DE1616037C - Magnetischer Kreis für Drehspuhnstru mente - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft magnetische Kreise für Drehspulinstrumente mit einem Joch aus magnetisch weichem Material, in welchem eine im wesentlichen zylindrische Bohrung mit zwei einander diametral gegegenüberliegenden, den Arbeitluftspalt des Drehspulinstrumentes nach außen begrenzenden, teilzylindrischen Polflächen gebildet ist, die von Durchbrüchen in dem Joch festgelegt sind, welche den magnetischen Widerstand in ihrer Nähe beeinflussen, und mit einem in der Bohrung konzentrisch angeordneten, die Drehspule tragenden ferromagnetischen Kern sowie mit einem in dem Joch angeordneten Dauermagnet.

Bei einem aus der französischen Patentschrift 1 294 256 bekannten magnetischen Kreis für Drehspulinstrumente besteht das Joch aus zwei gesonderten Weicheisenschenkeln, zwischen welchen ein Dauermagnet und ein als magnetischer Rückschluß dienendes, verstellbares Weicheisenteil angeordnet ist. Die beiden Weicheisenschenkel sind außer an dem Dauermagnet noch mittels Schrauben an einem Bügel aus nichtmagnetischem Material gehaltert.

Die Herstellung eines solchen Magnetsystems ist schwierig, da sowohl die ebenen wie auch die gebogenen Polflächen der beiden Weicheisenschenkel im allgemeinen einzeln bearbeitet und dann beim Zusammenbau so ausgerichtet werden müssen, daß sie eine genau definierte Lage zu den parallelen Seitenflächen des Dauermagneten bzw. zur Drehachse der Drehspule einnehmen. Außerdem ist «in mit diesem Magnetsystem ausgerüstetes Drehspulinstrument wenig robust, da sich durch Erschütterungen die Einstellung des magnetischen Rückschlusses und damit die Meßempfindlichkeit des Instruments ändern kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung solcher magnetischer Kreise für Drehspulinstrumente besonders einfach und billig zu gestalten und trotzdem eine große Robustheit und Genauigkeit zu erzielen.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung einen magnetischen Kreis für Drehspulinstrumente der eingangs dargelegten Art, welcher gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß das Joch ein einstückiger Körper ist, der derart in sich geschlossen ist, daß die Bohrung den Kern vollständig umschließt, und daß der Dauermagnet in einem Bereich innerhalb eines nach außen magnetisch abschirmenden Feldlinienrückschlusses des Joches angeordnet ist.

Bei einem aus der USA.-Patentschrift 2 547 665 bekannten Drehspulinstrument ist an Stelle des bei dem magnetischen Kreis nach der Erfindung als einstückiger Körper mit eingesetztem Dauermagnet ausgeführten Weicheisenjoches lediglich ein entsprechend geformter, einstückiger Dauermagnet vorgesehen. Eine derartige Dauermagnetanordnung für Drehspulinstrumente mit Außenmagnet kann nur für einfache Instrumente verwendet werden, da der freiliegende Außenmagnet keinerlei Abschirmung gegen Fremdfeldeinflüsse aufweist. Darüber hinaus ist eine solche Anordnung teuer in der Herstellung, da der Dauermagnetwerkstoff schwierig zu bearbeiten und an sich wesentlich teurer ist als das bei dem magnetischen Kreis nach der Erfindung hauptsächlich verwendete Weicheisen.

Der magnetische Kreis nach der Erfindung weist demgegenüber weiter den Vorteil auf, daß zur Herstellung verschiedener Drehspulinstrumente mit jeweils unterschiedlicher Gesamtempfindlichkeit in ein gleich ausgebildetes Weicheisenjoch jeweils lediglich Dauermagnete mit unterschiedlicher Koerzitivfeldstärke eingesetzt zu werden brauchen. Durch dieses Baukastenprinzip ergibt sich eine wesentlich billigere Serienfertigung als beispielsweise bei dem aus der USA.-Patentschrift 2 547 665 bekannten Drehspulinstrument.

