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Durch eine mechanische Größe gesteuerte magnetische Brücke
Die Erfindung
bezieht sich auf die Verbesserung einer durch eine mechanische Größe gesteuerten
magnetischen Brücke mit zwei Eisenkreisen, die ein gemeinsames, durch die mechanische
Größe unter Bildung gegenläufig veränderlicher Luftspalte bewegbares Eisenschluß
stück enthalten.
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Mit der gegenläufigen Veränderung der miftspalte beider Magnetsysteme
ändern sich die entsprechenden magnetischen Flüsse, wodurch eine entsprechend große
Rückwirkung auf Idie mechanische Steuergröße ausgelöst wird. Aufgabe der Erfindung
ist, eine derartige Anordnung so auszugestalten, daß der magnetische Widerstand
der beiden magnetisierten Kreise bei Bewegung des Eisenschlußstückes nahezu oder
ganz konstant bleibt. Dann ist nämlich die magnetische Rückwirkung der beiden Eisenkreise
auf das durch die mechanische Steuergröße verstellte Eisenschluß -stück am geringsten
bzw. gleich Null.
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Erfindungsgemäß läßt sich Idies dadurch erreichen, daß jedem Eisenkreis
ein magnetischer Nebenschluß zugeordnet ist, dessen magnetischer WATiderstand in
Abhängigkeit von der Stellung des Eisenschlußstückes derart gesteuert ist, daß mit
der
Vergrößerung bzw. Verkleinerung des magnetischen Widerstandes jedes Eisenkreises
der magnetische Widerstand des zugeordneten magnetischen Nebenschlusses gegenläufig
geändert wird. Zur Erläuterung des Erfin'dungsgegenstandes sei auf die Abb. I bis
3 verwiesen.
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Abb. I zeigt zunächst eine Ausführungsform. oder bekannten magnetischen
Brücke. Zwischen zwei U-förmigen Eisenkernen 1, 2, die je eine Erregerwicklung 3,
4 tragen, ist ein rechteckiges Eisenschlußstück 5 unter bildung von zwei Luftspaltpaaren
d1, d3 bzw. d2, d4 durch eine mechanische Steuergröße in Pfeifrichtung aus der dargestellten
Mittellage ger, adlinig auf das eine oder andere Erregersystem hin oder von diesem
weg bewegbar.
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Beide magnetischen Erregerkreise sind von der gleichen Spannungsquelle
gespeist, und zwar derart, daß in dem Eisenschlußstück 5 sich die Erregerflüsse
beider Eisenkreise einander entgegenwirken, wie durch die Richtungspfeile des eingezeichneten
Flußverlaufs kenntlich gemacht ist. In der Mittellage des Eisenschlußstückes ist
daher der resultierende magnetische Fluß gleich Null, während bei Verstellung des
Schlußstückes nach rechts oder links der magnetische Fluß desjenigen Erregerkreises
überwiegt, auf den hin das Schlußstück bewegt worden ist. Das Eisenschlußstück 5
trägt eine Wicklung 6, in der bei Verstellung des Eisenschlußstückes eine Spannung
induziert wird, die bei Erregung der beiden Eisenkreise mittels Wechselstrom dem
Betrag der Auslenkung des Schlußstiickes und bei Speisung durch Gleichstrom der
Geschwindigkeit seiner Auslenkung proportional ist.
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Dieses System hat den Nachtil, daß bei Auslenkung des Schlußstückes
aus der Mittellage der magnetische Widerstand des einen Erregerkreises stark zu-
und derjenige des anderen Erregerkreises in entsprechendem Maße stark abnimmt. Infolge
der Veränderung der magnetischen Flüsse beider Erregerkreise durch das bewegte Eisenschlußstück
hat dieses bekante System die Eigenschaft, daß es auf die mechanische Steuergröße
stark zurückwirkt, wobei der Grad der Rückwirkung mit zunehmender Auslenkung des
Eisenschlußstücks aus der Mittellage zunimmt.
