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Drehzahlmeßeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehzahlmeßeinrichtung
mit einem Zweiphasengenerator als Geber und mindestens einem elektrischen Meßinstrument
als Anzeiger. Es sind Drehzahlmeßeinrichtungen dieser Art bekanntgeworden, bei denen
das Anzeigeinstrument als eisengeschlossenes dynamometrisches Meßwerk ausgebildet
ist. Diese dynamometrischen Meßwerke sind relativ schwierig herzustellen. Aus diesem
Grund ist bereits vorgeschlagen worden, Ferrarisinstrumente zur Anzeige zu verwenden,
die jedoch temperaturabhängig sind und zusätzliche Mittel zur Temperaturkompensation
benötigen, wodurch ihre Herstellung erschwert und verteuert wird. Deshalb sind als
Anzeigeinstrumente bereits auch Hysteresemeßwerke vorgeschlagen worden, die über
einen großen Bereich temperaturunabhängig sind. Diese Hysteresemeßwerke weisen einen
mit Hysteresewerkstoff versehenen Läufer auf, der unter dem Einfluß eines Drehfeldes
gedreht wird.
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Hierbei sind sowohl Meßwerke mit einer Spule als auch solche mit zwei
Spulen vorgeschlagen worden.
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Bei beiden Meßwerken wird die zur Erzeugung eines Drehmomentes notwendige
Aufteilung und Verschiebung der Ströme bzw. Magnetflüsse durch geeignete Maßnahmen
im Meßwerk selbst erreicht. Beim Einspulenmeßwerk geschieht dies z. B. durch zwei
Kurzschlußringe aus einem gut leitenden Werkstoff, z. B.
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Kupfer, während beim Zweispulenmeßwerk zwei Spulen verschiedener Größe
und Windungszahlen vorgesehen sind. Allerdings lassen sich mit diesen Hysteresemeßwerken,
die zur Drehzahlmessung mit einem Einphasengenerator verbunden sind, nur Drehzahlen
einer Richtung messen. Außerdem weisen diese bekannten Hysteresemeßwerke Poleisen
auf, die aus gestanzten Blechen bestehen und an ihrem äußeren Umfang axial abstehende
fingerartige Lappen besitzen. Zur Herstellung dieser relativ großen Poleisen sind
komplizierte und umfangreiche Stanz-und Biegevorrichtungen notwendig, durch die
die Herstellung der bekannten Hysteresemeßwerke erschwert und verteuert wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehzahlmeßeinrichtung
der oben bezeichneten Art zu schaffen, bei der sowohl der als Geber dienende Zweiphasengenerator
als auch das Anzeigeinstrument möglichst wenige, leicht herzustellende und zu montierende
sowie einheitliche Bauteile besitzen und teuere Werkstoffe, z. B. magnetische Werkstoffe,
auf ein Minimum reduziert sind. Außerdem soll das als Anzeiger dienende Meßinstrument
so aufgebaut sein, daß eine drehrichtungsabhängige Anzeige der Drehzahl möglich
ist. Diese Aufgabe wird gemäß der
Erfindung dadurch gelöst, daß das elektrische Meßinstrument
in an sich bekannter Weise einen mit einem hysteretischen Werkstoff versehenen Läufer
und zwei konzentrisch zum Läufer und in axialer Richtung nebeneinander angeordnete
gleiche Spulen aufweist, um die in Umfangsrichtung im Abstand voneinander aus flachen
Blechen bestehende, getrennte Blechpakete in axialer Richtung herumgelegt und die
mit ihren Blechpaketen in Umfangsrichtung um einen Bruchteil eines Blechpaketabstandes
gegeneinander versetzt sind. Der Läufer des als Anzeiger dienenden Meßinstrumentes
weist demnach einen einfachen Aufbau auf, wobei elektrische Zuleitungen ebenso wie
bei den Ferrarisinstrumenten wegfallen.
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Die beiden um den Läufer konzentrisch angeordneten Spulen sind gleich
aufgebaut und besitzen die gleiche Windungszahl. Dadurch wird die Fertigung wesentlich
vereinfacht. Die um die Spulen herumgelegten Blechpakete können durch einen einfachen
Stanzvorgang hergestellt werden. Die durch die beiden Spulen fließenden Ströme,
die von einem Zweiphasengenerator erzeugt werden, sind gegeneinander um 900 phasenverschoben.
