DE2602619A1 - Elektrischer drehbeschleunigungsmesser - Google Patents

Elektrischer drehbeschleunigungsmesser

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DE2602619A1
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magnet
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housing
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Max Goepfert
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Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
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Krauss Maffei AG
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/0888Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values for indicating angular acceleration
    • GPHYSICS
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen
  • Drehbeschleunigungsmesser der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art. Ein derartiger elektrischer Drehbeschleunigungsmesser ist bekannt (DT-Zeitschrift "Archiv für technisches Messen", Mai 1964, S.114).
  • Der bekannte Drehbeschleunigungsmesser weist eine zylinderförmige Meßwicklung mit Eisenkern auf, die zwischen den Polen eines Permanentmagneten angeordnet ist und mit diesem einen Ringspalt begrenzt. In dem Ringspalt ist ein glockenförmiger Kurzschluß läufer drehbar gelagert, der mit demjenigen Drehteil verbunden wird, dessen Drehbeschleunigung gemessen werden soll. Durch seine Drehung in dem Magnetfeld des Permanentmagneten werden in dem Kurzschlußläufer Wirbelströme hervorgerufen, welche ihrerseits in der Meßwicklung einen Wechselstrom induzieren. Bei gleichförmiger Drehung des Kurzschlußläu£ers, d.h., bei fehlender Drehbeschleunigung, besitzt das an den Klemmen der Meßwicklung abgenommene Wechselstromsignal eine konstante Amplitude und eine konstante Frequenz. Tritt dagegen eine Beschleunigung des Kurzschlußläufers auf, so ändern sich sowohl Amplitude als auch Frequenz dieses Wechselstromsignals. Diese Änderungen stellen ein Maß für die Drehbeschleunigung dar.
  • Bei der Fertigung des bekannten Drehbeschleunigungsmessers muß der glockenförmige Kurzschlußläufer mit hoher Genauigkeit gelagert werden, um seine ungehinderte Beweglichkeit innerhalb des Ringspaltes zu gewährleisten. Diese genaue Lagerung des Kurzschlußläufers wird indessen durch zwei Umstände erschwert: einerseits muß der Kurzschlußläufer eine verhältnismäßig große Abmessung in axialer Richtung besitzen, um eine für die Erzeugung eines brauchbaren Ausgangssignals ausreichend große Mantelfläche in dem Magnetfeld des Permanentmagneten zu bewegen; andererseits ist infolge der Glockenform des Kurzschlußläufers dessen Lagerung nur einseitig möglich, wodurch in Verbindung mit dessen großer axialer Baulänge verhältnismäßig hohe Biegekräfte an dem Drehlager auftreten. Im Ergebnis gestaltet sich die Lagerung des Kurzschlußläufers des bekannten Drehbeschleunigungsmessers so aufwendig, daß dieser bis heute nur vereinzelt für Spezialanwendungen zum Einsatz gekommen ist. Die dargelegten Schwierigkeiten bei der Lagerung des Kurzschlußläufers in dem engen Ringspalt zwischen der Meßwicklung und den Polen des Permanentmagneten machen darüber hinaus einen Einsatz des bekannten Drehbeschleunigungsmessers in Fahrzeugen, insbesondere in Eisenbahnfahrzeugen, praktisch unmöglich, da die auf den Kurzschlußläufer übertragenen Schwingungen und Stöße des Fahrzeuges unweigerlich zu entsprechenden Radialbewegungen des Kurzschlußläufers und damit zu Berührungen mit der Meßwicklung und den Polen des Permanentmagneten führen würden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen elektrischen Drehbeschleunigungsmesser der eingangs erwähnten Art zu schaffen, dessen Kurzschlußläufer auf einfachere Weise gelagert ist und welcher daher für einen breiten Anwendungsbereich, insbesondere auch in Fahrzeugen, einsetzbar ist.
