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Ultraempfindlicher Drehkraftmotor
| .Die ,drfinctung bezieht sich auf Verbesserungen an uttra- |
| empfindlichen Drehkraf tmotoren und im besonderen auf einen
i)reh- |
| xraltmotor, der sich gut als ultraempfindliches Lielaisbetati- |
| gungselement eignet |
| Kinige hrafterzeuguugseinheiten bestanden bisher aus |
| einem herkömmlichen Dauermagneten mit einer im Magnetfeld beweg- |
| baren Spule. Diese ältere Einrichtung weist einen hohen grad
von |
| Lineartät auf jedoch nur eine geringe Wirksamkeit bei der Um- |
| wandlung von elektrischer Energie in Kraft: Um eine Arbeit
aus- |
| f ühren . zu @ könnet musste. daher verhältnismäßig viel elektrische |
| Energie aufgewendet werden, oder es musste zwischen dem Signal |
| und dem &otor eine Verstärkerstufe vorgesehen werden. Bei.
diesen |
| herkönnlichen Einrichtungen konnte zur einte längere äpule
oder. |
| ein i,räfti-tres iuagnetfeld eines groueren 1)auermauot(:#n
gutrund |
| eines gegebenen,ingallgssi@näls eine stärkere Araft erzeugen. |
| inllcrhalb gewisser, vcn der .@rolje bestimu.ter ircijzen weisen
ci.Lese. |
| älceren l@ratterzeugurlseinrleiten uiclit die erforderliche
uiLpiiii;a- |
| licrize:Lt auf, um direkt dulurund eines scriwa2hen ai ,Aals
arozitz-n |
| zu ..Löuiien |
| r@s giot e.Lne wiricsame, als -)rehirr-ittr@otor. ucxarlllta |
| Einrichtung, die eine @Sröl:ere l:mgfindlich.Keit besitzt unü
auf- |
| grunu eines viel schwächeren riingan@;ssi-;nals aru@itea 1@rl@l.
je;r |
| xsraf tausgang von 1)rehmomentn:otoren ,,tird nur )urch die
äaCrigun |
| des magnetischen L"reises oder von `feilea des n@auetisentn
LLreises |
| be"renzt. |
| siel der hrfinaurlg ist, |
| die räumlichen abmessun--en eines .bre#@moruentotors klein |
| zu halten und daoei aerl .rat causgang auf,runca eines c lektrischcn |
| gingan,'es auf einem hohen zrad zu halten, |
| die ächafzung eines Lrenmomentmotors, der zwischen |
| ,Anker und rolflächen einen Luftspalt kleiastcr Länge und eine |
| höchstzahl von @linduneen für die zulässigen kDpulenwiderstnnde
äuf- |
| weist, |
| die Länge des magnetischen hreises so kurz wie möglich |
| zu halten, um 'die Hysteresis zu vermindern und dabei ein großes |
| Verhältnis Anzahl der Windungen/5pulenwiderst-and aufrecht
zu er- |
| halten, |
| die schaff ung einer Einrichtung, die, wenn gew änscht , |
| auf eine Vielzahl von Eingangssignalen anspricht und diese
auf |
| verschiedene Weise integriert, ' |
| die ächaffung eines verbesserten Grehmomentmotors in |
verhältnismäßig einfacher Ausführung, der trotzdem hochempfindlich
und wirksam ist, und dessen Impedanzen in weiten Grenzen veranderlich sein können.
Der Drehkraftmotor ist ohne Schwierigkeiten herzustellen, und dessen Aufbau ermöglicht,
zwischen dem Anker und den Polflächen einen kleinen Luftspalt aufrecht zu erhalten.
