DE1548529C - Wendekreisel - Google Patents

Description

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht des Läufers oder Rotors des Wendekreisels,

F i g. 4 eine Seitenansicht der Anordnung von zwei ringförmigen ferromagnetischen Jochen zueinander, welche die Kerne der beiden Elektromagnete in einer Elektromagnet-Anordnung des Wendekreisels darstellen,

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fi g. 4, während

Fig. 6 die elektrische Schaltungsanordnung für den Wendekreisel wiedergibt.

Gemäß den F i g. 1 und 2 ist ein Rahmen I des Wendekreisels in einem zylindrischen Gehäuse 2 zur Verdrehung um die Längsachse 3 des Gehäuses 2 drehbar gelagert. Der Rahmen I ist mittels eines Lagers 4 an dem einen Ende des Gehäuses 2 und mittels eines Lagers 5 und eines Torsionsstabes 6 am anderen Ende gelagert, wobei der Torsionsstab 6 einen nachgiebigen Widerstand gegen die Verdrehung des Rahmens 1 um die Achse 3 ausübt. Ein elektromagnetischer Abgriff, der einen gehäusefesten Ständer 7 sowie einen am Rahmen I gehaltenen ferromagnetischen Läufer 8 aufweist, ist zur Erregung mit Wechselstrom vorgesehen, so daß im Ständer 7 ein Signal abgeleitet wird, welches von der Verdrehung des Rahmens 1 um die Achse 3 abhängig ist.

Der Rotor 9 des Wendekreisels wird vom Rahmen 1 gehalten und ist auf einer Stahlwelle 11 drehbar angebracht, welche am Rahmen 1 mit ihrer Längsachse 12 senkrecht zur Achse 3 befestigt ist. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist der Rotor 9 eine zweiteilige nichtferromagnetische Ummantelung 13, die auf der Rotorwelle 11 mittels der Lager 14 und 15 koaxial angebracht ist, sowie einen Wolframstahlring 16 auf, der in der Ummantelung 13 koaxial gehalten wird. Der Ring 16 bildet den Läufer eines Dreiphasen-Hy.steresismotors, dessen Ständerwicklungen 17 auf der Welle 11 im Ring 16 befestigt sind und der über den Ring 16 den Drehantrieb des Rotors 9 um die Achse 12 liefert. Die Stromzuführung zu den Dreiphasen-Ständerwicklungen 17 erfolgt über drei Adern 18, welche sich entlang der Achse 12 innerhalb der Welle 11 erstrecken.

Der vorbeschriebene Wendekreisel arbeitet in der herkömmlichen Weise; jede Verdrehung des Gehäuses 2 um eine Achse 19 (Fig. 2), welche senkrecht zu den beiden Achsen 3 und 12 verläuft, bildet die Eingangsachse des Wendekreisels und hat das Bestreben, den Rahmen 1 um die Achse 3 (die Präzessionsachse des Kreisels) zu drehen. Der Präzession um die Achse 3 wird mittels Drehstab 6 federnd entgegengewirkt, so daß die resultierende Verdrehung um die Präzessionsachse 3 im Einklang mit der Winkelgeschwindigkeit des Gehäuses 2 um die Achse 19 steht. Ein Maß für diese Winkelgeschwindigkeit wird dementsprechend mittels des elektrischen Signals geliefert, welches im Ständer 7 der elektromagnetischen Abgriffvbrrichtung abgeleitet wird.

Das richtige Arbeiten des Wendekreisels ist vom Vorhandensein zweier Hauptbedingungen abhängig, wobei die eine die Rotation des Rotors 9 mit synchroner Geschwindigkeit um seine Kreisclachse 12 und die andere die Freiheit des Rahmens 1 ist, um die Achse 3 gegen den mittels Drehstab 6 bewirkten Widerstand zu präzedieren. Die vorliegende Anordnung ermöglicht es, das Vorhandensein dieser beiden Bedingungen zu überprüfen. Hierzu werden zwei Elektromagnete 20 und 21 benötigt, welche außerhalb des nichtferromagnetischcn Gehäuses 2 des Wendekreisels angebracht'sind.