  • Die Aufgabe wird erfindunasgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des elektrischen Drehbeschleunigungsmessers nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Drehbeschleunigungsmesser ist der Kurzschlußläufer scheibenförmig ausgebildet, der mit seiner einen planen Oberfläche sowohl den Polen des Permanentmagneten als auch der in den Pol lücken des Permanentmagneten angeordneten, mehrteiligen Meßwicklung im Abstand gegenübersteht. Der Luftspalt zwischen dem scheibenförmigen Kurzschlußläufer einerseits und den Polen des Permanentmagneten und der Meßwicklung andererseits erstreckt sich daher in axialer Richtung des Kurzschlusläufers, so daß Bewegungen des Kurzschlußläufers senkrecht zu seiner Drehachse unkritisch sind. Das Drehlager des Kurzschlußläufers kann daher auf einfachste Weise und in einem sehr weiten Toleranzbereich ausgeführt werden, was den Fertigungsaufwand und damit die Kosten des erfindungsgemäßen Drehbeschleunigungsmessers auf ein Minimum reduziert. Der erfindungsgemäße Drehbeschleunigungsmesser kann mit besonderem Vorteil in Fahrzeugen eingesetzt werden, da die von den Stößen und Schwingungen des Fahrzeugs hervorgerufenen Bewegungen des Kurzschlußläufers senkrecht zu seiner Drehachse keine Änderung des Luftspaltes zwischen dem scheibenförmigen Kurzschlußläufer einerseits und dem Permanentmagneten sowie der Meßwicklung andererseits hervorrufen können. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Drehbeschleunigungsmessers ist die Erfassung des Radschlupfes von Eisenbahnfahrzeugen (Schienentriebfahrzeuge und - erstmalig -Eisenbahnwaggons), wofür der Kurzschlußläufer kraft- oder formschlüssig mit der Achse des zu überwachenden Rades verbunden wird. Gegenüber den bisher zur Schlupferfassung bei Schienentriebfahrzeugen verwendeten Gleichstromgeneratoren mit nachgeschalteter Signalspeichereinrichtung besitzt der erfindungsgemäße Drehbeschleunigungsmesser den Vorteil größerer baulicher Einfachheit und damit geringerer Kosten.
  • Die Erfindung wird mit ihren weiteren Einzelheiten und Vorteilen anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische, teilweise auseinandergezogene Darstellung eines erfindungsgemäßen Drehkeschleunigungsmessers; Fig. 2 ein Zeitdiagramm der Ausgangs-Wechselspannung des Drehbeschleunigungsmessers nach Fig. 1, und Fign. 3, 4 perspektivische Teilansichten von weiteren Ausführungsformen des Kurzschlußläufers eines erfindungsgemäßen Drehbeschleunigungsmessers.
  • Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehbeschleunigungsmessers weist ein an einer Stirnseite offenes, zylinderförmiges Gehäuse 1 auf, in welchem die Pole eines Permanentmagneten 30 sowie die Teilwicklungen einer Meßwicklung 40 befestigt sind.
  • Im dargestellten Beispielsfalle besitzt der Permanentmagnet 30 zwei um 1800 gegeneinander versetzt angeordnete Pole 2 und 3,in deren Pollücken jeweils eineTeilwicklung 4 und 5 der Meßwicklung 40 angeordnet sind. Es versteht sich, daß anstelle von zwei Polen auch mehrere Pole des Permanentmagneten 30 vorgesehen werden können, wobei jeweils in den Pollücken des Permanentmagneten 30 eine Teilwicklung der Meßwicklung 40 angeordnet werden kann. Die Teilwicklungen 4 und 5 besitzen in nicht dargestellter Weise jeweils einen beliebig ausgebildeten Eisenkern, welcher die Wicklungslagen trägt. Die beiden Teilwicklungen 4 und 5 sind ferner durch einen elektrischen Stromleiter 6 in Reihe geschaltet, wobei beispielsweise das Wicklungsende der Teilwicklung 4 mit dem Wicklungsanfang der Teilwicklung 5 verbunden ist. Ferner ist der Wicklungsanfang der Teilwicklung 4 über einen durch die Seitenwand des Gehäuses 1 hindurchgeführten Stromleiter 7 mit einer ersten Ausgangsklemme 8 des erfindungsgemäßen Drehbeschleunigungsmessers und das Wicklungsende der Teilwicklung 5 über einen, gleichfalls durch die Seitenwand des Gehäuses 1 hindurchgeführten Stromleiter 9 mit einer zweiten Ausgangsklemme 10 d es des Drehbeschleunigungsmessers verbunden. Die Pole 2, 3 und die Teilwicklungen 4, 5 sind, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, dicht an der inneren Umfangsfläche 11 des Gehäuses 1 angeordnet und umgeben das konzentrisch zu der Längsachse des Gehäuses 1 angeordnete Drehlager 12, welches in der bodenseitigen Stirnfläche 13 des Gehäuses 1 angebracht ist. Das Drehlager 12 nimmt die Achse 14 eines scheibenförmigen Kurzschlußläufers 15 auf, die mit ihrem aus dem Gehäuse 1 herausragenden Ende mit einem Drehteil 16, beispielsweise dem Rad eines Schienentriebfahrzeuges oder einem Eisenbahnwaggon, kraft- oder formschlüssig verbunden ist. Diese kraft-oder formschlüssige Verbindung ist in Fig. 1 mit der gestrichelten Linie 17 angedeutet und kann beliebige Getriebe- und/oder Kupplungsmittel umfassen. Die Achse 14 ist an der unteren den Polen 2, 3 und den Teilwicklungen 4, 5 zugewandten Oberfläche des Kurzschlußläufers 15 in nicht dargestellter Weise befestigt, z.B. angeflanscht.