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Die Erfindung sieht weiterhin vor einen verbesserten Drehkraftmotor
mit einem neuen Polarisationsmittel, das in den Ärbeitsluftspalt einen Anfangsfluss
und eine Anfangskraft einführt, so dass der Kraftausgang den Amperewindungen linear
proportional ist, wobei der Aufbau des motors ermöglicht, dass die Polflächen in
einer einzelnen Ebene genau angeordnet werden können, wodurch der Arbeitsluftspalt
mühelos auf einen kleinen wert eingestellt werden kann mit der Folge, dass die größtmögliche
Empfindlichkeit erhalten wird, und wobei der mittlere Flußpfad durch den Luftspalt
parallel zur Drehachse des ankertragenden Hebels gehalten werden kann, so dass der
magnetische Zug beiderseits des Drehpunktes über einen wirksamen Drehkrafthebel
von gleichbleibender Länge wirkt, eine neue Ausführung eines Vierkernmotors, bei
dem ein einzelner Dauermagnet für beide Kernpaare benutzt werden kann, wodurch der
Aufbau vereinfacht und die Herstellungskosten gesenkt werden können, eine neue Ausführung
eines Drehkraftmotors mit zwei Kernpaaren, wobei ein kern eines Kernpaares mit dem
gegenüberstehenden Kern des anderen Kernpaares durch ein besonderes Basisglied auf
jeder'Seite verbunden ist, wodurch gemeinsame Flusspfade geschaffen werden zum Unterschied
von Konstruktionen, bei
denen jedes Basisglied die Kerne eines Paares
verbindet.
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Die Erfindung umfasst somit einen verbesserten ultraempfindlichen
Drehmomentmotor und dessen sämtliche Teile und deren Kombinationen.
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Nachstehend wird eine bevorzugte kusführungsform der Erfindung beschrieben,
wobei in den beiliegenden Zeichnungen alle einander gleichen oder entsprechenden
Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. In den Zeichnungen ist die
Fig.1 eine Draufsicht auf den Drehkraftmotor nach der Erfindang und dessen Verwendung
bei einer Druck in elektrisehen Strom umwandelnden Einrichtung Fig.2 ein Schnitt
ungefähr nach der Linie 2-2 in der Fig.1, Fig.3 ein Schnitt ungefähr nach der Linie
3-3 in der Fig.2, Fig.4 ein Schaltplan für die verschiedenen Spulengruppen und Fig.5
ein Gesamtschaltplan für die Einrichtung nach der Erfindung.
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Die in der Fig.1 dargestellte Einrichtung weist zwei mit Abstand parallele
Basisglieder 11 und 12 auf, die aus einem geeigneten Metall bestehen. Das eine Paar
Kerne umfasst die Kerne 13 und 14, von denen der Kern 13 mit dem unteren Ende in
das Basisglied 11 eingesetzt ist, während der Kern 14 mit dem unberen Ende in das
andere Basisglied 12 eingesetzt ist. Von zwei, ein weiteres Paar bildenden Kernen
15 und 16 ist der Kern 15 mit dem unteren Ende in das Basisglied 11 und der Kern
16 in das Basisglied 12 eingesetzt. Jedes Baaisglied verbindet daher entgegengesetzte
Kerne der Kernpaare, wobei darauf hingewiesen wird, dass zwischen den unteren Enden
der Kerne und den Basisgliedern kein unmagnetischer Spalt besteht.
