DE2509393A1 - Elektromagnetisches resonanzgeraet - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

München, den 4-. März 1975 P/Ür/St - Ή 204-3

Northern Electric Company Limited 1600 Dorchester Blvd. West Montreal, Quebec, Canada, HeH 1E1

Elektromagnetisches Resonanzgerät

Die Erfindung betrifft elektromagnetische Resonanzgerate, insbesondere Geräte mit einem verhältnismäßig zerbrechlichen magnetischen Kernmaterial, das in passender Weise geschützt ist, um einen befriedigenden Eesonanzbetrieb aufrechtzuerhalten, sogar für den Pail eines Kern-Bruchs.

Ein unabhängiger, passiver Resonanzkreis ist in einer gleichzeitig mit der, der vorliegenden Anmeldung zugrundeliegenden kanadischen Patentanmeldung schwebenden kanadischen Patentanmeldung des Erfinders D. Zimmermann uiid der gleichen Anmelderin, beschrieben. Dieser Resonanzkreis weist einen Ferritkern und eine Induktionsspule auf, die

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DR. G. MANITZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIP L. -ING. W. GRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÜNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART SO (BAD CANNSTATTI MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 727Ο

TEL. (089) 22 42 11. TELEX 5-29672 PATMF SEELBERGSTR. 23/25. TEL. (0711156 72 61 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77062 - 8Ο5

an einen Kondensator angeschlossen ist. Dieser Schaltkreis ist zum Gebrauch in einer Betriebsumgebung gedacht, die zwingend erfordert, daß er einer rauhen Handhabungohne nennenswerte Verminderung oder Veränderung seiner Resonanzfrequenz ode^ Qualität wiedersteht. Es wurde gefunden, daß eine rauhe bzw. grobe Handhabung dazu nagt, das Kernmaterial zu brechen oder zu zertrümmern, da das Kernmaterial ein gesintertes weichmagnetisches Material ist, das häufig als Ferrit bezeichnet wird. Dieses Brechen ändert gewöhnlich die Resonanzfrequenz und die Qualität in einem solchen Ausmaß, daß das Gerät unbrauchbar für den beabsichtigten Anwendungsfall wird, d.h. beim Gebrauch als elektromagnetischer Anzeiger bzw. Indikator. Es würde festgestellt, daß weniger zerbrechliche Kerne, zum Beispiel aus Blechlaminaten oder Stangenbündeln, nicht die am besten für den Gerätebetrieb geeigneten magnetischen Eigenschaften haben.

Daher wurde in der oben erwähnten Patentanmeldung ein Resonanzkreis-Aufbau beschrieben, der in einem Material eingekapselt ist, das wenigstens genauso zerbrechlich wie das Ferritkern-Material ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die Einkapselung ebenfalls zerbrochen wird, wenn der Kern gebrochen wird, und daß ein unbrauchbares Gerät somit durch eine visuelle Untersuchung erkannt werden kann. Dadurch wird wenigstens verhindert, dsß unbrauchbare Geräte als Anzeiger bzw. Indikator eingebaut oder vergraben werden, die in einigen Fällen nicht entsprechend in Resonanz geraten wurden um lokalisiert zu werden.

Diese oben beschriebene Form eines eingekapselten Resonanzkreises hat verschiedene kleine Nachteile. Obwohl der Re-

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sonanzkreis durch die Einkapselung verstärkt ist, wird ein 'beträchtlicher Anteil "bereits vor dem Gebrauch beschädigt. Sin Bruch des Kerns im Bereich der Spulenwicklung kann möglicherweise visuell nicht entdeckt werden, wegen der verstärkenden Wirkung des Drahts der Induktionsspule. In einigen Fällen gestattet diese verstärkende Wirkung anfangs nur einen Haarriß, der während einer visuellen Untersuchung leicht übersehen -wird.

Durch die .Erfindung wird eine Einkapselung geschaffen, die in Fall eines Bruches oder Zerbrechens des Kerns die Form bzw. Gestalt und die Abmessung des Kerns elastisch aufrechterhält. Folglich wird die Resonanzfrequenz und die Qualität des Geräts im wesentlichen aufrechterhalten. Solange die andere Hülle des Geräts nicht zerbrochen wird, wird das Gerät zufriedenstellend als Indikator bzw. Anzeiger an seiner Einsatzstelle arbeiten, ungeachtet der mechanischen Unve3?sertheit des Kerns.