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Abb. 2 zeigt die hiervon unterschiedliche Ausführung der Erfindung;
zum Unterschied gegenüber der Ausführungsform gemäß Abb. 1 sind die beiden Erregerkreise
1, 2 so magnetisiert, daß die in den Erregerspulen 3, 4 erzeugten Erregerflüsse
das Eisenschlußstück 5 in der gleichen Richtung durchsetzen. Ein weiterer Unterschied
besteht darin, daß die einander gegenüberstehenden Schenkel der beiden U-förmigen
Eisenkerne 1, 2 au Stellen, die sich auf gleichem magnetischem Potential befinden,-durch
zwei U-förmige magnetische Eisenwege 7, 8 miteinander verbunden sind, wobei die
Schenkelenden der beiden Erregerkreise als Polschube 12, 13 bzw. 12', 13' ausgebildet
sind, die mit dem Eisenschlußstück 5 die Luftspalte d1 bis d4 bilden. Die Eisenwege
7, 8 überbrücken demmach die in Abhängigkeit von der Stellung des Eisenschluß stückes
5 sich gegenläufig ändernden Luftspalte d1, d2 bzw. d3, d4. Die Eisenwege 7, 8 tragen
weiterhin je eine Wicklung 9, 10, auf die von den magnetischen Flüssen der beiden
Erregerkreise induzierend eingewirkt wird. Der Kraftlinienverlauf dieser Einrichtung
ist folgender: Ein Teilfluß #1 des von der Erregerspule 3 erzeugten gesamten Flusses
tritt aus dem U-förmigen Eisenkern I über den Luftspalt d1 unmittelbar in das Eisenschlußstück
5 über verläßt dieses über den Luftspalt d3, um wieder in den Eisenkern 1 hineinzugelangen,
während ein anderer Teilfluß 02 der Erregerspule 3 aus dem Eisenkern 1 erst in den
Eisenweg 7 übertritt, von dort über den Luftspalt d2 in das Schlußstück 5 gelangt
und über den Luftspalt d. zum Eisenweg 8 und von dort in den Eisenkern I übertritt.
Der Kraftlinienweg 7, d2, 5, d4 und 8 stellt daher einen magnetischen Nebenschluß
zum Kraftlinienweg d1, 5 und d3 dar. Ähnlich setzt sich der magnetische Fluß der
Erregerspule 4 aus zwei Teilflüssen #3 un #4 zusammen, von denen der Teil fluß 03
folgenden Verlauf hat: Eisenkern 2, Luftspalt d2, Schlußstück 5, Luftspalt d4 und
Eisenkern 2, während der Teilfluß #4 folgenden Weg nimmt; Eisenkern 2, Eisenweg
7, Luftspalt d1, Sclußstück 5, Luftspalt d3, Eisenweg 8 und Eisenkern 2. Hierbei
stellt in entsprechender Weise der Kraftlinienweg 7, dt, 5, d3 und 8 einen magnetischen
Nebenschluß zu dem Kraftlinienweg d2, 5, d4 dar. Sämtliche Teilflüsse durchsetzen
also das Schlußstück 5 in gleicher Richtung, wobei ein Teil des Erregerflusses jedes
Erregersystems über die diesem System zugeordneten Luftspalte und ein anderer Teilfluß
desselben Erregersystems über die Luftspalte des anderen Erregersystems verläuft.
Werden die Luftspalte des einen Erregersystems durch die geradlinige Verstellung
des Schlußstückes 5 gröker, so daß der unmittelbar in dieses Schlußstück übertretende
Teil des Erregerflusses kleiner wird, so wird dieser Fluß durch den Fluß anteil
verstärkt, der durch den magnetischen Nebenschluß verläuft.
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Der gesamte Erregerfluß jedes Erregersystems bleibt daher bei Verstellung
des Schlußstückes 5 praktisch konstant.
