DE1441967B2 - Fernanzeigegeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fernanzeigegerät mit einem Wirbelstrommotor, auf dessen Welle ein Anker sowie wenigstens eine flügeiförmige Rotorplatte eines Kondensators zum Abgleichen einer den Motor steuernden Brückenschaltung reibungsarm angeordnet sind.

Eine bekannte Fernmeßeinrichtung (deutsche Patentschrift 945 223) weist als Geber ein Drehspulmeßwerk auf, dessen Achse die Rotorplatte eines Meßkondensators trägt, dem ein Vergleichskondensator parallel geschaltet ist. Meß- und Vergleichskondensator sind Teil einer Brückenschaltung. Die Rotorplatten des Vergleichskondensators werden mittels eines Motors ständig gedreht. Immer dann, wenn die Summe der Kapazitäten von Meß- und Vergleichskondensator gleich der Kapazität eines Festkondensators der Brückenschaltung wird und infolgedessen die Brückendifferenzspannung durch Null geht, wird ein Meßimpuls auf die Fernübertragungsleitung gegeben. Der Motor treibt zugleich eine Nockenkontakteinrichtung an, die für jede volle Umdrehung des Vergleichskondensators einen Bezugsimpuls abgibt. Der zeitliche Abstand der Meß- und Bezugsimpulse ist ein Maß für den Meßwert. Einrichtungen dieser Art sind teuer und kompliziert. Am Anzeigeort ist ein zusätzliches, zur Messung von Impulsabständen geeignetes Anzeigegerät erforderlich.

Es ist bei elektrischen Drehmeldern mit induktivem Winkelgeber ferner bekannt (deutsche Patentschrift 963 973), mit dem Rückmelderläufer unmittelbar einen Nachlaufmotor zu verbinden, der als Zweiphasen-Induktionsmotor, insbesondere Ferrarismotor, mit Nebenschlußcharakter ausgelegt ist, so daß mit zunehmender Drehzahl ein stark ansteigendes Bremsmoment erhalten wird. Solche Drehmelder erfordern grundsätzlich zwei Läufer, nämlich einen Läufer am Geber und einen Läufer am Rückmelder. Als Fernanzeigegerät sind sie infolgedessen ebenfalls unerwünscht aufwendig.

Es ist weiterhin bekannt (deutsche Patentschrift 891 456), als Steuerorgane an Zeigerinstrumenten, insbesondere Waagen, das beim Erreichen einer vorbestimmten Skalenstelle durch den Zeiger einen Steuerimpuls auslöst, Elektroden vorzusehen, die einerseits an der Skala und andererseits am Zeiger angebracht sind und die bei entsprechender Zeigerstellung einen Luftkondensator in einem elektrischen Schwingkreis bilden. Derartige Geräte erlauben eine Fernanzeige nur für einen vorbestimmten Skalenpunkt und nicht für den vollen Skalenbereich oder auch nur einen Teil desselben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostensparendes Fernanzeigegerät zu schaffen, das trotz hoher Empfindlichkeit eine verhältnismäßig geringe Ansprechzeit hat. Ausgehend von einem Gerät der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß auf der Welle ein sich in die zur Rotorplatte des Kondensators entgegengesetzte radiale Richtung erstrekkender Arm zur Herstellung eines dynamischen Gleichgewichts der beweglichen Geräteteile, die geringe Bremsreibung und kleines Trägheitsmoment besitzen, montiert ist, daß in der Bewegungsbahn dieses Armes ein feststehender Anschlag vorgesehen ist, und daß der Anker unter dem Einfluß eines geschwindigkeitsabhängig wirkenden Dämpfungsgliedes zum Herabsetzen der Motorgeschwindigkeit steht, welches eine vorbestimmte Ansprechzeitkonstante des Gerätes gewährleistet.

