Drehspulinstrument mit einem Permanentmagneten von im wesentlichen Y-förmigem Querschnitt Die Erfindung betrifft ein Drehspulinstrument mit einem Permanentmagneten von im wesentlichen Y- förmigem Querschnitt dergestalt, dass eine hohe Instru- mentenempfindlichkeit und geringe Baugrösse sowie geringe Herstellungs- und Montagekosten erzielbar sind.
Bei Messinstrumenten der zur Erörterung stehen den Art wird ein Permanentmagnet verwendet, wel cher im Zusammenwirken mit einem Weicheisenjoch einen magnetischen Luftspalt bildet. Im Luftspalt ist eine Drehspule angeordnet, der über eine Spirale Strom zugeführt wird.
Üblicherweise ist an der Dreh spule ein Zeiger befestigt, welcher sich über einer geeichten Skala bewegt und die Grösse des die Dreh spule durchfliessenden Stromes abzulesen gestattet. Bei gewissen Messins trument'en dieser Art, beispielsweise bei Kursanzeigegeräten für Flugzeuge, muss die Win kelablenkung des Zeigers verhältnismässig klein sein, das Messinstrument muss aber hohe Empfindlichkeit, hohes Drehmoment, gute Dämpfung,
geringe Grösse und geringes Gewicht :besitzen. Um solchen Forde rungen .gerecht zu werden, verwendet man Instrumen tensysteme, bei denen die gesamte magnetische Ener gie des Permanentmagneten sich in einem einzigen Luftspalt konzentriert, dessen Bogenlänge etwas grö sser ist als die winkelmässige Ablenkung des Zeigers. Die Drehspule ist so angeordnet, dass sich nur die eine Seite der Spulenwindungen im Luftspalt befindet.
Solche Drehspulinstrumente mit Permanentmagneten werden als Instrumente mit nur einem Luftspalt be zeichnet.
Bei dem Drehspulinstrument nach der Erfindung, welches von einfacher Bauart und besonders hoher Magnetflussdichte ist, kann ungefähr 160% der maxi- mal bei konzentrischen Magneten-Kernanordnungen erzielbaren Flussdichte erreicht werden, indem ein Magnetkern verwendet wird,
welcher im wesentlichen die Form eines Buchstabens Y besitzt.
Mit Vorteil kann das erfindungsgemässe Drehspul- instrument in einem Flugzeug als Kursanzeigegerät benutzt werden. Das erfindungsgemässe Drehspul- instrument weist insbesondere eine hohe Dichtigkeit des magnetischen Flusses, hohe Dämpfung und ein hohes Drehvermögen innerhalb eines geringen Win- kelbereiches auf.
Die erfindungsgemässe Konstruktion gestattet, dass durch das Gewicht der Spulenwicklung das Gewicht des Zeigers ausbalanciert werden kann, ohne An wendung zusätzlicher Gegengewichte. Das erfindungs gemässe Drehspulinstrument ist dadurch gekennzeich net, dass die divergierenden Arme des Y-förmigen Magneten in einem Punkt auseinanderzulaufen be- ginnen:
, welcher von dem Fusspunkt des Magneten- körpers bis zu den Enden der Arme mehr als halb wegs liegt, und ein ringförmiges. Joch aus hochper meablem Material den Magneten so umgibt,
dass die Enden der Y-förmigen divergierenden Arme in ma gnetischem Kontakt mit der Innenfläche des Joch teiles sind und. der Fussteil des Magneten einen Luft spalt mit der gegenüberliegenden Seite des ringför migen Joches bildet, und dass die asymmetrisch in der Höhe der einen Spulenseite liegende Drehachse der Drehspule zwischen den,
divergierenden Armteilen des Magneten und der Innenwandung des Jochteiles liegt und die andere Spulenseite in dem gegenüberliegenden Luftspalt beweglich ist.