Durch diese Ströme werden die Blechpakete magnetisiert, so daß in Verbindung mit
dem im hysteretischen Werkstoff induzierten Magnetfeld ein Hysteresedrehmoment erzeugt
wird, das den Läufer entgegen der Kraft einer Feder um einen bestimmten Winkel dreht.
Bei Umkehrung der Drehrichtung des das Hysteresemeßwerk speisenden Generators ist
das Drehmoment entgegengerichtet, so daß der Läufer in entgegengesetzter Richtung
entgegen der Kraft seiner Feder um einen bestimmten Winkel geschwenkt wird, der
der zu messenden Drehzahl entspricht.
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Um die Achse des Läufers möglichst kurz ausbilden und damit eine
einfache Lagerung des Läufers erzielen zu können und andererseits teueren hysteretischen
Werkstoff einzusparen, ist gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung
der Läufer im Bereich des hysteretischen Werkstoffes in axialer Richtung verkürzt
ausgebildet. Damit sowohl von den Blechpaketen der einen als auch von den Blechpaketen
der anderen Spule aus magnetische Kraftlinien in den hysteretischen Werkstoff des
Läufers in seiner gesamten axialen Länge eindringen können, sind hierbei die innenliegenden
Schenkel der Blechpakete in den Bereich des verkürzten Läufers hineinragend verlängert.
Der Läufer kann z. B. eine axiale Länge aufweisen, die etwa der Breite einer Spule
entspricht.
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Er kann auch noch kürzer ausgebildet sein, und zwar so kurz, daß sein
hysteretischer Werkstoff ausreicht, um ein genügend hohes Hysteresedrehmoment zu
erzeugen. Es muß hierbei nur darauf geachtet werden, daß die innenliegenden Schenkel
der Blechpakete beider Spulen in den Bereich des hysteretischen Werkstoffes des
Läufers hineinragend verlängert sind.
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Ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Läufer in der Mitte
der beiden Spulen angeordnet, dann ergibt sich der Vorteil, daß die Blechpakete
beider Spulen gleic.t ausgebildet werden können.
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Damit wird die Anzahl der Stanzwerkzeuge zur Herstellung der Blechpakete
auf ein Minimum reduziert.
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Die Blechpakete werden in diesem Fall abwechselnd h- und U-förmig
ausgebildet und von entgegengesetzten axialen Richtungen her auf die Spulen aufgeschoben.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist außen um die Blechpakete
der Spulen ein Ring aus weichmagnetischem Material herumgelegt, der den magnetischen
Kreis der zugehörigen Blechpakete außen schließt. Außerdem hält dieser Ring die
Blechpakete und die beiden Spulen zusammen. Infolge dieser Ausbildung des erfindungsgemäßen
Meßinstrumentes ergibt sich eine sehr einfache Montage.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist auch der als Zweiphasengenerator
ausgebildete Geber zwei konzentrisch zu seinem Läufer und in axialer Richtung nebeneinanderliegende
Ständerspulen auf, um die jeweils im Abstand einer Polteilung in Umfangsrichtung
Blechpakete in axialer Richtung herumgelegt und die mit ihren Blechpaketen in Umfangsrichtung
um einen Bruchteil einer Polteilung gegeneinander versetzt sind, wobei der Läufer
in axialer Richtung verkürzt ausgebildet ist und die innenliegenden Schenkel der
Blechpakete in den Bereich des verkürzten Läufers hineinragend verlängert sind.