Bei der Massenproduktion einer auf einen länglichen Kern gewickelten Spule, wie sie in der oben angeführten, gleichzeitig schwebenden Patentanmeldung beschrieben ist, sind Schwierigkeiten aufgetreten. Das Ferrit-Kernmaterial ist zerbrechlich und wirtschaftlich nicht in sehr geradlinige längliche Teile formbar. Folglich neigen typische Spulen-Wickelmaschinen da_zu, das Material zu zerbrechen, wenn versucht wird, die Wicklung direkt auf den Kern aufzubringen. Wenn ein langgestreckter Spulenkörper benutzt wird um die wünschenswerterweise langgestreckte Spule zu tragen, muß der Spulenkörper flexibel genug sein, um sich an Abweichungen in der Form des Ferritkerns anzupassen. Spulenkörper mit der erwünschten Flexibilität sind hinwiederum nicht leicht

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an typische Massenproduktions-Spulen-Wickelverfahren anpassbar.

Einige Schwierigkeiten traten auf bei der Herstellung von Resonanzgeraten mit einer geeignet höhne Resonanzqualität. Es wurde gefunden, daß das kapazitive Element des Resonanzkreises die potentielle Resaanzqualität des Kreises nennenswert verminderte, wenn es nahe dem Kern angeordnet wurde. Um diesen Effekt zu vermeiden, wird der Kondensator im Abstand vom Kern angeordnet.

Die Erfindung betrifft ein selbständiges elektromagnetisches Resonanz gerät, das allein dadurch angeregt xverden kann, daß es einem elektromagnetischen oder magnetischen Feld ausgesetzt wird, das eine passende Frequenzkomponente aufweist. Das Gerät umfaßt einen Resonanzkreis-Aufbau mit einer, auf einem langgestreckten Kern aus gesintertem, magnetischem Material gelegen ist, und einen Kondensator, der an die Spule angeschlossen und im Abstand in der Nähe des Kerns angeordnet ist. Der Resonanzkreis-Aufbau ist innerhalb eines starren, hohlen Gehäuses untergebracht und mit einem elastomeren bzw. gummiartigen Füllstoff umgeben, der mit dem Aufbau und mit den Wänden des Gehäuses in Berührung steht. Im Falle eines Kern-Bruches wirkt das elastomere bzw. gummiartige Füllmaterial mit dem Gehäuse so zusammen, daß der Kern im wesentlichen in seiner ursprünglichen Gestalt bzw. Form und Abmessung erhalten wird, so daß die Resonanzfrequenz und -Qualität im wesentlichen erhalten bleiben.

Die Erfindung umfaßt ebenfalls eine verhältnismäßig kurze Spule, die von einem Spulenkörper getragen wird, der eine Innenabmessung aufweist, die wesentlich größer ist als die Dicke des Kerns, sowie eine elastische Greifvorrichtung, um die erforderliche Lage der Spule in bezug auf den Kern aufrechtzuerhaliai. Der Spulenkörper ist kräftig bzw. robust und somit typischen Massenproduktions-Spulen-Wickelverfahren angepaßt. 509837/0290

Die Erfindung "betrifft also ein selbständiges "bzw. unabhängiges elektromagnetisches Resonanzgerät mit einem Resonanzkreis-Aufbau, der in einem elastomeren "bzw. gummiartigen Material eingebettet ist, das von einem starren Gehäuse umgeben ist. Der Resonanzkreis weist einen langgestreckten Kern aus gesintertem, weichmagnetischem Material auf und eine Spule, die an einen Kondensator angeschlossen ü, der in einem Abstand zum Kern angeordnet ist. Der elastomere bzw. gummiartige Füllstoff wirkt mit dem Gehäuse zusammen, um den Kern im Falle eines Kernbaaches in seiner ursprünglichen Gestalt und Abmessung zu,erhalten, um die Resonanz-

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frequenz und die Resonanqualität des Resonanzkreis-Aufbaus aufrechtzuerhalten. Das Gerät wird dadurch zur Resonanz angeregt, daß es lediglich einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird, das eine passende Freuuenzkomponente aufweist.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ebenfalls ein Halteglied, das den Resonanzkreis-Aufbau des Kerns trägt, wobei der Kern und die Spule ausreichend WjsLt von einem Kondensator entfernt sind, um jede wesentliche Verminderung der Resonanzqualität des Kreises zu verhindern.