  • Zur besseren Anschaulichkeit ist in Fig. 1 der Kurzschlußläufer 15 in einer aus dem Gehäuse 1 herausgezogenen Stellung dargestellt; selbstverständlich befindet sich in Betriebsstellung der Kurzschlußläufer 15 innerhalb des Gehäuses 1, wobei er mit seiner Oberkante 18 knapp unterhalb der Oberkante 19 des Gehäuses 1 und mit seiner Unterkante 20 um eine bestimmte Luftspalthöhe oberhalb der Oberseiten der Pole 2, 3 und der Teilwicklungen 4, 5 liegt. Die Luftspalthöhe ist unkritisch und kann beispielsweise im Bereich zwischen 1 mm und 5 mm liegen. Der Durchmesser des schei-benförmigen Kurzschlußläufers 15 ist kleiner bemessen als der Innendurchmesser des Gehäuses 1, um eine im Bedarfsfalle ausreichende Bewegung des Kurzschlußläufers 15 senkrecht zu seiner Achse 14 innerhalb des Gehäuses 1 zu gestatten.
  • Das Gehäuse 1 weist im Bereich seiner oberen, offenen Stirnseite einen Flansch 21 auf, auf den eine Deckplatte 22 aufsetzbar ist. Die Verbindung zwischen der Deckplatte 22 und dem Flansch 21 erfolgt im dargestellten Beispielsfalle durch mehrere, am Umfang der Deckplatte 2 verteilt angeordnete Schraubbolzen 23, welche entsprechende Bohrungen 24 in dem Flansch 21 durchsetzen. Die Deckplate 22 ist in Fig. 1 in gleicher Weise wie der Kurzschlußläufer 15 zur besseren Anschaulichkeit in einer von dem Gehäuse 1 abgehobenen Stellung dargestellt.
  • Die Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten Drehbeschleunigungsmessers ist wie folgt: Bei einer Drehung des Drehteils 16 beispielsweise in Richtung des Pfeils 25 dreht sich der Kurzschlußläufer 15 in Richtung des Pfeils 26. Da sich der Kurzschlußläufer 15 in dem Permanentmagnetfeld zwischen den beiden Polen 2 und 3 bewegt, werden in dem aus elektrisch leitenden Material, beispielsweise Aluminium, bestehenden Kurzschlußläufer 15 Wirbelströme induziert, die ihrerseits in den Teilwicklungen 4 und 5 eine Wechselspannung u hervorrufen, welche zwischen den Klemmen 8 und 10 abgenommen werden kann.
  • Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Wechselspannung u zwischen den Klemmen 8 und 10. Es sei angenommen, daß in dem Zeitintervall zwischen der Zeit t1 und der Zeit to keine Beschleunigung des Drehteils 16 (Fig. 1) auftritt. Die Wechselspannung u besitzt in diesem Falle konstante eine Frequenz und eine konstante Amplitude U1.
  • Sobald das Drehteil 16 zum Zeitpunkt t1 eine Drehbeschleunigung erfährt, ändern sich sowohl die Frequenz als auch die Amplitude der Wechselspannung u. Und zwar verringert sich die Frequenz um ein Mehrfaches der bisherigen Frequenz innerhalb des Zeitintervalls t1 - to, wohingegen die Amplitude auf den Wert U2 ansteigt. Nach Beendigung der aufgetretenen Drehbeschleunigung beispielsweise zum Zeitpunkt t2 kehrt die Wechselspannung u wieder in den Zustand wie vor dem Zeitpunkt t1 zurück. Zum Zeitpunkt t3 erfährt das Drehteil 16 eine erneute Drehbeschleunigung, jedoch von geringerem Betrag als zum Zeitpunkt t1. Dementsprechend ist die Erhöhung der Wechselspannungsamplitude auf den Wert U3 geringer als bei der Drehbeschleunigung innerhalb des Zeitintervalls t2 - t1. Nach Beendigung der Drehbeschleunigung zum Zeitpunkt t4 nimmt die Wechselspannung u wieder den Zustand ein, den es in den Zeitintervallen t1 - to und t3 - t2 besessen hat. Die Änderungen der Spannungsamplitude und der Frequenz stellen somit einen Indikator und ein Maß für die aufgetretenen Drehbeschleunigungen dar und können z.B. nach erfolgter Bewertung durch ein Schwellwertglied als digitale Information "Radschlupf vorhanden" verarbeitet werden.
