DE1235049B

DE1235049B - Wirbelstrommesssystem fuer Geschwindigkeitsmess- und Registriergeraete

Info

Publication number: DE1235049B
Application number: DEK45140A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Antritter
Original assignee: Kienzle Apparate GmbH
Current assignee: Digital Kienzle Computersysteme GmbH and Co KG
Priority date: 1961-11-07
Filing date: 1961-11-07
Publication date: 1967-02-23
Also published as: CH373601A; US3239700A; GB970909A

Description

Wirbelstrommeßsystem für Geschwindigkeitsmeß-und Registriergeräte Die Erfindung betrifft ein Wirbelstrommeßsystem für Geschwindigkeitsmeß- und Registriergeräte mit einer das Rückstellmoment erzeugenden Spiralfeder und einer Vorrichtung, die nach einem bestimmten Winkelausschlag die wirksame Federlänge ändert.
Bei Drehzahlmeßsystemen, die nach dem Wirbelstromprinzip arbeiten, ist die Meßsystemkennlinie, die den Verlauf des von der Drehzahl abhängigen Drehmomentes des Meßsystems kennzeichnet, nicht linear, d. h. bei wachsender Drehzahl wird ihr Verlauf immer flacher.
Zur Erzeugung des Rückstellmomentes für derartige Meßsysteme werden im allgemeinen Spiralfedern verwendet. Diese Spiralfedern haben aber über den in Frage kommenden Meßbereich eine lineare Charakteristik.
Da sich die beiden Kennlinien des primären Drehmomentes vom Meßsystem und des Drehmomentes der Rückstellfeder somit nicht decken und insbesondere im letzten Drittel des normalerweise zur Anwendung kommenden, einen Drehwinkel von 270° umfassenden Meßbereichs stark voneinander abweichen, ist eine genaue Eichung über den ganzen Meßbereich nicht möglich. Für ein Meßgerät ist es jedoch von größter Wichtigkeit, daß es über den ganzen Meßbereich etwa die gleiche Meß- und Anzeigegenauigkeit besitzt. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, daß die beiden Kennlinien einander angeglichen werden. Bei einem Geschwindigkeitsmesser mit Luftpropeller, der zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit benutzt wird, ist es schon bekannt, die Spiralfederkennlinie an eine progressiv verlaufende Meßsystemkennlinie anzugleichen. Dabei ist die Spiralfeder so angeordnet, daß sie sich beim Spannen von innen nach außen öffnet, und die Spiralfeder ist von einem halbrunden Schirm, der am Gehäuse befestigt ist, umgeben, so daß sich beim Meßvorgang nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl ein Teil der äußersten Federwindung an diesen Schirm anlegt. Dadurch wird die wirksame Federlänge mit zunehmender Geschwindigkeit verkürzt Diese Einrichtung ist jedoch nicht dazu geeignet, einen degressiven Verlauf der Federkennlinie zu erzeugen. Selbst eine Umkehrung der darin angegebenen Verhältnisse würde nicht zu dem gewünschten Erfolg führen. Denn, wenn man den die äußerste Windung der Spiralfeder umgebenden Schirm in seinem Radius so bemessen würde, daß dieser kleiner ist als derjenige der äußeren Spiralfederwindung im Ruhezustand der Spiralfeder und die Spannrichtung der Spiralfeder umkehren würde, so kämen in der Spiralfeder Kräfte zur Wirkung, die die Meßgenauigkeit schädlich beeinflussen würden.
Außerdem ist zu berücksichtigen, daß die Fertigungstoleranzen der Spiralfedern insbesondere was die Durchmessertoleranz betrifft, mit dieser Einrichtung nicht aufgefangen werden könnten, da keinerlei Justiermöglichkeit gegeben ist. Das bedeutet, daß die Lage des Nullpunktes dem Zufall überlassen wäre.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es nun, Mittel zu finden, die Federkennlinie an die Drehmomentskennlinie des Meßsystems anzugleichen, ohne daß die Funktionsweise der Rückstellfeder in irgendeiner Weise nachteilig beeinflußt wird.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß ein Teil der Spiralfeder, vorzugsweise der äußere, in der Ruhelage des Meßsystems unter einer gewissen Vorspannung steht, die nach einem bestimmten Meßausschlag durch die Meßkraft aufgehoben wird, so daß von diesem Zustand an, bei wachsendem Meßausschlag für das Rückstellmoment, auch der Teil der Spiralfeder wirksam wird, in dem die Vorspannung gespeichert war.