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O -

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt:

d Seitenansicht des elektromagnetischen Hesonanzgeräts gemäß der Erfindung, einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig, 1 ,

eine auseinandergezogene Zusammenbau-Ansicht des Geräts der Fig. 1, eine Seitenansicht eines Teils des Geräts der Fig. 1 und 2,

eine Draufsicht auf das Teil in Fig. 3? und einen Querschnitt entlang der Linie VI-YI in Fig. 3.

Wie in der Zeichnung dargestellt umfaßt ein Ilesonanzkreis-Aufbau einen Ferritkern 5 und eine Induktionsspule 4, die auf einem Spulenkörper 32 gewickelt ist. Der Spulenkörper 32 weist ein Paar von elastischen Fingern 33 auf, die sich von einem Ende des Spulenkörpers weg erstrecken. Der Spulenkörper 32 wird koaxial von dem Kern 5 getragen. Der Kern 5 weist sechs längslaufende, in ihm geformte Kanäle 6 auf. Die Kanäle 6 schaffen eine viel größere Oberfläche auf dem Kern 5, als es der Fall wäre, wenn der Kern einen vollständig kreisförmigen Querschnitt hätte. Die Spule 4- ist über die Verbindungsleitungen 7 an einen Kondensator 8 angeschlossen. Der Kern 5>> die Spule 4· und Kondensator 8 bilden einen elektrischen Hesonanzkreis-Aufbau, der innerhalb eines ötarren äußeren Gehäuses 10 untergebracht ist. Der verbleibende Innenraum im Gehäuse 10 ist mit einem elastomeren bzw. gummiartigen Material und einem Halteteil bzw. Verschlußteil 20 ausgefüllt.

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Das Halteteil 20 weist einen hohlen Vorsprung 21 auf, der mit der inneren Oberfläche der Wand des Gehäuses 10 im Eingriff steht. Ein Ende des Vorsprungs 21 endet in einer nach außen ragenden gefurchten bzw. geriffelten Schulter 23· Das andere Ende des Vorsprungs 21 endet an einer Endwand 25, die einen hohlen zylindrischen Vorsprung 25 trägt, in dem ein Ende des Kerns 5 untergebracht ist. Das innere des hohlen Vorspruiigs weist ein Paar von elastischen Haltefingern 29 auf, die sich von einer Seite der Endwand 25 aus erstrecken, 30_wie einen weiteren elastischen Haltefinger 28, der dem Flnse-m 29 gegenüber liegt und sich in ähnlicher Weise von der Ξηαΐ'/and 25 aus erstreckt. Die Endabschnitte der Haltefinger 28 und 29 sind so ausgestaltet, daß sie einen Kondensator 8 greifen und halten können, der rohrförmig gestaltet ist. Der hohle Vorsprung 21 weist ein Paar von einschließenden Öffnungen 22 auf, die dazu dienen, das Einbringen des Kondensators 8 und das .Anschließen der Spule 4 daran zu erleichtern.

Das Gehäuse 10 weist einen Abschnitt 11 mit großem Durchmesser auf, der an den Schultern 16 und 17 endet, die sich in die Abschnitte 12 bzw. 13 mit geringerem Durchmesser erstreckt. Wie in der 3?ig. 3 dargestellt ist, verjüngt sich das Ende des Abschnittes 13 mit geringeiaa Durchmesser in dichtung weg vom Abschnitt 11 mit großem Durchmesser und endet an einem stumpfen Ende 15· Die Wände des Gehäuses weisen eine Vielzahl von längslaufenden, verstärkenden Gebilden 14 auf um die Längssteifigkeit des Gehäuses 10 zu vergrößern.

Beim Zusammenbau des Geräts werden die elektrischen Komponenten durch das Halteglied 20 gehalten. Die elektrischen Komponenten

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des Aufbaus sind natürlich mit solchen Werten ausgestattet, daß die Schaltung innerhalb eines engen, vorbestimmten Frequenzbereichs zur Resonanz kommt. Die genaue, gewünschte Resonanz-Frequenz wird dadurch erhalten, daß die Schaltung zur Resonanz angeregt wird und dann die Lagje der Spule 4 entlang der Länge des Kerns 5 so einjustiert wird, daß die genaue, gewünschte Resonanz-Frequenz erzielt wird. Die Finger 33 bilden eine Greifvorrichtung, um die vom Spulenkörper 32 getragene Spule 4 in der gewünschten Position auf dem Kern 5 zu halten, während des verbleibenden Aufbauvorgangs. Das Gehäuse 10 wird bis zu einer bestimmten Höhe mit einem aushärtbarem, flüssigem Harzmaterial aufgefüllt. Die elektrischen Komponenten und das Halteglied 20 werden als eine Einheit in das Gehäuse eingeführt, bis die Schulter 23 auf dem Ende des Abschnitts 12 passend aufsitzt. Das Innere des Spulenkörpers 32 weist einen ausreichenden Durchmesser auf, so daß eine Harzschicht zwischen den Kern 5 und den Spulenkörper32 einfließen kann. Das fertig zusammengebaute Gerät kann visuell überprüft werden, indem man in den hohlen Vorsprung 21 hineinsieht, der nun im wesentlichen wie der Rest des Gehäuses 10 mit HarzmaterLal gefüllt sein sollte. Nachdem das Harz ausgehärtet ist, ist das Gerät fertig zum Gebrauch.

