DE975944C

DE975944C - Induktiver Ferngeber

Info

Publication number: DE975944C
Application number: DESCH19578A
Authority: DE
Inventors: Adolf Dipl-Ing Kruessmann
Original assignee: Schoppe and Faeser GmbH
Current assignee: Schoppe and Faeser GmbH
Priority date: 1956-02-17
Filing date: 1956-02-17
Publication date: 1962-12-13

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Ferngeber zur Fernübertragung von Meßwerten oder von Stellungen von Ventilen usw. Derartige bekannte induktive Ferngeber werden z. B. nach Art eines Differentialtransformators ausgebildet. Sie bestehen dann aus zwei koaxial zueinander angeordneten Zylinderspulen. Die eine wird von einem einphasigen Wechselstrom erregt, und an der zweiten wird eine induzierte Spannung abgenommen. Innerhalb der beiden Spulen wird ein Eisenkern entsprechend dem zu übertragenden Meßwert verschoben. Entsprechend seiner Stellung ändert sich die in der zweiten Spule induzierte Wechselspannung. Eine andere bekannte Ausführungsform derartiger induktiver Ferngeber ist motorähnlich aufgebaut. Innerhalb eines magnetischen Wechselfeldes, das in einem Ständer mit zwei gegenüberliegenden Polen durch eine Wechselstromerregung erzeugt wird, befindet sich drehbar ein Doppel-T-Anker als Rotor. Je nach der Stellung des Rotors zum primären Erregerfeld ändert sich die in ihm induzierte Spannung.

Alle diese bekannten induktiven Ferngeber sind in ihrem Anwendungsbereich auf gewisse Amplituden bzw. Winkelausschläge begrenzt. Der mit verschiebbarem Eisenkern ausgebildete Differentialtransformator ist nur für translatorische Bewegungen geeignet. Der motorähnlich aufgebaute induktive Ferngeber mit drehbarer Spule kann nur einen bestimmten Winkel bestreichen, der im allgemeinen 90⁰ nicht übersteigen wird.

Eine bekannte Ausführung eines induktiven Ferngebers, der eine einphasige Wechselspannung abgibt, erlaubt, die Charakteristik des Gebers, d. h.

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die Abhängigkeit zwischen abgegebener Spannung und Drehwinkel zu beeinflussen. Es ist hierdurch möglich, den zulässigen Drehwinkel, der bei den Normalausführungen 90⁰ beträgt, bis auf nahezu i8o° zu vergrößern. Die bekannte Anordnung enthält eine konzentrisch und gleichachsig zu einem Rotor angeordnete Statorwicklung, die aus zwei Teilen besteht, und eine auf den Rotor einwirkende Erregerwicklung. Der Rotor, dessen Achse die Erregerwicklung durchsetzt, trägt zwei Flügel aus magnetischem Material. Die beiden Teile der Statorwicklung sind über Bügel aus magnetischem Material verbunden, welche in Polschuhen enden, über welche die Flügel des Rotors streichen. Durch entsprechende Formgebung der Rotorflügel und der Polschuhe kann die Charakteristik beeinflußt werden. Der Aufbau des Gebers ist relativ kompliziert. Bei einem Empfänger für Drehfeldgeber, welche mit einem Dreileitersystem arbeiten, in dem drei

ao verschiedene Ströme fließen, der also zu einer anderen Kategorie als die einphasigen Geber nach der Erfindung gehören, ist es bekannt, als Stator einen ringförmigen geschlossenen Eisenkern zu verwenden, der mit einer 360⁰ umfassenden Wicklung versehen ist und der ähnlich wie die Wicklung eines Drehstrommotors aufgebaut ist. Die drei Leiter sind an um 120⁰ versetzten Punkten dieser Wicklung angeschlossen. Innerhalb des Stators befinden sich als Rotor zwei um i8o° versetzte Fahnen aus magnetischem Material, von denen jede durch eine Wicklung magnetisch erregt wird, die konzentrisch zur Drehachse angeordnet ist. Je nach der Erregung der einzelnen Teile der Statorwicklung und der Fahnen des Rotors nehmen diese eine verschiedene Winkelstellung ein. Bei dieser Einrichtung wird ein magnetischer Rückschluß dadurch bewirkt, daß die äußere Zylinderfläche des Eisenkerns des Stators in ein Rohr aus magnetischem Material eingesetzt ist, das an beiden Seiten durch Lager-

4.0 Schilde, die ebenfalls aus magnetischem Material bestehen, abgeschlossen ist. Außerdem sind in die Lagerschilde noch rohrförmige Ansätze aus magnetischem Material vorgesehen, welche bis in die Nähe der Rotorflügel in das Innere des Gebers ragen und von der Erregerwicklung für den Rotor umgeben sind. Dieser Empfänger gestattet eine Drehwinkelwiedergabe von 360⁰ und mehr, hat dabei aber ein Dreileitersystem zur Voraussetzung.