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung, das sich auf die besondere Ausbildung der Feder bezieht, ist darin zu sehen, daß an einer der äußeren Windungen der Spiralfeder eine nach außen geprägte Öse vorgesehen ist, die mit dem als Haken ausgebildeten freien Ende der Spiralfeder derart zusammenwirkt, daß dem außerhalb dieser Öse liegenden Teil eine gewisse Vorspannung gegeben werden kann. Als freies Ende ist der Teil zu verstehen, der außerhalb des äußeren Befestigungspunktes der Spiralfeder liegt. Statt der Öse kann selbstverständlich auch ein Reiter auf der Spiralfeder angebracht werden, jedoch ist diese Öse weit einfacher und billiger zu verwirklichen.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß der anfänglich wirksame verkürzte Teil der Spiralfeder genau festgelegt und einjustiert werden kann und daß ihr äußerer Befestigungspunkt auf die jeweiligen Federtoleranzen einstellbar ist, ohne daß radiale Kräfte wirksam werden, die den inneren Teil der Feder aus ihrer natürlichen konzentrischen Lage zur Drehachse drücken.
An Hand der Zeichnungen soll die Funktionsweise der Erfindung erklärt werden.
Fig. 1 zeigt die Spiralfeder in ihrem freien, nur am inneren Ende befestigten Zustand; Fig.2 zeigt die Spiralfeder unbelastet, aber im eingebauten Zustand; Fig. 3 zeigt das Diagramm der beiden wirksam werdenden Kennlinien.
Die Spiralfeder 1 ist mit ihrem inneren Ende 2 an einer Welle 3 so befestigt, daß ihr Mittelpunkt genau mit der Achse der Welle 3 zusammenfällt. An der äußersten Windung besitzt die Spiralfeder 1 eine Öse 4 und am Ende der äußersten Windung einen Haken 5. Es ist in Fi g. 1 zu sehen, daß der von der Öse 4 nach außen verlaufende Teil der Spiralfeder 1 nicht konzentrisch zu den inneren Windungen liegt.
Das ist der freie Zustand der Feder. Bevor die Feder in das Gerät eingebaut wird, wird der Haken 5 hinter die Öse 4 gehängt, so daß sich das Bild der F i g. 2 ergibt. Dadurch entsteht in der äußersten Windung, d. h. also zwischen der Öse 4 und dem HakenS, eine gewisse Spannung der Feder. Beim Einbau der Spiralfeder in der Form der Fig. 2 in das Gerät wird der äußere Befestigungspunkt 6 so gewählt, daß er zur Öse4 und zum Haken 5 eine bestimmte Winkelstellung hat. Diese Winkelstellung hängt von der Windungszahl der Feder und der erforderlichen Korrektur der Kennlinie ab.
In der F i g. 3 ist ein Diagramm gezeigt, an dessen Ordinate das Drehmoment und an dessen Abszisse die Drehzahl des Meßsystems bzw. der Verdrehwinkel ç der Spiralfeder aufgetragen sind. 7 ist eine Drehmomentskennlinie in Abhängigkeit der Drehzahl des Meßsystems. 8 und 9 ist die Drehmomentskennlinie der in Fig. 2 dargestellten Spiralfeder in Abhängigkeit von Drehwinkel . Aus dem Diagramm ist zu sehen, daß das Kennlinienstück 8 eine größere Steilheit aufweist als der Kennlinienabschnitt9. Dies geht auf folgende Wirkung zurück: Während des Meßvorgangs dreht sich die Welle 3 in Uhrzeigerrichtung. Dem vom Wirbelstrom-Meßsystem erzeugten Drehmoment wirkt ein Rückstellmoment der Spiralfeder 1 entgegen, das der Kennlinie 8 entspricht und von dem Teil der Spiralfeder erzeugt wird, der zwischen Punkt 2 und der Öse 4 liegt. In dem Abschnitt 8 der Kennlinie steht der Teil 1' der Spiralfeder unter Vorspannung. Dabei wirkt die Öse 4 wie ein fester Abgriff und die Federkonstante Mdi<p ist entsprechend der um den Teil 1' verkürzten Spiralfeder verhältnismäßig groß. Bei einem bestimmten Drehwinkel g (Punkt 10) hebt sich die Öse 4 vom Haken 5 in Uhrzeigerrichtung ab.
Das bedeutet, daß bei größer werdendem Winkels oberhalb des Punktes 10 im Diagramm auch der äußere Teil 1' der Spiralfeder wirksam wird. Eine größere Federlänge bedeutet aber eine flachere Drehmomentskennlinie, wie sie durch den AS schnitt 9 beispielsweise dargestellt ist.
Es ist aus dem Diagramm zu ersehen, daß sich nach dieser Methode die beiden Drehmomentskemllinien des Meßsystems und der Spiralfeder abschnittweise angleichen lassen.
Statt einer degressiv geknickten Federkennlinie läßt sich in analoger Weise auch eine progressive Knickung erzielen, dadurch, daß man die Spiralfeder im entspannten Zustand (Fig. 1) montiert. Mit zunehmendem Verdrehwinkel ç ist zunächst die größere Federlänge zwischen Punkt 2 bis 6' wirksam, bis die Öse 4 an dem Haken 5 zum Anliegen kommt.
Bei weiterer Verdrehung wirkt nur noch der Teil der Feder zwischen Punkt 2 und 4 mit einer entsprechend steileren Kennlinie. Diese Wirkung kann man sich besonders vorteilhaft dann zunutze machen, wenn beispielsweise der Anfangsmeßbereich gedehnt bzw. der Endmeßbereich gedrängt werden soll.