Das Haiz bildet in seinem ausgehärteten Sustand das elastomere bzw. gummiartige Material 35· Das gummiartige Material 35 ist von Hatur aus im wesentlichen inkompressibel. Mit anderen Worten bleibt das Volumen des Füllstoffes 35 im wesentlichen konstant, auch unter beträchtlicher Beanspruchung. Wie oben erwähnt steht das elastomere bzw. gummiartige Material mit dem Gehäuse 10 und den darin enthaltenen Teilen in Berührung. Die Kanäle 6 schaffen eine verhältnismäßig große Oberfläche auf dem Kern 5> wodurch die Haltewirkung der Einkapselung

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auf den Kern 5 verstärkt wird. Der Abschnitt 11 mit großem Durchmesser des Gehäuses 10 bietet Raum für eine ausreichende Menge von elastomerem bzw. gummiartigem Material zwischen der Spule und der Wand des Gehäuses 10. Die Schulter 16 hält das Material 35 davon zurück, sich durch den Abschnitt hindurch auf das andere Ende des Gehäuses 10 hin zu bewegen.

Wenn der Kern zwischen etwa 15 cm und 20 cm (6 bis 8 inches) lang ist, muß der Kondensator vom Ende des Kerns wenigstens 6,35 mm (1/4- inch) räumlich getrennt angeordnet werden, wie sich herausgestellt hat. Dadurch wird die magnetische Flußdichte, die durch die Platten des Kondensators hindurchgeht genügend kleingemacht, um eine nennenswerte Verminderung der Qualität des Resonanzkreises zu vermeiden.

Bei einer Ausführungsform sind das Gehäuse 10 und das Halteglied 20 aus Polyäthylen-Material mit hoher Dichte hergestellt. Das Gehäuse 10 ist in wohlbekannter Weise durch Blasformung hergestellt. Das Halteglied 20 ist ebenfalls aus Polyäthylen-Material hoher Dichte hergestellt, ist jedoch etwas weniger steif bzw. starr als das Material des Gehäuses 10, so daß die Haltefinger 28 und 29 eine passende Elastizität aufweisen, um das Einbringen und Festhalten des Kondensators 8 zu ermöglichen. Die Finger 28 und 29 können durch einen angehobenen Vorsprung oder Sockel ersetzt werden, auf dem öer Kondensator ruht. Dadurch kann jedoch irgendeine andere Vorrichtung zum Halten des Kondensators in seiner Position notwendig werden, wenigstens bis das Material 35 ausgehärtet ist. Der Spulenkörper 32 ist aus stabilisiertem Polypropylen-Material. Das elastomere bzw. gummiartige Material 35 ist eine Polyurethan-Verbindung des nichthaftenden Typs. Zum Beispiel wurde gefunden, daß ein Polyurethan-Material, das von der Firma Baker Castor Oil Oo. in Bayonne, New Jersey, USA in Form

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eines aushärtbarem Harzes, unter dem Handelsnamen "System 86" oder "System 27 Polyurethan" geliefert wird, geeignet ist.

Beim Auftreten eines ernsthaften, momentanen Stoßes oder einer anderen Belastung am G-erät, ist zu erwarten, daß das Ferritkern-Material bricht, während das Gehäuse 10 sich gewöhnlich nur biegen wird. Jeder Tendenz einer geometrischen Veränderung des Kerns 5 wird im wesentlichen entgegengewirkt und durch das Polyurethan-Material 35 _? das im Gehäuse 10 eingeschlossen ist verhindert. In der Praxis wurden Verschiebungen der Resonanz-Frequenz von typischer Weise weniger als Ψ/ο beobachtet, bei Geräten mit einer ursprünglichen Resonanz-Frequenz von etwa 65 EHz_t in denen der größte Teil des Kerns zerbrochen wurde, Diese beschädigten Geräte bleiben wirksam als elektromagnetische Resonanz-Anzeigegeräte benutzbar.

