DE2428022A1

DE2428022A1 - Verfahren und vorrichtung zur pruefung der windungszahl einer spule

Info

Publication number: DE2428022A1
Application number: DE19742428022
Authority: DE
Inventors: Colin Boardman; Ronald Frederick Spurr; John Yewen
Original assignee: H Tinsley and Co Ltd
Current assignee: H Tinsley and Co Ltd
Priority date: 1973-06-19
Filing date: 1974-06-12
Publication date: 1975-01-23
Also published as: GB1428689A; US3953791A

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

H. linsley & Go* 200/312

Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung der Windungszahl einer Spule

Die Windungszahl des Drahtes auf einer Spule, beispielsweise für kleine Transformatoren und DroSSeIn₄ kann durch Vergleich dec iti der Spule induzierten Spannung mit einer Bezugsspannung bestimmt werden, die beispielsweise von einer Bezugsspule mit bekannter Windungszahl abgeleitet wird. Eine der Schwierigkeiten, um diese Messung wirtschaftlich durchführen zu können, besteht darin, daß die zu messenden Spulen von einander unterschiedliche Abmessungen und auch von der Bezugsspule abweichende Abmessungen haben können, falls eine Bezugsspule für die Vergleichszwecke verwendet wird. Die Spulen umfassen daher je nachdem mehr oder weniger magnetischen Fluß, und die Genauigkeit der Messung wird erheblich gestört, es sei denn,

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daß sorgfältige Abschirmverfahren benutzt werden, wodurch die Kosten und Schwierigkeiten der Handhabung erhöht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und ein Gerät zur Prüfung der Windungszahl einer Spule zu schaffen, wobei das Gerät wirtschaftlich hergestellt werden kann, leicht in der Handhabung ist und eine annehmbare Meßgenauigkeit bietet.

Die gestellte Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß ein Stab magnetisch so erregt wird, daß um ihn herum ein räumlicher, sich nach einer Richtung des Stabes hin verjüngender Bereich geschaffen wird, in dem ein gleichmäßiges magnetisches Feld herrscht, und daß von einer in diesem Bereich befindlichen, zu prüfenden Spule ein Haß für die incfecSpule induzierte Spannung abgeleitet wird.

Vorzugsweise wird die abgeleitete Spannung mit einer Bezugsspannung verglichen, um ein Maß für die Windungszahl der zu. prüfenden Spule abzuleiten.

Es ist von Vorteil, die Bezugsspannung in Abhängigkeit von Schwankungen der zur Erzeugung des gleichmäßigen Feldes dienenden Erregung zu ändern.

Ein Gerät zur Durchführung des Verfahrens ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetisierbarer Stab und einem diese zugeordnete Erregerspule zur Erzeugung eines magnetischen Plusses in dem Stab vorgesehen ist, daß dem Stab zwei in seiner Achsrichtung einen Abstand von einander aufwei- ,

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sende Kompensatiqnsspulen zugeordnet sind, durch deren Erregung der Eluß so beeinflußbar ist, daß zwischen den Spulen um den Stab herum ein Zwischenraum gebildet wird, in dem der ELuß etwa gleichmäßig ist, und daß eine Auflage für eine zu prüfende Spule in diesem Zwischenraum vorgesehen ist.

Da in einem gegebenen Bereich von Spulengrößen die zu prü- '.. fende Spule in Achsrichtung lang aber von geringem Außendurchmesser sein kann, oder aber in Achsrichtung kurz istjdafür aber einen großen Außendurchmesser besitzt, sind die Kompensationsspulen vorzugsweise so angeordnet und bemessen, daß der Zwischenraum, in dem sich ein gleichmäßiger Pluß ausbildet, etwa kreisförmigen Querschnitt in einer zur Stabachse senkrechten Ebene hat, wobei der Durchmesser in einer Richtung der Stabachse abnimmt. Der Zwischenraum hat somit etwa konische Eorm.

