DE866731C - Magnetische Aufhaengung von Drehsystemen empfindlicher Messinstrumente und Steuergeraete - Google Patents

Magnetische Aufhaengung von Drehsystemen empfindlicher Messinstrumente und Steuergeraete

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DE866731C
DE866731C DEP33015A DEP0033015A DE866731C DE 866731 C DE866731 C DE 866731C DE P33015 A DEP33015 A DE P33015A DE P0033015 A DEP0033015 A DE P0033015A DE 866731 C DE866731 C DE 866731C
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Germany
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DEP33015A
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Gustav Dr-Ing Medicus
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FRIEDA MAYER
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FRIEDA MAYER
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02General constructional details
    • G01R1/10Arrangements of bearings
    • G01R1/12Arrangements of bearings of strip or wire bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/02Bearings or suspensions for moving parts
    • G01D11/06Strip or thread suspensions, e.g. in tension
    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04BMECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B31/00Bearings; Point suspensions or counter-point suspensions; Pivot bearings; Single parts therefor

Description

  • Magnetische Aufhängung von Drehsystemen empfindlicher Meßinstrumente und Steuergeräte Abgesehen von der Spitzenlagerung sind im wesentlichen zwei Arten von Aufhängungen für empfindhche Meß- und Steuergeräte, bei denen das bewegliche System Drehbewegungen ausführt, bekannt: 1. die Schwerkraftaufhängung: Das Drehsystem hängt am Ende eines Torsionsfadens, der im allgemeinen das Richtmoment liefert, durch das Systemgewicht senkrecht nach unten ausgespannt wird und der mit der Drehachse des beweglichen Systems zusammenfällt; 2. die Spannfadenaufhängung: Das bewegliche System sitzt in der Mitte eines Spannfadens oder -bandles, der bzw. das durch Fedlerkräfte in Richtu,ng der Systemdrehachse auslgesplannt wird.
  • Erfindungsgemäß werden durch folgenden Grundgedanken gegenüber diesen bekannten Aufhängung gen wesentliche Vorteile erzielt und neue Anwendungsmöglichkeiten geschaffen. Der Torsionsfaden wird im wesentlichen nicht durch das Systemgewicht gespannt und in Richtung der Drehachse gehalten, sondern durch magnetische Kräfte, die auf ferromagnetische Körper wirken, die am Ende des Torsionsfadens, zweckmäßig meist zusammen mit dem Drehsystem, befestigt sind. Die Magnetfelder können dabei z.B. von zweiten, feststehenden ferro- magnetischen Körpern, aber auch von Stromspulen ausgehen. Je ein mit dem Torsionsfaden bzw. mit dem Drehsystem verbundener und ein feststehender ferromagnetischer Körper (oder eine Stromspule) bilden ein zusammengehöriges, sieh anziehendes Paar, das kurz als Magnetsystem bezeichnet wird.
  • Für die praktische Anwendung dieses Grundgedankens sind folgende Gesichtspunkte zu beachten: I. Um etwaige unerwünschte Richtmomente, die von magnetischen Kräften herrühren könnten, zu vermeiden, wird mindestens je einer der beiden ferromagnetischen Körper eines Magnetsystems rotationssymmetrisch gestaltet, falls es aus konstruktiven Gründen nicht möglich sein sollte, beide rotationssymmetrisch auszuführen.
  • 2. Um eine möglichst schare Einstellung der Drehachse des Systems zu erreichen, ist es zweck mäßig, die sich anziehenden ferromagnetischen Körper eines Magnetsystems an den einander zugewandten Seiten mit rotationssymmetrischen Spitzen zu versehen und den Abstand zwischen diesen Spitzen klein zu machen; das letztere nicht nur um die Anziehungskräfte möglichst groß zu machen, sondern besonders auch deshalb, weil, bei gleichen Anziehungskräften und für kleine Ausr lenkungen, die radialen Richtkräfte umgekehrt proportional dem Abstand zwischen den Spitzen sind.