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Die Teilflüsse 02 und 04 durchlaufen die Nebensdhlußstücgke 7, 8
in entgegengesetzter Richtung, wobei in der Mittellage des Schlußstückes 5 diese
Teilflüsse den resultierenden Wert Null ergeben, während bei Verstellung des Schlußstückes
5 auf das Erregersystem I, 3 thin der Fluß 04 und bei Verstellung des Schlußstückes
5 auf das Erregersystem 2, 4 der Fluß #2 überwiegt. Werden die Errgerspulen 3, 4
durch Wechselstrom erregt, so ist also die von jeder der Spulen 9, 10 gelieferte
Wechselspannung in der Mittellage des Schlußstückes 5 Null, während sie um so größer
wird, je weiter das Schlußstück 5 aus der Mittelage verschoben worden ist. Dabei
hat sich entsprechend dem überwiegen des einen oder anderen Teilflusses in den nebenschlußstücken
7, 8 die Phasenlage der induzierten Wechselspannung um 180° geändert. Die Größe
und Phasenlage der abgenommenen steuerwechselspannung ist also ein direktes
Maß
für die Größe und Richtung der geradlinigen Verstellung des Schluß'stückes 5 aus
seiner Mittellage. Sind die Erregerspulen 3, 4 durch Gleichstrorn erregt, so tritt
die induzierende Wirkung nur so lange auf, solange das Schluß stück 5 bewegt wird.
Die induzierte Spannung ist also ein Maß für die Geschwindigkeit der Verstellung
des Schlußstückes 5, wobei die Richtung der Verstellung durch eine Richtungsumkehr
der induzierten Spannung kenntlich gemacht wird. Sollte infolge des magnetischen
Widerstandes der Neben schlußstücke 7, 8 bzw. der Übertrittsstellen zwischen diesen
Teilen und dem Eisenkern 1 bzw. 2 in der Mittellage des Eisenschlußstücks 5 die
in den Wicklungen 9, 10 induzierte Spannung nicht Null sein, so verschiebt sich
die Ausgangslage des Schlußstücke 5 gegen seine Mittellage entsprechend.
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Abb. 3 zeigt eine besondere Ausführung einer magnetischen Brücke,
die durch eine Drehbewegung des Scghlußstückes 5 gesteuert wird. Bei dieser Ausführungsform
sind nur zwei Luftspalte d6, d7 vorhanden, die bei Verstellung des Ei'senscblußstückes
5 gegenläufig geändert werden, während an Stelle der gegenläufig veränderlichen
Luftspalte d3,d4 der Abb. 2 ein während der Verstellbewegung konstant bleiben der
einziger Luftspalt d5 vorgesehen ist. Entsprechend dem einen Paar gegenläufig veränderlicher
Luftspalte d6, d7 ist auch nur ein einziges, eine induzierte Widdung 19 tragendes
Nebenschlußstück 14 zur magnetischen Verbindung der Punkte gleichen Potentials beider
Erregerkreise vorgesehen. Das magnetische Joch 11 ist aus einem Stück gearbeitet
und umfaßt die Eisenkerne 16, I7 für die beiden Erregerspulen 3, 4, zwei Polschuhe
12, I3, die mit dem Eisenschlußstück 5 die beiden gegenläufig veränderlichen Luftspalte
d6, d7 bilden, die magnetische Verbindung 14 der beiden Erregermagnete sowie den
magnetischen Rückschluß 15, welcher mit dem Eisenschlußstück 5 den konstanten Luftspalt
d5 bildet. Im Eisenweg 14 ist außerdem ein einstellbarer Luftspalt 21 vorgesehen,
der aber zunächst unberit'cksichtigt bleiben soll. Das Joch 11 sowie die Polscihuhe
I2, I3 sind ausgedreht zur Aufnahme des als Eisenschlußstück dienenden keilförmigen
Drehteiles 5, das um die AchsetIS drehbar gelagert ist. Auf diese Weise haben die
Luftspalte ringförmigen Verlauf, was aus herstellungs -technischen Gründen vorteilhaft
ist. Die Erregerspulen werden wieder derartig magnetisiert, daß sämtliche magnetischen
Teilflüsse das Eisenschlußstück 5 in gleicher Richtung durchfließen. In seiner Mittellage
überdeckt das Eisenschlußstück 5 die beiden Polbögen der Polschuhe 12, 13 zu gleichen
Teilen, während bei einer Auslenkung des Schlußstückes 5 durch eine beliebige mechanische
Größe im oder entgegen dem Uhrzeigersinn sich die Üb ertn.tts querschnitte der Kraftlimen
an den Polbögen gegenläufig verändern. Dementsprechend kann von der induzierten
Wicklung 19 eine nach Größe und Richtung veränderliche Steuerspannung abgenommen
werden. Auch hierbei bleibt der Gesamtfluß bei Verstellung des Schlußstückes 5 konstant,
so daß keine Rückwirkung auf die mechanische Steuergröße auftritt. Eine Abweichung
der induzierten Spannung vom Werte Null in der Mittellage des Eisenschlußstückes
5, die etwa durch ungleiche Ausbildung der die Luftspalte d6, d7 begrenzenden Teile
verursacht sein kann, kann ohne weiteres durch eine Ankerdrehung kompensiert werden.