Das gemäß der Erfindung aus magnetisch weichem Material bestehende einstückige Joch bildet eine wirkungsvolle Abschirmung für den bzw. die Dauerma-

gnete gegen störende äußere Einflüsse und verringert außerdem die Wirkung der von den Dauermagneten erzeugten äußeren Streufelder.

In Weiterbildung der Erfindung ist der den Dauermagnet aufnehmende Bereich ein eine geschlossene innere Umfangsfläche aufweisender Durchbruch in dem Joch. Bei dem erfindungsgemäßen Joch ist deshalb die maschinelle Bearbeitung einfacher als bei den bekannten Magnetsystemen, da die im wesentlichen zylindrische Bohrung einen in sich geschlossenen Linienzug darstellt und da besondere Halterungsmittel für die Polschenkel wegen des einstückigen Jochaufbaues entfallen.

Auf Grund des einstückigen Aufbaues des Joches ist ein mit dem magnetischen Kreis nach der Erfindung ausgerüstetes Drehspulinstrument wesentlich kostengünstiger herstellbar und im Betrieb wesentlich zuverlässiger und robuster.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des magnetischen Kreises nach der Erfindung weist die Innenfläche des Durchbruches ebene, zueinander parallele und einander gegenüberliegende Polflächen auf, die an entsprechenden Polflächen des quaderförmig ausgebildeten Dauermagneten anliegen.

Gemäß der Erfindung befindet sich dabei eine der an dem Dauermagnet anliegenden Polflächen in der Nähe eines Abschnittes der Bohrung, während die andere Polfläche in größerem Abstand von der Bohrung an einem Teil des Joches angeordnet ist, von dem aus Pfade niedrigen magnetischen Widerstandes zu einem weiteren Abschnitt der Bohrung führen, der dem der einen Polfläche benachbarten einen Abschnitt gegenüberliegt.

Außerdem sind weitere Durchbrüche in dem Joch des magnetischen Kreises vorgesehen, welche so gestaltet und angeordnet sind, daß sie den magnetischen Widerstand des Teiles im Bereich der zylindrischen Bohrung und im Bereich der zwischen den Polen liegenden Flächen des Dauermagneten derart verändern, daß der größte Teil des Flusses des Dauennagneten von dessen von der zylindrischen Bohrung abgewandten Seite derjenigen Bohrungsseite zufließt, die der dem Dauermagneten bzw. der entsprechenden Anlagefläche des Joches benachbarten Seite der zylindrischen Bohrung gegenüberliegt.

Zweckmäßigerweise hat der Durchbruch zur Aufnahme des Dauermagneten in einer zu dessen Polachse senkrechten Richtung eine Breite, welche wesentlich größer ist als die Breite des Magneten selbst, so daß weite Luftspalte entstehen, welche sich längs der zwischen den Polflächen des Dauermagneten liegenden Seiten desselben erstrecken. Vorzugsweise reichen diese Luftspalte bis nahe an die zylindrische Bohrung heran, überschneiden sich mit dieser jedoch nicht.

Das Joch in dem magnetischen Kreis nach der Erfindung kann die Form eines massiven Körpers aus einem ferromagnetischen Werkstoff haben und beispielsweise ein Gußstück aus weichem Stahlguß oder aus Weicheisen sein. Andererseits kann das Joch auch durch ein Paket aus entsprechend geformten Blechen gebildet oder aus gesintertem Weicheisen hergestellt sein.

In Weiterbildung der Erfindung kann der stillstehende, zentrale Kern entweder ausschließlich aus magnetisch weichem Werkstoff bestehen oder aber auch selbst einen Dauermagneten enthalten, der so polarisiert ist, daß die beiden Magnete des Systems sich gegenseitig in ihrer Wirkung unterstützen und dadurch die gesamte magnetische Induktion in den bogenförmigen Luftspalten des Drehspulinstrumentes vergrößern.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 schematisch eine Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform des magnetischen Kreises nach der Erfindung zusammen mit der Drehspule, deren Drehlagerungen einer besseren Übersicht wegen weggelassen sind,

F i g. 2 eine Seitenansicht der in F i g. 1 dargestellten Teile,

F i g. 3 eine ähnliche Darstellung wie F i g. 1, welche eine weitere bevorzugte Ausführungsform des magnetischen Kreises nach der Erfindung zeigt,

F i g. 4 bis 6 Aufsichten auf weitere Abwandlungsformen des einstückigen Joches des magnetischen Kreises nach der Erfindung.