  • 3. Um kleine unkontrollierbare Richtmomente, die von Hystereseerscheinungen herrühren, zu vermeiden, werden zweckmäßig die sich anziehenden Spitzen aus magnetisch möglichst weichem, d. h. hysteresefreiem Material gemacht.
  • 4. Um den Torsionsfaden vom Systemgewicht zu entlasten, wie das für besonders empfindliche Instrumeute von Bedeutung sein kann, wird der Torsionsfaden (ungefähr) senkrecht nach oben gespannt, dergestalt, daß er das Drehsystem und den oder die daran befestigten ferromagnetischen Körper an seinem oberen Ende trägt. Bei dieser Anordnung fällt außerdem der bei der Schwerkraftaufhängung oft so störende Aufhängeturm weg.
  • 5. Bei der magnetischen Aufhängung können mindestens diegleichen Vorteile bezüglich Lageunabhängigkeit erreicht werden wie bei der Spanufadenaufhängung, d. h. es kann durch richtige Bemessung des Systemgewichtes und der magnetischen Kräfte erreicht werden a) daß die Systemachse in einem beliebigen Winkel gegen die Vertikale verlaufen kann, b) daß der Systemausschlag in mehr oder weniger ausgesprochenem Maße unabhängig ist von Antderungen- dieses Winkels: Dadurch, daß das System und damit der etwaige Zeiger am einen Ende des Torsionsfadens sitzt, wird, ebenso wie bei der Schwerkraftaufhängung, ein Idie Ablesung störender Spannturm vermieden.
  • 6. Um kleine Abmessungen der Magnetsysteme bei guter Ausnutzung und großen Anziehungskräften zu erhalten, ist es zweckmäßig, die feststehenden Teile der Magnetsysteme als permanente, rotationssymmetrische Topfmlagnete auszubilden, deren zentrale Pole in eine (zweckmäßig aus magnetisch besonders weichem Material bestehende) Spitze auslaufen, und die so magnetisiert - sind, daß ein rotationssymmetrisches, stark inhomogenes Feld mit maximaler Intensität an der zentralen Spitze entsteht.
  • 7. Um seitliche Auslenkungen des beweglichen Systems aus der Drehachse möglichst vollkommen zu vermeiden und die bei der Spitzenlagerung herrstehenden Verhältnisse möglichst zu erreichen, ist es zweckmäßig, je ein magnetisches System an möglichst weit auseinanderliegenden Stellen der Systemdrehachse anzubringen.
  • In den Abb. I und 2 sind zwei Ausführungbeispiele von magnetischen Aufhängungen unter Weglassung aller in diesem Zusammenhang unwesentlichen Teile schematisch dargestellt.
  • Abb. I zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Magnetsystem, Abb. 2 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Majgnetsystemen.
  • Es bedeutet F den Torsionsfaden, S das Drehsystem, M die Topfmagnete mit dem in die Spitze Sp ans laufenden zentralen Pol und den den Spitzen Sp gegenüberstehenden ferromagnetisehen-Nadeln N, die mit dem .System S und damit mit dem (in diesem Falle) oberen Ende des Torsionsfadens F fest verbunden sind, und so von den Spitzen Sp angezogen werden, daß sich der Torsionsfaden F von seiner unteren Einspannstelle E aus nadh oben ausspannt. In der Abb. 2 list der untere Topfmagnet mit dem Eisenkern K zusammengebaut, dl. h. der in bekannter Weise im Innern der Drehspule S sitzende Eisenkern K ist an seinem unteren Ende als Topfmagnet M ausgebildet, wobei zweckmäßig der zen trale Pol permanent-maguletisch ist. Es ist in diesem Zusammenhang besonders zu betonen, daß die Systemachse nicht notwendig vertikal zu liegen braucht, sondern daß sie unter Umständen beliebig geneigt odier horizontal liegen kann wie bei spitzengelagerten Instrumenten.
  • Die Vorteile derartiger magnetischer Aufhängungen gegenüber der gewöhnlichen Schwerkraftaufhängung sind fol"gende: Die radialen Richtkräfte, d. h. die Kräfte, die einer Auslenkung d;es Drehsystems aus der drehachse entgegenwirken, beruhen bei Ider magnetischen Aufhängung auf der Inhomogenität des Magnetfeldes, wobei der kleine Abstand zwischen den sich anziehenden Spitzen wesentlich ist. Bei der magnetischen Aufhängung bleiben die radialen Richtkräfte unter gleichen Bedingungen ungeändert, wenn der Torsionsfaden länger gemacht wird. Bei der Schwerkraftaufhängung dagegen sind bekanntlich cliesle radialen Richtkräfte umgekehrt