DE1490681B2 - Drehwiderstand ohne bewegliche stromzufuehrungskontakte - Google Patents
Drehwiderstand ohne bewegliche stromzufuehrungskontakteInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehwiderstand ohne bewegliche Stromzuführungskontakte mit
mindestens einem magnetfeldabhängigen Widerstand zwischen dem einen Teil eines Hohlzylinders bildenden
Polschuhen eines magnetischen Kreises. Der Drehwiderstand enthält einen zwischen den Polschuhen
angeordneten und um die Achse des Hohlzylinders drehbaren ferromagnetischen Rotor.
Ein derartiger Drehwiderstand ist aus der französischen
Patentschrift 1047 701 bekannt. Zwei Wismutwiderstände sind im Luftspalt eines magnetischen
Kreises angeordnet, dessen zylindrischer Permanentmagnet um seine Achse zwischen den Polen des magnetischen
Kreises drehbar gelagert ist. In dieser Anordnung bleibt ein wesentlicher Teil des magnetischen
Flusses des diametral magnetisieren Magneten als Streufluß für die Widerstandskörper unwirksam. Der
magnetische Widerstand des Magnetkreises ändert sich während der Drehung des Magneten jeweils
sprunghaft mit der Größe des Luftspaltes. Es sind deshalb entsprechende magnetische Fesselkräfte zu
überwinden.
Aus der deutschen Patentschrift 958 971 ist eine Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen mit magnetfeldabhängigen
Halbleiterwiderständen bekannt, die auf den Polschuhen eines magnetischen Kreises
mit gleicher Polung angeordnet sind. Den anderen gemeinsamen Pol bildet ein um eine Achse senkrecht zu
den Kraftlinien drehbarer magnetischer Rückschlußkörper. Dieser Anordnung liegt die. Aufgabe zugrunde,
eine plötzliche Widerstandsänderung durch eine sprunghafte Feldänderung im Luftspalt jeweils
eines der Widerstände herbeizuführen. Zu diesem Zweck ist der scheibenförmige magnetische Rückschlußkörper
mit einer Aussparung versehen, die während der Drehung nacheinander an den einzelnen
Widerständen vorbeigeführt wird und dadurch deren Luftspalt sprunghaft vergrößert und dementsprechend
das Feld durch den Widerstand ebenso sprunghaft vermindert. Die plötzliche Widerstandsänderung bewirkt
einen Spannungssprung, der zur Zündung der Brennkraftmaschine ausgenutzt wird.
Aus der deutschen Patentschrift 839 220 (Fig. 3), ist ein Drehwiderstand bekannt, dessen Widerstandskörper
in einem Luftspalt bewegt wird. Der Drehwiderstand dient als Widerstandsfeinregler und ist
mit einem Wismut-Widerstand versehen. In dieser bekannten Anordnung erfolgt die Widerstandsänderung
ebenfalls durch Feldänderung im Luftspalt. Der Abstand der Pole des magnetischen Kreises ändert sich
in der Bewegungsrichtung des Widerstandskörpers.
In einer anderen Ausführunsgform (F i g. 2) dieses bekannten Drehwiderstandes ist der Widerstandskörper
zwischen den Polen des magnetischen Kreises ruhend angeordnet. Ein verstellbarer magnetischer
Nebenschluß übernimmt einen mit seiner Bewegung veränderbaren Teil des Magnetfeldes aus dem Luftspalt
und ändert damit den Widerstand. Es wird somit ebenfalls die Größe des Flusses im Luftspalt geändert.
Die Antriebsvorrichtung muß auch die magnetische Kraft auf den Nebenschluß überwinden, die
sich mit der Stellung des Nebenschlusses relativ zum Luftspalt ändert.
Aus der USA.-Patentschrift 2 712 601 ist ein Drehwiderstand
bekannt, dessen magnetfeldabhängiger Wismut^Widerstand, der auch mit einer Mittelanzapfung
versehen· sein kann, zwischen den Polen eines Magneten bewegt wird. In einer besonderen Ausführungsform
kann auch der Widerstand ruhend vorgesehen sein und der Magnet bewegt werden.
Es sind auch Widerstandsanordnungen ohne bewegliche Stromzuführungskontakte mit einem magnetfeldabhängigen
Widerstand in einem Magnetkreis bekannt, dessen Polschuhe einen Teil eines Zylinders
bilden. Die USA.-Patentschrift 2 989 715 zeigt eine Anordnung mit einem zylinderförmigen Elektromagneten,
dessen Steuerfeld einen zylinderförmigen magnetfeldabhängigen Widerstand durchsetzt, defäuf
das Ende des Magneten aufgeschoben ist. Der Widerstand befindet sich in einem Luftspalt, der von der
Mantelfläche des Steuermagneten und den ebenfalls zylindrischen Stirnflächen zweier Polschuhe des Magnetkreises
gebildet wird.