Auch hierbei sind die beiden Spulen gleich ausgebildet, wodurch die Herstellung
des erfindungsgemäß en Zweiphasengenerators vereinheitlicht und damit vereinfacht
wird. Außerdem ist es durch diese Verkürzung des Läufers möglich, eine kürzere Läuferachse
zu verwenden und die Lagerstellen zusammenzurücken, so daß eine Vereinfachung in
der Lagerung und in der Herstellung des Läufers erzielt wird. Ferner erfolgt durch
die Verkürzung des Läufers eine wesentliche Einsparung an wertvollem Dauermagnetwerkstoff,
wenn der Läufer als Dauermagnet, und zwar mehrpolig ausgebildet ist. Die Einsparung
an wertvollem Dauermagnetwerkstoff erreicht ein Maximum, wenn gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung der Läufer so weit verkürzt wird, daß seine Länge etwa der Breite
einer Spule entspricht. Es ist selbstverständlich möglich, den Läufer noch weiter
zu verkürzen. Es muß aber hierbei darauf geachtet werden, daß genügend Dauermagnetwerkstoff
vorhanden ist, um in den beiden
Spulen eine genügend hohe Spannung zu erzeugen, die
zur Betätigung des elektrischen Meßinstrumentes notwendig ist. Die Blechpakete beider
Spulen sind um eine halbe Polteilung gegeneinander versetzt, so daß auch die in
den beiden Spulen induzierten elektromotorischen Kräfte gegeneinander um 900 phasenverschoben
sind.
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Besitzt der Läufer etwa eine der Breite einer Spule entsprechende
axiale Länge, dann kann er z. B. im Bereich einer einzigen Spule angeordnet sein.
Hierbei werden die Blechpakete der einen Spule, in deren Bereich der Läufer angeordnet
ist, U-förmig ausgebildet und von entgegengesetzten axialen Richtungen her auf die
Spule aufgeschoben, während die Blechpakete der anderen Spule abwechselnd U- und
Z-förmig ausgebildet und ihre dem Läufer zugewandten Schenkel in den Bereich zwischen
den Schenkeln der Blechpakete der ersten Spule hineinragend verlängert sind.
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Die Herstellung des erfindungsgemäßen Zweiphasengenerators wird noch
dadurch wesentlich vereinfacht, daß gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der
Läufer in der Mitte der beiden Spulen angeordnet ist. Dadurch wird nämlich die Möglichkeit
geschaffen, die Blechpakete beider Spulen gleich auszubilden, und zwar erhalten
die Blechpakete abwechselnd h- und U-Form. Sie werden ebenfalls von entgegengesetzten
axialen Richtungen her auf die Spulen aufgeschoben.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist außen um die Blechpakete
der Spulen ein Ring aus weichmagnetischem Material herumgelegt, der den magnetischen
Kreis der zugehörigen Blechpakete außen schließt. Dieser weichmagnetische Ring hält
einerseits die Blechpakete auf den Spulenkörpern fest und andererseits die Spulenkörper
in einem bestimmten Abstand voneinander.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Meßinstrument und
Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Zweiphasengenerator.
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Das in Fig. 1 dargestellte Meßinstrument weist zwei gleiche Spulenkörper
1 und 1' auf, die mit Spulen 2 und 2' gleicher Windungszahl und gleicher Drahtstärke
versehen sind. Um die beiden Spulenkörper 1 und 1' sind in gleichem Abstand voneinander
U-förmig ausgebildete Blechpakete 3 und h-förmig ausgebildete Blechpakete 4 in axialer
Richtung herumgelegt. Bei der Montage werden diese Blechpakete 3, 4 auf die beiden
Spulenkörper 1 und 1' von entgegengesetzten axialen Richtungen her aufgeschoben.
Innerhalb der beiden Spulen 2, 2' bzw. der Spulenkörper 1, 1' kann sich der Läufer
5 entgegen der Kraft einer Spiralfeder 6 drehen. Der Läufer 5 besitzt eine Achse
7, die bei 8 und 9 drehbar gelagert ist. Das eine Ende der Spiralfeder 6 ist an
der Welle 7 und das andere Ende an einem Halteteil 10 befestigt. Am rechten Ende
gemäß Fig.3. weist die Welle 7 einen Zeiger 11 auf, der mit einer nicht dargestellten
Skala zusammenarbeiten kann.
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Die Skala weist einen Nullpunkt auf, durch den sie in zwei gleiche
Teile geteilt wird.
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Um die einzelnen Blechpakete 3 und 4 ist ein Ring 12 aus weichmagnetischem
Material herumgelegt, der den magnetischen Kreis der Blechpakete nach außen hin
schließt.
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Der in Fig.2 dargestellte Zweiphasengenerator besitzt ebenfalls zwei
gleiche Spulenkörper 13 und 13', die mit Spulen 14 und 14' gleicher Windungszahl
und gleicher Drahtstärke versehen sind. Um den Spulenkörper 13' sind im Abstand
einer Polteilung T U-förmige Blechpakete 15 angeordnet, die bei der Montage von
entgegengesetzten axialen Richtungen her auf den Spulenkörper 13' aufgeschoben werden.