Weil der drehbare Teil des Anzeigegerätes trotz Verwendung einer flügeiförmigen Rotorplatte für den Abgleichkondensator in dynamischem Gleichgewicht

steht und die Reibung klein gehalten ist, braucht der Motor nur ein geringes Drehmoment aufzubringen. Die Anordnung spricht daher bereits auf kleine Signale sicher an. Dies ist beispielsweise für Geräte zur Anzeige des Flüssigkeitsstandes in den Treibstofftanks von Flugzeugen besonders im unteren Skalenbereich von Bedeutung. Das geschwindigkeitsabhängig wirkende Dämpfungsglied beeinträchtigt die Empfindlichkeit und Ansprechzeit nicht. Es verhindert jedoch wirksam ein unerwünschtes Überschwingen und eine schwankende Anzeige, die beispielsweise durch Erschütterungen oder Schaukelbewegungen des Treibstoffs in den Tanks verursacht werden könnte. Der dem Unwuchtausgleich dienende Arm ist zusätzlich zur Begrenzung des Drehwinkels ausgenutzt. Das gesamte Gerät kann einfach und kostensparend aufgebaut werden.

Der zur Herstellung des dynamischen Gleichgewichts verwendete Arm ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zugleich Teil einer Kontrollanordnung zur Anzeige einer Störung der Stromzufuhr zum Motor. Dabei sitzt zweckmäßig zwischen der Welle und einem gehäusefesten Punkt eine schwache Rückstellfeder, die den Arm in Richtung des Anschlages vorspannt, und trägt der Arm ein Signalelement, das bei Anlage des Armes am Anschlag ein Signal abgibt. Bei Stromausfall führt daher die Rückstellfeder den drehbaren Teil des Fernanzeigegerätes bis zum Anschlag zurück. Der Stromausfall wird durch das Signalelement kenntlich gemacht.

Auf dem einen Ende der Welle kann ein Zeiger sitzen, der vor einer Skalenscheibe spielt. In einem solchen Fall ist zweckmäßig in der Skalenscheibe ein Fenster ausgebildet, in dem das Signalelement bei einer Unterbrechung der Stromzufuhr zum Motor erscheint. Die Rückstellfeder kann zugleich als elektrischer Anschluß für die Rotorplatte des Kondensators ausgenutzt sein.

Als Dämpfungsglied kann einfach mindestens ein seitlich des Ankers angeordneter Dauermagnet vorgesehen sein. Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Dämpfungsglied von zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Ankers angeordneten, gegenseitig ausgerichteten Dauermagneten gebildet ist.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Stirnansicht des Fernanzeigegerätes,

F i g. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1,

F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht der Feldmagnete des Fernanzeigegerätes,

F i g. 4 eine der F i g. 3 entsprechende Ansicht der als Dämpfungsglied dienenden Dauermagnete,

F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 2,

F i g. 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 in F i g. 2 und

F i g. 7 eine vereinfachte schematische Schaltung eines Flüssigkeitsmeßsystems mit einem Fernanzeigegerät nachFig. 1.

Das Fernanzeigegerät ist vorliegend in Verbindung mit einer Anordnung zur Brennstoffmessung in Flugzeugen beschrieben. In an sich bekannter Weise ist dabei eine selbstabgleichende Brückenschaltung (F i g. 7) zur Messung von Änderungen der Kapazität eines in den Brennstofftank 11 eintauchenden Kondensators 10 sowie zur Anzeige der Brennstoffmenge als Funktion dieser Kapazität vorgesehen. Zum Abgleich der Brückenschaltung dient ein veränderlicher Luftkondensator 17, der praktisch reibungslos ausgebildet werden kann. Der Kondensator 10 ist zwischen das eine Ende der Sekundärwicklung 12 eines Transformators 13 und den Eingang 14 eines Verstärkers

15 geschaltet, der einen Servomotor 16 steuert. Der Servomotor 16 ist mit dem Kondensator 17 mechanisch gekoppelt. Der Kondensator 17 liegt zwischen dem anderen Ende der Sekundärwicklung 12 und dem Eingang 14 des Verstärkers 15. Die Primärwicklung 18 des Transformators 13 wird aus einer Wechselstromquelle gespeist. In einem Flugzeug hat diese normalerweise eine Frequenz von 400 Hz. Der Motor

16 ist mit einem Bezugsfeld versehen, das gegenüber dem Ausgang der Brückenschaltung um 90° phasenverschoben ist. Wenn sich die Kapazität des Kondensators 10 mit einer Änderung des Flüssigkeitsstandes oder der Dielektrizitätskonstante ändert, läuft der Motor 16 an. Der Kondensator 17 wird verstellt, bis die Brückenschaltung wieder abgeglichen ist und zwischen dem Eingang 14 und Masse die Spannung Null herrscht.