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Das Joch III kann an der Stelle, an der der magnetische Fluß aus
dem Eisenscblußstück 5 über den Luftspalt d5 in das Joch übertritt, durch einen
Luftspalt 20 geteilt sein, der verhindert, daß sich ein Stromfluß von den beiden
Erregerspulen über das Joc, h II unmittelbar unter Umgehung des eingezeichneten
Kraftlinienverlaufs ausbilden kann.
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Bei einem System gemäß der Erfindung, welches eine der Geschwindigkeit
der Verstellbewegung des Eisenschlußstückes 5 proportionale Spannung liefern soll,
kann der Gleichfluß in beiden Eisenkreisen anstatt durch eine Gleichstromerregung
natürlich auch durch permanente Magnete erzeugt werden.
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Kuppelt man das drehbare Eisenschlußstück der Abb. 3 z. B. mit der
Präzessionsachse eines Wendezeigerkreisels, der drehgeschwindigkeitsabbängige Ausschläge
liefert, so erzeugt die magnetische Brücke bei primärer Wechseistromerregung eine
Wechsel spannung, die proportional der Wenrdegeschwindigkeit ist. Kuppelt man dagegen
den Wendezeigerkreisel mit einem gleichstrom- oder permanent erregten System gemäß
der Erfindung, so liefert dieses eine Steuerspannung, welche der Drehbeschleunigung
proportional ist.
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Zur Magnetisierung des Nebenschlußweges bei Verwendung permanenter
oder gleichstromerregter Magnete ist eine gewisse Zeit erforderlich, bis sich vor
dem am Ende des Nebenschlußstückes 7, 8 (vgl. Abb. 2> oder 14 (vgl. Abb. 3) liegenden
Luftspalt, welcher den zusätzlichen Teilkraftfluß hindurchlassen soll, diejenige
magnetische Induktion ausgebildet hat, welche durch die Stellung des Eisenschlußstückes
5 vorgegeben worden ist. Diese Zeit hängt nicht nur von dem jeweils verwandten magnetischen
Material für den Nebenschlußweg ab, sondern auch von der Geschwindigkeit, mit der
die durch die mechanische Größe gesteuerte Kraftlinienänderung der Erregersysteme
erfolgt. Je schneller nämlich diese Kraftlinienänderung auftritt, um so mehr Kraftlinien
müssen durch den Eisenweg 7, 8 (vgl. Abb. 2) oder 14 (vgl. Abb. 3) des Nebenschlußweges
in zum oder abnehmendem Sinne strömen. Bei gleichbleibendem magnetischem Widerstand
des Eisenweges des Nebenschlusses wird daher eine mit der Geschwindigkeit der Kraftfluß
änderung zunehmende Stauung der Kraftlinien auftreten, und es wird eine größere
Zeit vergehen, bis die größere Kraftlinienzahl den gesamten Eisenweg magnetisiert
bzw. entmagnetisiert und der gesamte Kraftlinienfluß den Wert erreicht hat, den
er vor der Verstellung des Eisenschlußstückes hatte. Es wird also der mechanischen
SteusergröPJe eineKraft entgegenwirken, die von der Geschwindigkeit der Verstellbewegung
abhängt. Eine solche geschwindigkeitsabhängige Gegenwirkung wird allge-
mein
als Dämpfung bezeichnet, während man imGegensatz dazu unter Rückwirkungeine auf
dieprimäre Steuergröße wirkende Kraft versteht, die nur von der Stellung eines von
der primären Größe gesteuerten Gliedes, das ist in diesem Falle das Eisenschluß
stück 5, abhängt und daher auch nach vollzogener Bewegung des Steuergliedes bestehenbleibt.