In den F i g. 1 und 2 der Zeichnungen ist mit der Bezugszahl 10 ein Joch bzw. Körper aus einem nicht magnetisierten ferromagnetischen Werkstoff bezeichnet, der annähernd rechteckige Gestalt hat und dessen ebene und zueinander parallele Vorder- bzw. Rückseiten mit 10 a bzw. 10 ό bezeichnet sind. Durch den Körper 10 erstreckt sich eine zylindrische Bohrung 11, deren Achse zu den Flächen 10 α und 10 b senkrecht verläuft. Die Bohrung 11 liegt in einer Mittellängsebene y nahe dem Ende 10 c des Körpers 10. Eine Durchbrechung 12 erstreckt sich von der Fläche

10 α nach der Fläche 10 b hin in einem zwischen der Bohrung 11 und dem gegenüberliegenden Ende 10 d gelegenen Bereich durch den Körper 10 hindurch.

Der Durchbruch 12 besitzt zwei einander gegenüberliegende ebene Abschnitte 13 und 14 seiner Innenfläche, welche mit der Vorderseite 10 α und 10 b des Körpers 10 und auch, mit der erwähnten Mittellängsebene y, in welcher auch die Achse der Bohrung

11 liegt, einen Winkel einschließen.

In dem Durchbruch 12 ist ein quaderförmiger Block 15 aus einem Dauermagnetmaterial so eingesetzt, daß dessen in entgegengesetzte Richtung weisende Polflächen 15« und 15 s jeweils an den entsprechenden Flächen 13 und 14 des Durchbruches 12 anliegen.

Der Durchbruch 12 ist in einer zu der Mittellängsebene und zu der hiermit zusammenfallenden Polarisationsrichtung des Dauermagneten 15 senkrechten Richtung bedeutend breiter als der Dauermagnetblock selbst, so daß zwei Luftspalte 16 und 17 entstehen, die sich jeweils längs der zwischen den Magnetpolen gelegenen Seiten 15 a und 156 des Dauermagneten 15 erstrecken. Diese Luftspalte 16 und 17 sind in Richtung auf die Bohrung 11 hin verlängert, so daß sie zwar bis nahe an diese heranreichen, sich mit dieser jedoch nicht überschneiden, wobei schmale, außerordentlich geringen Querschnitt aufweisende Stegbereiche 18 und 19 zwischen den Enden der Schlitze und der zylindrischen Bohrung stehen bleiben. Zwei weitere Durchbrüche 20 und 21, die in einer durch die Achse der Bohrung 11 gehenden Transversalebene χ liegen, durchdringen den Körper 10 derart, daß sie ganz nahe an den Enden der Schlitze 16 und 17 und an der Bohrung 11 liegen, die Schlitze und die Bohrung 11 jedoch an keiner Stelle auftrennen, wodurch wiederum Bereiche mit sehr

schmalem Querschnitt entstehen, die mit 22 und 23 bzw. 24 und 25 bezeichnet sind.