Bei der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsform sind alle Elemente nach F i g. 7 mit Ausnahme des in den Brennstofftank eintauchenden Kondensators in einem gemeinsamen Gehäuse 20 untergebracht. In dem Raum 21 befinden sich die Einzelteile der Brückenschaltung, die auf einer isolierenden Platte 22 montiert sein können. Der Verstärker 15 ist in dem Raum 23 auf einer isolierenden Platte 24 angebracht. Der dem Kondensator 17 entsprechende Abgleichkondensator ist mit 25 bezeichnet, während der als Wirbelstrommotor ausgelegte Servomotor bei 26 angedeutet ist. Für den Fall, daß kein Wechselstrom zur Verfügung steht, beispielsweise bei einem Hubschrauber, ist ein Gleichspannungs-Wechselspannungswandler 27 vorhanden.

Der Wirbelstrommotor 26 weist einen leitenden scheibenförmigen Anker 28 auf, der mit einer Welle 29 über eine Nabe 30 und eine Stellschraube 31 drehfest verbunden ist. Um die Reibungskräfte klein zu halten, ist die Welle 29 in Lagern 32, 33 aus Polytetrafluoräthylen gelagert, die von Deckeln 34, 35 getragen werden. Die Deckel 34, 35 sind mittels Schrauben 36 und Muttern 37 in einem halbzylindrischen Chassis 38 befestigt. Ein Bezugsfeldmagnet 39 und ein Signalfeldmagnet 40 sind an den Deckeln 34, 35 derart angebracht, daß sie nahe der Außenkante des Ankers 28 liegen. Der Feldmagnet 39 weist einen E-Schnittkern, der Feldmagnet 40 einen C-Schnittkern auf.

Um die Reibung klein zu halten, sind die flügeiförmigen Rotorplatten 41, 42 des Kondensators 25 mit der Welle 29 unmittelbar verbunden. Die Rotorplatten 41, 42 stizen dabei auf einer metallischen Hülse 43, die auf eine isolierende Buchse 44 gezogen ist, die ihrerseits mittels einer Schraube 45 mit der Welle 29 verbunden ist. Die Rotorplatten 41, 42 arbeiten mit einem Stator 46 zusammen, der an dem Chassis 38 mittels Schrauben 47 und Muttern 48 befestigt ist. Um den Stator 46 gegen das Chassis 38 zu isolieren, ist ein halbzylindrischer Isolator 49 vorgesehen; die Schrauben 47 sind aus nichtleitendem Material gefertigt.

Eine feine, als Spiralfeder ausgebildete Rückstellfeder 50 sorgt zugleich für den elektrischen Anschluß der Rotorplatten 41, 42 des Kondensators 25. Das in-

nere Ende der Rückstellfeder 50 ist an der Hülse 43 befestigt, z. B. angelötet, während das äußere Ende der Feder 50 mit einer Klemme 51 verbunden ist, die an einer auf dem Deckel 35 sitzenden isolierenden Durchführung 52 angebracht ist (F i g. 6). Ein Zuleitungsdraht 53 reicht vom anderen Ende der Durchführung 52 aus durch eine Öffnung 54 im Deckel 35 hindurch zum Verstärker 15.

Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß die Büchse 44 an dem Lager 33 anliegt und damit eine axiale Bewegung desselben nach links verhindert. Um einer Bewegung der Welle 29 nach rechts zu begegnen, ist an deren äußerem Ende ein durch eine Schraube 56 festgehaltener Stellring 55 vorgesehen, der an dem Lager 32 anliegt. An den Deckeln 34, 35 sind zwei C-förmige Dauermagnete 57, 58 befestigt, die für eine geschwindigkeitsabhängige Dämpfung des Ankers 28 sorgen. Ein Zeiger 59 ist mit Preßsitz auf das Ende der Welle 29 aufgesetzt. Eine Skalenscheibe 60 ist mittels Schrauben 61, 62 unmittelbar hinter dem Zeiger 59 am Deckel 34 befestigt.

Wie aus F i g. 6 hervorgeht, sind die Rotorplatten 41, 42 keilförmig ausgebildet und an ihrer Umfangskante mit einer geringen Steigung versehen. Der Schwerpunkt der aus der Welle 29, dem Zeiger 59 und den Rotorplatten 41, 42 bestehenden Anordnung ist daher gegen die Achse der Welle 29 seitlich versetzt. Zum Unwuchtausgleich ist ein Gegengewicht in Form eines radialen Armes 63 vorgesehen, der an dem Stellring 55 befestigt ist.