proportional der Länge des Torsionsfadens. Die radialen Richtkräfte sind bei der magnetischen Aufhängung (für kleine Auslenkungen und gleiche axiale Anziehungskräfte) umgekehrt proportional dem Abstand -der sich anziehenden Spitzen. Sie sind im allgemeinen außerordentlich viel größer als bei der Schwerkraftaufhängung. Dadurch können die bei der Schwerkraftaufhängung so lästigen Pendelerscheinungen praktisch vollkommen beseitigt werden, und zwar ohne Einbuße an Empfindlichkeit. Die magnetische Aufhängung verhält sich also praktisch wie eine Spitzenlagerung, ohne deren Nachteile, vor allem die Lagerreibung, aufzuweisen. Die Lageabhängigkeit kann bei der magnetischen Aufhängung verhältnismäßig sehr gering gemacht werden, besonders wenn in Analogie zur Spitzenlagerung zwei Magnetsysteme zur Aufhängung verwendet werden.
  • Daher kann für viele Zwecke auf eine genaue Einstellung der Lage des Instrumentes durch Wasserwaagen u. dgl. verzichtet werden, ja es ist sogar möglich, die Drehachse waagerecht oder unter beliebigem Winkel gegen die Waagerechte zu legen.
  • Das Drehsystem und damit der Zeiger kann oben liegen, so daß ein die Ablesung störender Aufhängeturm vermeidbar fest.
  • Wegen der erfindungsgemäß erzielbaren außerordentlich scharfen Einstellung der Drehachse können Anordnungen gewählt werden, bei denen es darauf ankommt, daß sich die Drehachse nicht seitlich verschiebt. Dieser Gesichtspunkt ist besonders wichtig z. B. für elektrostatische Instrumente, bei denen es jetzt nicht mehr nötig ist, eine der bisher üblichen Anordnungen nach Art des Quadrantenelektrometers oder des Multizellularinstrumentes zu wählen, bei denen die wirksamen Elektrodenflächen im wesentlichen senkrecht zur Drehachse verlaufen und damit zwangsläufig zu einem großen Trägheitsmoment des beweglichen Systems führen. Die magnetische Au'fhän'gung ermöglicht es, zu Anordnungen mit im wesentlichen zylindrischen Elektrodenflächen überzugehen und damit das Trägheitsmoment und die Einstellzeit des Drehsystems ganz wesentlich herabzusetzen.
  • Da das Systemgewicht durch die magnetischen Kräfte aufgenommen werden kann, kann der Torsionsfaden vom Systemgewicht entlastet und unter Umständen zwecks Empfindlichkeitssteigerung wesentlich schwächer gewählt werden als bei der Schwerkraftaufhängung.
  • Die Vorteile der magnetischen Aufhängung gegeniiber der gewöhul ichen Spann faden aufhängung sind hauptsächlich etwa folgende: Bei gleichem Querschnitt und gleicher Gesamtlänge des Aufhängefadens für die magnetische Aufhängung einerseits und des Spannfadens der gewöhnlichen Spannfadenaufhängung andererseits hat die magnetische Aufhängung die vierfache Empfindlichkeit, verglichen mit der gewöhnlichen Aufhängung, denn bei der magnetischen Aufhängung wird ja ein einziger Aufhängefaden mit der doppelten Länge einer Spannfadenhälfte tordiert, während bei der Spannfadenaufhängung beide Hälften des Spannfadens je mit der halben Gasamtlänge tordiert werden müssen. Die geringe Lageabhängigkeit, ein Hauptvorteil des Spannfadenprinzips, ist bei der magnetischen Aufhängung sogar noch besser ausgeprägt als bei der gewöhnlichen Spannfadenaufhängung.
  • Ebenso wie bei der Schwerkraftaufhängung sind bei der Spannfadenaufhängung die radialen Richtkräfte umgekehrt proportional der Spannfadenlänge, während sie bei der magnetischen Aufhängung praktisch unabhängig von der Länge des Torsionsbandes sind. Die Empfindlichkeit der Spannbandaufhängung kann also nicht ohne weiteres durch Verlängerung der Spannbänder gesteigert werden, da sonst die radialen Richtkräfte zu klein werden, wodurch die Vorzüge der Spannfadenaufhängung verlorengehen.
  • Bei der magnetischen Aufhängung dagegen kann die Empfindlichkeit ohne Beeinträchtigung der radialen Richtkräfte gesteigert werden, indem die Länge des Torsionsfadens vergrößert wird.
  • Wegen der Lage des Drehsystems am einen Ende des Aufhängefadens kann ein unter Umständen lästiger Spannturm vermieden werden.

