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Wirbeistromtachometer mit Temperaturkompensation Die Erfindung bezieht
sich auf ein Wirbelstromtachometer mit Temperaturkompensation, bei welchem der rotierende
Dauermagnetkörper aus einem Magnetmaterial mit geringer Permeabilität besteht, und
einem mit einer Anzeigevorrichtung versehenen Wirbelstromdrehkörper aus elektrisch
leitendem Werkstoff, welcher durch die von dem Dauermagnetkörper erzeugten wechselnden
Magnetfelder in Drehbewegung versetzt wird.
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Die Dauermagnetwerkstoffe mit geringer Permeabilität, wie z.B.
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Barium-, Strontium- oder Bleiferrit, besitzen ein relativ geringes
Energieprodukt, und die übliche Magnetisierung in axialer oder radialer Richtung
erzeugt ein verhältnismäßig schwaches Drehmoment in dem Wirbelstromdrehkörper.
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Der bisher der Anwendung dieser Werkstoffe in Wirbelstromtachometern
hauptsächlich entgegenstehende Nachteil besteht jedoch in der großen Temperaturabhängigkeit
dieser Werkstoffe. Darüber hinaus ändert sich bekanntlich auch die elektrische Leitfähigkeit
des Materials, aus dem der Wirbelstromdrehkörper besteht, entsprechend den auftretenden
Temperaturschwankungen. Es ist daher erforderlich, sowohl die Änderung des Magnetflusses
als auch die Leitfähigkeitaschwankungen aufgrund der Temperaturänderungen zu kompensieren.
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Dies erfolgte bisher durch Temperaturkompensationsmaterial, dessen
Permeabilität temperaturabhängig ist und welches ring-oder scheibenförmig ausgebildet
und so am Magneten angebracht ist, daß es einen Teil des magnetischen Flusses kurzschließt.
Bei Temperaturerhöhung nimmt die Permeabilität des Temperaturkompensationsmaterials
ab, um den Nutzfluß im Luftspalt konstant zu halten bzw. entsprechend der Abnahme
der elektrischen Leitfähigkeit des Wirbelstromdrehkörpers auszugleichen.
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Durch diese Temperaturkompensationsstücke wird der an sich schon relativ
kleine, wirksame Feldstärkegradient der vorgenannten Werkstoffe in dem Wirbelstromdrehkörper
noch mehr herabgesetzt.
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Darüber hinaus bereitet es Schwierigkeiten, den Temperaturfehler der
hier infrage kommenden Magnetmaterialien in einem Temperaturbereich von etwa 200
bis +80 0C optimal zu kompensieren, weil dieses Magnetmaterial eine sehr kleine
magnetische Leitfähigkeit besitzt, die etwa gleich derjenigen von Luft ist.
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Um diese Schwierigkeiten zu beheben, ist bereits eine Magnetanordnung
für Wirbelstromtachometer bekannt geworden, bei welcher ein scheiben- oder ringförmiger
Magnet eine axiale Magnetisierung aufweist und an den gegenüberliegenden Stirnflächen,
auf denen sich ein Nordpol und ein Südpol befinden, mit Polschuhen aus Weicheisen
versehen ist, deren Enden um 900 umgebogen sind, derart, daß an dem zylindrischen
Umfang des Magneten Polstücke mit abwechselnder Polarität entstehen und daß zwischen
dem Magneten und den Weicheisenpolschuhen ein zylindrischer Ring aus Temperaturkompensationsmaterial
angeordnet ist. Durch diese
zusätzliche Anordnung von besonders
geformten Polschuhen aus Weicheisen tritt eine Erhöhung der Herstellungskosten auf,
die bei dem hier infrage kommenden Massenartikel besonders ins Gewicht fällt.
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Bei den bekannten Wirbelstromtachometern hat man stets den Magneten
innerhalb des Wirbelstromdrehkörpers angeordnet und zusätzlich um den Wirbelstromdrehkörper
noch einen ferromagnetischen Rückschlußkörper gelegt, der entweder feststehend ist
oder mit dem auf der Antriebswelle befestigten zentralen Magneten umläuft. Diese
Ausbildung verursacht verhältnismäßig hohe Herstellungskosten. Darüber hinaus erfordert
die Befestigung des Temperaturkompensationsmaterials an dem Magneten besondere Maßnahmen,
wie z.B. Schweißen, Einpressen und dgl., was die Herstellung zusätzlich verteuert.
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Entgegen dem von der Fachwelt üblicherweise beschrittenen Weg weicht
die vorliegende Erfindung grundsätzlich von dieser Entwicklungsrichtung ab.