Die Elektromagnete 20 und 21 umgeben das Ge-. häuse 2 und sind auf gegenüberliegenden Seiten der

S Ebene symmetrisch angeordnet, weiche die Kreisel- und Eingangsachsen 12 und 19 enthält. Die beiden Elektromagnete 20 und 21 sind zusammen in Epoxy-Harz eingebettet, um einen allgemeinen ringförmigen Bauteil 22 zu bilden. Der Bauteil 22 weist eine nichtferromagnetische Endkappe 23 auf, welche mittels Schrauben 24 am einen Ende des Gehäuses 2 befestigt ist, um die Elektromagnete 20 und 21 in einer bestimmten Lage relativ zum Rotor 9 zu halten.
Jeder Elektromagnet 20 und 21 wird mittels eines winkligen Jochs 25 aus magnetischem Material mit hoher Permeabilität (beispielsweise Weicheisen) gebildet, das mit einer Ringwicklung 26 um nahezu seinen gesamten Umfang herum versehen ist. Wie in den F i g. 4 und 5 dargestellt, weist jedes Joch 25 ein Paar

so von einander diametral gegenüberliegenden Polen 27 und 28 auf, die sich beide seitlich, und zwar parallel zur Achse 3, auf das andere Joch 25 zu erstrecken. Die Joche 25 werden im Bauteil 22 in axialer Ausrichtung miteinander gehalten, wobei jedoch, wie ausführlicher in den Fig. 2 und 5 dargestellt, das Paar der Pole 27 und 28 des einen die Pole 27 und 28 des anderen effektiv überlappt und zu diesen winklig versetzt angeordnet ist. Der Winkelabstqnd zwischen den Polen 27 und zwischen den Polen 28, der wie in F i g. 5 gezeigt, von Mitte zu Mitte der entsprechenden Pole gemessen wird, beträgt in jedem Fall 60", und die Endkappe 23 ist so am Gehäuse 2 befestigt, daß jeder Pol 27 und 28 von der Kreiselachse !2 um 30° um die Präzessionsachse 3 winklig versetzt ist.

Die Wicklungen 26 der beiden Elektromagnete 20 und 21 werden jeweils einzeln über Adern 29 mit Gleichstrom versorgt. Durch die Zuführung von Gleichstrom zu den Elektromagneten 20 und 21 wird ein magnetisches Feld zwischen dem entsprechenden Paar der Pole 27 und 28 erzeugt, das unter Einwirkung auf die ferromagnetische Welle 11 dem Rahmen 1 (dessen Hauptkörper nichtferromagnetisch ist) ein Drehmoment um die Achse 3 auferlegt. Dieses Drehmoment versucht den Rahmen 1 um die Achse 3 um 30° im einen oder anderen Richtungssinn zu drehen, aber die Drehung wird in Wirklichkeit durch Anschläge auf 2° begrenzt; der Richtungssinn des auferlegten Drehmoments ist davon abhängig, welcher der Elektromagnete 20 und 21 erregt wird. Wenn der Rahmen 1 zur Präzession um die Achse 3 frei ist, dann bewirkt die Erregung jedes Elektromagneten 20 und 21, daß der Rahmen 1 um die Achse 3 entgegen dem Widersland des Torsionsstabes 6 verdreht wird. Eine solche Drehung wird mittels des vom Ständer? dem elektromagnetischen Abgriff gelieferten Signals nachgewiesen.