Claims (10)

  1. PATENTANSPRÜCHE I. Aufhängung von Drehsystemen empfindliefer Meßinstrumente und Steuergeräte, dadurch gekennzeichnet, diaß der das System haltende Faden an seinem einen Ende einen oder mehrere in Richtung der Drehachse hintereinanderliegendle ferromagnetische Körper trägt, die durch ein oder mehrere in Richtung der Drehachse hintereinanderliegende Magnetfelder in Richtung der Drehachse gezogen werden und die den Faden in. Richtung der Drehachse spannen.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld, das den mit dem Torsionsfaden fest verbundenen ferromagnetischen Körper anzieht, von einem zweiten, feststehenden ferromagnetischen Körper ausgeht oder daß die Magnetfelder, die die mit dem Torsionsfaden fest verbundenen ferromagnetischen Körper anziehen, je von zweiten, feststehenden, in Richtung der Drehachse hintereinanderliegenden ferromagnetischen Körpern ausgehen.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der beiden sich anziehenden ferromagnetischen Körper eines Magnetsystems rotationssymmetrisch gestaltet ist.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die sich anziehenden ferromagnetischen Körper der Magnetsysteme spitz gegeneinander zulaufen und daß der Abstand zwischen den Spitzen gering ist.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberstehenden Spitzenpaare aus magnetisch möglichst weichem Material bestehen, d.h. möglichst geringe Hystereseerscheinungen zeigen.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsfaden ungefähr vertikal verläuft und das oder die Magnetsysteme an seinem oberen Ende trägt.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch I bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die Magnetfelder von permanenten Magneten geliefert werden.
  8. 8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die permanenten Magnete feststehen, als rotationssymmetrische Topfmagnete ausgebildet und so magnetisiert sind, daß sie rotationssymmetrische Felder mit maximal er Intensität am zentralen Pol erzeugen.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Pole der Topfmagnete rotationssymmetrische Spitzen aus magnetisch möglichst weichem Materilal tragen, die Iden am beweglichen System befestigten, ebenfalls aus magnetisch möglichst weichem Material bestehenden nadei"förmigen Spitzen mit geringem Abstand zwischen den Spitzen gegen, überstehen.
  10. 10. Anordnung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Magnetsystem an zwei möglichst weit voneinander entfernten Stellen der Drehachse des beweglichen Systems angebracht ist.
DEP33015A 1949-02-02 1949-02-02 Magnetische Aufhaengung von Drehsystemen empfindlicher Messinstrumente und Steuergeraete Expired DE866731C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1204144B (de) * 1953-11-03 1965-10-28 Junghans Geb Ag Unruh-Gangreglersystem
DE1205915B (de) * 1953-11-03 1965-11-25 Junghans Geb Ag Unruh-Gangreglersystem

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1204144B (de) * 1953-11-03 1965-10-28 Junghans Geb Ag Unruh-Gangreglersystem
DE1205915B (de) * 1953-11-03 1965-11-25 Junghans Geb Ag Unruh-Gangreglersystem

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