Elektromagnetisches Registriergerät Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektro magnetisches Registriergerät, welches auf dem so genannten inversen Wiedemann-Effekt beruht. Bei diesem Gerät werden mit Wicklungen versehene Ring- kerne verwendet. Die Ringkerne sind in einem auf Drehung beanspruchten Rohr gelagert, das im folgen den Torsionsrohr genannt wird. Auf diesem Rohr ist ferner eine geeignete Aufnahmespule aufgesetzt.
Solche bekannten Torsionsrohre sind an beiden Seiten durch Metallböden verschlossen. Zudem ist in der Achse des Torsionsrohres ein die beiden Böden leitend verbindender Leiter angeordnet. Hier durch wird in jedem beliebigen axialen Schnitt durch die Gesamtanordnung hindurch um die Ringkerne eigentlich eine Kurzschlusswindung gebildet. Durch Erregung der Ringkernwicklungen wird in dieser Kurzschlusswindung ein Wechselstrom induziert, der dann in dem Torsionsrohr ein zirkulares magneti sches Wechselfeld hervorruft.
Wenn das Torsionsrohr nun durch ein Dreh moment belastet wird, wird gemäss der bekannten magnetostriktiven Torsionserscheinung (Wiedemann- Effekt) in der Aufnahmespule eine Spannung hervor gerufen bzw. induziert, die dem gegebenen Dreh moment proportional ist.
Diese Spannung ist jedoch bei den bekannten magnetostriktiven Torsionsgeräten dieser Art so gering, dass zwecks Erzielung einer Be wegung eines Schreibstiftes oder Erregung eines Servomotors ein Röhrenverstärker unbedingt erfor derlich ist. Dadurch entstehen jedoch unerwünschte Komplikationen, abgesehen davon, dass ein der artiger Röhrenverstärker im Dauerbetrieb in bedeu tendem Masse störenanf'ällig ist.
Diese Nachteile werden durch die vorliegende Er findung in einfacher Weise beseitigt. Das erfindungs gemässe elektromagnetische Registriergerät zeichnet sich nun dadurch aus, dass mindestens vier ringför mige Kerne vorgesehen sind, welche Wicklungen tragen, die gemeinsam einen magnetischen Verstärker bilden, wobei zwischen dem Verbindungspunkt zweier dieser Ringkernwicklungen und der Mitte einer Se kundärwicklung eines Transformators ein die Grösse des das Torsionsrohr belastenden Drehmomentes be einflussender Servomotor geschaltet ist.
Durch diese Ausführungsform ist es nunmehr möglich, die Ringkerne nicht nur zur Erregung des Torsionsrohres, sondern auch als magnetischen Verstär ker zu verwenden. Hierbei wird die Wechselspannung der Aufnahmespule (die dem Drehmoment propor tional ist) nach Gleichrichtung einer der als Steuer wicklung dienenden Ringkernwicklungen zugeführt, während den anderen Ringkernwicklungen diejenige Spannung zugeführt wird, deren Verlauf registriert werden soll. Der Unterschied dieser zugeführten Span nungen und der Spannung der Aufnahmespule wird nach der magnetischen Verstärkung dem Servomotor zugeführt.
Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfin dungsgegenstandes wird anhand der Zeichnung näher erläutert: Es zeigen: Fig. 1 das Registriergerät mit axialem Schnitt durch die Trommel entlang der Linie 1-I in Fig. 2 und durch den Schlitten entlang der Linie II-H in Fig. 2,
Fig.3 eine weitere Gesamtansicht des Gerätes in kleinerem Massstab zur Veranschaulichung des motorischen Antriebs des Schlittens und Fig. 4 das Schaltschema des Gerätes.