Bei dieser Anordnung wird die Erregung der Elektromagneten 20 und 21 nur ermöglicht, während der Rotor 9 sich mit synchroner Geschwindigkeit um seine Kreiselachse 12 dreht. Zu diesem Zweck weist die Anordnung einen elektrischen Geschwindigkeitsmesser auf, der auf ein elektrisches Signal anspricht, das in dem elektrischen Dreiphasen-Versorgungsstromkreis der Ständerwicklungen 17 erscheint, wenn der Rotor 9 sich mit synchroner. Geschwindigkeit dreht. Der Stromkreis des elektrischen Geschwindigkeitsmessers und die Art und Weise, in welcher er mit dem Versorgungsstromkreis der Ständerwicklungen

17 verbunden ist und dazu dient, die Erregung der Elektromagnete 20 und 21 nur dann zu ermöglichen, wenn der Rotor 9 sich mit synchroner Geschwindigkeit dreht, wird nunmehr an Hand der F i g. 6 beschrieben.

Gemäß F i g. 6 werden die drei Ständerwicklungen 17 des Wendekreisels mit einer Frequenz von 400 Hz von einer Dreiphasen Wechselstromquelle (nicht dargestellt) erregt, wobei die drei Phasen dieser Stromquelle jeweils mit den Klemmen 31 bis 33 verbunden werden. Die Klemmen 31 und 33 sind direkt mit zweien der drei Zuführungsadern 18 zusammengeschaltet, während die Klemme 32 mit der dritten' Ader 18 über einen Widerstand 34 verbunden ist. Wenn die Wicklungen 17 über die Klemmen 31 bis 33 erregt werden und der Rotor 9 synchron umläuft, dann wird die Bewegung des Rotors 9 (infolge seines verhältsnismäßig großen Trägheitsvermögens) durch eine Schwingung von niedriger Frequenz moduliert. Da diese Schwingung elektromagnetisch in die Ständerwicklungen 17 zurückwirkt, verursacht sie eine entsprechende Amplituden-Modulation des Wechselstromsignals, welches am Widerstand 34 erscheint. Dieses am Widerstand 34 erscheinende Signal wird in dieser Weise nur moduliert, während der Läufer 9 sich mit synchroner Geschwindigkeit dreht. Der Geschwindigkeitsdetektor, welcher vier Stufen 35 bis 38 umfaßt, dient dazu, das Vorhandensein der Modulation zu ermitteln und in Übereinstimmung damit die Zuführung von Gleichstrom nach dem einen oder dem anderen der Elektromagneten 20 und 21 von einer nicht dargestellten Gleichstromquelle zu ermöglichen, welche über Klemmen 39 und 40 angeschlossen ist.

Die erste Stufe 35 des Geschwindigkeitsdetektors ist eine Vorverstärker-Stufe, die eine Verstärkung des modultierten Signals ermöglicht, welches am Widerstand 34 erscheint, und es nach der zweiten Stufe 36 übermittelt. Die zweite Stufe 36 ist eine Demodulator-Stufe, welche zwei Klemmen 41 aufweist, die mit den gleichen Phasen der Dreiphasen-Zuführung verbunden sind, wie jeweils die Klemmen 31 und 32. Das in der Demodulator-Stufe 36 abgeleitete und mit der Modulationskomponente, welche am Widerstand 34 erscheint, übereinstimmende Signal wird nach einer dritten verstärkenden Stufe 37 über einen Kondensator 42 zugeführt. Nach Verstärkung in der Stufe 37 wird das Signal nach der letzten Trigger- und Relais-Stufe 38 des Geschwindigkeitsdetektors übermittelt. In der Stufe 38 wird das Signal über einen Gleichrichter 43 und von dort über einen Kondensator 44 nach der Basiselektrode eines pnp-Flächentransistors

45 übermittelt. Der Transistor 45 ist normalerweise nicht leitend und seine Kollektorelektrode ist unmittelbar mit der Basiselektrode eines npn-Flächentransistors 46 zusammengeschaltet, so daß der Transistor

46 nur dann leitend ist, wenn der Transistor 45 leitet. Nur die negativen Halbperioden des über die Verstärkerstufe 37 gelieferten Signals werden mittels Gleichrichter 43 übermittelt. Das resultierende gleichgerichtete Signal, welches am Kondensator 44 erscheint, bewirkt, daß der Transistor 45 völlig leitend wird. Dies wiederum bewirkt, daß der Transistor 45 völlig leitend wird, so daß eine Relaiswicklung 47 im Kollektorkreis erregt wird. Die Kondensatoren 42 und 44 wirken zusammen, um eine Gesamtzeitkonstante für den Betrieb des Geschwindigkeitsmessers von etwa 8 Sekunden sicherzustellen.