Es Ist weiterhin von Torteil, wenn der Außendurchmesser der einen Kompensationsspule wesentlich kleiner als der der anderen Kompensationsspule ist, wobei der Außendurchmesser der Kompensationsspule so bemessen ist, daß die zu prüfende Spule darüber hinweg auf die Auflage schiebbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gerätes ist die Erregerspule um den Stab gewickelt, und die eine Kompensationsspule ist ebenfalls um den Stab an einem Ende von diesem gewickelt und hat keinen größeren Durchmesser als die Erregerspule, so daß die zu prüfende Spule bei Einführen in idas Gerät über die Kompensationsspule hinweg in eine die Erregerspule umgebende Lage schiebbar ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Stab mit der einen Kompensationsspule

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und der Erregerspule in Kunststoff eingebettet wird, so daß ein einheitlicher Gegenstand gebildet wird, der in ein Gestell einsetzbar ist, das die Auflage und die andere Kompensationsspule enthält.

Dabei sind Mittel zur Erregung der Erregerspule undder Kompensationsspulen vorgesehen sowie Mittel zur Ableitung eines Maßes für die Spannung, die in einer auf der Auflage befindlichen Spule induziert wird, und Vergleichsmittel für den Vergleich der induzierten Spannung mit einer Bezugsspannung, um ein Maß für die Windungszahl der auf der Auflage ruhenden Spule zu schaffen.

Dabei ist es auch von Torteil, Korrekturmittel vorzusehen, die auf Schwankungen bei den Erregermitteln ansprechen und die Bezugsspannung so modifizieren, daß solche Schwankungen kompensiert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Gerätes und

Fig. 2 das in Pig. 1 dargestellte Gerät mit dem

zugehörigen Schaltbild.

Das in Fig. 1 dargestellte Gerät besteht aus einem Weicheisenstab 1, der auf dem größten Seil seiner Länge linear mit

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einer Erregerspule 2 bewickelt ist. Die Erregerspule 2 hört kurz vor dem einen Ende, des Stabes 1 (dem oberen Ende in Pig. 1) auf, und um dieses obere Ende ist eine erste Kompensations- ^: spule 3 gewickelt, die mehrere Lagen aus einem dünneren Draht ' als die Errgerspule 2 aufweisen kann, so daß ihr Außendurcb- ' messer nicht größer als der der Erregerspule 2 ist. Der Stab 1, die Erregerspule 2 und die Kompensationsspule 3 sind in Kunststoff material (nicht dargestellt) eingebettet und bilden einen einheitlichen Gegenstand. Ein Gestell 4 enthält, eine kreisförmige Auflageplatte 5 aus Kunststoffmaterial mit einem Mittelloch 6 und einem zylindrischen, nach unten weisenden Ring 7» der einen kleineren Durchmesser als die Auflageplatte 5 bat. Auf den Ring ist eine zweite Kompensationsspule 8 aufgewickelt, die von einem äußeren zylindrischen Ring 9 umgeben ist, der an einer Grundplatte 10 und der Auflageplatte 5 befestigt ist. Der Innendurchmesser der Kompensationsspule 8 ist beträchtlich größer als der Außendurchmesser der Spulen 2 und 3. Der Stab 1 verläuft durch das Loch 6, und sein unteres Ende kann mit Gewinde versehen sein, so daß es in die Grundplatte 10 eingeschraubt werden kann, doch kann auch eine andere Befestigungsmöglichkeit vorgesehen werden. Das untere Ende der Erregerspule 2 erstreckt, sich bis unter die Auflageplatte 5 und vorzugsweise ist wenig- ; stens ein Viertel der axialen Länge der Erregerspule 2 unterhalb der Ebene, die senkrecht zur Stabachse verläuft und die : obere Windung der Kompensationsspule 8 enthält. Da der Stab 1 zusammen mit der Erregerspule 2 und der Kompensationsspule 3 eine Einheit bildet, die aus dem Gestell "4 herausnehmbar ist, können mehrere solcher Stäbe für dasselbe Gestell vorgesehen sein, je nach Größe der zu messenden Spulen.

