete entgegengesetzte Polaritäten besitzen, um ein symmetrisches
sehr intensives magnetisches Feld zu schaffen.
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In induktiver Kopplung zu dem durch die Magnete erzeugten magnetischen
Feld befindet sich ein dazu relativ befestigtes zylindrisches Leiterteil 50, das
aus einem geeigneten elektrisch leitenden Material, wie z. B. Aluminium, hergestellt
ist und in der dargestellten Anordnung als Einheit mit dem Gestell 12 besteht, wobei
die Anordnung so getroffen worden ist, daß die Achse des Leiterteils mit der größeren
Achse C-C des Kreisels zusammenfällt. Die Oberfläche des Leiterteils neben den rotierenden
Magneten hat vorzugsweise eine kugelförmig geschliffene Oberfläche, die mit einer
komplementär geschliffenen Kugelfläche auf dem Ende der Magnete zusammenpaßt, wodurch
ein geringer Abstand erreicht wird und damit eine hohe Flußdichte für verschiedene
Stelle zungen des Kreiselrotors relativ zum Leiter entsteht.
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Es ist einzusehen, daß bei einer Drehung der Magnete 49 ihr magnetischer
Fluß den Leiterteil überstreicht, wodurch in dem Leiterteil Wirbelströme erzeugt
werden. Die rotierenden Magnete und der dazugehörige Leiterteil bilden ein Wirbelstrom-Ausrichtungssystem,
dessen Aufgabe die Aufrechterhaltung der Drehachse A-A des Kreisels in der Stellung
ist, in der sie senkrecht zur größeren Kreiselachse C-C steht und ein Drehmoment
auf den Kreisel in der ausgerichteten Stellung auszuüben, das die aus dem im folgenden
zu beschreibenden Zählermechanismus herrührende Momentenbelastung ausgleicht.
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Zur Summierung der Präzessionsdrehung des Kreisels um seine größere
Achse ist ein Zählmechanismus in Form eines Umlaufzähiers an der Stelle 51 vorgesehen.
Der Zählermechanismus wird von einem Zahnrad 52 angetrieben, das auf dem unteren
hohlen Drehzapfen 19 befestigt ist, der das Zählwerk über eine Anzahl Stirnräder
antreibt. die ein Untersetzungsgetriebe 53 bilden. Das Zahnrad 52 kann außerdem
ein anderes Zahnrad53' und eine damit verbundene Kurvenscheibe 54 treiben, die einen
Schalter 55 öffnet und schließt, wodurch wiederum über nicht dargestellte geeignete
elektrische Schaltungen entfernte Anzeigegeräte, Zählwerke, Druckapparate usw. betätigt
werden können.
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Es ist abzusehen, daß das Zählwerk 51 und alle anderen beliebigen
durch den Kreisel angetriebenen
Vorrichtungen, wie z. B. der intermittierende
Schalter S4, auf den Kreisel ein Belastungsmoment um seine größere Achse ausüben,
und ein Kippen des Kreiselrotors um seine kleinere Achse bewirken würden, wenn nicht
die Wirkung des Ausrichtungssystems vorhanden wäre.
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Die Wirkungsweise des Ausrichtungssystems, welches das Kippen der
Kreiselachse verhindert, wird am besten an Hand der Fig. 4 beschrieben. In der gezeigten
Anordnung überstreichen die Permanentmagneten den Leiterteil und erzeugen in ihm
einen Wirbelstromfluß; diese Wirbelströme erzeugen wiederum Rückstellmomente, die
auf den Kreisel wirken.