Auf Grund ihres geringen Querschnittes erreichen die Bereiche 18,19, 22, 23, 24 und 25 unter der Wirkung des von dem Dauermagnetblock 15 in dem Körper 10 erzeugten Flusses die Sättigung. Diese Bereiche ermöglichen demgemäß einerseits, daß der Körper 10 einstückig ausgebildet ist und daß die Bohrung 11 eine glatte, zylindrische Innenfläche aufweist, während sie andererseits die zylindrische Innenfläche der Bohrung 11 in zwei einander gegenüberliegende Abschnitte bzw. äußere Polflächen 11 a und 11 b wirkungsmäßig aufteilen und im übrigen die Verteilung des magnetischen Flusses innerhalb des Systems in ganz geringem Maße beeinflussen. Der magnetische Fluß verläuft von der Polfläche 15 s des Dauermagneten 15 zur Fläche 11 a, über den bogenförmigen Luftspalt 26, von hier aus durch einen zylindrischen, zentralen Kern 28, danach über den anderen bogenförmigen Luftspalt 27 zu der Fläche 11 b und kehrt dann auf dem Wege über die beiden Seitenschenkel 10 e und 10 / des Körpers 10 zu der oberen, ebenen Anlagefläche 13 zurück, die mit der anderen Polfläche 15 η des Magnetblockes Berührung hat. In Fig. 1 ist bei 29 die Drehspule des betreffenden Instrumentes angedeutet, die um die Achse der Bohrung 11 drehbar gelagert ist.

Durch geeignete Bemessung der jeweiligen Querschnittsflächen der einzelnen, zur Führung des magnetischen Flusses beitragenden Bereiche des Körpers 10 kann die in den jeweiligen Luftspalten 26 und 27 auftretende Dichte der radialen Kraftlinien entweder gleichförmig oder ungleichförmig gestaltet werden, wodurch eine entsprechende Gestaltung der Skala in Abhängigkeit von der Ablenkung der Drehspule bei verschiedenen Werten des Eingangsstromes erreicth wird. Die Durchbrüche 20 und 21 können, wenn sie in der dargestellten Weise in der durch die Drehachse der Drehspule gehenden Transversalebene χ liegen, auch in Verbindung mit der Anordnung der Drehspulenlagerung zu Befestigungszwekken u. dgl. verwendet werden.

Der Kern 28 kann entweder ein massives Stück aus einem nicht magnetisierten, magnetischen Material, beispielsweise aus Weicheisen oder weichem Flußstahl, sein oder auch gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung selbst einen Dauermagneten enthalten, wie dies beispielsweise in F i g. 3 der Zeichnungen angedeutet ist.

Bei dieser abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ist innerhalb des Zentralkernes ein Dauermagnet 30 angeordnet, wobei der übrige Teil des Kernes als eine den Dauermagneten umgebende Hülse aus magnetisch weichem Material ausgebildet ist und eine zylindrische Mantelfläche besitzt. Die Querschnittsflächen dieses Teiles sind in einer senkrecht zu der Polarisationsrichtung des Permanentmagneten ausgerichteten Ebene in geeigneter Weise verkleinert.

Das Vorhandensein des Dauermagneten 30 bewirkt, daß einander diametral gegenüberliegende zylindrische Mantelflächen, welche jeweils den entsprechenden Polbereichen des Dauermagneten 30 benachbart sind, zu Magnetpolen entgegengesetzter Polarität werden. Der Dauermagnet 30 ist so ausgerichtet, daß der durch ihn erzeugte magnetische Fluß in seiner Wirkung denjenigen Fluß unterstützt, der von dem Dauermagnetblock 15 in den gebogenen Luftspalten 26 und 27 erzeugt wird.

Die Kraftflußdichte bzw. die magnetische Induktion innerhalb der beiden Luftspalte 26 und 27 wkd auf diese Weise wesentlich erhöht, wodurch auch die Ablenkempfindlichkeit der Drehspule bei einem gegebenen Eingangsstrom heraufgesetzt wird. Durch entsprechende Bemessung und Ausbildung der einzelnen Aktivteile kann auch mit einem in dem Kern angeordneten Dauermagneten 30 die oben beschriebene Gleichförmigkeit der Kraftflußdichte in den jeweiligen Luftspalten 26 und 27 aufrechterhalten werden.

Die Abschnitte hohen magnetischen Widerstandes an einander diametral gegenüberliegenden Stellen der Bohrung 11 des Körpers 10, welche zur wirkungsmäßigen Trennung der einander gegenüberliegenden Polflächen lla und 116 dienen, können noch auf andere Weise gebildet sein als dies in den Fig. 1 bis 3 bereits dargestellt worden ist.