Gemäß den F i g. 2 und 5 ist das Ende des Armes 63 abgekröpft und als Signalelement 64 ausgebildet, das an der der Skalenscheibe 60 zugewandten Seite die Aufschrift »AUS« trägt. Die Rückstellfeder 50 ist absichtlich sehr schwach gehalten, so daß sie während des normalen Arbeitens des Meßkreises den Betrieb des Servomotors und des Abgleichkondensators nicht stört. Wird aber die Stromzufuhr zum Motor unterbrochen, reicht die von der Rückstellfeder 50 entwickelte Kraft aus, um die Welle 29 und den Zeiger 59 in Richtung der Nullstellung der Skala zu drehen, bis der Arm 63 an einem Anschlag 65 anstößt, der von einer Schraube 66 gehalten ist und in die Bewegungsbahn des Armes 63 ragt. In dieser Stellung des Armes 63 erscheint die Aufschrift »AUS« in einem Fenster 67 der Skalenscheibe 60.

Bei einem idealen Kondensator würden die Statorplatten 68 des Stators 46 die Form einer archimedischen Spirale haben, um mit der Drehung eine lineare Kapazitätsänderung hervorzubringen. Infolge des Verzerrungseffektes der Randkapazität, insbesondere nahe dem Nullende der Skala, d. h. dann, wenn sich die Rotorplatten etwa in der Stellung nach F i g. 6 befinden, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die erforderliche Form empirisch abzuleiten. Dabei kann vorteilhaft ein Modell in wesentlich größerem Maßstab, z. B. im Maßstab 10 : 1, angefertigt werden, dessen Fläche beispielsweise durch Aufbringen einer leitenden Farbe auf eine normalerweise isolierende Unterlage, geändert werden kann. Ist die geeignete Form gefunden, kann sie als Muster benutzt werden, um durch Verkleinerung einen Formstempel herzustellen und eine größere Zahl einheitlicher Statorplatten 68 zu fertigen. Mittels Lichtdruckes können ähnliche Ergebnisse erzielt werden.

Um Mehrdeutigkeiten zu vermeiden, muß sich die Kapazität des Kondensators 25 für eine gegebene Drehrichtung der Welle ständig in gleicher Richtung ändern. So muß die Drehung der Welle in Richtung des Pfeils 69 nach F i g. 6 begrenzt werden, wenn die Rotorplatten die in strichpunktierten Linien 70 angedeutete Stellung erreichen. Das heißt, die Rotorplatten dürfen sich nicht über die Kante 71 der Statorplatten 68 hinwegbewegen. Diese Begrenzung kann,

ίο wie insbesondere aus F i g. 5 hervorgeht, durch entsprechende Wahl der Breite des Armes 63 erzielt werden. Erreicht der Arm 63 die bei 72 strichpunktiert dargestellte Stellung, liegt er an der anderen Seite des Anschlags 65 an. Wird der in F i g. 5 veranschaulichte Winkel α gleich oder größer als die Winkel β nach F i g. 6 gemacht, ergibt sich eine zuverlässige Begrenzung. In F i g. 5 ist der Winkel <x durch Linien begrenzt, die von der Achse der Welle 29 durch den Punkt 73 am Arm 63 in dessen beiden Endstellungen verlaufen, wobei der Punkt 73 den Angriffspunkt am Anschlag 65 in der Stellung 72 darstellt.

Wie F i g. 1 zeigt, ist der Zeiger 59 so angeordnet, daß er sich in eine unter der Nullstellung befindliche Lage bewegt, wenn die Stromzufuhr unterbrochen ist und das »AUS«-Signal im Fenster 67 erscheint. Die Nullstellung selbst wird durch die Skalenmarke 74 bezeichnet.

Nachdem alle Einzelteile der Anordnung an dem Chassis 38 befestigt sind, wird die Anordnung in ein rohrförmiges Gehäuse 75 eingesetzt. Das eine Ende des Gehäuses 75 ist durch einen Deckel 76 abgeschlossen, der ein elektrisches Steckergehäuse 77 trägt. Das andere Ende des Gehäuses 75 wird von einem Fenster 78 verschlossen, welches durch einen Ring 79 gehalten ist. Gegebenenfalls kann das Gehäuse 75 evakuiert und mit einem inerten Gas gefüllt werden.