Ein Potentiometer mit einem Rotor und einem magnetfeldabhängigen Halbleiterbauelement ist aus
der französischen. Patentschrift 1 339 956 bekannt. Das Halbleiterbauelement ist ein Hallgenerator, der
an der Innenwand eines'Zylindrischen Gehäuses angeordnet
ist, das mit seinem Boden und Deckel als Rückschlußkörper für einen Magnetkreis dient. Der
Rotor ist ein radial magnetisierter Magnet, der so gestaltet ist, daß sich der Magnetfluß über seinen Umfang ungleichmäßig verteilt. Damit ändert sich während
der Drehung der den Hallgenerator durchsetzende Teil des Magnetflusses und dementsprechend
das Ausgangssignal. In dieser Anordnung bleibt zwar der Gesamtfluß im Magnetkreis annähernd konstant,
der Hallgenerator wird jedoch nur von einem geringen Teil des Magnetflusses durchsetzt, weil der Fluß
über den gesamten Umfang des Rotors verteilt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Drehwiderstand der eingangs genannten Art mit
einem ruhenden magnetfeldabhängigen Widerstand zwischen den Polschuhen eines magnetischen Kreises
so zu verbessern, daß die zur Verfügung stehende magnetische Energie möglichst optimal ausgenutzt
wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rotor zwischen den Polschuhen, von
ίο denen wenigstens einer auf seiner Stirnfläche einen
magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstand enthält, als weichmagnetischer Rückschlußkörper ausgebildet
ist. Die den Polschuhen zugewandte Oberfläche des Rückschlußkörpers bildet einen konzentrisch zum
Mantel des Hohlzylinders verlaufenden Streifen, von dem während der Drehung stets verschiedene Teile
jeweils einem der beiden Polschuhe gegenüberstehen und dessen Außenkante wenigstens zum Teil in einer
gegenüber der Drehachse des Rückschlußkörpers geneigten Ebene liegt.
Die Stirnfläche eines Polschuhs ist die dem Rückschlußkörper und dem anderen Polschuh zugewandte
Oberfläche. Die vom magnetischen Fluß durchsetzte Fläche der Polschuhe und des Rückschlußkörpers
ändert sich während der Drehung des Rückschlußkörpers nicht. Somit bleibt auch der magnetische
Widerstand des Kreises konstant. Die Richtung und Größe der im Rückschlußkörper radial gerichteten
magnetischen Kräfte bleibt ebenfalls konstant.
Der Rückschlußkörper kann beispielsweise als Schnecke mit einer Windung mit zum Zylindermantel
der Polschuhe konzentrischem Außenrand ausgebildet sein. Die Schnecke ist um die Schneckenachse drehbar
im Raum zwischen den Polschuhen gelagert.
Während der Drehung der Schnecke bewegen sich die verschiedenen Teile der dem Polschuh zugewandten
Außenfläche der Schnecke über verschiedene Teile des auf der Stirnfläche des Polschuhs angeordneten
Halbleiterwiderstandes hinweg. Das Feld des magnetischen Kreises durchsetzt somit während der
Drehung des Rückschlußkörpers jeweils den Teil der Außenfläche, welcher der Feldplatte gegenübersteht.
Mit der Drehung wird dann ein größerer oder kleinerer Teil des Widerstandes vom Feld durchsetzt und
damit der Widerstand entsprechend geändert. Während der Drehung des Rückschlußkörpers wird somit
das Feld in Längsrichtung des Halbleiterwiderstandes verlagert.
Der magnetische Rückschlußkörper kann aus massivem oder lamellenförmigem weichmagnetischem Material oder aus Ferrit, hergestellt sein. Unter der Länge des magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstandes, der aus einer Äm-By-Verbindung, vorzugsweise mit parallel zueinander ausgerichteten eutektisehen Ausscheidungen einer zweiten Phase aus besser leitendem Material bestehen soll und deshalb in der folgenden Beschreibung als Feldplatte bezeichnet werden soll, wird dessen größte Ausdehnung in Richtung der Drehachse des Rückschlußkörpers verstanden. In dieser Richtung wird auch die Breite der den Polschuhen zugewandten Außenfläche des Rückschlußkörpers gemessen.
