CH429254A

CH429254A - Magnetische Anzeigevorrichtung für den Bewegungszustand und die Drehrichtung eines Drehkörpers

Info

Publication number: CH429254A
Application number: CH1394165A
Authority: CH
Inventors: Georg Dipl-Ing Hartmann Johann
Original assignee: Inventio Ag
Priority date: 1965-10-08
Filing date: 1965-10-08
Publication date: 1967-01-31
Also published as: GB1096550A; FR1501084A; NL6612991A; DE1301144B; SE321819B; AT259419B; BE687759A

Description

Magnetische Anzeigevorrichtung für den Bewegungszustand und die Drehrichtung eines Drehkörpers
Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Anzeigevorrichtung für den Bewegungszustand und die Drehrichtung eines Drehkörpers, insbesondere eines in einem gas-oder flüssigkeitsgefüllten dichten Gehäuse eingeschlossenen Drehkörpers.

Antriebseinrichtungen müssen im allgemeinen nach erfolgter Montage, Revision oder beim Wiederingang- setzen nach längerem Stillstand auf ihr richtiges Arbeiten hin geprüft werden. Dabei ist es notwendig, die Drehung und die Drehrichtung der drehbaren Antriebsteile zu kontrollieren. Wenn sich die drehbaren Antriebsteile in einem abgeschlossenen Gehäuse befinden, so ist die Durchführung dieser Kontrolle nicht ohne weiteres möglich, sondern es müssen spezielle Mittel zur Anzeige des Bewegungszustandes und der Drehrichtung vorgesehen werden. Dies ist z. B. der Fall bei stopfbüchsen- losen Umwälzpumpen, bei welchen der Rotor und die Rotorwelle des Antriebsmotors in einem wasserdichten Gehäuse eingeschlossen sind.

Es sind bereits verschiedene, dem obgenannten Zweck dienende Anzeigevorrichtungen bekannt, von welchen vor allem die auf magnebischem Prinzip arbeitenden Verbreitung gefunden haben. Bei diesen magnetischen Anzeigevorrichtungen ist am Drehkörper mög- lichst nahe an einer Aussenwand des Gehäuses ein Permanentmagnet befestigt, welcher auf einen ausserhalb des Gehäuses beweglich angeordneten Anzeigeteil aus Weicheisen einwirkt.

Der Permanentmagnet ist meistens auf der Stirn- seite eines Wellenendes befestigt, welches einem unma- gnetischen Gehäuseteil gegenüberliegt. Auf der Aussen- seite dieses Gehäuseteiles ist der Anzeigeteil in Form eines Stiftes, eines Zeigers oder einer Scheibe angeordnet. Der Anzeigeteil ist unter der Wirkung der magnetischen Anziehungskraft des Permanentmagneten und/ oder der Wirkung eines auf dem Wirbelstromprinzip erzeugten Drehmomentes bestrebt, der Drehbewegung des Permanentmagneten zu folgen.

Gemäss einem ersten bekannten Ausführungsprinzip ist der Anzeigeteil einfach auf den unmagnetischen Gehäuseteil aufgelegt und wird dort vom Permanentmagneten angezogen. Ein Nachteil dieses Prinzips liegt darin, dass die bei der Drehung des Anzeigeteiles auftretende Reibungskraft unkontrollierbar ist. Bei bestimmter Drehgeschwindigkeit des Permanentmagneten kann daher die Drehgeschwindigkeit des Anzeigeteils von annähernd synchroner Drehzahl bis zum völligen Stillstand variieren, so dass keine zuverlässige und gut sichtbare Anzeige erfolgt.

Gemäss einem anderen bekannten Ausführungsprin- zip ist der Anzeigeteil zur Vermeidung grosser Rei bungsverluste um eine Achse drehbar gelagert und dreht sich annähernd synchron mit dem Permanentmagneten.

