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Kugel- oder Zylindervariometer Es ist erwünscht, bei Variometerregelung
für einen möglichst großen Skalenbereich eine genau oder ängenähert lineare Änderung
der Selbstinduktion zu erhalten.
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Bei einem Variometer, das aus einer festen und einer drehbaren Spule
besteht, ändert sich, wie bekannt, die Selbstinduktion zwischen Minimum und Maximum
bei Drehung der Steuerachse um i8o °. Eine derartige Änderung ist in der Abb. i
dargestellt. Man sieht, daß der brauchbare Änderungsbereich, wo sich die Induktanz
angenähert linear ändert, etwa zwischen den Punkten a und b liegt,
was einem Teil der Skala von nur angenähert ioo ° entspricht.
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Bei Variometern, bei denen die Selbstinduktion der festen Spule durch
Drehung einer Kurzschlußstromplatte oder eines Kurzschlußstromringes beeinflußt
wird, entspricht das Minimum der Selbstinduktion der Lage des Kurzschlußstromringes
(bzwPlatte), bei der die geometrische Achse desselben mit der Achse der festen Spule
zusammenfällt oder gleichgerichtet ist. Die maximale Selbstinduktion wird erhalten,
wenn die Achse des Kurzschlußringes senkrecht zur Achse der Spule steht. Somit wird
der Übergang vom Minimum zum Maximum der Selbstinduktion durch die Drehung des Kurzschlüßringes
um go ° bewirkt. Um trotz dieser Änderung die Drehung der Steuerachse von i8o °
zuordnen zu können, hat man bereits vorgeschlagen, die Steuerachse des Kurzschlußstromringes
schräg anzuordnen, und zwar unter dem Winkel ß = 45' zur geometrischen Achse des
Kurzschlußstromringes. Diese bekannte Anordnung ist in der Abb. 2 wiedergegeben.
Die durch voll ausgezogene Linien dargestellte Lage des Kurzschlußringes c, bei
der seine geometrische -Achse mit der Achse 1-l der festen Spule d zusammenfällt,
entspricht dem Minimum der Selbstinduktion. Bei Drehung der Steuerachse
e, die um 45' gegen 1-l geneigt ist, um 18o', kommt der Kurzschlußstromrmg
in die durch die gestrichelten Linien angedeutete Lage c', wobei das Maximum der
Selbstinduktion erhalten wird. Der Verlauf der Selbstinduktionsänderung in Abhängigkeit
von der. Drehung cp der Steuerachse läßt sich dann wieder angenähert durch die Kurve
der Abb. i darstellen, so daß auch hier sich nur ein verhältnismäßig kleiner Teil
des Skalenbereiches für eine mehr oder weniger lineare Änderung der Indüktanz ausnutzen
läßt.
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Nach der Erfindung erhält man bei einem Kugel- oder Zylindervaxiometer,
bei dem die Selbstinduktion der festen Spule durch ein in ihrem Innern drehbar angeordnetes
Kurzschlußsystem verändert werden kann, einen sehr günstigen Regelungsverlauf, wenn
man die Anordnung so trifft, daß das bewegliche System aus zwei oder mehreren auf
einer gemeinsamen Steuerachse befestigten und derart in verschiedenen
nicht-
parallelen' Ebenen angeordneten Kurzschlußringen oder Kurzschlußwicklungen besteht,
daß zufolge ihrer dadurch gegeneinander phasenverschobenen Variationskurven sowie
des geeignet gewählten Amplitüdenverhältnisses derselben eine lineare Selbstinduktionsänderung
in einem größeren Bereich möglich ist, als dies bei Verwendung von nur einem Kurzschlußring
bzw. einer Kurzschlußwicklung erzielbar ist.
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Es ist möglich, die Winkel ß, welche die Steuerachse mit den geometrischen
Achsen der Kurzschlußringebildet, eerschieden für verschiedene Ringe zu wählen,
doch kann man auch recht günstige Resultate bei Gleichheit dieser Winkel erzielen.
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Es ist hierbei vorteilhaft, diesen Winkel ß größer als 45' zu machen.