Demgegenüber bringt die Erfindung einen induktiven Ferngeber für einphasigen Wechselstrom, der für Drehwinkel bis nahezu 360⁰ geeignet ist und einen besonders einfachen Aufbau hat. Die Erfindung geht dabei gemäß dem oben wiedergegebenen Stand der Technik von einem induktiven Geber zur Fernübertragung von Meßwerten mit einem mechanisch vom Meßobjekt angetriebenen Rotor aus, der einen drehbaren Arm aus Eisen trägt, mit dem die Wirkung des magnetischen Flusses zwischen einer konzentrisch zum Rotor angeordneten Statorwicklung (Abnahmewicklung) und einer auf den drehbaren Arm einwirkenden Erregerwicklung verändert wird. Nach der Erfindung ist die Statorwicklung in Form einer offenen Ringwicklung mit zwei Abnahmeklemmen ausgebildet und auf einen kreisförmig gebogenen und durch einen Schlitz unterbrochenen Eisenkern gewickelt, der in einer Ebene senkrecht zur Rotorachse liegt, und es sind Mittel zur Verbesserung des magnetischen Rückflusses von der Statorwicklung zu der Erregerwicklung vorgesehen.

Näher erläutert sei der induktive Ferngeber nach der Erfindung und seine Wirkungsweise an einem Ausführungsbeispiel. In

Bild ι ist eine Darstellung in Parallelperspektive eines solchen induktiven Ferngebers wiedergegeben;

Bild 2 zeigt eine Prinzipskizze zur Verdeutlichung der Wirkungsweise und

Bild 3 im linken Teil eine Ansicht und im rechten Teil einen Schnitt durch einen induktiven Ferngeber mit Gehäuse.

In Bild 1 ist mit 1 ein kreisförmig gebogener Eisenkern mit quadratischem Querschnitt gezeichnet, der bis auf einen kleinen Schlitz von wenigen Grad öffnungswinkel sich über einen vollen Kreisbogen, also über 360⁰ erstreckt. Dieser Eisenkern ist auf seiner ganzen Länge mit einer gleichmäßig verteilten Wicklung 2 versehen. Es genügt im allgemeinen eine einlagige Wicklung. Innerhalb des Kernes ist an der zentrisch zum Kern drehbaren Achse 3 ein Arm 4 aus Eisen angeordnet, der bis auf einen möglichst kleinen Luftspalt bis an den Eisenkern 1 bzw. die Wicklung 2 heranreicht. Auf den Arm 4 wirkt die Spule 5 ein, welche um die Achse 3 herumgelegt ist. Um das Feld der Spule gut auf den Arm 4 übertragen zu können, wird die Achse 3 zweckmäßig aus Eisen hergestellt. Außerdem kann noch innerhalb der Spule 5 ein Eisenrohrstück 6 als Spulenträger angeordnet sein, auf dem der Arm 4 unmittelbar aufliegt, so daß die in den innerhalb des Spulenkernes befindlichen Eisenteilen 3 und 6 induzierten Kraftlinien unmittelbar auf den Arm 4 übertragen werden. Unterhalb der Spule 5 ist weiterhin noch eine Eisenscheibe 7 vorgesehen, die sich von der Achse bis zum äußeren Rand des Eisenkerns 1 erstreckt. Diese Eisenscheibe 7 ist zur Vermeidung von Wirbelströmen geschlitzt, ebenso die Achse 3 und das Eisenrohrstück 6.