Es sei bemerkt, daß der von der Erregerspule 2 erzeugte ELuß wegen des Streuflusses zwischen den Enden des Stabes 1 nicht

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die erwünschte gleichmäßige räumliche Verteilung aufweist. Bei dem "beschriebenen Gerät sind alle Spulen koaxial zum Stab 1 angeordnet und durch Erregung der Kompensationsspulen 3 und 8 kann der Streufluß innerhalb eines Raumes um die Stabachse 1 neutralisiert werden, so daß dieser Raum einen kreisförmigen Querschnitt hat, dessen Durchmesser in Richtung von der Spule 8 zur Spule 3 abnimmt. Dieser Raum kann annähernd als ein Konus betrachtet werden, was durch die gestrichelten Linien 11 angedeutet ist, und in diesem Raum können zu prüfende Spülen angeordnet werden, die lang und dünn oder kurz und dick sind. Jede Spule, die über die Erregerspule 2 paßt, paßt auch über die Kompensationsspule 3, so daß zu prüfende Spulen über das obere Ende des Stabes 1 in rascher Folge auf die Auflageplatte 5 geschoben und die Messung durchgeführt werden kann, ohne daß irgendwelche Seile des Gerätes entfernt werden müssen oder eine besondere Erfahrung und Fertigkeit notwendig ist. Im Betrieb arbeitet das in Fig. 1 dargestellte Gerät mit einer. Wechselspannungsquelle 12 (Pig· 2), die über einen mit Anzapfungen versehenen Widerstand' 13 zwei , Transformatoren H und 15 einspeist, die jeweils äie Erregerspule 2 und die Kompensationsspulen 3 und 8 mit Strom versorgen, wobei die letzteren in Reihe geschaltet sind und eine von ihnen vorzugsweise ..mit Anzapfungen versehen ist, damit das Verhältnis der Spulen 3 und 8 eingestellt werden kann. Über den angezapften oder einstellbaren Widerstand 13 können die der Erregerspule 2 und den Kompensationsspulen 3 und 8 zugeführten Spannungen in bezug aufeinander eingestellt werden, und hierdurch kann in Verbindung mit der Einstellung des Verhältnisses der Spulen 3 und 8 das Gerät so eingerichtet werden, daß in dem durch die gestrichelten Linien 11 in Pig. 1

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angedeuteten Raum eine gleichmäßige Flußverteilung herrscht. Nachdem diese Einstellung erfolgt ist, wird eine Bezugsspule 16 mit "bekannten Parametern über das obere Ende des Stabes 1 "bis auf die Auflageplatte 5 geschoben, die eine Bezugsebene bildet. Die in der Bezugsspule 16 induzierte Spannung wird einem Verstärker 17 zugeführt, dem ein veränderbarer Widerstand 18 zugeordnet ist, der eine Auswahl verschiedener Spannungsbereiche ermöglicht. Der Ausgang des Verstärkers 17 wird über einen linearen Gleichrichter 19 einem digitalen Anzeigeinstrument 20 zugeführt, das eine geeignete Anzeige liefert. Es wird damit von der Bezugsspule 16 eine Bezugsspannung abgeleitet, und diese Spannung wird in.dem Anzeigeinstrument gespeichert. Dann wird die Bezugsspule 16 durch eine zu prüfende Spule ersetzt und die in dieser Spule induzierte Spannung wird mit der Bezugsspannung in dem Anzeigeinstrument 20 verglichen, das als Ergebnis des Vergleiches ein Signal anzeigt, das die Zahl der Windungen der untersuchten Spule darstellt. Bei Einrichtung des Gerätes kann das Instrument 20 so eingestellt werden, daß es die bekannte Windungszahl der Bezugsspule 16 anzeigt, so daß das Instrument durch die Gleichsetzung der gewünschten Bezugsspannung mit der angezeigten bekannten Windungszahl geeicht wird. Anschließend zeigt die induzierte Spannung einer zu prüfenden Spule automatisch auf dem Instrument 20 die Windungszahl der Spule an. Somit können bei der Massenproduktion die hergestellten Spulen nacheinander auf die Auflageplatte 5 gelegt werden, und das Meßinstrument 20 zeigt an, ob die untersuchte Spule innerhalb der zulässigen Toleranz für die Windungszahl hergestellt worden ist.