  • Zur Beeinflussung des-Verlaufs der Wirbelströme innerhalb des Kurzschlußläufers 15 kann es günstig sein, in dem Kurzschlußläufer 15 radial verlaufende Lochreihen 25 (Fig. 3) oder radial verlaufende Schlitze 26 (Fig. 4) vorzusehen. Es kann ferner günstig sein, den freien Raum innerhalb des Gehäuses 1 zwischen den Polen 2, 3 und den Teilwicklungen 4, 5 unter Freilassung eines entsprechenden Raumes für die Achse 14 und den Kurzschlußläufer 15 mit einer Vergußmasse, beispielsweise einem Gießharz, auszufüllen, um die mechanische Festigkeit des Drehbeschleunigungsmessers zu erhöhen. Zur Verbesserung des Magnetfeldes zwischen den Polen 2, 3 ist es ferner günstig, die Deckplatte 22 aus einem ferromagnetischen Material auszubilden. Anstelle eines Permanentmagneten 30 kann im Bedarfsfalle auch ein fremderregtes Magnet (Gleich- oder Wechselstrommagnet) vorgesehen werden.
  • Leerseite

Claims (8)

  1. Elektrischer Drehbeschleunigungsmesser Patentansprüche 9 Elektrischer Drehbeschleunigungsmesser, mit einem Magneten zur Erzeugung eines konstanten elektromagnetischen Feldes, mit einem innerhalb des elek.tromagnetischen Feldes drehbaren Kurzschlußläufer aus elektrisch leitendem Material und einer Meßwicklung, in welcher bei einer Drehbewegung des Läufers ein elektrisches Signal induzierbar ist, dessen Amplitude und/oder Frequenz von der Läuferdrehzahl abhängig ist, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c 11 n e t daß der Läufer (15) scheibenförmig ausgebildet ist und daß der Läufer (15), der Magnet (30) und die Meßwickl.ung (40) derart in Bezug zu einander angeordnet sind, daß eine plane Oberfläche des scheibenförmigen Läufers (15) sowohl den Polflächen des Magneten (30) als auch der Meßwicklung (40) in einem Abstand gegenübersteht.
  2. 2. Elektrischer Drehbeschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwicklung (40) aus mehreren, elektrisch in Reihe geschalteten Teilwicklungen (4, 5) besteht, die in Lücken zwischen den einzelnen Polen (2, 3) des Magneten (30) angeordnet sind.
  3. 3. Elektrischer Drehbeschleunigungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Läufer (15) mit Schlitzen (26) und/oder Lochungen (25) versehen ist.
  4. 4. Elektrischer Drehbeschleunigungsmesser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (15), der Magnet (30) und die Meßwicklung (40) in einem einseitig offenen, zylindrischen Gehäuse (1) angeordnet sind, daß der Magnet (30) und die Meßwicklung (40) an einer Stirnfläche (13) des Gehäuses (1) befestigt sind, daß sich der Läufer (15) zwischen der offenen Stirnseite des Gehäuses (1) einerseits und der Oberfläche des Magneten (30) und der Meßwicklung (40) andererseits erstreckt und daß der Läufer (15) an der ersten planen Stirnfläche (13) des Gehäuses (1) drehbar gelagert ist.
  5. 5. Elektrischer Drehbeschleunigungsmesser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die offene Stirnseite des Gehäuses (1) mit einer aus einem ferromagnetischen Material bestehenden Deckplatte (22).
  6. 6. Elektrischer Drehbeschleunigungsmesser nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Magneten (30), und der Meßwicklung (40) mit einer Vergußmasse, beispielsweise Gießharz, ausgefüllt ist.
  7. 7. Elektrischer Drehbeschleunigungsmesser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnet (30) ein zweipoliger Dauermagnet vorgesehen ist.
  8. 8. Elektrischer Drehbeschleunigungsmesser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (30) fremderregt ist.
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