Fig.4 der Zeichnungen zeigt eine abgewandelte Form des Körpers bzw. Joches 10, bei welchem die Durchbrüche 20 und 21 der bereits oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung nunmehr mit den jeweils benachbarten Enden der Luftspalte 16 bzw. 17 Verbindung haben. Hierdurch entfallen die Bereiche 22 bzw. 23 der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung, und die Länge der geringen Querschnitt aufweisenden Bereiche 24 und 25 ist vergrößert. Eine derartige Ausbildung des magnetischen Kreises nach der Erfindung trägt zur besseren Linearität der Flußverteilung in den Luftspalten bei.

Fig. 5 der Zeichnungen zeigt eine andere Ausbildung des erfindungsgemäßen magnetischen Kreises, bei welcher die Durchbrüche 20 und 21 nach innen so erweitert sind, daß sie in die Bohrung 11 hineinreichen, so daß zwei einander diametral gegenüberliegende Schlitze 20 α bzw. 21 α gebildet werden, durch welche die Bereiche 24 bzw. 25 geringen Querschnittes der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wegfallen und nur noch die schmalen Bereiche 22 und 23 verbleiben.

In weiterer Abwandlung des der Erfindung zugrunde liegenden Gedankens sind, wie aus Fi g. 6 der Zeichnungen hervorgeht, die Schlitze 16 und 17 so kurz gehalten, daß sie genau oder ungefähr auf der Höhe der an dem Dauermagnet 15 anliegenden Fläche 14 enden, während die Durchbrüche 20 und 21, wie in F i g. 6 bei 20 b und 21 b angedeutet, nach oben und nach innen erweitert sind, so daß an ihren oberen Enden nur die Bereiche 22 α und 23 α geringen Querschnittes stehenbleiben. Außerdem bilden die Durchbrüche 20 und 21 eine Überschneidung mit der Bohrung 11, wie aus Fig. 6 der Zeichnungen ersichtlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Magnetischer Kreis für Drehspulinstrumente mit einem Joch aus magnetisch weichem-Material, in welchem eine im wesentlichen zylindrische Bohrung mit zwei einander diametral gegenüberliegenden, den Arbeitsluftspalt des Drehspulinstrumentes nach außen begrenzenden, teilzylindrischen Polflächen gebildet ist, die von Durchbrüchen in dem Joch festgelegt sind, welche den magnetischen Widerstand in ihrer Nähe beeinflussen, und mit einem in der Bohrung konzentrisch angeordneten, die Drehspule tragenden ferromagnetischen Kern sowie mit einem in dem Joch angeordneten Dauermagnet, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch (10) ein einstückiger Körper ist, der derart in sich geschlossen ist, daß die Bohrung (11) den Kern (28) vollständig umschließt, und daß der Dauermagnet (15) in einem Bereich (12) innerhalb eines nach außen magnetisch abschirmenden Feldlinienrückschlusses (10 e, 10 f) des Joches angeordnet ist.

2. Magnetischer Kreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (12) ein eine geschlossene innere Umfangsfläche aufweisender Durchbruch in dem Joch ist.

3. Magnetischer Kreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Durchbruches (12) ebene, zueinander parallele und einander gegenüberliegende Polflächen (13, 14) aufweist, die an entsprechenden Polflächen (15/1, ISs) des quaderförmig ausgebildeten Dauermagneten (15) anliegen.

4. Magnetischer Kreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine (14) der an dem Dauermagnet (15) anliegenden Polflächen (13, 14) in der Nähe eines Abschnitts (11 a) der Bohrung (11) befindet, während die andere Polfläche (13) in größerem Abstand von der Bohrung an einem Teil des Joches angeordnet ist, von dem aus Pfade niedrigen magnetischen Widerstandes zu einem weiteren Abschnitt (116) der Bohrung führen, der dem der einen Polfläche benachbarten einen Abschnitt (11 a) gegenüberliegt.

5. Magnetischer Kreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polachse des im Luftspalt zwischen dem Kern (28) und der Bohrung (11) von dem Dauermagnet (15) erzeugten Flusses mit der Polachse eines innerhalb des Kernes angeordneten Dauermagnets (30) zusammenfällt.