DE1984959U

DE1984959U - Vorrichtung zur kontaktlosen uebertragung von elektrischen messwerten.

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Publication number: DE1984959U
Application number: DED36530U
Authority: DE
Original assignee: Dienes & Co K G
Current assignee: Dienes & Co K G
Priority date: 1967-09-09
Filing date: 1967-09-09
Publication date: 1968-05-02

Description

P.A. 520171*-9.9,67

PATENTANWALT

DIPL. TNQ. AMTHOR

FBANEFUBT AM MAIN

β B¹TtANKFTJBT A. M. 7·9°1967

TELEJOK (0611) 55 20 23

MITTELWEG 13 POSTSOHI.IES9FACH H088

9753 III/O.

Firma Dienes & Co„KG_f Mühlheim/Main, Müllerweg 11

Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von elektrischen Messwerten

Die Feuerung betrifft eine Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von elektrischen Messwerten von einem drehbaren Maschinenteil auf eine feststehende Messanordnung^ mit einem im drehbaren Maschinenteil angeordneten Messwertgeber und induktiver Kopplung zwischen Messwertgeber und Messanordnung«.

Vorrichtungen der genannten Irt sind bekannt und mit ihnen wird die sich auf vielen Gebieten der Technik stellende Auf« gäbe gelöst, physikalische Grossen (beispielsweise !Temperaturen) an rotierenden Seilen zu messen bzw. solche Grossen zu regeln* Häufig ist hierbei eine direkte Übertragung des Messwertes vom rotierenden Teil zur Mess« oder Regeleinrichtung schwierig oder unzweckmässig, da sieh die übertragenden Teile, z*B« Schleifringe, abnützen und ihren Übergangswiderstand ändern« Aus diesem Grund wird eine kontaktlose Messwertübertragung ^;

bevorzugt.

Für die kontaktlose Übertragung von Messwerten, die sich beispielsweise bei der Temperaturmessung an rotierenden Teilen ergeben* sind die folgenden Systeme bekannts

Infrarotmessung mit Strahlungsmessgerätenj, drahtlose Übertragung mit Sendern? induktive Übertragung»

Die ersten beiden Systeme sind bei ausreichender Genauigkeit der Übertragung sehr aufwendig, kostspielig und störanfällig und somit in ihrer Anwendbarkeit begrenzt„ Mit dem zuletzt genannten System kann man dagegen bei normalem Aufwand sehr gute Ergebnisse erzielen*, wobei hier wiederum zwei verschiedene Verfahren bekannt sind» Das erste Verfahren benutzt die Phasenverschiebung einer R-Ö-Brücke im rotierenden Teil durch einen Widerstandsmessfühlers, dih₀ einen temperaturabhängigen Widerstände Dabei wird eine Wechselspannung bekannter frequenz über einen Messkopf auf das rotierende Teil übertragen und die phasenverschobene Spannung der R-C-Brücke über einen zweiten Messkopf entnommen und einem Phasendiskreminator zum Vergleich zugeführt* Die Differenz der Phasenwinkel nach Richtung und G-rösse kann über einen entsprechenden Verstärker zur Regelung der Temperatur des rotierenden Teiles benutzt werden,» Der wesentliche Kaehteil dieses Phasenvergleiehsverfahrens besteht darin, dass eine Absolutmessung der Temperatur bzw«,_.."; ,

des Messwertes sehr schwierig ist_? was bedeutet,, dass das Verfahren nur zum Eegeln_s aber nicht zum Messen benutzt v/erden kann.

Beim zv/eiten Verfahren wird eine Weohselstrommessbrücke im rotierenden Teil benutzt, deren einer Zweig ebenfalls ein Widerstandsmessfühler ist* Die Übertragung erfolgt auch hier in ähnlicher Weise wie vorher beschrieben_o Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass eine Änderung des Luftspaltes zwischen feststehendem und rotierendem Teil wesentlich in die Übertragung mit eingeht;, wobei sich solche Luftspaltänderungen zwangsläufig im Betrieb durch Verschleiss der lager des rotierenden Teils"ergeben, so dass in vielen lallen die Anwendung dieses Verfahrens nicht möglieh bzw» empfehlensYuert ist»