Der magnetische Rückschlußkörper kann aus massivem oder lamellenförmigem weichmagnetischem Material oder aus Ferrit, hergestellt sein. Unter der Länge des magnetfeldabhängigen Halbleiterwiderstandes, der aus einer Äm-By-Verbindung, vorzugsweise mit parallel zueinander ausgerichteten eutektisehen Ausscheidungen einer zweiten Phase aus besser leitendem Material bestehen soll und deshalb in der folgenden Beschreibung als Feldplatte bezeichnet werden soll, wird dessen größte Ausdehnung in Richtung der Drehachse des Rückschlußkörpers verstanden. In dieser Richtung wird auch die Breite der den Polschuhen zugewandten Außenfläche des Rückschlußkörpers gemessen.
Ist auf einem der Polschuhe eine z. B. zweipolige Feldplatte aufgebracht, die an den beiden Enden jeweils
einen elektrischen Anschluß besitzt, so kann man bei geeigneter Ganghöhe und Breite des Schnekkenrandes
in Abhängigkeit vom Drehwinkel eine vorbestimmte lineare, parabolische oder exponentiell
Widerstandscharakteristik des. Drehwiderstandes erhalten.
Der magnetische Rückschlußkörper des Drehwiderstandes kann auch als gegen die Drehachse' geneigte
Scheibe mit einem zur Zylinderform der Polschuhe parallelen Außenrand ausgebildet sein. In diesem
Fall ergibt sich z. B. unter Verwendung einer Feldplatte, die nur an ihren Längsenden mit elektrischen
Anschlüssen versehen ist, in Abhängigkeit vom Drehwinkel des scheibenförmigen Rückschlußkörpers
eine sinusförmige Widerstandscharakteristik. In Verbindung mit einer zweipoligen Feldplatte wird die
Außenfläche des Rückschlußkörpers etwa ebenso breit gewählt, wie dip,Feldplatte lang ist. Die Feldplatte
kann äjjer auch dreipolig mit einer Mittelanzapfung,
also als .Potentiometer ausgebildet sein. Dann
wird ein Rückschlußkörper verwendet, dessen Außenrand etwa halb so breit ist, wie die Feldplatte lang ist.
Zur Verminderung des magnetischen Streuflusses kann-— in Richtung der Drehachse des Rückschlußkörpers
gesehen — der Querschnitt eines eine Feldplatte
tragenden Pplschuhs so ausgebildet.sein,: daß sein Rand von def'Peldplatte aus konkav, in' den
Hauptteil des magnetischen Kreises der Widerstandsvorrichtung, übergeht. Man .kann diesen Polschuh als
»stegförmig« bezeichnen. Der Querschnitt eines solchen stegförmigen Pplschuhs ist (konkav) in Richtung
auf die Feldplatte zugespitzt, wobei die Spitze' abgeschnitten
und zu einem gerade der Feldplatte Platz,
bietenden Plateau ausgebildet ist. '
Da die Feldplatte also auf einer massiven, gut wärmeleitenden Unterlage aufliegt,1 kann sie elektrisch
stärk belastet werden. Es ist daher möglich, eine sehr kleine Feldplatte" mit entsprechend hohem Grundwiderstand
(Widerstand beim Magnetfeld null) zu verwenden. In Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes sind Feldplatten mit Flächen bis herab
zu einigen Quadratmillimetern benutzt.
Ebenfalls zur: Verminderung des magnetischen
Streuflusses kann der Querschnitt eines keine Feldplatte tragenden Polschuhs nahezu ein halber Kreis
sein. Ein solcher Polschuh stellt also etwa eine Hälfte eines der Länge nach aufgeschnittenen Hohlzylinders
dar und wird als »halbzylinderförmig« bezeichnet! Durch die Formgebung' des letzteren. Polschuhs wird
erreicht, daß nahezu kein magnetisches Drehmoment auf die Achse des Rückschlußkörpers wirkt. .Da der
Rückschlußkörper mechanisch ausgewuchtet werden kann, ergeben sich auch keine mechanischen Rückstellkräfte. . .
Weiterhin ist es. zweckmäßig, die Polschuhe aus
weichmagnetischem Material herzustellen. Dann kann sich nämlich die Richtung des magnetischen Flusses
in den Polschuhen der Lage des Außenrandes des Rückschlußkörpers anpassen, wenn sich diese Lage
bei Drehung des Rückschlußkörpers relativ zu den Polschuhen ändert.