Die Relaiswicklung 47 steuert das Schließen eines Relaiskontaktes 48, welcher im Gleichstrom-Versorgungsstromkreis für die Elektromagnete 20 und 21 liegt. In dieser Schaltung wird eine Verbindung mit dem Kontakt 48 von der Klemme 39 her über einen manuell zu betätigenden Schalter 49 hergestellt, und von dort nach den Klemmen 40 über die eine oder die andere der Wicklungen 26, wobei jeweils die eine der betreffenden Wicklungen 26 von der Einstellung eines Wählschalters 50 mit zwei Stellungen abhängig ist. Der Kontakt 48 bleibt geöffnet und verhindert dadurch eine Zufuhr von Erregerstrom nach der ausgewählten Wicklung 26 bis zu dem Zeitpunkt, wo die Relaiswicklung 47 erregt wird, d. h., bis die richtige Niederfrequenz-Modulationskomponente am Widerstand 34 ermittelt wird.

Wenn die Modulationskomponente ermittelt und die Relaiswicklung 47 dementsprechend erregt ist, wird der Kontakt 48 geschlossen, wodurch die Erregung der ausgewählten Wicklung 26 ermöglicht wird. Setzt man voraus, daß der Rotor 9 mit synchroner Geschwindigkeit rotiert, so wird durch das Schließen des Schalters 49 von einer Bedienungsperson bewirkt, daß die Elektromagnet-Bauteilgruppe 22 erregt wird. Falls zu dieser Zeit der Rahmen 1 für die Präzession frei ist, ruft diese Erregung ein Ausgangssignal des Wendekreisels hervor, welches von den Instrumenten aus beobachtet werden kann, die mit dem Wendekreisel für ihre betriebsmäßige Rolle verbunden sind, oder von einem Meßgerät her, welches speziell mit dem Abgriffsständer 7 verbunden ist. Die Präzessionsfreiheit in beiden Richtungen kann einfach durch Umschalten des Wählschalters 50 von der einen der beiden Stellungen auf die andere überprüft werden, während der Schalter 49 geschlossen ist. Im Fall eines Fehlers, derart, daß der Rotor 9 nicht mit synchroner Geschwindigkeit rotiert, und/oder der Rahmen 1 für die Präzession nicht frei ist, wird kein Ausgangssignal vom Wendekreisel erzeugt, während der Schalter 49 geschlossen ist.

Der Geschwindigkeitsmesser und der Erregerstromkreis können selbstverständlich einer Anzahl von Wendekreiseln gemeinsam zugehören, wobei der Reihe nach bzw. abwechselnd eine Verbindung mit dem jeweiligen Kreisel während der Überprüfung hergestellt wird. In diesem letzteren Zusammenhang wird es vorzugsweise so eingerichtet, daß die Kondensatoren 42 und 44 des Geschwindigkeitsdetektors zwischen Tests von aufeinanderfolgenden Wendekreiseln sofort bzw. schnell entladen werden; hierdurch wird eine Pause vermieden, welche andernfalls zwischen den Tests .im Hinblick auf die etwas große Zeitkonstante (8 Sekunden) notwendig wäre, welche durch diese Kondensatoren 42 und 44^ gegeben ist.