Mit der vorliegenden Neuerung soll demgemäss die Aufgabe gelöst werden., eine Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von elektrischen Messwerten der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen luftspalt und-Übertragungscharakteristik von Änderungen der Lager des rotierenden Teils weitgehend unabhängig sind unter Berücksichtigung der Anwendbarkeit der Vorrichtung sowohl für Messungs» als auch für Regelungsaufgaben«

Diese Aufgabe ist mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst _s die nach der Neuerung dadurch gekennzeichnet 'ist, dass das. drehbare Maschinenteil mit einem Spulen-

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träger aas nichtmagnetischem Material gleichachsig verbunden ist und dass der Spulenträger in den luftspalt mindestens eines aus einem Eisenkern "bestehenden Übertragers kontaktlos derart eingreifend angeordnet, dass die Spule des Spulenträgers bei dessen Drehung den vom Eisenkern umschlossenen freien Querschnitt ausserhalb des Luftspaltes durchläuft₀

Diese prinzipielle Lösung kann in verschiedenen Vorrichtungsausbildungen ihren niederschlag in der Praxis finden? wobei eine Vorrichtung dieser Art dadurch gekennzeichnet ist«, dass der Spulenträger scheibenförmig ausgebildet ist und im Bereich seines Eingriffes in den Luftspalt des Eisenkernes ein ϊ-förmiges Querschnittsprofil aufweist, wobei auf dem Quersteg die Spule angeordnet ist und der Basissteg den Luftspalt des Eisenkernes durchgreift«

Eine andere A us führ ungs form besteht darin«, dass der Eisen«-* kern als Topfkern, bestehend aus zwei gegeneinander gesetzten Hälften mit jeweils E~förmigem Querschnitt, ausgebildet ist und dass der Spulenträger als im von den Mittelstegen begrenzten Luftspalt drehbare Scheibe ausgebildet ist, an der seitlich, den einen Mittelsteg kontaktlos umgreifend, die Messwertgeberspule angeordnet ist, während die andere"-Spule,; die mit der Messanordnung in Verbindung steht_s den anderen Mittelsteg des lopfkernes umgreift,»

Eine weitere Ausführungsf'örm der- Vorrichtung besteht darin$

dass der Eisenkern als E_Eern mit Abdeckung aasgebildet ist und dass der Spulenträger als im vom Mittelsteg des E-Kernes und der Abdeckung begrenzten Luftspalt drehbar angeordnete Scheibe ausgebildet ist, an der seitlich*» den Mittelsteg des Ε-Kernes kontaktlos umgreifend, die Messwertgeberspule sitzte, während die andere Spule, die mit der Messanordnung in Verbindung steht, den Mittelsteg an seiner Basis umgreift*

Einzelheiten dieser Yorriehtungsausführungsformen werden nachfolgend an Hand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert«

In dieser Darstellung zeigt

Figo. 1 schematisch in Seitenansicht eine Ausführungsform der neuartigen Vorrichtung5

lig. 2 schematisch in Draufsicht die eine Hälfte der Vorrichtung gemäss Pig« 1 j ■

Pig» 3 eine andere Ausführungsform der neuartigen Vorrichtung?

lig· 4 sehematisch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung ι

lig* 5 das Schaltbild der feststehenden Messanordnung,- wie sie den Vorrichtungen nach den liguren 1 bis 4 zuzuordnen ist, und -....■-'.

■ .- β « ■ ■ - ;

Fig. 6 eine etwas abgewandelte Schaltungsausbildung der feststehenden Messanordnung*,

Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsforaien der neuartigen Vorrichtung sind insbesondere für die Kombination sogο elektrischer Rollenheizer bestimmt_P die in der Kunst- fasertechnik zur WarmverStreckung beispielsweise synthetischer Fäden? Bänder oder Folien benötigt werden., wobei das zu. behandelnde Material über die Laufkörper derartiger elektrisch beheizter Rollen oder Walzen geführt wird* Die rotierenden Spulenträger sitzen dabei auf den Achsen der Streckrollen bzw» Streckwalzen* Selbstverständlich kann die neuartige Vorrichtung auch in Verbindung mit anderen und für andere Zwecke bestimmte rotierenden Maschinenteilen zur Anwendung gebracht werden« Bei allen Ausführungsformen sitzen die Spulenträger grundsätzlich auf einer Hohlwelle '21, die gleichzeitig als Welle für das drehende Maschinenteil dient und durch die die leitungen.vom Messwertgeber zur .mit dem Spulenträger rotierenden Spule geführt sind«, Gemäss der Figuren 1 und 2 ist diese Ausführungsform derart ausgebildet, dass der Spulenträger 1 scheibenförmig ausgebildet ist und im Bereich seines Eingriffes in den Luftspalt 2 des Eisenkernes ein T-förmiges Querschnittsprofil aufweist^ wobei auf dem Quer* steg 4 die Spule 5 angeordnet ist und der Basissteg 6 den Luftspalt 2 des Eisenkernes 3 durchgreift_ö Diese Verhältnisse werden insbesondere a,us FigV 2 deutlich« Am feststehenden Eisenkern 3 ist ferner die mit dem Kern feststehende Spule 5 ^!

angeordnet., die mit ihren Leitungen 5" mit einer noch zu be schreibenden Messchaltung in Verbindung steht» Diese Ausfuhr ungsform der Torrichtung kann mit ein oder zwei Eisenkernen 3 und entsprechenden Spulen 5¹ ausgestattet werden.

Die Aus führ ungsform gemäss I¹Ig₀ 3 ist nach dem gleichen Prinzip aufgebaut, unterscheidet sich aber von der beschriebenen Ausführungsform dadurch,, dass der Bisenkern als Topfkern 79 bestehend aus zwei gegeneinander gesetzten Hälften 8j 8^! mit jeweils E-förmigem Querschnitts ausgebildet ist und dass der Spulenträger als im -von den Mittelstegen 9_S 9' begrenzten Luftspalt 10 drehbare Scheibe 11 ausgebildet ist_s an der seitlich^ den einen Mittelsteg 9* kontaktlos umgreifend«, die Hesswertgeberspule 12 angeordnet ist,, während die andere Spule 13» die mit der Messanordnung in Verbindung steht j den anderen-Mittelsteg 9 <äes Topf kernes 7 umgreift_o Zumindest der Mittelsteg 9* der Topfkernhälfte 8^f ist dabei mit einer Durchbrechung für den Durchgriff der Welle 21 ver~> sehen, an deren Ende die Scheibe 11 angeordnet ist«, Die Anschlüsse der feststehenden Spule 13 zur Messchaltung sind in diesem Falle nicht dargestellt*

Eine weitere Ausführ ungsform ist in ]?ig_e 4 verdeutlicht-, gemäss der der Eisenkern 14 als Ε-Kern mit einer Abdeckung 15 ausgebildet ist<> Der Spulenträger ist hierbei als im vom Mittelsteg 17 des Ε-Kernes und der Abdeckung 15 begrenzten luftspalt 18 drehbar angeordnete Scheibe 16 ausgebildet., an

der "seitlich., den Mittelsteg 17 des Ε-Kernes kontaktlos umgreifendy die Messwertgeberspule 19 sitzt, während die andere Spule 20, die mit der lesschaltung in Verbindung steht, den Mittelsteg 17 an seiner Basis umgreift_o Die Abdeckung ist mit einer Durchbrechung für den Durchgriff der Welle 21 versehen«

Je nach Benutzung von ein oder zwei Eisenkernen (siehe insbesondere Mg₀ 1) sind die Messchaltungsanordnungen gemäss der Figuren 5 und 6 aufgebaut_s wobei die Messanordnung gemäss Fig*. 5 bei einem Eisenkern-"beispielsweise gemäss Figo zur Anwendung kommt und die gemäss Figo 6 bei zwei Bisenkernen gemäss Fig* 1_O Abgesehen von der" etwas anderen Ausbildung im Übertragerbereich entsprechen sich die Schaltungen gemäss Fig. 5 und 6*

Grundsätzlich, ist die feststehende Spule bzwo sind die feststehenden Spulen in Keine geschaltet mit einem Messüberträger 22ρ an dessen Sekundärwicklung sich ein Messgleichrichter befindete Über einen zweiten Übertrager 24 oder direkt vom Generator 25 gelangt eine Vergleichsspannung an den Vergleichs* gleichrichter 26· Der Generator 25 <> der die gesamte Messanordnung speist., ist als Fiederfrequenzgenerator ausgebildet«" Wenn sich beispielsweise die Temperatur am rotierenden "Teil, wie Rollenheizer od.dglo,. ändert, so ändert sich der Widerstand des Messfühlers bzw* Messwertgebers 27 und da^it über die rotierenden Spulen die Impedanz der feststehenden Spule„