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Wenn sämtliche Magneten über dieselbe Fläche des Leiterteiles an entgegengesetzten
Seiten der Rotationsachse überstreichen, werden sämtliche Rückstellmomente symmetrisch
und die Wirkung auf den Kreisel Null sein. Wenn jedoch die überstrichenen Flächen
nicht gleich sind, so daß die Rückstellmomente asymmetrisch sind, so entsteht ein
auf den Kreisel wirkendes resultierendes Rückstellmoment, dessen Richtung von der
algebraischen Summe der durch die einzelnen Magnete erzeugten Momente abhängt. Wie
bereits ausgeführt wurde, sollte zur Er haltung der Genauigkeit des Kreiselintegrators
die Drehachse des Kreisels senkrecht zur größeren Achse erhalten bleiben. Jedoch
das Reibungsmoment des Zählwerkes und der Schalteranordnungen und zusätzlich das
Reibungsmoment aus den Lagern bewirkt ein Kippen der Drehachse des Kreisels, bis
ein gleich großes und entgegengesetztes Drehmoment um die kleinere Achse durch das
Ausrichtungssystem des Kreisels erzeugt wird. Wenn der Leiterring symmetrisch im
Aufbau ist und so angeordnet ist, daß sein Mittelpunkt mit dem Aufhängungsmittelpunkt
des Kreisels zusammenfällt, so kommt das System in einer Stellung ins Gleichgewicht
in der die Kreiseldrehachse in bezug auf die größere Achse gekippt wird, und dieser
Vorgang führt zu der Beeinträchtigung der Genauigkeit des Kreisels. In einem Ausführungsbeispiel
wird dieses Kippen der Kreiseldrehachse verhindert, indem eine Kompensationsanordnung
innerhalb des Wirbelstrom-Ausrichtungssystems eingebaut ist, wie im folgenden beschrieben
werden soll.
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Vorzugsweise enthält der Leiterteil 50 eine Rille 56, die ihn in
zwei ringförmige Teile 57 und 58 trennt, die nahe an den äußeren Enden der rotierenden
Magnete 49 und damit in Flächen mit einer hohen Flußdichte liegen, so daß in diesen
Teilen eine maximale Erzeugung von Wirbelströmen stattfindet.
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Die Rille 56 führt den dazwischenliegenden Abschnitt des Leiterteils
aus dem Bereich der hohen Flußdichte, so daß diese Fläche bei der Erzeugung von
Wirbelstromrückstellmomenten nicht wirksam wird. Auf diese Weise wird die durch
die Rückstellmomente auf den Motor wirkende Belastung herabgesetzt. Zur Erzeugung
eines Drehmomentes im Ausgleichs system, welches das durch den Zählermechanismus
und andere durch den Kreisel angetriebene Geräte ausgeübte Belastungsmomente ausgleicht,
ist ersichtlich, daß der obere Abschnitt 57 des Leiterteils breiter als der untere
Abschnitt 58 gemacht worden ist, da in der dargestellten Anordnung der Leiterteil
50 symmetrisch zum Mittelpunkt der Kreiselaufhängung angeordnet ist. Durch die Abschnitte
57 und 58 mit verschiedenen Breiten entsteht im Ausrichtungssystem ein resultierendes
Rückstellmoment um die größere
Achse des Kreisels, während sich die Drehachse in
der in der Zeichnung dargestellten Normalstellung befindet. Dies zeigt sich bei
Bezugnahme auf die Fläche, die von den oberen und unteren Magneten 49 überstrichen
wird. Es ist ersichtlich, daß die von dem oberen Magnet überstrichene Fläche, die
sich nach links bei einer durch den Pfeil 59 gegebenen Kreiseldrehrichtung bewegt,
größer ist, als die von dem unteren Magneten überstrichene Fläche. Das bedeutet,
daß die korrespondierenden Rückstellkräfte F-1 und F-4 nicht ausgeglichen sind und
damit eine resultierende Kraft nach rechts ergeben, wenn Fig. 4 zugrunde gelegt
wird. Die waagerechten Komponenten der durch die verbleibenden Magnete 49 erzeugten
Kräfte zwischen den oberen und unteren Magneten sind symmetrisch und heben sich
auf, so daß diese Kräfte für die Erzeugung von Drehmomenten um die größere Achse
keine Wirkung haben. Die Resultierende der Kräfte F-1 und F-4, die nach rechts gerichtet
ist, liegt in einer Richtung, in der sie die die durch den Zählermechanismus erzeugte
Belastung ausgleicht, die in entgegengesetzter Richtung wirkt, da in der dargestellten
Anordnung der Kreisel in einer Richtung im Gegenuhrzeigersinn präzidiert (wenn man
von oben sieht) in Abhängigkeit von einem Signalmoment aus dem Strömungsmesser,
das durch den Pfeil 60 angedeutet ist. Wenn die Kreiseldrehachse von der Normalstellung
abweichen sollte, die in einer Richtung eingezeichnet ist, daß die Magnetscheibe
48 sich anhebt, wenn die Fig. 4 zugrunde gelegt wird, so wird ersichtlich, daß die
Kraft F-1 abnimmt und die Kraft F-2 zunimmt, so daß die resultierende Kraft nach
links gerichtet ist, d. h. in eine Richtung, in der die Drehachse des Kreisels eine
Präzession in Richtung zurück auf die Normalstellung ausführen muß. Es ist ferner
ersichtlich, daß bei einer Abwärtsbewegung der Scheibe 48 die umgekehrte Wirkung
stattfindet, so daß das Wirbelstrom-Ausrichtungssystem zu jeder Zeit dazu führt,
die Drehachse des Kreisels in - der Normalstellung zu halten. Gemäß diesem Merkmal
dient daher das Wirbelstrom-Ausrichtungssystem nicht nur zur Aufrechterhaltung der
Kreiseldrehachse in der Normalstellung, sondern erzeugt außerdem in der Normalstellung
ein in der Richtung wirkendes Drehmoment, in der das von dem Zählwerk erzeugte Gegenmoment
ausgeglichen wird.