Bei grosser Drehgeschwindigkeit des Drehkörpers ist es hierbei aber sehr schwierig, die Drehrichtung des Anzeigeteiles zu erkennen. Ferner ist die Lagerung des Anzeigeteiles ziemlich aufwendig.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Drehbe- wegung des Anzeigeteiles durch Anschläge zu begrenzen.

Die Endstellung des Anzeigeteiles zeigt dabei die Drehrichtung des Drehkörpers an, wobei jedoch diese Stellung beibehalten wird, wenn der Drehkörper stillgesetzt wird. Zur Vermeidung dieses Nachteils wurden Federn eingebaut, welche das Bestreben haben, den Anzeigeteil in einer Mittelstellung zwischen den Anschlägen zu halten. Ausser dem hierfür notwendigen grossen Aufwand muss man dabei aber auch in Kauf nehmen, dass der Anzeigeteil dauernd vibriert.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer Anzeigevorrichtung für den Bewegungszustand und die Drehrichtung eines in einem Gehäuse eingeschlossenen Drehkörpers, welche auf magnetischem Prinzip arbeitet, jedoch die genannten Nachteile der bekannten derartigen Anzeigevorrichtungen vermeidet.

Bei der erfindungsgemässen Anzeigevorrichtung ist am Drehkörper ein auf einen ausserhalb des Gehäuses beweglich angeordneten Anzeigeteil aus magnetisch weichem Eisen einwirkender Magnet mit unsymmetrisch zur Drehachse des Drehkörpers liegenden Polen befestigt.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussenseite des Gehäuses nahe der vom einen Pol des drehenden Magneten beschriebenen Kreisbahn in gleichbleibendem Abstand von derselben eine Abwälzbahn angeordnet ist und dass als Anzeigeteil ein rotationssymmetrischer Abwälzkörper mit einer gut sichtbaren Markierung vorgesehen ist, dessen Abwälzumfang vom Umfang der Abwälzbahn verschieden ist und welcher unter der Krafteinwirkung des drehenden Magneten Punkt für Punkt auf die Abwälzbahn gezogen, d. h. auf dieser abgewälzt wird.

Auf beiliegender Zeichnung sind Ausführungsbei- spiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen :
Fig. 1 einen Aufriss einer Anzeigevorrichtung, bei welcher der Anzeigeteil ein sich auf der Aussenseite eines Zylinders abwälzender Ring ist,
Fig. 2 einen Seitenriss der Fig. 1,
Fig. 3-8 die Anzeigevorrichtung nach Fig. 1 und 2 in verschiedenen Betriebsstellungen im Seitenriss,
Fig. 9 einen Aufriss einer Anzeigevorrichtung, bei welcher der Anzeigeteil eine sich in einer Gehäuse- bohrung abwälzende Haube ist,
Fig.

10 einen Aufriss einer Anzeigevorrichtung, bei welcher der Anzeigeteil eine sich auf der Aussenseite eines Zylinders abwälzende Haube ist,
Fig. 11 einen Aufriss einer Anzeigevorrichtung, bei welcher der Anzeigeteil eine Taumelscheibe ist, deren Umfangslinie sich auf einer Gehäusestirnwand abwälzt, und
Fig. 12 einen Aufriss einer Anzeigevorrichtung, bei welcher der Anzeigetsil ein Kegel ist, dessen Mantelfläche sich auf einr Gehäusestimwand abwälzt.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein Gehäuse bezeichnet, in welchem als Drehkörper eine um ihre Achse 2. 1 drehbare Welle 2 gelagert ist. Am Ende 2. 2 der Welle 2 ist ein Permanentmagnet 3 mit dem einen Pol 3. 1 befestigt. Der andere Pol 3. 2 beschreibt bei der Drehung der Welle 2 eine Kreisbahn 4. Der Permanentmagnet 3 befindet sich im Inneren eines Gehäusedeckels 5, welcher einen durch einen Deckel 5. 1 abgedeckten zylindrischen Ansatz 5. 2 aus unmagnetischem Material besitzt. Die Wandung des zylindrischen Ansatzes 5. 2 verläuft nahe der Laufbahn 4 und in gleichbleibendem Abstand von dieser. Auf den zylindrischen Ansatz 5. 2 ist ein zylindrischer Ring 6 aus magnetisch weichem Eisen aufgeschoben. Der Innendurchmesser D des Ringes 6 ist etwas grösser als der Aussendurchmesser d des zylindrischen Ansatzes 5. 2.