| Die Kerne ' tragen die Spulen 1?, 18 9 19 bezw. 20,
wie |
| in cler fig ..4 dar,geste l@t : Bei diesem Aufbau können verhältni$- |
| mäßig kleine Kerne. vorgesehen werden, so dass die Spulen für
den |
| zulässigen Spulenwiderstand die größtmögliche Anzahl von Windungen |
| aufweisen könne: |
| Das Kernpaar 13-14 wirkt. mit einem Anker 21 und das |
| Kernpaar ,'15-16 mit einem Anker 22 zusammen. Die Hysteresis
wird |
| auf einem Mindestwert gehalten, da für die Kerne und die Basis- |
| glieder ein entsprechendes blateriaT, vorzugsweise eine 80;#ö-ige |
| iUckellegierung S.B. aarpenter "XW 80n oder Alleghany f'kumetal" |
| verwendet wird: Bei dem soweit beschriebenen Aufbau ist es
ver- |
| hältnismäßig einfach, alle oberen Polflächen eben und in einer |
| einzigen Ebene Z--u* hauen', da die Polflächen gemeinsam abgeschliffen |
| werden können. Da die Folflächen ganeu in einer- einzigen Ebene |
| liegen, so können die Ärbeitelufts'palte 23 iir das eine Polpaar |
| und die Arbeitsluftspalte 24 für das andere rolpaar sehr klein |
| bemessen werden, sb dass die, größtmögliche Empfindlichkeit
er- |
| halten werden kann. Je kleiner dis Luftspalte 23-24 sind, umao
, |
| bessere L.rgebnisse werden erzielt; es ist jedoch aus Gründen
der |
| Praxis schwierig, .die Luftspalte kleiner als 0e05
mm zu bemessen. |
| Ist der Isuftepalt ter als 0,25 so gehen die hauptvarzüge |
| der ßrfindung verlor. Für die `Prawds werden die Luftspalte |
| mit 0x1 bis 092, XK bez#eä8,en- 'U.gew-dascht, können an den
oberen |
| Znden der Äerne ohxe: äohwierien Teile zum Vergrößern der |
| `Malflächen angü'brot 'er"; okrte düst der magnetische Aufbau |
| Wesentl ah . geandedeb,` tm@ , |
| .erf Uieht als: Olerungs- oder `o,rmane9:. |
| tisierungselement ei-4,-en Dauermasten 26 vor, der die @auis$13:e |
11 und 12 mit einander verbindet, und der zwischen den kernpaaren
und parallel zu den Ankern 21 und 22 angeordnet ist. Der Aufbau nach der Erfindung
ermöglicht die Verwendung eines einzigen Polarisierungsmagneten für beide Kernpaare.
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Der Anker kann in jeder geeigneten Weise bewegbar gelagert werden.
Die Figuren 1 und 2 zeigen als Beispiel einen vorzugsweise aus Aluminium bestehen
Hebel 27 mit einem U-förmigen Querschnitt, der auf einer Achse drehbar gelagert
ist, die quer zu den Basisgliedern 11 und 12 und zwischen den Kernpaaren 13-14 und
15-16 verläuft. wird zwischen Eingang und Ausgang der Einrichtung eine Linearitat
gefordert, so wird der Drehpunkt in der Mitte zwischen den Kernpaaren angeordnet.
Bei dieser Anordnung werden die Anker 21 und 22 an der Unterseite des Hebels 17
angebracht, wie dargestellt. Es wird darauf hingewiesen-, dass die Kerne und damit
die Länge und der Durchmesser der Spulen 17, 18, 19 und 20 von den Abmessungen des
Ankers unabhängig sind. Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen den Drehkraftmotor als Teil
eines Druck in elektrischen Strom umwandelnden Wandlers. Dies stellt jedoch nur
eine Verwendungsmöglichkeit für den Drehkraftmotor nach der Erfindung dar. Dieser
Wandler weist einen Sockel 29 auf, der die Magnetbauisglieder 11 und 12 tränt.
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Der Sockel tragt weiterhin die Ständer 30. Ein begeelastisches Glied
31 mit einem L-förmigen Querschnitt ist -mit dem senkrechten Flansch an den Ständen
und mit dem waagerechten Flansch an der Unterseite des Hebels 27 befestigt. Dieses
Glied lagert den Hebel 27 um die Achse 28 verschwenkbar.-Der Sockel trägt ferner
eine Druckbetätigungseinrichtung, 32 mit einer Druckkammer 33 zur Aufnahme
eines Druckmittels aus
einer Einlässleitung 34. Ein das Signal darstellender
veränderticher Druck aus einer äußeren Quelle, z.B. aus einem pneumatischon Thermostaten
wird durch die Leitung 34 in die Kammer 33 geleitet und wirkt auf die Membran 35
ein. Diese wirkt ihrerseits auf das untere ende einer Feder 36 ein, die mit dem
oberen Ende an dem Kopf einer Enstellschraube 37 anliegt, welche Schraube in den
hebet 27 eingeschraubt ist. Eine an dem Ende des Hebels eingeschraubte weitere Einstellschraube
38 wirkt mit dem Ende einer Schraube 39 zusammen und bildet einen einstellbaren
Anschlag.