M*''einfachsten Fall wird der verwendete magnetische
Kreis durch einen Permanentmagneten erregt. Bei der Auswahl eines solchen Magneten ist zweckmäßig
zu beachten, daß — unter Vernachlässigung von Streuverlusten — der Fluß B1F1 durch den Permanentmagneten
und der Fluß B2F2 durch das obengenannte
Plateau des Polschuhs",' auf das eine Feldplatte
gelegt ist, gleich sind. Die Flußdichte B1 im Magneten mit der Querschnittsfläche F1 und die
Flußdichte B2 durch die Plateaufläche F2 sind daher
umgekehrt proportional zu den genannten Flächen. Da die Fläche F2 (im wesentlichen die Feldplattenfläche)
klein gegen F1 ist, braucht also, um den Polschuh (mit Feldplatte) gerade im Sättigungszustand
zu halten, der Verwendete Permanentmagnet nicht besonders .stärk zu-sein. '
β D<?r beschriebene erfindungsgemäße Drehwiderstand
kann als Einzelelement eines Kaskadenwiderstandes mit zwei oder "mehr auf ein und derselben
Achse nebeneinander angeordneten Einzelelementen verwendet werden. Dabei werden die Polschuhe der
ίο Einzelelemente von einem einzigen Magneten erregt.
T Jedes Einzelelement besteht aus einem halbzylinderförmigen
und einem stegförmigen Polschuh; mit im Raum zwischen diesen "drehbaren magnetischen
Rückschlußkörper. Benachbarte Einzelelemente können zum Ausgleich der auf die Drehachse wirkenden
magnetischen Kräfte jeweils um 180° versetzt sein. Auf den stegförmigen Polschuh jedes Einzelelementes
ist eine Feldplatte aufgelegt. Die Einzelelemente eines solchen Käskadenwiderstandes sind austauschbar und
können je nach Wunsch zum Teil oder insgesamt durch solche Einzelelemente mit anderen Widerstandscharakteristiken
ersetzt werden.
In einer Ausführungsform des Kaskadenwiderstandes sind die Rückschlußkörper der Einzelelemente
starr verbunden und ohne Anschlag beliebig oft dreh-'
bar.; Dabei wiederholt sich die auf der drehwinkelabhängigen Widerstandsänderung der Feldplatten beruhende
Signalfunktion, wenn die Feldplatten in einer geeigneten elektrischen Schaltung angeordnet sind. In
einer solchen Zusammenstellung wird die Wirkung der einzelnen Drehwiderstände addiert, das kann je
nach der gegenseitigen Drehstellung der Rückschlußkörper mit gleicher Phase oder mit konstanter Phasenverschiebung
geschehen. Bei Verwendung von Einzelelementen mit verschiedenen Widerstandscharakteristiken'
können auf diese Weise beliebige lineare und nichtlineare Funktionen mit vorgegebener Phasenverschiebung
zusammengesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Kaskaden-Widerstandes sind die Rückschlußkörper der Einzelelemente derart auf deren gemeinsamer Drehachse gekoppelt, daß bei Umdrehung der Achse die Rückschlußkörper nacheinander in Bewegung gesetzt werden und der folgende Rückschlußkörper seine Drehtbewegung erst beginnt, wenn der vorhergehende wieder still steht. Außerdem können die Grundwiderstände (Widerstand beim Magnetfeld null)" der Feldplatten der aufeinanderfolgenden Einzelelemente sich jeweils um einen bestimmten, insbesondere gleichen Faktor unterscheiden, derart, daß sich der elektrische Widerstand jeder einzelnen Feldplatte bei Drehung des.,: zugehörigen Rückschlußkörpers auf den Grundwiderstand der Feldplatte des nachfolgenden Einzelelementes erhöht.
In einer weiteren Ausführungsform des Kaskaden-Widerstandes sind die Rückschlußkörper der Einzelelemente derart auf deren gemeinsamer Drehachse gekoppelt, daß bei Umdrehung der Achse die Rückschlußkörper nacheinander in Bewegung gesetzt werden und der folgende Rückschlußkörper seine Drehtbewegung erst beginnt, wenn der vorhergehende wieder still steht. Außerdem können die Grundwiderstände (Widerstand beim Magnetfeld null)" der Feldplatten der aufeinanderfolgenden Einzelelemente sich jeweils um einen bestimmten, insbesondere gleichen Faktor unterscheiden, derart, daß sich der elektrische Widerstand jeder einzelnen Feldplatte bei Drehung des.,: zugehörigen Rückschlußkörpers auf den Grundwiderstand der Feldplatte des nachfolgenden Einzelelementes erhöht.