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In der eben beschriebenen Anordnung ist der Leiterteil 50 symmetrisch
in bezug auf den Mittelpunkt der Kreiselaufhängung 0 angeordnet, und das unausgeglichene
Drehmoment über die größere Achse, welches das Moment des Zählwerkes ausgleicht,
wird dadurch erzeugt, daß die Abschnitte 57 und 58 des Leiterteils mit verschiedenen
axialen Längen ausgeführt werden. Eine gleichartige Wirkung kann erreicht werden,
wenn auf eine abgeänderte Anordnung gemäß den Fig. 7 und 8 zurückgegriffen wird.
Hier ist zu erkennen, daß die innere Oberfläche des Leiters eine gleichmäßige kugelförmige
Gestalt besitzt, daß die Rille 56 nicht vorhanden ist, und daß der Mittelpunkt 0'
des Leiterteils 50 um einen kleinen Betrag von dem Mittelpunkt der Kreiselaufhängung
0 nach oben in die Richtung der größeren Achse verschoben worden ist, um die erforderliche
Drehmomentvorspannung zu erzielen. Diese Anordnung bewirkt in gleicher Weise, daß
die oberen Magnete eine größere Fläche des Leiterteils als die unteren Magnete überstreichen,
so daß ein Ausgleichsmoment
erzeugt wird, wenn sich die Kreiseldrehachse
in einer Stellung befindet, die senkrecht zur größeren Achse liegt.
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Wenn die zu messende Größe Null ist und ein Drehmoment um die kleinere
Achse des Kreisels erzeugt wird, wird deutlich, daß, falls diese Wirkung nicht verhindert
wird, der Kreisel mit einem geringen Betrag weiter präzediert und damit eine Fehlanzeige
liefert. Beispielsweise wird im Fall des dargestellten Strömungsmengenmessers ein
Drehmoment auf den Kreisel ausgeübt, wenn der Durchfluß den Wert Null beträgt, da
die flüssige Kupplung zwischen dem Flügelrad und den Turbinenelementen ein geringes
Drehmoment liefert, das über den Stab 29 und die damit verbundene Hebelübersetzung
auf den Kreisel wirkt. Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird diese Fehlerquelle
dadurch vermieden, daß eine Auslöse anordnung vorgesehen wird, die ein Haltemoment
erzeugt und ein Abgleiten des Kreisels um seine Hauptdrehachse verhindert, bis das
Signalmoment einen ausreichenden Wert erreicht, mit dem das Haltemoment überwunden
wird. Um eine Sperrwirkung zu erzeugen, die das erforderliche Haltemoment liefert,
wird eine einfache, jedoch wirksame Anordnung vorgesehen, die mit dem Wirbelstrom-Ausrichtungssystem
zusammenwirkt und einen asymmetrischen Wirbelstromverlauf der innerhalb des Leiterteils
50 erzeugten Wirbelströme erzeugt. Dies wird durch die Anordnung eines magnetischen
Einsatzes 61 bewirkt, der eine in den Leiterteil 50, vorzugsweise in die Rille 56
zwischen den Abschnitten 57 und 58 eingeschraubte Schraube sein kann. Diese Schraube
kann beispielsweise eine übliche Maschinenschraube aus gehärtetem Stahl sein, die
dem aus den Magneten austretenden magnetischen Fluß einen geringen Widerstand entgegensetzt,
wenn der Kreiselrotor um die größere Achse angeordnet ist, so daß die rotierenden
Magnete und die Schraube übereinanderstehen. Die Tatsache, daß die Schraube einen
geringen magnetischen Widerstand im Vergleich zu dem umgebenden nichtmagnetischen
Material besitzt, führt zu einer Asymmetrie der erzeugten Wirbelströme in der Gegend
der Schraube. Dies wiederum bewirkt eine Asymmetrie bei den senkrechten Komponenten
der auf den Kreisel wirkenden Bremsmomente, wie es aus Fig. 4 hervorgeht. Da die