Wenn das Gegengewicht 63 so ausgebildet ist, daß es alle beweglichen Teile in dynamischem Gleichgewicht hält, muß der Wirbelstrommotor 26 lediglich die Reibungskräfte und die geringe Rückstellkraft der Feder 50 überwinden. Die Reibung wirkt lediglich in den Lagern 32, 33. Sie ist klein, da diese aus Polytetrafluoräthylen hergestellt sind. Die umlaufenden Teile haben eine sehr geringe Trägheit. Daher würde der Motor 26 bei Erregung mit hoher Drehzahl laufen, wenn die Dauermagnete 57, 58 fehlen würden. Es muß infolgedessen ein starkes Dämpfungsfeld erzeugt werden, um die Drehzahl auf einen praktisch brauchbaren Wert zu vermindern. Beispielsweise haben sich etwa 30 U/min als geeignet erwiesen. Wenn die Skala von Null bis Vollausschlag einen Bereich von 270° umfaßt, benötigt der Zeiger etwa 1,5 s, um die gesamte Skala zu überstreichen.

Da die Dauermagnete 57, 58 keine Bremswirkung haben, wenn die Drehzahl des Ankers 28 gleich Null ist, ist der Motor gegenüber geringen Fehlersignalen hoch empfindlich.

Ist das von der Rückstellfeder 50 hervorgerufene Drehmoment während des normalen Arbeitens des Fernanzeigegerätes zu groß, kann zum Ausgleich eine konstante Vorspannung an den Motor angelegt werden. Da diese Vorspannung bei Stromausfall ebenfalls verschwindet, stört die Vorspannung nicht die »AUS«-Anzeige mittels des Signalelementes 64.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Fernanzeigegerät mit einem Wirbelstrommotor, auf dessen Welle ein Anker sowie wenigstens eine flügeiförmige Rotorplatte eines Kondensators zum Abgleichen einer den Motor steuernden Brückenschaltung reibungsarm angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (29) ein sich in die zur Rotorplatte (41, 42) des Kondensators (25) entgegengesetzte radiale Richtung erstreckender Arm (63) zur Herstellung eines dynamischen Gleichgewichts der beweglichen Geräteteile, die geringe Bremsreibung und kleines Trägheitsmoment besitzen, montiert ist, daß in der Bewegungsbahn dieses Armes ein feststehender Anschlag (65) vorgesehen ist, und daß der Anker (28) unter dem Einfluß eines geschwindigkeitsabhängig wirkenden Dämpfungsgliedes (57, 58) zum Herabsetzen der Motorge- schwindigkeit steht, welches eine vorbestimmte Ansprechzeitkonstante des Gerätes gewährleistet.

2. Fernanzeigegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (63) Teil einer Kontrollanordnung (63, 67) zur Anzeige einer Störung der Stromzufuhr zum Motor ist.

3. Fernanzeigegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Welle (29) und einem gehäusefesten Punkt (51) eine schwache Rückstellfeder (50) sitzt, die den Arm (63) in Richtung des Anschlages (65) vorspannt.

4. Fernanzeigegerät nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (63) ein Signalelement (64) trägt, das bei Anlage des Armes am Anschlag (65) ein Signal abgibt.

5. Fernanzeigegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem einen Ende der Welle (29) ein Zeiger (59) sitzt, der vor einer Skalenscheibe (60) spielt.

6. Fernanzeigegerät nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Skalenscheibe (60) ein Fenster (67) ausgebildet ist, in dem das Signalelement (64) bei einer Unterbrechung der Stromzufuhr zum Motor erscheint.

7. Fernanzeigegerät nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (50) zugleich als elektrischer Anschluß für die Rotorplatte (41, 42) des Kondensators (25) ausgenutzt ist.

8. Fernanzeigegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungsglied mindestens ein seitlich des Ankers (28) angeordneter Dauermagnet (57, 58) vorgesehen ist.

9. Fernanzeigegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied von zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Ankers (28) angeordneten, gegenseitig ausgerichteten Dauermagneten (57, 58) gebildet ist.