Claims

Patentansprüche: 1. Wirbelstrommeßsystem für Geschwindigkeitsmeß- und Registriergeräte mit einer das Rückstellmoment erzeugenden Spiralfeder und einer Vorrichtung, die nach einem bestimmten Winkelausschlag die wirksame Federlänge ändert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Spiralfeder, vorzugsweise der äußere, in der Ruhelage des Meßsystems unter einer gewissen Vorspannung steht, die nach einem be stimmten Meßausschlag durch die Meßkraft aufgewogen wird, so daß von diesem Zustand an bei wachsendem Meßausschlag für das Rückstetl moment auch der Teil der Spiralfeder wirksam wird, in dem die Vorspannung gespeichert war.
2. Wirbelstrommeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgriffe auf der Spiralfeder durch Reiter oder direkt in die Feder geprägte Ösen im Zusammenhang mit feststehenden oder justierbaren Anschlägen be, werkstelligt werden.
3. Wirbelstrommeßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge für die Abgriffe auf der Spiralfeder tangential und nur in einer Drehrichtung wirken.
4. Wirbelstrommeßsystem nach Anspruch l und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das freie, über den äußeren Befestigungspunkt hinaus, ragende Ende der Spiralfeder nach innen ab gekröpft ist und als Anschlag für eine Abgriffe stelle dient.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 107 343, 147 866, 261709, 394 889; französische Patentschrift Nr. 750057; britische Patentschrift Nr. 878 708; Zeitschrift »Feinwerktechnik«, Jg. 53, 1949, H. 4, S. 118.