Kräfte F-2 und F-3 entgegengesetzt gleich den Kräften F-5 und F-6 sind. die durch
die zwischen den oberen und unteren Magneten liegenden Magnete erzeugt werden, ergibt
sich zusätzlich eine unausgeglichene Kraft Fb in vertikaler Richtung, die beim Vorüberstreichen
der Magnete an der Schraube 61 erzeugt wird, wenn sie sich nach oben bewegt. Es
zeigt sich, daß keine ausgleichende Kraft vorhanden ist, wenn sich die Magnete abwärts
bewegen, wodurch ein unausgeglichener Zustand entsteht. Die Richtung der Kraft Fb
ist derart, daß ein Drehmoment auf den Kreisel wirkt, welches die magnetische Scheibe
in Fig. 4 nach links bewegen will, während die normale Präzessionsrichtung bei Anlegung
von Signalmomenten gemäß dem Pfeil 60 nach rechts gerichtet ist. Auf diese Weise
wird die Präzession des Kreisels an diesem Punkt angehalten, bis das durch den Stab
29 und die Hebelverbindung übertragene Signalmoment, das durch die Schraube 61 erzeugte
Haltemoment überwindet. Der Wert dieses Haltemoments. der durch die radiale Verstellung
der Schraube verändert werden kann, wird etwas größer als die zu er-
wartenden Störmomente
gewählt, die der Strömungsmengenmesser bei der Nullmessung angibt. Auf diese Weise
wird eine Drehung des Kreisels und des mit ihm verbundenen Zählmechanismus bei unechten
Sigualmomenten verhindert. Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung besteht darin,
daß das Haltemoment keine Fehleranzeige bewirkt, bis das Signalmoment eine ausreichende
Größe besitzt, um das Haltemoment zu überwinden, wodurch der Kreisel in der Präzession
fortfährt. Der Grund für dieses Verhalten besteht darin, daß, wenn der Kreisel bis
zu einer Stellung rotiert, in der sich die Schraube 61 eher den nach unten laufenden
als den nach oben laufenden Magnet gegenüber befindet, wie dies durch den gestrichelten
Kreis 62 angegeben ist, das unausgeglichene durch den Pfeil Fb angegebene Bremsmoment
nach unten wirkt und damit ein Beschleunigungsmoment ergibt, das entgegengesetzt
gleich dem Haltemoment der Haltestellung ist. Dadurch sind die nicht ausgeglichenen,
durch die Schraube 61 erzeugten Momente abwechselnd positiv und negativ, wenn der
Kreisel so rotiert, daß die resultierende Wirkung auf das integrierte Ergebnis Null
ist.
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Bei einigen Anwendungsarten kann es erforderlich sein, eine Sperrwirkung
für mehr als eine Stellung um die Hauptachse des Kreisels vorzusehen. Gemäß der
vorliegenden Erfindung kann dies durch die in Fig. 6 dargestellte Anordnung leicht
erreicht werden, in der eine Anzahl von zusätzlichen Schrauben61' am Umfang des
Leiterteils 50 angeordnet sind. Durch diese Anordnung findet eine Halte- oder Sperrwirkung
in jeder Stellung statt, in der die rotierenden Magnete sich neben einer der Schrauben
befinden.
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Selbstverständlich können auch andere Anordnungen verwendet werden,
um die Asymmetrie der Wirbelstrommomente zu erzeugen, die in diesem Falle durch
die Schraube 61 im Leiterteil 50 auftreten. Die Asymmetrie kann durch ein einfaches
Bohrloch, beispielsweise an der Stelle 63 in den Fig. 7 und 8 in dem Leiterteil
gegenüber dem Weg der Magnete 49 an der Stelle hergestellt werden, an der das Haltemoment
erforderlich ist. Andererseits kann die eingefügte Schraube aus einem nichtmagnetischen
Material bestehen, das eine von dem umgebenden Material unterschiedliche Leitfähigkeit
besitzt.