Infolgedessen ändern sieh Strom und Spannung am Messübertrager 22. Die Gleichspannung des Messgleichrichters 23 wi-rd nun mit der des Yergleichsgleichrichters 26 verglichen und ergibt hierdurch die eigentliche lesspannung an den Leitungsabgängen 2S₉ wobei nun nach Eichung in Abhängigkeit vom Widerstand des Messwertgebers 27 diese Spannung nun sowohl zur direkten Messung der Temperaturj als auch gleichzeitig zur Regelung benutzt werden kann·

Werden geringere Anforderungen an die Messgenauigkeit gestellt ₉ so kann die vom Yergleichsgleichrichter 23 abgegebene Spannung auch ohne Verwendung einer Yergleichsspannung (Wegfall der Elemente 24? 26) direkt verwendet werden»

Die neuartige Zuordnung der Spulenträger bei allen beschriebenen Ausführungsformen gewährleistet eine Konstanz des luftspalt es«, und bedingt durch diese -Konstanz und die Kopplung des Übertragers«, sowie die einfache Ausführung der Messchaltung kann mit relativ geringem Aufwand eine hohe Genauigkeit der Messwertübertragung erreicht werden<,

Claims

NT j.

Schutz ansprü oh e

1„ Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von elektrischen Messwerten von einem drehbaren Maschinenteil auf eine feststehende Messanordnung, mit einem im drehbaren Maschinenteil angeordneten Messwertgeber und induktiver Kopplung zwischen Messwertgeber und Messanordnung 5, dadurch gekennzeichnet ₉ dass das drehbare Maschinen« teil mit einem Spulenträger aus niehtmagnetischem Material gleichachsig verbunden ist und dass der Spulenträger in den Luftspalt mindestens eines«, aus einem Eisenkern bestehenden Übertragers kontaktlos derart eingreifend angeordnet ist, das-s die Spule des Spulenträgers bei dessen Drehung d.en vom Eisenkern umschlossenen freien Querschnitt ausserhalb des Luftspa,ltes durchläuft»
2. Torrichtung nach Anspruch 1₅ dadurch gekennze i chnet , dass der Spulenträger (1) scheibenförmig ausgebildet ist und im Bereich seines Eingriffes in den Luftspalt (2) des Eisenkernes (3) ein T~förmiges Querschnittsprofil aufweist, wobei auf dem Quersteg (4) die Spule (5) angeordnet ist, und der Basissteg (6) den Luftspalt (2) des Eisenkernes (3) durchgreift*

3· Vorrichtung nach Anspruch "!.,dadurch gek e.n-n ζ e i c h net, dass der Eisenkern als Topfkern (7)ρ bestehend aus zwei gegeneinander gesetzten -

2 —

Hälften (8_? 8¹) mit jeweils E~förmigem Querschnitt aasgebildet ist und dass der Spulenträger als im von den Mittelstegen (9? 9^f) begrenzten Luftspalt (10) drehbare Scheibe (11) ausgebildet ist_? an der seitlich_s den einen Mittelsteg (9^T) kontaktlos umgreifendj die Messwertgeber·* spule (12) angeordnet ist₉ während, die andere Spule (13) * die mit der Messanordnung in Verbindung steht₉ den anderen Mittelsteg (9) des Topfkernes (7) umgreifte

4c Vorrichtung nach Anspruch 1_S dadurch gekennzeichnet j, dass der Eisenkern (14) als. Ε-Kern mit Abdeckung (15) ausgebildet ist und dass der Spulenträger als im vom Mittelsteg (17) des Ε-Kernes und der Abdeckung (15) begrenzten Luftspalt (18) drehbar angeordnete Scheibe (16) ausgebildet ist., an der seitlich., den Mittelsteg (17) des Ε-Kernes kontaktlos umgreifendj die Messwertgeberspule (19) sitzt_s während die andere Spule (20), die mit der Messanordnung in Verbindung steht ₉ den Mittelsteg (17) an seiner Basis umgreift.