Gemäss den Fig. 1, 2 und 3 ist das Registrier- gerät auf einer Grundplatte 8 befestigt, auf der auch ein Servomotor 71 gelagert ist. In dem ver breiterten Teil eines Torsionsrohres 86 sind vier ringförmige Kerne<B>11,</B> 12, 13 und 14 angeordnet. Auf jedem dieser Kerne befinden sich fünf völlig selbständige Wicklungen 21, 31, 41, 51, 61 bzw. 22, 32, 42, 52, 62 bzw. 23, 33, 43, 53, 63 bzw. 24, 34, 44, 54, 64, wie aus Fig.4 ersichtlich ist.
Auf dem verjüngten Teil des Torsionsrohres 86 ist eine Aufnahmespule 10 aufgesetzt, die von einem an einem Boden 82 des Rohres 86 befestigten Mantel 85 umgeben ist. Der gegenüberliegende Boden 80 des Rohres 86 ist mit der Grundplatte 8 fest ver bunden. Zwischen den beiden Böden 80 und 82 ist ein stabförmiger Leiter 81 angebracht, welcher die beiden Böden leitend verbindet. An dem äusseren Boden 82 ist mittels eines Zapfens 83 eine horizon tale Schiene 84 nicht drehbar befestigt, auf welcher ein Schlitten 90 fahrbar angeordnet ist.
Der Schlitten 90 ist auf der Schiene 84 mittels drei Rollen 91 gelagert, die auf festen Zapfen 92 frei drehbar sind. An einer Seite des Schlittens 90 sind geeignete Gewichte 93 befestigt, während sich auf der anderen Seite ein Arm 94 befindet, welcher einen Schreibstift 95 trägt. Bei Bewegung des Schlit tens 90 führt der Stift 95 die Aufzeichnung auf einem Registrierband 99 aus, welches über eine Re- gistrierwalze 98 geführt ist.
Die Bewegung des Schlittens 90 erfolgt mittels des Servomotors 71 mit Hilfe eines Seils 6, welches auf dem Schlitten 90 unter dem Kopf einer Schraube 96 befestigt, über an den Enden der Schiene angeord nete Rollen 72 geführt und einige Male um die mit dem Servomotor 71 verbundene Treibtrommel 7 gewunden ist.
Die Gesamtschaltung des Gerätes ist aus Fig. 4 ersichtlich.
Die ringförmigen Kerne 11, 12, 13 und 14 sind mit Erregungswicklungen 21, 22, 23, 24 versehen, die mit der Sekundärhauptwicklung 102 eines Speise transformators 100 in Serie geschaltet sind, dessen Primärwicklung 101 an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. Die weiteren Ringkernwicklungen 31, 32, 33, 34 sind in Serie geschaltet, wobei die Anfänge der Wicklungen 31 und 34 an einen Gleich richter 105 angeschlossen sind, welcher von einer Sekundärhilfswicklung 104 des Transformators 100 gespeist wird.
Die Steuerwicklungen 41, 42, 43 und 44 sind ebenfalls in Serie geschaltet, wobei das Ende der Wicklung 44 an einem verschiebbaren Kontakt 210 des Potentiometers 200 angeschlossen ist.
Der Anfang der Ringkernwicklung 41 ist mit einem Ende der Aufnahmespule 10 verbunden, deren anderes Ende an dem Verbindungspunkt zwischen den weiteren Ringkernwicklungen 62 und 63 ange schlossen ist. Diese Wicklungen 62 und 63 sind mit ähnlichen Ringkernwicklungen 61 und 64 der benachbarten ringförmigen Kerne 11 und 14 in Serie geschaltet und dienen zur Erzeugung einer Po- larisationsspannung im Kreis der Aufnahmespule 10. Der Anfang der Wicklung 61 bzw. das Ende der Wicklung 64 sind über Einweg-Gleichrichter 230 bzw. 220 an die beiden Enden eines Potentiometers 200 angeschlossen.
Die zu registrierende Spannung wird den Klem men 300 zugeführt und von diesen dann in vier in Serie geschaltete Ringkernwicklungen 51, 52, 53, 54 geleitet.