Werden die Feldplatten in dieser Anordnung, z. B. alle hintereinandergeschaltet, so ermöglicht der gebildete
Reihen-Drehwrderstand, bei einigen Umdrehungen desselben, ohne bewegliche Stromzuführungsii
kontakte eine Widerstandsänderung über mehrere Größenordnungen. Besitzt die Reihenschaltung der
Feldplatten eine Mittelanzapfung, so ergibt sich leicht ein Potentiometer mit einem Teilverhältnis von
1:1000 oder 10 000.
Der beschriebene Drehwiderstand kann vorteilhaft als Positionsanzeiger einer kardanisehen Aufhängung
angewendet werden. Dann wird an mindestens einem der Kardanlager ein solcher Drehwiderstand angebracht.
Beispielsweise ist der magnetische Kreis des
Drehwiderstandes fest mit dem Kardanring verbunden, und der zwischen den Polschuhen des magnetischen
Kreises um die zugehörige Kardanachse drehbare magnetische Rückschlußkörper ist starr an das
Lager der Kardanachse gekoppelt.
Einige schematische Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der in den Ansprüchen gekennzeichneten
Vorrichtungen. Es zeigt
F i g. 1 einen Drehwiderstand- mit schneckenförmigem
Rückschlußkörper, .
. F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie X-X von F ig. 1, . . ■
. F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie X-X von F ig. 1, . . ■
Fig. 3 eine Widerstandscharakteristik in Abhängigkeit
vom Drehwinkel des Rückschlußkörpers gemäß F ig. 1,
F i g. 4 einen Drehwiderstand mit scheibenförmigem Rückschlußkörper, α , ■: -;■
F i g. 5 eine Widerstandscharakteristik in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Rückschlußkörpers gemäß
F ig. 4,
F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel eines Kaskadenwiderstandes.
Die F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Drehwiderstandes mit schneckenförmigem, weichmagnetischem Rückschlußkörper 2, welcher um die Achse 3 drehbar im Raum zwischen
den Polschuhen 4 und 5 angeordnet ist. Die Drehachse 3 ist senkrecht zu den magnetischen Kraftlinien
gerichtet. Die mit elektrischen Endanschlüssen 8 a und 8 b und dem Mittelabgriff 8 c versehene dreipolige
Feldplatte 1 liegt auf dem stegförmigen Polschuh 4, dem der halbzylinderförmige Polschuh 5
gegenüberliegt. Die beiden Hälften der Feldplatte 1 sind mit 1 α und 1 b bezeichnet. Der magnetische
Kreis vom erregenden, z.B. in der eingezeichneten Pfeilrichtung magnetisierten Stabmagneten 7 zu den
(weichmagnetischen) Polschuhen 4 und 5 wird durch die, insbesondere weichmagnetischen Teile 6 gebildet.
Bei Drehung um die Achse 3 wird der den Polschuhen angepaßte Außenrand des schneckenförmigen
Rückschlußkörpers 2 über die Feldplatte 1 fast gleitend hinweggeschoben. Wenn also vor Beginn des
Drehens der Teil la der Feldplatte wegen der augenblicklichen
Drehstellung des Rückschlußkörpers von einem starken Magnetfeld durchsetzt ist, so bewegt
sich beim Drehen (in geeigneter Richtung) des Rückschlußkörpers der Außenrand desselben kontinuierlich
über die Feldplatte weg, bis er schließlich nur den Teil 1 b der Feldplatte bedeckt.
In Fig. 2 ist eine Draufsicht dargestellt. Gleiche Teile sind wie in Fig. 1 bezeichnet. Auf dem Polschuh
4, der stegförmig mit konkav zum Hauptteil des magnetischen Kreises abfallenden Seitenflächen
ausgebildet ist, liegt die Feldplatte 1 fest auf. Der Querschnitt der Feldplatte 1 kann — ebenso wie die
Fläche des Polschuhs 4, der auf die Feldplatte^aufliegt
^- zur Verminderung des Luftspaltes, an die Kreisform des vom Körper 2 bestrichenen Kreises 2 a
angepaßt werden. — Die in den F i g. 1 und 2 angegebenen Längen betragen in einem Ausführungsbeispiel der Reihe nach 26, 33 und 15 mm.