Die vorgenannten Eigenschaften und weitere Zweckmässigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbei- spielen und den zugehörigen Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfin dungsgemässen Permanentmagneten, Fig.2 eine Vorderansicht, die in vergrössertem Massstab wiedergegeben ist und den inneren Mecha nismus eines Drehspulinstrumentes mit dem Magnet system erkennen lässt, wobei bestimmte Teile gebro chen wiedergegeben sind und das Skalenblatt des Messinstrumentes nicht zur Wiedergabe gelangt,
Fig. 3 einen axialen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 2 in Richtung der Pfeile gesehen, Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 2, Fig.5 eine Ansicht des in Fig.2 dargestellten Systemes von hinten betrachtet, Fig. 6 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, wobei jedoch bestimmte Teile der Anordnung nicht wiedergegeben sind,
um eine Magnetenkonstruktion abgeänderter Bauweise zu zeigen, Fig. 7 die Ausbildung des Drehlagers des Spulen systeme.s.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäss ausgebildeter Permanentmagnet 11 dargestellt. Der Magnet besitzt im Querschnitt :die Form eines Buchstabens Y, das heisst, er :besitzt im Querschnitt einen aufrechten Teil, von welchem zwei Arme divergierend sich erstrecken; die Magnetisierung ist derart, dass der aufrechte Teil 12 entgegengesetzt zu den beiden Armen 14, 15 magnetisiert ist; es teilt sich daher der magnetische Fluss von dem aufrechten Teil zu den beiden Armen hin.
Der freie Raum zwischen:denMagnetenarmen dient dem Zwecke, die eine Seite der Drehspule in dem Instrument aufzunehmen.
In den Fig. 2 bis 5 ist das Instrumentensystem dargestellt, welches mit dem Y-förmigen Magneten zusammenwirkt. Mit 12 ist wiederum der aufrechte Teil der Y-Anordnung dargestellt. Der Magnet 11 ist von einem Weicheisenjoch 13 umgeben, welches den Kreis des magnetischen Flusses schliesst. Die Arme 14, 15 sind mit ihren Stirnflächen der Innen fläche des Joches 13 angepasst und werden. gegen das Joch in feste magnetische Verbindung gedrückt.
Letz teres erfolgt durch zwei Klötze 16 und 17 aus nicht magnetischem Material, beispielsweise aus Messing, welche fest gegen die Seiten des Magneten 11 durch Schrauben 18 gepresst werden, die im Jochteil vor gesehene radiale Gewindelöcher durchsetzen. Die Klötze besitzen schräge Flächen, welche den Seiten flächen des Permanentmagneten an der Stelle ange passt sind, wo die Arme von dem aufrechten Teil auseinandergehen;
auf diese Weise wird der Magnet nicht nur zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Jochteiles 13 eingepresst, die Keilwirkung der Klötze 16 und 17 presst die Arme 14 und 15 in solcher Weise, dass die gewölbten Stirnflächen der selben fest gegen. die entsprechend geformte Innen wandung des Jochteiles gedrückt werden. Auf diese Weise bildet der aufrechte Teil des Y-förmigen Magneten einen Luftspalt 73, in welchem sich die Drehspule 22 bewegen kann.
Das Joch 13 ist mit einer Mehrzahl Bohrlöcher 19 versehen, die insbesondere in Fig. 5 zu erkennen sind; diese Bohrlöcher dienen dem Zwecke, den Joch- teil an der Grundplatte zu befestigen, die einen Teil des Instrumentengehäuses in an sich bekannter Weise bildet.
Die Drehspule 22 ist in miteinander fluchtenden Drehlagern gelagert, deren Achse zwischen den Armen des Magneten 11 liegt; die Drehlager befinden sich an der vorderen bzw. hinteren Lagerbrücke 23 bzw. 24. Die hintere Brücke 23 ist an dem Jochteil 13 mittels Schraubbolzen 25 befestigt und ist von dem Jochteil weg abgebogen, wie dies Fig. 4 erkennen lässt. Auf diese Weise ist der erforderliche Raum für die an die ser Seite vorgesehene Stromzuführungsspirale 26 ge schaffen.
Die Stromzuführungsspirale umgibt die in Fig.4 unten dargestellte Lageranordnung 27 der Drehspule 22 und im wesentlichen ist die in Fig. 4 dargestellte obere Lageranordnung 28 bzw. vordere Lageranordnung von gleicher Konstruktion; auch bei letzterer befindet sich eine Stromzuführungsspirale 29 angeordnet.
Die Lagerkonstruktion der Drehspule 22 unter scheidet sich von sonst im allgemeinen üblichen Kon struktionen: darin, d'ass zur Lagerung nicht die beiden Enden einer einzigen Lagerwelle Anwendung finden, sondern dass zwei getrennte Zapfenlager, die nur durch den inneren Abschnitt 31 der Drehspule 22 getrennt sind, zur Anwendung gelangen. Die Dreh spule 22 kann aus einem Aluminiumrahmen bestehen, der aussen eine Rinne besitzt, in welcher Windungen emaillierten Drahtes, die die Spule bilden, angeordnet sind.