Wegen der möglichen Schwankungen der Versorgungsspannung muß das beschriebene Gerät von Zeit zu Zeit gegenüber einer

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Bezugsspule überprüft werden. Dies läßt sich vermeiden, wenn die Spannungsquelle 12 über einen linearen Gleichrichter 21 mit dem digitalen Anzeigeinstrument 20 verbunden wird, um die dort gespeicherte Bezugsspannung entsprechend den Schwankungen der Versorgungsspannung so zu modifizieren, daß die Wirkung solcher Schwankungen eliminiert wird. Anstatt einer absoluten Spannung wird dann ein Verhältnis gemessen, so daß die Wirkung der Schwankungen beseitigt wird.

Wie man sieht, wird das digitale Anzeigeinstrument von einer Spannungsquelle betrieben, so daß, wenn man dieselbe Spannungsquelle für den Bezug des Meßinstrumentes verwendet^ die auch zur Erregung der Spulen 2, 3 und 8 verwendet wird, die Wirkung der Änderungen der Versorgungsspannung beseitigt werden können.

Es ist ersichtlich, daß die Abmessungen des Stabes 1 und der Kompensationsspulen.3 und 8 von der Größe der zu untersuchenden Spulen abhängt. Mit drei Größen des Stabes 1 und der zugehörigen vergossenen Kompensationsspule 3 können aber die meisten in der Produktion verwendeten Spulen von der Miniaturgröße über kleine und mittlere Größen erfaßt werden. Ea können somit droi Größen in Verbindung mit einem eineigen Ge stell 4 und der entsprechenden Ausrüstung verwendet werden, wodurch das Gerät wirtschaftlich und bequem in der Handhabung ist.

Stattdessen k" ;·ιβη aber auch verschiedene Stabgrößen permanent an einer. Ständer mit geeigneten Abmessungen be festigt werden.

-Patentansprüche-409884/0334

Claims

P a t e η t a η s ρ r ü e h e

1J Verfahren zur Prüfung der Windungszahl einer Spule, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stat» magnetisch so erregt wird, daß um ihn. herum ein räumlicher, sich nach einer Richtung des Stabes hin verjüngender Bereich geschaffen wird, in dem ein gleichmäßiges magnetisches I'eld herrscht, and daß von einer in diesem Bereich befirullichen, zu prüfenden Spule ein Maß für die in der Spule induzierte Spannung abgeleitet wird.
2. Verfahren nach Anapruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß die abgeleitete Spannung mit einer Bezugsspannung verglichen wird, um ein Maß für die Windungszahl der zu prüfenden Spule abzuleiten.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung in Abhängigkeit von Schwankungen der zur Erzeugung des gleichmäßigen JTeldes dienenden Erregung geändert wird«
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die induzierte Spannung mit einem digitalen Anzeigegerät gemessen wird, das als Eunktion der in einer Spule mit bekannter Windungszahl induzierten Spannung geeicht ist.
5. Gerät sur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet« daß ein magne-