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Unter Vermeidung dieser Nachteile ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Wirbelstromtachometer mit Temperaturkompensation zu schaffen, bei
welchem der rotierende Dauermagnetkörper aus einem Magnetmaterial mit geringer Permeabilität
besteht, das einen einfachen Aufbau bei hohem Drehmoment aufweist und mit geringen
Kosten hergestellt werden kann, einen geringen Aufwand an Temperaturkomdqenationsmateria,enötigtundtrotzdem
eine optimale Temperaturkompensation in dem vorgeschriebenen Temperaturbereich
sicherstellt
und eine einfache Befestigung des Temperaturkompensationsteils an dem Dauermagneten
ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Dauermagnetkörper
aus gespritztem oder gepreßtem, kunststoffgebundenem, anisotropem Dauermagnetwerkstoff,
der in der Richtung seiner bevorzugten Magnetisierung ausgerichtet ist, besteht
und ring-oder topfförmig ausgebildet ist und der Wirbelstromdrehkörper innerhalb
dieses Dauermagnetkörpers so angeordnet ist, daß die Innenwandung des Dauermagnetkörpers
der äußeren Seitenfläche des Wirbelstromdrehkörpers gegenübersteht und die Innenwandung
des Dauermagnetkörpers mit Polen wechselnder Polarität so aufmagnetisiert ist, daß
die aus den Polen austretenden Kraftlinien im Arbeitsluftspalt einen bogenförmigen
Verlauf aufweisen und die Seitenflächen des Wirbelstromdrehkörpers durchsetzen,
und daß ein bandförmig ausgebildetes, dünnes Temperaturkompensationsteil auf der
gesamten magnetisierten Innenwandung des Dauermagnetkörpers innerhalb des wirksamen
Luftspaltes zwischen Dauermagnetkörper und Wirbelstromdrehkörper angeordnet ist.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung ist das Temperaturkompensationsteil
auf dem Dauermagnetkörper innerhalb des wirksamen Luftspaltes, d.h. zwischen der
magnetisierten Innenwandung des Dauermagnetkörpers und dem Wirbelstromdrehkörper
angeordnet. Dies führt zwar zu einer an sich nicht gewünschten Vergrößerung des
Luftspaltes, wenn die Permeabilität des Temperaturkompensationsteils bei steigender
Temperatur abnimmt. Es wurde Jedoch in überraschender Weise festgesbellt, daß durch
die
erfindungsgemäße Ausbildung keine nachteilige Beeinflussung des Wirbelstromdrehmoments
auftritt, weil das Temperaturkompensationsteil durch die mehrpolige Magnetisierung
als dünnes Band ausgebildet werden kann, so daß seine Dicke kleiner als 0,6 mm,
vorzugsweise 0,2 bis 0,3 mm, sein kann.
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Ein weiterer Vorteil ist bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführung
des Temperaturkompensationsteils darin zu sehen, daß dieses aus dünnem Band besteht
und daß ein Bandabschnitt in einfacher Weise in den ringförmig oder topfförmig ausgebildeten
Dauermagnetkörper eingelegt werden kann, wo es sich unter einer Federspannung an
die Innenwandung gleichmäßig anlegt. Zur Sicherung seiner Lage kann es mit bekannten
Schnellklebern fixiert werden.
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Durch die während des Betriebes entstehende Zentrifugalkraft wird
das bandförmige Temperaturkompensationsteil an die Wandung angedrückt, wo es sich
abstützt.
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Durch diese Maßnahme wird eine sehr einfache Montage erreicht, die
zu einer beachtlichen Senkung der Herstellungskosten führt.
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In ähnlicher Weise kann auch ein bandförmiger Eisenrückschlußring
eingesetzt werden, der sich an einen stufenförmigen Absatz innerhalb des Dauermagnetkörpers
anlegt. Bekanntlich erhöhen mitlaufende Rückschlußringe das Drehmoment erheblich.
Es wurde jedoch festgestellt, daß bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführung
der aus den Polen austretende Kraftlinienverlauf so günstig ist, daß auch ohne einen
solchen Rückschlußring das Drehmoment und auch die Dämpfung hinreichend groß sind.
Bei Fortfall dieses Rückschlußringes
tritt eine weitere Kostenersparnis
auf.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführung
besteht darin, daß der aus Dauermagnetwerkstoff und Kunststoffbindemittel bestehende
Dauermagnetkörper ein geringes spezifisches Gewicht aufweist, so daß der gesamte
Magnet ein verhältnismäßig geringes Gewicht besitzt; dadurch werden die Lager wenig
belastet.