-Pat ent an sprüche-

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Claims (5)

1. -ΛΛ-

   Patentansprüche

   nabhängiges elektromagnetisches Resonanzgerät, das allein dadurch anregbar ist, daß es einem elektromagnetischen oder magnetischen Feld mit einer passenden Frequenzkomponente ausgesetzt wird, wobei das Gerät einen Resonanzkreis-Auf-"bau auf v/eist, mit einem .langgestreckten Kern aus gesintertem, weichmagnetischem Material, einer Spule (4-) aus leitendem Material, die einen Abschnitt des Kerns umgi-bt und mit einem an die Spule angeschlossenen Kondensator, dadurch gekennzeichnet , daß der Kondensator in einem Abstand zum Kern angeordnet ist, um die Platten des Kondensators in verrigertem Maße dem magnetischen J¹IuB des Kerns auszusetzten, daß der Resonanzkreis-Aufbau im Abstand von der Wand eines starren Gehäuses (10) innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, daß ein elastomerer bzw.

   guiamiartiger !füllstoff (35) innerhalb des Gehäuses den Aufbau umgi -bt, mit dem Aufbau und mit den Wänden des Gehäuses in Berührung steht, daß der elastomere bzw. gummiartige Füllstoff mit dem Gehäuse zusammenwirkt, um den Kern im Falle eines Bruches in seiner uiiprünglichen Form und Abmessung zu erhalten, so daß die Resonanzfrequenz und die Qualität des Resonanzkreis-Aufbaus im wesentlichen erhalten wird.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kern mit einer Vielzahl von längslaufenden Kanälen (6) versehen ist, die eine verhältnismäßig große Oberfläche in Berührung mit dem elastomeren bzw. gummiartigen Füllstoff schaffen, um die Haltewirkung zu verstärken.

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3. 3. Gerät nach Anspruch 1, in dem die Spule auf einem vom Kern getragenen Spulenkörper (32) gelegen ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenabmessung des Spulenkörpers größer ist als die Dicke des Kerns, daß eine Lage des elastomeren bzw. gummiartigen Füllstoffs zwischen dem Kern und der inneren Oberfläche des Spulenkörpers gelegen ist, und daß der Spulenkörper eine elastische Greifvorrichtung (33) aufweist, die dazu dient, die Spule vor und während des Endaufbaus des Resonanzgerätes in einer gexränschten Position entlang des Kerns zu halten.
4. M-. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Ende (12) des Gehäuses ein Halteglied (21) aufweist, daß mit einer Wand ausgestattet ist, die einen inneren Hohlraum begrenzt und mit der inneren Oberfläche des einen Endes des Gehäuses zusammenpasst, mit einer Schulter (23), die ein Ende der Wand abschließt und an einem Ende der Gehäusewand anliegt, mit einem Haltestutzen (26), der das andere Ende der Wand abschließt und in dem ein Ende des langgestreckten Kerns gelegen ist, mit einem Abstandsstück (28,29)₅ das in den Innenhohlraum hineinragt und daß den Kondensator im Abstand in der Nähe des einen Endes des Kerns trägt, wobei die Wand des Haltegliedes in der Hähe des Abstandsstückes eine einschließende Öffnung (22) aufweist, die dazu dient, den Kondensator in der Nähe des Ab stands Stückes anzuordnen, und dazu, daß elastomere bzw. gummiartige Material in seinem nichtaus gehärteten Zustand xvährend des Zusammenbaus des Hesonanzgaätes einfließen zu lassen.
5. 5. Gerät nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse an einem Ende (12) offen ist, um den Hesonanzkreis-Aufbau und das elastomere bzw. gummiartige Füllmaterial aufzunehmen, dadurch ge kennzeichnet , daß das Gehäuse mit einer Viel-

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   zahl von längsverlaufenden, verstärkenden Gebilden (14-) in der Wand des Gehäuses versehen ist, und daß der Abschnitt dbs Gehäuses angrenzend an das eine Ende mit einer geringeren Querschnittsfläche ausgestattet ist, als der mittlere Abschnitt (11) des Gehäuses, wobei der mittlere Abschnitt und&ie Endabschnitte durch einen . Schulterabschnitt (16) der Gehäusewand verbunden sind.

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