Die Lageranordnung geht aus der vergrösserten Darstellung der Fig. 7 näher hervor. An jedem Lager ist eine U-förmige Schiene 35 vorgesehen. Diese Schienen umfassen den Aluminiumrahmen der Dreh spule, wie Fig. 3 erkennen lässt, und sind an derselben angekittet. Auf diese Weise ist :die Schiene des unteren Zapfenlagers elektrisch von dem Spulenrahmen iso liert, indem zwischen der Schiene und dem Rahmen eine geeignete Zwischenlage isolierenden Materiales vorgesehen ist.
Am oberen Zapfenlager kann die Schiene direkt mit dem Spulenrahmen verbunden sein, wobei das Ende der Drehspule an dieser Seite an der oberen Schiene 35 angelötet sein kann, während das untere Ende des Drahtes der Spule an der unteren Schiene angelötet sein kann. Jede Schiene 35 besitzt eine Öffnung, wie Fig. 7 erkennen lässt, in welcher ein nach innen gerichteter Kragenteil 36 angeordnet ist. Mit Hilfe dieses Kragenteiles sind die Hülsen 37 an der Schiene befestigt. Jede Hülse 37 besitzt ein Aussengewinde 38 und eine innere Bohrung, in wel cher der Drehzapfen 39 gelagert ist.
Wie Fig. 3 zeigt, wirken die Drehzapfen mixt unter Federdruck liegenden Lagersteinen 41 zusammen, die in Hohlschrauben 42 angeordnet sind. Die Schrauben. 42 sind in Buchsen 43, 43' eingeschraubt, welch letztere an den beiden Brückenteilen 24 und 23 be- festigt sind, wozu entsprechende Widerlagerschultern 44 an den Löchern. der Brücken vorgesehen sind.
Die Stromzuführungsspiralen 26 und 29 müssen gegeneinander isoliert sein. Hierzu besitzt die Buchse 43' Isolierscheiben 46 und 47 an den beiden Seiten des die Spirale haltenden Teiles 48. Der Teil 48 besitzt einen Lochdurchmesser, der grösser ist als der Aussen durchmesser der Buchse 43' und ist gegenüber der genannten Buchse isoliert. Die Isolierscheiben und Gegenlagen werden unter Druck gegen die Widerlage 51 der unteren Buchse, 43' gepresst, was durch eine Tellerfeder 52 erfolgt, die an dem oberen Ende der Buchse 43' vorgesehen ist.
Das äussere Ende der Stromzuführungsspirale 26 ist an dem sich nach innen erstreckenden Ende 56 des Teiles 48 angelötet, wäh rend das innere Spiralenende in ähnlicher Weise an einem Winkelstück 57 befestigt ist, welches mittels einer Mutter 58 an dem Lagerteil 37 befestigt ist.
Die Konstruktion des vorderen Lagers 28 ent spricht im wesentlichen der des Lagers 27, abgesehen davon, dass isolierende Zwischenscheiben nicht er forderlich sind, weil die Spiralenanordnung 29 mit Masse verbunden ist. Das äussere Ende der Spirale 29 ist mit dem Justierhebel 59 verbunden, während das innere Ende mit einem Winkelstück 61 verbunden ist, welsches mittels der Schraube 62 an der Lager anordnung 28 vorgesehen ist.
Die vordere Lageranordnung trägt den Zeiger des Instrumentes, der mittels der Mutter 62 mit dem Drehzapfen verbunden ist, wobei die Mutter die Nabe des Zeigers zusammen mit dem Winkelstück 61 fest presst. Der Zeiger selbst besteht aus einem verhältnis mässig langen Zeigerhebel, welcher in Anbetracht seiner Länge durch drei nach aussen, konvergierende Arme 65, 66 und 67, die ein Fachwerk darstellen, gebildet wird.
In der Zeichnung ist das äussere Ende des Zeigers nicht dargestellt. Eine solche Zeigerkon struktion ist bekannt, und es kann die Zeigerspitze über einer geeignet angeordneten Skala spielen. Wenn es sich um sehr lange und verhältnismässig schwere Zeiger handelt, die durch das Gewicht der Drehspule 22 nicht ausbalanciert werden können, so können nach hinten sich erstreckende Arme 68, 69 und 70 vorgesehen sein, die abgebogen sein können, und ein Gegengewicht 72 tragen können.
Es ist darauf hinzuweisen, dass diese Ausführungs- form sich nicht nur durch die Anwendung eines neu artigen, erfindungsgemässen Magneten kennzeichnet, sondern dass auch die Spulenanordnung samt ihrer Lagerung bemerkenswert ist, indem der zwischen den Drehzapfen liegende Teil durch den Spulenrahmen selbst gebildet wird;
die gegenüberliegenden Ab- schnitte des Spulenrahmens drehen sich dabei in dem Luftspalt, der zwischen dem aufrechten: Teil des Y-förmigen Magneten und der koaxial gekrümmten Innenfläche des Jochteiles gebildet wird.