''Wenn die Steuerachse e, wie dies in der Abb. 3 dargestellt ist, mit der geometrischen
Achse des Kurzschlußstromringes .c, welche bei der dem Induktionsminimum entsprechenden
Anfangslage mit der Achse 1-L der festen Spule zusammenfällt, einen Winkel ß größer
als 45' bildet, so wird bei der Drehung der Steuerachse um i8o ° die erwähnte Rotationsachse
in die Lage l'-1' verstellt, wobei sie einen stumpfen Winkel mit der Anfangslage
1-L bildet. Damit sie also in eine Lage kommt, worin sie einen.rechten Winkel mit
1-l bildet und in der der Kurzschlußstromring keine Einwirkung auf die feste Spule
ausübt, deren Induktanz dann ihr Maximum erreicht, muß die Steuerachse um einen
Winkel cpa gedreht werden, der kleiner als i8o ° ist. Bei weiterer Drehung der Steuerachse
über den dem Maximumbetrag der Induktion entsprechenden Winkelbetrag cpo wird die
Induktion etwas, aber im allgemeinen nicht wesentlich vermindert, und nachdem dieDrehung
der Steuerachse 18o' überschritten hat, nähert sich die Induktion wieder ihrem Maximumwert.
Dieser Verlauf der Änderung der Selbstinduktion in Abhängigkeit von dem Drehwinkel
99 der Steuerachse ist in der Abb. q. dargestellt. Hier ist für die Anfangslage
p = o ° die in der Ab6. 3 durch die vollausgezogenen Linien angedeutete Lage des
=Kurzschlußstromringes c angenommen, wobei die Beeinflussung der festen Spule d
maximal, also ihre Induktanz minimal ist. Die .Strecke h stellt die Verminderung
der Induktanz durch Einwirkung der Kurzschlußströme in c dar. Befestigt man nun
auf der :Steuerachse noch einen weiteren Kurzschlußstromring oder mehrere weitere
Kurzschlußstromringe mit Variationskurven der Induktanz, deren Verlauf ähnlich wie
der in der Abb. q. dargestellte .ist, deren Amplituden aber verschieden sind und
deren Phasen in bezug auf den Drehwinkel der Steuerachse gegeneinander und gegen
die Variationskurve des ersten Kurzschlußströmringes passend versetzt sind, so kann
man dann eine resultierende Induktionsänderung erhalten, deren Verlauf für einen
verhältnismäßig großen Drehbereich der Steuerachse bzw. Skalenbereich fast linear
ist.
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Um den Sachverhalt möglichst einfach, wenn auch mit für eine plausible
Erklärung genügender Näherung darzustellen, möge der in Abb. 4. gegebene Verlauf
der Variationskurven in der aus der Abb. q.a ersichtlichen Weise idealisiert. werden.
Nimmt man z. B. dann drei Kurzschlußstromringe I, II, III, deren Normalen (Rotationsachsen)
mit der Steuerachse die gleichen Winkel ß bilden, .deren Ebenen aber so gegeneinander
versetzt sind, daß ihre Variationskurven gegeneinander je um 9o ° in bezug auf den-
Drehwinkel der Steuerachse versetzt sind und deren Dimensionen, hauptsächlich die
Radien, so gewählt sind, daß die Amplituden ihre Variationskurven sich wie i : 2
: 3 verhalten, so erhält man die in, der Abb. 5 dargestellten drei Variationskurven
I (voll ausgezogener Linienzug), II (gestrichelter Linienzug) und III (strichpunktierter
Linienzug), die getrennt den Einfluß der zugehörigen Kurzschlußstromringe auf die
Induktanz des Variometers wiedergeben. Der resultierende Einfluß der drei Kurzschlußstromringe,
den man durch Addition der Ordinaten der drei Kurven I, II, III, unter Vernachlässigung
ihrer gegenseitigen Beeinflussung, erhält, ist in der Abb. 6 durch den Linienzug
IV dargestellt. Natürlich ist in Wirklichkeit der Verlauf nicht vollkommen geradlinig;
es kommt ja bei dieser Darstellung nur auf die Veranschaulichung der allgemeinen
Tendenz an. Die experimentell aufgenommene Kurve hat den in der Abb. 6 durch die
Linie V dargestellten Verlauf. Der zwischen den Punkten m und n liegende
Abschnitt dieser Kurve zeigt einen für die praktischen Bedürfnisse genügend geradlinigen
Verlauf und entspricht dem Skalen-.
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bereich von etwa 200 '.
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Eine praktische Ausführung des beweglichen Systems des Variometers
zeigt die Abb. 7. Hier ist P ein auf der Steuerachse c befestigter, aus keramischem
Material hergestellter Träger der Kurzschlußringe I, II, IIL Der Träger hat am besten
eine kugelförmige Gestalt und besitzt zwei ringförmige Erhebungen q und y
verschiedener Höhe aus demselben Material. Der Kurzschlußring I des kleinsten -Durchmessers
wird durch Metallisierung einer geeignet breiten Kugelzone, z. B. mittels eines
Spritzverfahrens, erzeugt. In ähnlicher Weise werden die Kurzschlußringe .II bzw.
III auf den ringförmigen Erhebungen q bzw. y angebracht. Somit haben alle Kurzschlußringe
verschiedene Radien.