Die Wirkungsweise sei an Hand von Bild 2 erläutert, in dem die einzelnen Teile, soweit dargestellt, mit denselben Bezugszeichen wie in Bild 1 versehen sind. Es sei vorausgesetzt, daß die Spule 5 mit Wechselstrom, z. B. von Netzfrequenz erregt wird. Dann entsteht, wie schon erläutert, im Arm 4 ein Wechselfeld, das sich auf den Eisenkern 1 überträgt. Hier teilt es sich von der Spitze des Armes 4 aus nach den beiden Seiten und schließt sich, nachdem es von dem Eisenkern 1 auf die Eisenscheibe 7 übergetreten ist, wieder. Der Abstand zwischen dem Kern 1 und der Eisenscheibe 7 ist so groß, daß das Feld zwischen 1 und 7 über die ganze Länge des Eisenkerns gleichmäßig ist. In den zu beiden Seiten des Armes 4 liegenden Teilen der Wicklung 2 entstehen dann Spannungen, die linear von der Stellung des Armes 4 abhängen. Steht der

Arm 4 in der Mitte der Wicklung 2, so heben sich die Spannungen gegenseitig auf, und die an der Wicklung 2 abgenommene Gesamtspannung ist Null. Beim Überschreiten dieses Punktes findet eine Phasenumkehr statt, und jeweils beim Erreichen des Endes der Wicklung ist die in der Wicklung 2 induzierte Spannung ein Maximum. Hierdurch wird erreicht, daß die von dem induktiven Ferngeber abgegebene Spannung von einem Maximalwert über den Wert Null bis zu einem Maximalwert bei entgegengesetzter Phase wieder ansteigt. Die Abhängigkeit zwischen der abgegebenen Spannung und dem Drehwinkel ist linear. Sie kann gegebenenfalls durch entsprechende Gestaltung des Eisenkerns und der Bewicklung in irgendeinem gewünschten Sinn beeinflußt werden.

In Bild 3 ist ein mit einem Gehäuse zusammengebauter Ferngeber gezeigt. Die Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Bild 1 und 2. Es ist zu beachten, daß die Scheibe 7 und das zentrische Rohr 6 ein einheitliches Teil bilden und zugleich zum Aufbau des Spulenkörpers herangezogen sind. Im übrigen dürfte Bild 3 ohne weiteres verständlich sein. Das über den ganzen Ferngeber gestülpte Aluminiumschutzgehäuse, in dem auch die Achse gelagert ist, ist mit 8 bezeichnet. Es ist, ebenso wie die anderen Metallteile, geschlitzt. Der Eisenkern 1 und der Arm 4 sind in üblicher Weise aus lamelliertem Eisen hergestellt.

An Stelle der gezeichneten Gleitlager können zur Herabsetzung der Reibung Kugellager vorgesehen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Induktiver Geber zur Fernübertragung von Meßwerten mit einem mechanisch vom Meßobjekt angetriebenen Rotor, der einen drehbaren Arm aus Eisen trägt, mit dem die Wirkung des magnetischen Flusses zwischen einer konzentrisch zum Rotor angeordneten Statorwicklung (Abnahmewicklung) und einer auf den drehbaren Arm einwirkenden Erregerwicklung verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorwicklung (2) in Form einer offenen Ringwicklung mit zwei Abnahmeklemmen ausgebildet und auf einen kreisförmig gebogenen und durch einen Schlitz unterbrochenen Eisenkern (1) gewickelt ist, der in einer Ebene senkrecht zur Rotorachse (3) liegt, und daß Mittel (7) zur Verbesserung des magnetischen Rückflusses von der Statorwicklung (2) zu der Erregerwicklung (5) vorgesehen sind.
2. Induktiver Ferngeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kreisförmig gebogene Eisenkern (1) rechteckigen Querschnitt hat und sich bis auf einen kurzen Schlitz über einen Vollkreis erstreckt und sich in seinem Innern der drehbare Arm (4) von etwa gleichem Querschnitt bewegt.
3. Induktiver Ferngeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Arm (4) auf einer Achse (3) aus Eisen befestigt ist, die durch eine feststehende Spule (5) hindurchragt.
4. Induktiver Ferngeber nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als magnetischer Rückschluß zwischen dem kreisförmigen Eisenkern (1) und dem drehbaren Arm (4) eine in einigem Abstand vom kreisförmigen Eisenkern parallel zu diesem angeordnete Eisenplatte (7) dient.
5. Induktiver Ferngeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (3) für den drehbaren Arm (4) in der Eisenplatte (7) gelagert ist und die um die Achse gelegte Spule (5) sich zwischen Eisenplatte (7) und Arm (4) befindet.
6. Induktiver Ferngeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenplatte (7) zugleich als Abschluß deckel für ein die übrigen Teile aufnehmendes Gehäuse (8) aus nichtmagnetischem Werkstoff dient.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 909960, 727330,

137780; »Feinwerktechnik«, Bd. 56, H. 5, Jg. 1952,

S. 132, 133.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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