Bei der dargestellten Ausführungsform des Luft- spaltes 73 ergibt sich in Anbetracht der gleichen ra dialen Spaltweite eine gleichmässige Verteilung der Dichte des magnetischen Kraftflusses;
auf diese Weise kann eine proportionale Instrumentenablenkung er- halten werden, wie dies bekannt ist.
Es kann aber auch in an sich bekannter Weise der Luftspalt un- gleichmässig ausgebildet werden, so @dass .man die ge wünschte funktionelle Abhängigkeit der Ablenkung des Spulensystemes vom Strom erhält.
In Fig. 6 ist eine im wesentlichen gleiche Kon struktion wiedergegeben. Der Unterschied liegt ledig lich darin, dass in diesem Fall das magnetische Joch 13a so ausgearbeitet ist, dass es Ecken 75 bildet, in welche die entsprechend bearbeitenden Armenden des Magneten lla hineinpassen,
während der Mittelteil des Magnetkörpers von der Innenwandung des Joch- teiles entfernt ist und den Luftspalt 73a .bildet. Die vorstehend erörterten Klötze 16, 17 können hier ent fallen und es werden die Arme 14a und 15a des Magneten lla direkt in. die Ecken 75 durch die Schrauben 18a, welche in den Jochteil 13a einge schraubt sind, hineingepresst. Die Schrauben 18a sind hier nicht axial zueinander angeordnet,
sondern sie wirken im wesentlichen normal zu den Aussenflächen des Y-förmigen Magneten, sie sind daher unter einem Winkel zueinander angeordnet.
Ein Messinstrument mit einem erfindungsgemäss ausgebildeten Magneten, bei welchem die Drehachse der Drehspule den Raum zwischen den beiden Armen des Y-förmigen Magneten durchsetzt,
kann ein Mais- mum an magnetischem Material besitzen. Dement sprechend ist die bei einem Messinstrument zu er zielende Empfindlichkeit 601/o grösser als bisher bei ähnlichen Instrumenten gleicher Grösse zu erzielen war.
Die Erfindung gestattet daher Messinstrumente gleicher Empfindlichkeit mit entsprechend geringerem Raumbedarf zu konstruieren. Die einfache Befesti gungsweise des Magneten in der Öffnung des Joch- teiles ergibt verringerte Herstellungs- und Montage kosten.
Bei der Y-förmigen Ausbildung des Magneten 11 bzw. l la ist die Spannweite der Arme des Y-förmigen Gebildes vorzugsweise grösser als die Breite der den Luftspalt bildenden Fläche, wobei die Arme sich bis zu einer Breite erweitern können, die der Gesamthöhe des Magneten entspricht. Die Arme des Magneten beginnen in einem Punkt zu divergieren,
der mehr als halbwegs, etwa 2/3 von der unteren Polfläche bis zu den Polflächen der Arme gemessen hin: liegt, wobei die Achse der Drehspule, die den freien Raum zwi schen den Armen durchsetzt, in bezug auf die Mitte des Jochteiles versetzt ist; die Drehachse liegt unge fähr in der Mitte des bis zu der Aussenwandung sich erstreckenden Radius.
Der wesentliche Teil der Aussenkontur des Joch- teiles ist zylindrisch, es sind indessen Segmente in der Nähe der Stellen abgeschnitten, an welchen die Ma gnetarme angesetzt sind bzw. an der gegenüberliegen den Stelle, so dass man eine im wesentlichen ovale Anordnung erhält, wie dies die Fig. 2, 5 und 6 er kennen lassen. In Anbetracht der gewählten Bauweise besitzt :
die Drehspule 22 einen verhältnismässig grossen Radius der im wesentlichen der lichten Weite des Jochteiles zwischen den Abflachungen des Jochteiles entspricht, wenn man vom Abstand der Drehzapfen von demselben und vom Luftspalt absieht.
Der Dreh radius ist ungefähr doppelt so gross als der Spulen durcbmesser bei üblicher Bauweise und der Luftspalt wird nur von der einen Kante der Drehspule durch- schnitten.. Der Abstand der den Luftspalt durchsetzen den Kante der Drehspule von der betreffenden Innen- wandungsfläche des Jochteiles ist kleiner als der Ab stand der Drehachse von der gegenüberliegenden Innenwandungsfläche.