'"" Fig. 3 zeigt eine Charakteristik des Widerstandes R1 (in Ohm) einer zweipoligen Feldplatte in Abhängigkeit vom Drehwinkel φ1 des schneckenförmigen Rückschlußkörpers gemäß Fig. 1. Mit einem solchen Rückschlußkörper, dessen Außenrand sich bei einer Drehung, beispielsweise gerade um eine Ganghöhe verschiebt, ergibt sich also für eine (im Gegensatz zu Fig. 1) zweipolige Feldplatte eine Widerstandskennlinie 9, die vom Drehwinkel 0 bis 360° linear ansteigt. Hat die Schnecke eine nichtlineare Windungsform, so kann die Charakteristik auch exponentiell sein. Nach den anfangs gegebenen Erläuterungen ist eine zweipolige Feldplatte etwa ebenso lang, wie der Rand des schneckenförmigen Rückschlußkörpers breit ist. Eine solche Feldplatte ist demnach etwa halb so lang wie der stegförmige Polschuh, auf dem sie aufliegt.
'"" Fig. 3 zeigt eine Charakteristik des Widerstandes R1 (in Ohm) einer zweipoligen Feldplatte in Abhängigkeit vom Drehwinkel φ1 des schneckenförmigen Rückschlußkörpers gemäß Fig. 1. Mit einem solchen Rückschlußkörper, dessen Außenrand sich bei einer Drehung, beispielsweise gerade um eine Ganghöhe verschiebt, ergibt sich also für eine (im Gegensatz zu Fig. 1) zweipolige Feldplatte eine Widerstandskennlinie 9, die vom Drehwinkel 0 bis 360° linear ansteigt. Hat die Schnecke eine nichtlineare Windungsform, so kann die Charakteristik auch exponentiell sein. Nach den anfangs gegebenen Erläuterungen ist eine zweipolige Feldplatte etwa ebenso lang, wie der Rand des schneckenförmigen Rückschlußkörpers breit ist. Eine solche Feldplatte ist demnach etwa halb so lang wie der stegförmige Polschuh, auf dem sie aufliegt.
In der F i g. 4 ist ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Drehwiderstandes mit bezüglich der Achse 3
als schief stehende Kreisscheibe 10 ausgebildetem Rückschlußkörper, welcher, um die Achse 3 drehbar,
im Raum zwischen den Polschuhen 12 und 5 angeord-" net ist. Diese Figur zeigt ein Beispiel einer zweipoligen
Feldplatte 11, deren Länge etwa ebenso groß ist wie die Breite der Scheibe 10. Im Gegensatz dazu hat
die Länge der Feldplatte 1 in F i g. 1 etwa den doppelten Betrag wie die Breite des Außenrandes der
Schnecke 2. (Die angegebenen Längen und Breiten sind in Drehachsrichtung gemessen zu denken.)
Der Polschuh 12 ist etwa doppelt lang wie die Feldplatte 11 und auch sonst ähnlich ausgebildet wie
der entsprechende Polschuh 4 in F i g. 1.
Es ist zweckmäßig, diese Ausbildung des Polschuhs zu wählen, damit der Fluß zwischen dem Rückschlußkörper
10 und dem Polschuh in keiner Drehstellung des ersteren abreißt. Könnte nämlich der Fluß in
einer Drehstellung abreißen, so ergäben sich nicht nur starke magnetische Reaktionskräfte auf die Drehachse,
sondern es bestünde auch die Gefahr, daß der den magnetischen Kreis erregende Permanentmagnet 7
(in Fig. 1 und 2) einen Teil seiner magnetischen Kraft einbüßt. Der Polschuh 5 und die Körper 6 und 7
entsprechen den gleichbezeichneten Teilen in Fig. 1.
Die F i g. 5 zeigt eine sinusförmige Charakteristik
13 des Halbleiterwiderstandes R2 (in Ohm), die mit
einer zweipoligen Feldplatte (z.B. 11 in Fig. 4) in
Abhängigkeit vom Drehwinkel φ2 des scheibenförmigen
Rückschlußkörpers gemäß F i g. 4 erhalten werden kann. Die Maxima, sowohl in dieser Kurve 13 als
auch in^ Kurve 9 von F i g. 3, sind um so höher, je
größer der Unterschied zwischen dem stärksten und schwächsten Magnetfeld im Bereich der Feldplatte
. gemacht werden kann. Der Abstand zwischen dem Maximum und dem Minimum in der Kurve 13 entspricht
einem Drehwinkel von 180°.