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tisierbarer Stab (1) und eine diesem zugeordnete Erregerspule (2) zur Erzeugung eines magnetischen Flusses in dem Stab vorgesehen ist, daß dem Stab (1) zwei in seiner Achsrichtung einen Abstand von einander aufweisende Kompensationsspulen (3,&) zugeordnet sind, durch deren Erregung der Fluß so beeinflußbar ist, daß zwischen den Spulen um den Stab herum ein Zwischenraum gebildet wird, in dem der Fluß etwa gleichmäßig ist, und daß eine Auflage (5) für eine zu prüfende Spule in diesem Zwischenraum vorgesehen ist.
6. Gerät naoh Anapruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsspulen (3,8) so angeordnet und bemessen sind, daß der Zwischenraum, in dem sich ein gleichmäßiger Fluß ausbildet, etwa kreisförmigen Querschnitt in einer zur Stabachse zur senkrechten Ebene hat, wobei der Durchmesser in einer Richtung der Stabachse abnimmt.
7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der einen Kompensationsspule (3) wesentlich kleiner als der der anderen Kompensationsspule (8) ist.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesfier der einen Kompensationsspule (3) so bemessen ist, daß die su prüfende Spule dadiber hinweg auf die Auflage (5) schiebbar i it.
9. Gerät nach Anapruch 7 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule (2) um den Stab (1) gewickelt ist und die eine Kompenoationsspule (3) ebenfalls um den Stab an einem Ende von diesem gewickelt ist und keinen größeren Durchmesser hat als die Erregeraoule (2), so daß die zu prüfende Spule beim Ein-

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führen in das Gerät über die Kompensationsspule (3) hinweg in eine die Erregerspule umgebende Lage schiebbar ist·
10. Gerät nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet« daß der Stab (1) mit der Erregerspule (2) und der einen Kompensationsspule (3) in Kunststoff eingebettet ist und diese Teile eine Einheit bilden.
11. Gerät nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (5) Teil eines Gestells bildet, das einen Kreisring (7) enthält, auf den die andere Kompensationsspule (8) aufgewickelt ist.
12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (1) mit seinem von der ersten Kompensationsspule (3) abgekehrten Ende durch die Auflage (5) hindurch in das die andere Kompensationsspule (8) enthaltende Gestell hineinragt.
13. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet« daß der Stab (1) soweit durch die Auflage (5) hindurch ragt_r öaß wenigstens ein Viertel der axialen länge der Erregerspule (2) sich jenseits derjenigen zur Stabachse senkrechten Ebene befindet, die die der Auflage (5) am nächsten liegende Wiudnrg der anderen Kompensationsspule (8) enthält.
14. Gerät nach Anspruch 11, 12 oder 13» dadurch gelzenr« zeichnet« c*?iß der Stab (1) in einer mit der Auflage verbundenen Grundplatte (10) befestigt ir.i.

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15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (10) mit der Auflage (5) über einen äußeren Zreisring (9) verbunden ist, der den die andere Kompensationsspule (8) tragenden inneren Kreisring (7) umgibt.
16. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kompensationsspulen (3, 8) in Reihe geschaltet sind.
17. Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,, daß eine der Kompensationsspulen mit Anzapfungen zur Einstellung des Verhältnisses der Kompensationsspulen versehen ist.
18. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erregung der Erregerspule (2) und der Kompensationsspulen (3, 8) vorgesehen sind sowie Mittel zur Ableitung eines Maßes für die Spannung, die in einer auf der Auflage (5)befindlichen Spuleinduziert wird, und Vergleichsmittel für den Vergleich der induzierten Spannung mit einer Bezugsspannung, um ein Maß für die Windungszahl der auf der Auflage (5) ruhenden Spule zu schaffen.
19. Gerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregermittel aus einer Wechselspannungsquelle (12) bestehen, die eineu mit Anzapfungen versehenen Widerstand (13) und zwei Transformatoren (14, 15) einspeist, von denen der eine die Erregerspule (2) und der andere die Kompensationsspulen (3, 8) versorgt.
20. Gerät nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeicbn*I,

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daß die Mittel zur Ableitung eines Maßes für die induzierte Spannung aus einem Verstärker (17) bestehen, der über einen linearen Gleichrichter (19) an ein digitales Anzeigegerät (20) angeschlossen ist.

21-* Gerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Anzeigegerät (20) durch Erregung der .Erregerspule (2) und der Kompensationsspulen (3, 8) in Punktion gesetzt wird»

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