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Der Hebel 27 trägt am entgegengesetzten Ende ein einstellbares Kontaktglied
40. Am unteren Ende des Kontaktgliedes 40 ist eine Kohlescheibe 41 angebracht. Vom
Sockel 29 aus erstreckt sich nach oben ein unteren Kontaktglied 42, das am oberen
Ende eine Kohlescheibe 43 trägt. Die einander gegenüberstehenden Enden der Kontaktglieder
und der Kohlescheiben sind von einer biegsamen Dämpfungshülse 44 umgeben. Wird bei
dieser Anordnung auf die Kontakte kein Druck ausgeübt, so besteht zwischen den Kohlescheiben
41 und 43 nur ein schwacher Kontakt, oder die Scheiben sind nur sehr wenig von einander
getrennt, so dass sie für den elektrischen Strom einen großen Widerstand darstellen.
Wird jedoch ein Druck auf die Kohlescheiben ausgeübt, so vormindert sieh dieser
Widerstand proportional der Höhe des Druckes. Wie noch beschrieben wird, steht der
aus einer Stromquelle durch die Spulen 17, 18, 19 und 20 fließende Strom unter der
Kontrolle dieser Kontakte Aus der Fg.4 ist tu ersehen, dass der Fluss aus dem Dauermagneten
26 sich teilt, und, Zwar :verläuft ein plusept$d
vom Nordpol
des Dauermagneten aus durch einen Teil des Basisgliedes 11, durch den Kern 13, über
die Luftspalte durch den Anker und dann nach unten durch den Kern 14, durch einen
Teil des Basisgliedes 12 zurück zum Südpol des Dauermagneten 26, wie im unteren
Teil der Fig.4 dargestellt. Ein weiterer Flusspfad verläuft in der gleichen Weise
vom Dauermagneten aus durch-die anderen beiden Kerne 15-16 und durch den Anker 22,
wie im oberen Teil der Fig.4 dargestellt. Es wird bemerkt, dass der mittlere Flusapfad
durch die Luftspalte 23 und 24 parallel zur Drehachse der biegeelastischen Lagerung
31 für den Ankerhebel 27 verläuft. Bei den herkömmlichen Einrichtungen dieser Art
verläuft dieser Pfad allgemein quer zu dieser Achse. Es wird ferner darauf hingewiesen,
dass der magnetische Zug beiderseite der Drehachse 31 über einen Hebel konstanter
Länge wirkt.
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Aus der Fig.4 ist zu ersehen, dass die Spulen 17, 18, 19 und 20 in
den elektrischen Stromkreis so eingeschaltet sind, dass der Fluss auf der einen
Seite der Drehachse 31 mit dem Fluss an der anderen Seite der Drehachse zusammenwirkt
und auf den Hebel 27 ein Drehmoment ausübt. Im besonderen sind die unterhalb des
Ankers 21 gelegenen Spulen 17 und 18 im umgekehrten Sinne gewickelt in bezug auf
die positiven und negativen Seiten des Speisestromes als die Spulen 19 und 20.
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Arbeitsweise Nach der Fig.5 fließt der Strom über die Leiter 45 und
46 durch die Kohlekontakte 41 und 43, wobei die Spülen 17, 18, 19 und 20 im allgemeinen,
jedoch nicht mit Notwendigkeit parallelgeschaltet sind, wie in der Fig.4 dargestellt:
Die einzelnen
Verbindungen der Spulen im Stromkreis und mit einander
sind in einer Schaltung, wie die Fig.5, schwierig darzustellen, so dass die Fig.4
zur Darstellung der besonderen Verbindungen der Spulen mit einander und in bezug
auf den positiven und negativen Pol der Stromquelle benutzt wurde. Die Schaltung
enthält ferner ein zur Eichung dienendes Potentiometer 47 und einen Strombegrenzungswiderstand
58. Da der durch die Spulen 17, 18, 19 und 20 fließende Strom dem ßingangsdruck
genau proportional ist, und da der Gesamtstrom durch den Präzisionswiderstand 48
so ist die an diesem Widerstand abfallende Spannung dem ßingangsdruck genau proportional.