Die Elektromagnet-Bauteilgruppe 22, welche die Elektromagnete 20 und 21 und die Endkappe 23 aufweist, ist normalerweise mit dem Wendekreisel verbunden, kann aber in einfacher Weise durch Lösen der Schrauben 24 gegebenenfalls entfernt werden. Der Umstand, daß die Elektromagnet-Bauteilgruppe 22 außerhalb des Gehäuses 2 befestigt wird, bringt insofern einen Vorteil mit sich, als diese am Wendekreisel leicht und schnell angebracht und entfernt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 ^; ' ■■ 2

Motors ausüben kann, selbst während des normalen

Patentanspruch: Laufs des Wendekreisels, Wenn die Elektromagnete

nicht erregt sind. Wenn jedoch die Elektromagnete

Wendekreisel, bei dem die Drehfreiheit des zur Prüfung der Präzessionsfreiheit des Rotors erregt federgefesselten Rotorträgers um die Präzessions- 5 werden, tritt der zusätzliche Nachteil auf, daß die Reachse unter Verwendung von zwei am Kreiselge- aktion zwischen den Elektromagneten und dem Ring häuse angeordneten Elektromagneten geprüft den Motor ungünstig belasten, was zu unerwünschwird, die einzeln mittels Gleichstrom erregbar tem Abbremsen der Rotordrehung führt. Ein weiterer sind, mit einem den Rotor tragenden Teil zusam- Nachteil besteht darin, daß es normalerweise notwenmenwirken und dabei ein Drehmoment auf den 10 dig ist, spezielle Maßnahmen in der Konstruktion des Rotorträger um die Präzessionsachse in der einen Rotortragrahmens vorzusehen, damit dieser in keiner oder anderen Drehrichtung ausüben, je nachdem Weise die erwünschte Reaktion zwischen den Elekwelcher der beiden Elektromagnete erregt wird, tromagneten und dem Rotorring stört, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Die gleichen Nachteile hat auch ein weiterer be-

dem Elektromagneten (20, 21) zusammenwir- x₅ kannter Kreisel (USA.-Patentschrift 3 077 760), bei kende Teil die aus ferromagnetischem Material welchem Permanentmagnete in die. Peripherie des bestehende Rotorwelle (11) ist und die Pole (27, Kreiselrotors eingesetzt sind, und die Drehfreiheit für 28) der beiden Elektromagnete (20, 21) spiegel- Präzession wird dadurch überprüft, daß zwei in Reihe symmetrisch in bezug auf die Nullstellung der geschaltete Spulen erregt werden, die über die Präzes-Rotorwelle (II) und winklig zueinander versetzt ₂₀ sionsachse hinweg sich diametral gegenüberliegen, um die Präzessionsachse angeordnet sind. Durch eine gemeinsame Erregung der beiden Spulen

wird ein Drehmoment auf den Rotor durch Anzie-

hung oder Abstoßung der Permanentmagnete (je

nach Richtungssinn der Erregung der beiden Spulen) 25 ausgeübt, so daß die Existenz oder Nichtexistenz

Die Erfindung bezieht sich auf Wendekreisel, bei _ei_nes resultierenden Ausgangssignals am Abgriff des denen die Drehfreiheit des federgefesselten Rotorträ- Kreisels in diesem Falle wiederum anzeigt, ob Drehgers und die .Präzessionsachse unter Verwendung freiheit für Präzession vorhanden ist. Die Notwendigvon zwei am Kreiselgehäuse angeordneten Elektro- keit, Magnete am rotierenden Rotor anzubringen, ist magneten geprüft wird, die einzeln mittels Gleich- _3o zweifellos ein Nachteil dieser bekannten Anordnung, strom erregbar sind, mit einem den Rotor tragenden _und solche Magnete können sehr wohl den freien Teil zusammenwirken und dabei ein Drehmoment Lauf und die Balance des Rotors beeinträchtigen, auf den Rotorträger um die Präzessionsachse in der selbst wenn sich der Kreisel im Normalbetrieb befineinen oder anderen Drehrichtung ausüben, je nach- det und keine Prüfung auf Präzessionsfreiheit erfolgt, dem welcher der beiden Elektromagnete erregt wird. ₃₅ Außerdem wird durch das Drehen der Magnete in Ein bekannter Wendekreisel dieser Gattung (USA.- unmittelbarer Nähe des Abgriffs stets der im AusPatentschrift 3 186 211) weist einen Kupferring auf, gangssignal des Kreisels induzierte Geräuschpegel erder koaxial auf dem Rotor befestigt ist, so daß durch höht und daher zwangläufig die Ansprechempfinddie Rotation des Rotors um die Drehachse in dem lkhkeit reduziert, mit welcher eine normale Präzes-Ring Wirbelströme erzeugt werden, wenn einer der 40 sion ermittelt werden kann.