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Das System gemäß der Erfindung läßt sich also in Fällen benutzen,
in denen es auf die Entwicklung einer Idämpfenden Wirkung ankommt.
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Je länger der Eisenweg des Nebenschlußkanals ist, um so größer ist
die Zeit, die zur Magnetisierung bzw. Entmagnetisierung des Eisenweges erforderlich
ist. Will man daher die Dämpfung groß wählen, so wird man den Eisenweg im Nebenschlußkannal
entsprechend lang machen.
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Die Dämpfung läßt sich weiterhin dadurch verändern, daß der magnetische
Widerstand des Eisenweges im Nebenschluß, kanal verändert wird, z. B. durch Einfügung
eines einstellbaren Luftspaltes.
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Ein solcher ist in Abb. 3 mit 21 bezeichnet. Je größer der magnetische
Widerstand dieses Luftspaltes gewählt wird, um so weniger Kraftlinien lassen sich
durch den magnetischen Nebenschluß hindurchtreiben, und es vergeht daher auch weniger
Zeit, bis die Magnetisierung bzw. Entmagnetisierung des Nebenschlußweges beendet
ist. Dementsprechend ist auch die Dämpfung geringer. Die Einfügung eines zusätzlichen
magnetischen Widerstandes im Eisenweg des Nebenschlußkanals geht andererseits auf
Kosten der Rückwirkungsfreiheit, da dann die gegenläufige Änderung der magnetischen
Widerstände der Widerstandsverzweigung pro Eisenkreis nicht mehr um den gleichen
Betrag für beide magnetischen Widerstandszweige erfolgt.
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Die Anwendung des Erfindungagegenstandes als Dämpfungsmittel empfiehlt
sich in allen Fällen, wo man sich von dem Vorhandensein von Luft unabhängig machen
will. Die Anordnung gemäß der Erfindung ist daher {besoniders in Flugzeugen, welche
beliebige Höhen erreichen sollen, mit Vorteil gegenüber den bisher bekannten Dämpfungskolben
verwendbar. Die bekannten Dämpf, ungskolben haben gegenüber dem Erfindungsgegenstand
den weiteren Nachteil, daß zu Beginn der Kolbenbewegung immer eine Anfangsreibung
überwunden werden muß, während eine entsprechende Größe bei dem Erfindungsgegenstand
nicht vorhanden ist.
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Soll das'Gerät nur zur Erzeugung einer Dämpfung benutzt werden, so
fällt die induzierte Winklunge 9, 10 (vgl. Abb. 12) bzw. 19 (vgl. Abb. 3) fort.
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Die Steilheit des Kraftlinienanstiege nimmt zu, je schmäler die Übertrittsfläche
der Kraftlinien an den gegenläufig verändertichen Luftspalten gemacht wird. Um den
Übertritt des gesteuerten magnetischen Flusses ungehindert zu ermöglichen, muß natürlich
dann für eine ausreichende Tiefe des Eisenquerschnittes gesorgt werden.
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An der Wirkung des Erfindungsgegenstandes ändert sich nichts, wenn
das Eisenschluß'stück 5 als Magnet ausgebildet ist oder eine Erregerwicklung trägt.
In diesem Falle sind die in den Abb. 2 und 3 dargestellten Erregerwicklungen 3,
4 bzw. die Einfügung permanenter Magnete an diesen Stellen unnötig.
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Ähnlich wie in Abb. 3 kann natürlich auch bei der Ausführungsform
gemäß Abb. 2 nur ein Paar gegenläufig veränderlicher Luftspalte benutzt werden,
während das andere Paar der in Abb. 2 noch vorhandenen, gegenläufig veränderlichenLuftspalte
durch einen konstanten Luftspalt ersetzt werden kann. Bei dieser Ausbildung ist
dann, ähnlich der in Abb. 3 dargestellten, nur eine einzige induzierte Wicklung
vorhanden.
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Die Breite der Luftspalte kann durch Verstellung der die Lufspalte
begrenzenden Teile einstellbar sein, um die Arbeisweise der Brückenanordnung an
die jeweils gewünschten Betriebsbedingungen anpassen zu können.