Der Widerstand 51 bewirkt zusammen mit dem Kondensator 52 eine Korrektur der Stromnacheilung
in den Spulen 17, 18, 19 und 20, so dass die Eingangskraft und die magnetische Rückführungskraft
im wesentlichen die gleiche Phase aufweisen, wodurch in der Einrichtung die Induktion
von elektromechanischen Schwingungen verhindert wird.
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Wird durch das Fitting 34 in die Kammer 33 Duft oder ein anderes Druckmittel
eingelassen, so wird auf das rechte Ende des Hebels 27 eine nach oben gerichtete
Kraft ausgeübt. hierbei wird das entgegengesetzte Ende des Hebels nach unten bewegt
mit der Folge, dass die Kohlescheiben 41-43 stärker oder schwächer gegeneinandergedräckt
werden, je nach der ausgeübten pneumatisahen kraft, so dass durch die Spulen 17,
18, 19 und 20 des Drehkraftmotors ein Strom fließt. hierbei ertolgt jedoch eine
Einwirkung in Form einer negativen Drehkraft aus dem Magnetfluss, so dass schließlich
ein Gleichgewicht hergestellt wird zwischen der pneumatischen Kraft und der Kraft
des Drehkraftmotors. Je größer die Eingangskraft der k:omprmierten Luft in der Kammer,
.33
ist, umso stärker ist der durch die Spulen fließende Strom,
und umso höher ist die Ausgangsspannung auf den Leitern 46, 53, Bei einem Absinken
des Druckes in der Kammer 33 erfolgt das Umbekenrte.
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In den neiden Spulen 17, 18 auf der einen Seite der' Lagerung 31 fließt
der Strom in einer Richtung , bei dem dem Fluss des uauermagneten entgegengewirkt
wird, wodurch der Gesamtfluss in den Kernen 13-14 vermindert wird, wenn der Druck
in der Kammer 33 ansteigt. Zugleich fließt der Strom in den Spulen 19, 20 in einer
Richtung, uei der der Fluss des Dauermagneten verstärkt wird, so nass der Fluss
in den kernen 15, 16 stärker wird.
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Wird der Drehkraftmotor zusammen mit einem Druck in Spanuung umwandeladen
Wandler benutzt, der als Austdhrungsbeispiel wurde, so wird an den Leitern 46, 53
eine Ausgangsspannung erzeugt, die im wesentlichen unabhangig ist von der Speisespannung
und von Schwankungen der Belastung. Da nur eine sehr kleine Bewegung erfolgt, so
ist die Anfangsemptindlichkeit außerordentlich noch, so dass zum stabilen Arbeiten
gendgend Ruckführung verwendet werden kann.
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Der oben beschriebene Drehkraftmotor kann ebensagut für andere Zwecke
verwendet werden, bei denen kleine Abmessungen des Drehkraftmotors erwünscht sind,
während andererseits ein großes Verhälthis Kraftausgang/elektrischer Eingang aufrecht
erhalten werden soll, wird die Einrichtung als Drehkraftmotor allein betrieben ohne
Einwirkung der pneumatischen Vorrichtung 32, so bewirkt die Schaltung nach der Fig.4,
dass der Fluss auf der einen Seite der Drehachse mit dem Fluss auf der anderen Seite
zusammenwirkt und auf den Hebel 27 ein Drehmoment ausübt. Diese Anordnung kann in
verschiedenen .arten von Einrichtungen verwendet
werden. Wird der
Drehkraftmotor jedoch in einem Druck in Spannung umwandelnden Wandler verwendet,
so wird schließlich ein Kraftgleichgewicht hergestellt zwischen der pneumatischen
kraft und dem Drehmoment des motors. .
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An der oben beschriebenen Einrichtung können von Sachkundigen ohne
Abweichung vom Erfindungsgedanken Anderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vorgenommen
werden. Die Erfindung selbst wird da-her nur durch die beiliegenden Ansprüche abgegrenzt.