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Der Spulenkörperl3 ist mit U- bzw. Z-förmigen Blechpaketen 16 bzw.
17 versehen, die ebenfalls einen einer Polteilung entsprechenden Abstand aufweisen.
Die Blechpakete 15,16 und 17 beider Spulenkörper 13', 13 sind um eine halbe Polteilung
gegeneinander in Umfangsrichtung versetzt. Die inneren Schenkel 18 und 19 der Blechpakete
16 und 17 sind bis zur äußeren Kante 20 des Spulenkörpers 13' verlängert. Um die
Blechpakete 15, 16, 17 ist außen ein Ring 21 aus weichmagnetischem Material herumgelegt,
durch den der magnetische Kreis der Blechpakete 15, 16, 17 nach außen hin geschlossen
wird.
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Innen erfolgt das Schließen des magnetischen Kreises der Blechpakete
durch den strichpunktiert gezeichneten Läufer 22, der aus einem mehrpoligen Dauermagneten
besteht. Der Läufer 22 sitzt auf einer Welle 23, die in den Lagern 24 und 25 drehbar
angeordnet ist. Die axiale Länge des Läufers 22 entspricht ungefähr der Breite der
Spule 14', in deren Breite der Läufer 22 angeordnet ist. Es ist auch möglich, den
Dauermagneten noch schmaler auszubilden, insbesondere dann, wenn hochwertiger Dauermagnetwerkstoff
zur Anwendung gelangt.
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Die Wirkungsweise der in den Figuren dargestell-. ten Drehzahlmeßeinrichtung
ist folgende: Bei Drehung des Läufers 22 werden durch den Dauermagneten abwechselnd
sowohl die magnetischen Kreise der Blechpakete 15 des Spulenkörpers 13' als auch
die magnetischen Kreise der Blechpakete 16, 17 des Spulenkörpers 13 geschlossen
und erregt bzw. geöffnet, wodurch in den entsprechenden Spulen 14' bzw. 14 elektromotorische
Kräfte induziert werden. Weil die Blechpakete 15 und 16, 17 der beiden Spulenkörper
13' und 13 in Umfangsrichtung um eine halbe Polteilung gegeneinander versetzt sind,
beträgt die Phasenverschiebung zwischen den in beiden Spulen 13' und 13 induzierten
elektromotorischen Kräften 900.
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Da die beiden Spulen 14 und 14' mit den Spulen 2 und 2' des in F
i g. 1 dargestellten Meßinstrumentes in leitender Verbindung stehen, fließen durch
diese Spulen 2 und 2' um 900 gegeneinander versetzte gleich starke Ströme, die in
den Blechpaketen 3 und 4 ein magnetisches Drehfeld erzeugen, dessen Kraftlinien
außen durch den weichmagnetischen Ring 12 und innen über einen schmalen Luftspalt
durch einen auf dem Läufer 5 befindlichen Belag 26 aus hysteretischem Werkstoff
(breite Hystereseschleife) geschlossen werden. Die Arme 3' bzw. 4' der Blechpakete
3 bzw. 4 sind so verlängert, daß ihre Enden den äußeren Kanten 27 und 28 des Belages
26 des Läufers 5 gegenüberliegen. Diese verlängerten Arme 3', 4' magnetisieren den
Belag 26 so auf, daß in Verbindung mit den magnetischen Kraftlinien der verlängerten
Arme 3', 4' ein Hysteresedrehmoment erzeugt wird, das den Läufer 5 entgegen der
Kraft der Spiralfeder 6 um einen der zu messenden Drehzahl entsprechenden Winkel
dreht. Sobald sich die Drehrichtung der Welle 23 des Zweiphasengenerators nach Fig.
2 umkehrt - die Welle 23
wird hierbei in Abhängigkeit von der zu messenden Drehzahl
angetrieben, kehrt sich auch die Richtung des Drehfeldes und damit ebenfalls die
Drehrichtung der Welle 7 des Meßinstrumentes nach F i g. 1 um, wobei der Zeiger
11 über den Nullpunkt der Skala hinaus in den der anderen Drehrichtung entsprechenden
Skalenbereich gelangt.