Die beschriebene Schaltung wirkt wie folgt: Durch den Erregerwechselstrom der Sekundärwicklung 102 des Transformators 100 wird mittels der Ringkern erregerwicklungen 21, 22, 23 und 24 in dem Tor sionsrohr 86 ein Wechselstrom induziert, da das Torsionsrohr 86 mit den beiden Böden 80, 82 und dem Leiter 81 eine alle ringförmigen Kerne 11, 12, 13 und 14 umgebende Kurzschlusswindung bildet. Somit entsteht in dem Torsionsrohr 86 ein zirkulares magnetisches Wechselfeld.
Bei der Drehung des Tor sionsrohres 86 mittels eines gegebenen Drehmomen tes wird das magnetische Feld derart deformiert, dass es auch eine Längskomponente enthält, die dem Drehmoment proportional ist und in der Aufnahme spule 10 eine Spannung induziert, die diesem Dreh moment direkt proportional ist.
Die Aufnahmespule 10 ist in dem Kreis eines Diskriminators geschaltet, welcher durch das Poten- tiometer 200, die beiden Gleichrichter 220, 230 und die Ringkernwicklungen 61, 62, 63 und 64 gebildet wird. Diese Wicklungen bewirken eine zur Verschie bung der Arbeitspunkte in die linearen Zonen der Charakteristiken der beiden Gleichrichter 220 und 230 notwendige Polarisationsspannung.
Mittels der aus der Gleichstromquelle 105 ge speisten Ringkernwicklungen 31, 32, 33 und 34 wer den in den ringförmigen Kernen 11, 12, 13 und 14 gleichfalls magnetische Gleichstromfelder gebildet. Wenn den Klemmen 300 eine bestimmte Spannung zugeführt wird, fliesst durch die Ringkernwicklungen 51, 52, 53 und 54 ein dieser Spannung proportionaler Gleichstrom. Im Hinblick auf die Schaltung der Wick lungen 51 bis 54 wird durch diesen Strom das magnetische Gleichstromfeld in den Kernen 11 und 12 vergrössert und in den Kernen 13 und 14 verrin gert.
Dadurch werden natürlich auch die Induktivi- täten der Ringkemwicklungen 21 bis 24 derart ge ändert, dass die induktiven Widerstände der Wick lungen 21 und 22 verringert werden, während die induktiven Widerstände der Wicklungen 23 und 24 vergrössert werden. Diese Widerstandsänderungen der Wicklungen 21 bis 24 rufen einen Wechselstrom zwi schen dem Knotenpunkt 106 und der Mitte der Se kundärwicklung 102 hervor. Dieser Wechselstrom fliesst durch die eine Steuerwicklung 710 des Servo motors 71, dessen andere Steuerwicklung aus einer weiteren sekundären Hilfswicklung 103 des Umspan ners 100 dauernd gespeist wird.
Dieser Wechselstrom setzt daher den Servomotor 71 in Gang, welcher den Schlitten entlang der Schiene 84 zu schieben beginnt. Es sei angenommen, dass das Gewicht des Schlittens 90 samt der Belastung 93 P ist (siehe Fig. 3). Das Drehmoment ist durch das Produkt P a gegeben, wobei sich die Entfernung a mit der Verschiebung des Schlittens 90 ändert. Diese Verschiebung findet so lange statt, bis das Drehmoment in der Aufnahmespule 10 eine solche Spannung hervorruft. dass der in dem Diskriminator gleichgerichtete und den Ringkernwicklungen 41 bis 44 zugeführte Strom der Aufnahmespule 10 die Un gleichheit der magnetischen Gleichstromfelder in den ringförmigen Kernen 11 bis 14 aufhebt.
Durch Wie derherstellung des Gleichgewichtes der besagten magnetischen Gleichstromfelder verschwindet auch der Strom in der Wicklung 710 des Servomotors 71, wodurch derselbe zum Stillstand kommt.