In F i g. 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines Kaskadenwiderstandes mit vier Einzelelementen gezeichnet. Die um die Achse 15 drehbaren magnetischen Rückschlußkörper 16 bis 19 des erfindungsgemäßen Drehwiderstandes sind im gezeichneten Beispiel als schräg zur Drehachse stehende kreisförmige Scheiben ausgebildet. Jeder Rückschlußkörper befindet sich im Luftspalt zwischen einem stegförmigen, 20 bis 23, und einem halbzylinderfÖFmigen, 24 bis 27, Polschuh, die alle von ein und demselben Permanentmagneten 28 magnetisch erregt werden. Die magnetische Verbindung zwischen dem in der eingezeichneten Pfeilrichtung magnetisierten Permanentmagneten 28 und den weichmagnetischen Polschuhen 20 bis 27 ist mit 29 bezeichnet. Auf die stegförmigen Polschuhe 20 bis 23 sind die Feldplatten 30 bis 33 aufgelegt. In der Zeichnung handelt es sich um zweipolige Feldplatten, selbstverständlich können auch dreipolige Feldplatten mit Mittelabgriff verwendet werden. Benachbarte Einzelelemente des gezeichneten Kaskadenwiderstan-
In F i g. 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines Kaskadenwiderstandes mit vier Einzelelementen gezeichnet. Die um die Achse 15 drehbaren magnetischen Rückschlußkörper 16 bis 19 des erfindungsgemäßen Drehwiderstandes sind im gezeichneten Beispiel als schräg zur Drehachse stehende kreisförmige Scheiben ausgebildet. Jeder Rückschlußkörper befindet sich im Luftspalt zwischen einem stegförmigen, 20 bis 23, und einem halbzylinderfÖFmigen, 24 bis 27, Polschuh, die alle von ein und demselben Permanentmagneten 28 magnetisch erregt werden. Die magnetische Verbindung zwischen dem in der eingezeichneten Pfeilrichtung magnetisierten Permanentmagneten 28 und den weichmagnetischen Polschuhen 20 bis 27 ist mit 29 bezeichnet. Auf die stegförmigen Polschuhe 20 bis 23 sind die Feldplatten 30 bis 33 aufgelegt. In der Zeichnung handelt es sich um zweipolige Feldplatten, selbstverständlich können auch dreipolige Feldplatten mit Mittelabgriff verwendet werden. Benachbarte Einzelelemente des gezeichneten Kaskadenwiderstan-
ono ςοη/07
des können zum Ausgleich der auf die Drehachse 15 wirkenden magnetischen Kräfte jeweils um 180° versetzt
werden.
Die Rückschlußkörper 16 bis 19 des Kaskadenwiderstandes können starr verbunden und ohne Anschlag
beliebig oft drehbar sein. Sie lassen sich aber z. B. auch derartig auf der Achse 15 koppeln, daß sie
sich bei Umdrehung der Achse nacheinander in Bewegung setzen. Es kann dabei eine Mitnehmervorrich- .
tung verwendet werden, mit Hilfe deren der folgende Rückschlagkörper in Bewegung gesetzt wird, wenn
der vorhergehende wieder still steht. Dann machen die Rückschlußkörper, die auch schneckenförmig
ausgeführt sein können, bei mehreren Umdrehungen
nacheinander jeder eine Umdrehung um die gemeinsame Drehachse.
Die Feldplatten, die in den erfindungsgemäßen Drehwiderständen verwendet werden, sollen einen
möglichst stark magnetfeldabhängigen Widerstand haben. Als Halbleitersubstanzen eignen sich unter
anderem die bekannten ^4in-ßv-Materialien, wie
Indiumantimonid oder Indiumarsenid, aus der dritten und fünften Gruppe des Periodensystems der Elemente. Man erhält eine besonders starke Magnetfeldabhängigkeit,
wenn im Halbleitermaterial parallel zueinander ausgerichtete, elektrisch gut leitende, nadeiförmige Einschlüsse eingebettet sind, z.B. Nickelantimonid-Nadeln
in Indiumantimonid.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Drehwiderstand ohne bewegliche Stfomzuführungskontakte
mit mindestens einem magnetfeldabhängigen Widerstand zwischen den einen Teil eines Hohlzylinders bildenden Polschuhen
eines magnetischen Kreises und mit einem zwischen den Polschuhen angeordneten und um die Achse des Hohlzylinders drehbaren
ferromagnetischen Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor zwischen den Polschuhen
(4, 5, 12), von denen wenigstens einer (4,12) auf seiner Stirnfläche einen magnetfeldabhängigen
Halbleiterwiderstand (1, 11) enthält, als weichmagnetischer Rückschlußkörper (2, 10)
ausgebildet ist, dessen den Polschuhen zugewandte Oberfläche einen konzentrisch zum Mantel des
Hohlzylinders verlaufenden Streifen bildet, von dem während der Drehung stets verschiedene
Teile jeweils einem der beiden Polschuhe (4, 5; 5, 12) gegenüberstehen und dessen Außenkante
wenigstens zum Teil in einer gegenüber der Drehachse (3) des Rückschlußkörpers (2,10) geneigten
Ebene liegt.
2. Drehwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückschlußkörper als
Schnecke (2) mit einer Windung mit zur Zylinderform der Polschuhe paralleler äußerer Begrenzungsfläche
ausgebildet und um die Schneckenachse drehbar ist (Fig. 1).
3. Drehwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückschlußkörper als
Scheibe (10) ausgebildet ist, deren Flachseiten einander parallele und zur Drehachse geneigte
Zylinder-Schnittflächen darstellen (F i g. 4).
4. Drehwiderstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Polschuhen zugewandte
Begrenzungsfläche des Rückschlußkörpers (10) etwa ebenso breit wie die Feldplatte
(11) lang ist, die in ihrer Längsrichtung parallel zur Drehachse (3) des Rückschlußkörpers (10)
angeordnet ist (F i g. 4).
5. Drehwiderstand nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldplatte
mit einem Mittelanschluß (8 c) versehen ist und daß die den Polschuhen zugewandte Bgrenzungsfläche
des Rückschlußkörpers etwa halb so breit ist, wie die Feldplatte (1) lang ist (F i g. 1).
6. Drehwiderstand nach einem der An-Sprüche 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß,
in Richtung der Drehachse des Rückschlußkörpers gesehen, der Querschnitt eines Polschuhs (4), auf
den eine Feldplatte gelegt ist, vom Rand der Feldplatte aus konkav in den Hauptteil des magnetisehen
Kreises übergeht (F i g. 2).
7. Drehwiderstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß, in Richtung
der Drehachse gesehen, der Querschnitt eines Polschuhs (5) ohne Feldplatte nahezu ein Halbkreis
ist (Fig. 2).
8. Anordnung des Drehwiderstandes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, als Einzelelement
eines Kaskadenwiderstandes mit zwei oder mehr solcher auf ein und derselben Achse (15) nebeneinander
angeordneter Einzelelemente, wobei die Polschuhe (20 bis 27) der Einzelelemente von
einem einzigen Magneten (28) erregt werden.
9. Kaskadenwiderstand nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß jedes Einzelelement aus einem halbzylinderförmigen (24 bis 27) und
einem stegförmigen (20 bis 23) Polschuh mit im Raum zwischen diesem drehbarem Rückschlußkörper
(16 bis 19) besteht, daß benachbarte Einzelelemente auf der gemeinsamen Drehachse (15)
jeweils um 180° versetzt sind und daß auf jedemstegformigen Polschuh (20 bis 23) eine Feldplatte
(30 bzw. 31 bzw. 32 bzw. 33) angeordnet ist.
10. Kaskadenwiderstand nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rückschlußkörper (16 bis 19) der Einzelelemente starr verbunden und beliebig oft drehbar sind.
11. Kaskaden widerstand nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rückschlußkörper (16 bis 19) der Einzelelemente derart auf der Drehachse (15) gekoppelt sind, daß<
bei Umdrehung der Achse (15) die Rückschlußkörper (16 bis 19 nacheinander in Bewegung gesetzt
werden und der folgende Rückschlußkörper seine Drehbewegung erst beginnt, wenn der vorhergehende
wieder still steht, und daß die Grundwiderstände der Feldplatten (30 bis 33) der aufeinanderfolgenden
benachbarten Einzelelemente sich jeweils um einen vorbestimmten Faktor unterscheiden,
derart, daß sich der elektrische Widerstand jeder einzelnen Feldplatte (30 bis 33) bei
Drehung des zugehörigen Rückschlußkörpers (16 bzw. 17 bzw. 18 bzw. 19) auf den Grundwiderstand
der Feldplatte (31 bzw. 32 bzw. 33 bzw. 30) des nachfolgenden Einzelelementes erhöht.
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ID=7518152
Family Applications (1)
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DE19641490681 Pending DE1490681B2 (de) | 1964-10-03 | 1964-10-03 | Drehwiderstand ohne bewegliche stromzufuehrungskontakte |
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GB2506698A (en) * | 2012-10-02 | 2014-04-09 | Mark Anthony Howard | Detector to measure the relative position of bodies |
-
1964
- 1964-10-03 DE DE19641490681 patent/DE1490681B2/de active Pending
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---|---|---|---|
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