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Durch die maßgerechte Herstellung im Spritz- oder Pressverfahren weist
der Magnet praktisch keine Unwucht auf.
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Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung erläutert: Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch das Wirbelstromtachometer
nach der Erfindung, wobei in der linken Schnitthälfte der Dauermagnetkörper ringförmig
und in der rechten Schnitthälfte topfförmig ausgebildet ist.
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Das Wirbelstromtachometer ist von einem Gehäuse 1 umgeben, das in
der Zeichnung nur teilweise dargestellt ist und z.B. aus Kunststoff bestehen kann.
Durch das Gehäuse ragt die Antriebswelle 2 die entsprechend der Geschwindigkeit
des Fahrzeugs gemäß der durch einen Pfeil angedeuteten Richtung in Umlauf versetzt
wird. Am oberen, abgesetzten Ende 3 der Antriebswelle ist der ringförmig ausgebildete
Dauermagnetkörper 4a über ein Halterungsteil 5 befestigt, wie aus der linken Schnitthälfte
ersichtlich ist.
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Der Dauermagnetkörper kann auch als topfförmiger Dauermagnetkörper
4b ausgebildet sein, der einen nach innen gezogenen, direkt angeformten Flansch
6 aufweist, mit dem er auf dem abgesetzten Ende 3 der Antriebswelle 2 direkt befestigt
ist, wie aus der rechten Schnitthälfte der Zeichnung hervorgeht.
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Auf der magnetisierten Innenwandung 23 des ring- oder topfförmig ausgebildeten
Dauermagnetkörpers 4a bzw. 4b ist das bandformig ausgebildete Temperaturkompensationsteil
7 angeordnet und beispielsweise durch Kleben befestigt.
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Über der Antrieb 3 welle 2 befindet sich frei drehbar-die Zeigerdrehachse
8 in einer Zapfenlagerung 9. Auf der Zeigerdrehachse ist der glockenförmig ausgebildete
Wirbelstromdrehkörper 10 z.B. aus Aluminium mittels einer Befestigungsbuchse 11
befestigt.
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Der Wirbelstromdrehkörpor taucht mit seiner Seitenfläohe 12 in den
Innenraum des ring- oder topfförmig ausgebildeten Dauermagnetkörpers 4a bzw. 4b
ein, derart, daß die gesamte Innenwandung 23 des Dauermagnetkörpers der äußeren
Seitenfläche des Wirbelstromdrehkörpers mit einem dazwischen liegenden Luftspalt
13 gegenübersteht.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein an sich nicht unbedingt
erforderlicher Eisenrückschlußring 14 vorgesehen, der sich an einem stufenförmigen
Absatz 15 des Halterungsteils 5 abstützt oder in eine eingeformte Nut 16 des topfförmig
ausgebildeten Dauermagnetkörpers 4b eingreift.
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Auf der Drehachse 8 ist der Zeiger 17 befestigt, der sich über dem
Skalenteil 18 bewegt. Ferner ist die Drehachse 8 von einer
Spiralfeder
19 umgeben, deren inneres Ende 20 an der Drehachse und deren äußeres Ende 21 an
einem feststehenden Teil 22 des Gehäuses 1 befestigt ist.
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Der ringförmige oder topfförmige Dauermagnetkörper 4a bzw. 4b besteht
aus einer Mischung eines anisotropen Dauermagnetwerkstoffes mit einem spritz- oder
preßfähigen Kunststoffbindemittel.
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Diese Mischung wird unter Einwirkung eines magnetischen Richtfeldes
durch Spritzen oder Pressen zu dem festen Dauermagnetkörper verformt.
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Die Innenwandung 23 des Dauermagnetkörpers 4a bzw. 4b ist mit Polen
wechselnder Polarität derart aufmagnetisiert, daß die Kraftlinien von Pol zu Pol
bogenförmig den Innenraum durchqueren, wobei sie die Seitenflächen 12 des Wirbelstromdrehkörpers
10 und den Eisenrückschlußring 14 durchdringen.
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Wird der ringförmige oder topfförmige Dauermagnetkörper 4a bzw. 4b
mit dem Eisenrückschlußring in Rotation versetzt, so wird der Wirbelstromdrehkörper
10 mit dem Zeiger 17 infolge der Bildung von Wirbelströmen in dem Wirbelstromdrehkörper
mitgenommen und gegen die Kraft der Spiralfeder 19 in der durch einen Pfeil angezeigten
Richtung verdreht, wobei der Zeigerausschlag entsprechend der Steigerung der Umlaufgeschwindigkeit
der Antriebswelle zunimmt.