Vermittels der Ringkernwicklungen 41 und 42 verringert nämlich der Strom aus der Aufnahmespule 10 das magnetische Gleichstromfeld in den ringför migen Kernen 11 und 12. Im Gegensatz dazu erhöht derselbe durch die Ringkernwicklungen 43 und 44 hindurchtretende Strom aus der Aufnahmespule 10 in den verbleibenden ringförmigen Kernen 13 und 14 das entsprechende magnetische Gleichstromfeld.
Die Lage des Schlittens 90, welche durch die Ent fernung a und das dieser Entfernung entsprechende Drehmoment gegeben ist, stellt daher ein Mass für die den Klemmen 300 des Gerätes zugeführten Gleich stromspannungen dar.
Die Wirkungen dieser gemessenen Spannung bzw. der Spannung der Aufnahmespule 10 werden noch weiter dadurch verstärkt, dass sich auch die in den Ringkernwicklungen 61 bis 64 induzierte Polari sationsspannung ändert, und zwar proportional zu dem magnetischen Gleichstromfeld in den ring förmigen Kernen 11 bis 14. Dadurch entsteht eigent lich eine Spannungsungleichheit auch in den äusseren Diskriminatorkreisen, die als eine Rückkopplung im Hinblick auf die gemessene Spannung bzw. die Spannung der Aufnahmespule 10 wirkt.
Durch Verschiebung des mittleren Kontaktes 210 des Potentiometers 200 kann auf der Schiene 84 die Ruhelage des Schlittens 90 eingestellt und dadurch die Nulleinstellung des ganzen Gerätes vorgenommen werden.
Die vorstehend beschriebene Anordnung wird zur Messung der den Klemmen 300 zugeführten Span nung verwendet, wobei durch die mittels des Servo motors 71 hervorgerufene Verschiebung des Schlittens 90 die ganze Vorrichtung in den Ruhezustand ge bracht wird. Es ist natürlich im Rahmen der vor liegenden Erfindung möglich, diese Ruheeinstellung des Gerätes auch mechanisch auszuführen, und zwar dadurch, dass das Torsionsrohr 86 mit einem äusseren Drehmoment belastet wird, welches z. B. durch eine in einer Entfernung b von der Mitte der Schiene 84 wirkende Kraft Q hervorgerufen ist (siehe Fig. 3).
Dieses äussere Drehmoment wird dann automatisch durch das Gesamtgewicht des Schlittens 90 und dessen Entfernung a von der Mitte der Schiene 84 ausgewuchtet. Die Entfernung a bildet dann ein Mass für die äussere Kraft<I> Q .</I> Diese Kraft<I> Q </I> kann z. B. von einem Waagenmechanismus, einer Druckmembrane oder dergleichen abgeleitet wer den. Es ist ein grosser Vorteil dieser Anordnung, dass der Ausschlag der Schiene 84 und dadurch auch die Lageänderung des Angriffspunktes 840 der Kraft Q sehr klein ist, denn auch bei einer verhältnis mässig hohen Belastung schwingt die Schiene nur in unbedeutendem Masse aus und dies nur im Bereich der elastischen Deformationen des Torsionsrohres 86.
Im Falle, dass im Hinblick auf die Art und Weise der Belastung mit äusseren Kräften der Servomecha- nismus die Neigung zeigt, Schwingungen auszuführen, kann eine Dämpfung derselben unter Verwendung der üblichen Dämpfungsmittel, wie z. B. mittels eines in den mittleren Zweig des Diskriminators geschal teten Dynamos oder eines Zweigstromkreises ausge führt werden.
Das Gerät kann nicht nur als unmittelbares Re- gistriergerät für elektrische Grössen, sondern auch zur Aufzeichnung aller sich durch eine Kraftwirkung offenbarenden Grössen, wie z. B. Gewicht, Druck, Lage und dergleichen, verwendet werden. Das Gerät kann auch ohne jedwelche Schwierigkeiten als Regel element Verwendung finden.