Elektromagnete erregt wird. Die Elektromagnete sind Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

auf dem Gehäuse des Wendekreisels so angebracht, vereinfachten Wendekreisel der angegebenen Art zu daß sie im gewissen Abstand seitlich von der Präzes- schaffen, bei dem kein weiterer Bauteil am Rotor zur sionsachse liegen und bezüglich des Rotors auf je- Funktionsprüfung angebracht werden muß, sondern weils einer Seite der Drehachse liegen. Wenn ein 45 dafür ein bereits vorhandener Bauteil ausgenutzt Elektromagnet erregt wird, dann übt dieser infolge wird.

der erzeugten elektrodynamischen Wirkung auf den Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der

Kupferring und somit auf den Rotor ein Drehmoment _mU dem Elektromagneten zusammenwirkende Teil auf den Rotortragrahmen um die Präzessionsachse _die _aus ferromagnetischem Material bestehende Roaus. wobei die Richtung dieses Drehmoments davon 50 torwelle ist und die Pole der beiden Elektromagnete abhängt, welcher der beiden Elektromagneten erregt spiegelsymnietrisch in bezug auf die Nullstellung der wird. Wenn Drehfreiheit des Rotorträgers um die Rotorwelle und winklig zueinander versetzt um die Präzessionsachse gegeben ist, führt das aufgebrachte Präzessionsachse angeordnet sind. Drehmoment zu einer Verdrehung des Rotortragrah- _Dic Elektromagnete können außerhalb eines Ge-

mens um die Präzessionsachse, so daß ein Aus- _{55 hauses} n_{egeni wc}lches den Rotorträger umgibt, gangssignal am Abgriff des Wendekreisels in der iibü- Zur Anzeige, ob der Rotor mit Betriebsgeschwin-

chen Weise erzeugt wird. Auf diese Weise kann des- digkeit rotiert, kann ein Detektor vorgesehen werden halb für den Drehsinn geprüft werden, ob Präzes- _und gegebenenfalls kann die Zuführung von Gleichsionsfieiheit des Rolors besteht, indem einfach die _{strom zum} Erregen der Elektromagnete unterbrochen beiden L-leklroinagnete nacheinander erregt werden 60 werden, falls der Läufer nicht mit Betriebsgeschwin- und das Ausgangssignal ausgewertet wird. digkeit rotiert.

Der bekannte Wendekreisel hat den Hauptnachteil, Ein. Wendekreisel gemäß der Erfindung wird nun-

daß ein elektrisch leitender Kupferring am Kreisel™'- mehr an Hand der ihn beispielsweise wiedergebenden tor sitzen muß, und zwar koaxial zu diesem. Dieser Zeichung näher beschrieben, und zwar zeigt Ring stellt einen geschlossenen elektrischen Kreis 65 Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Wendekreiniedrigen Widerstandes dar, der in enger Nachbar- sei,

schuft /um Elektromotor des Rotors sitzt und deshalb F i g. 2 einen Querschnitt durch den Wendekreisel

einen unerwünschten Einfluß auf den Betrieb dieses nach der Linie H-II der Fig. 1,