Die kreisförmige Aussen- seite 5. 21 des Ansatzes 5. 2 dient dem einen Abwälz- körper darstellenden Ring 6 bzw. seiner Innenseite 6. 1 als Abwälzbahn. Der Ring 6 besitzt eine Markierung 6. 2. Mit B ist der Berührungspunkt zwischen Ring 6 und Ansatz 5. 2 bezeichnet.

Die Arbeitsweise der Anzeigevorrichtung nach den Fig. 1 und 2 ist aus den Fig. 3 bis 7 ersichtlich, in welchen zur besseren Ubersicht jeweils nur der im Uhrzeigersinn umlaufende Permanentmagnet 3, der zy lindrische Ansatz 5. 2 des Gehäusedeckels 5 und der zylindrische Ring 6 dargestellt sind. Dabei ist das Verhältnis der beiden Durchmesser D zu d zum besseren Verständnis gross gewählt, und zwar 5 zu 4.

In der Anfangsstellung gemäss den Fig. 1 bis'3 ist der Permanentmagnet 3 senkrecht nach oben gerichtet. Der Ring 6 wird vom Magneten 3 senkrecht nach unten gezogen und an den zylindrischen Ansatz 5. 2 angedrückt. Der Berührungspunkt B liegt senkrecht über der Wellenachse 2. 1. In der Fig. 3 befindet sich die Markierung 6. 2 des Ringes 6 ebenfalls senkrecht über der Wellenachse 2. 1. Bei der Drehung des Magneten 3 im Uhrzeigersinn wandert der Berührungspunkt B synchron mit dem Magneten 3, ohne dass der Ring 6 auf dem Ansatz 5. 2 gleitet. Die Innenseite 6. 1 des Ringes 6 wälzt sich auf der Aussenseite 5. 21 des Ansatzes 5. 2 ab. Da der Umfang der Aussenseite 5. 21 kleiner ist als der Umfang der Innenseite 6. 1, dreht sich der Ring 6 ebenfalls im Uhrzeigersinn, jedoch langsamer als der Magnet 3.

Die Drehung des Ringes 6 ist am Wandern der Markierung 6. 2 erkennbar. Wenn sich der Magnet 3 um 90 aus seiner Anfangslage gedreht hat, befindet sich die Markierung 6. 2 in der aus Fig. 4 ersichtlichen Stellung. Fig. 5 zeigt die Lage der Markierung 6. 2 bzw. des Ringes 6 bei einer Drehung des Magneten 3 von 180 und Fig 6 bei einer Drehung von 270 . Aus der Fig. 7 ist ersichtlich, welche Drehung der Ring 6 bzw. die Markierung 6. 2 erfahren hat, nachdem der Magnet 3 bzw. der Berührungspunkt B eine ganze Umdrehung gemacht hat. Der grössere Um- fangsabschnitt zwischen der Markierung 6. 2 und dem Berührungspunkt B auf der Innenseite 6. 1 des Ringes 6 ist hier gleich lang wie der Umfang der Aussenseite 5. 21 des Ansatzes 5. 2.

Die Fig. 8 zeigt, dass der Ring 6 jeweils eine Viertelumdrehung zurücklegt, wenn der Magnet 3 fünf Viertelumdrehungen macht. Daraus ergibt sich für das Drehzahlverhältnis k zwischen Ring 6 und Magnet 3 folgende Beziehung : k D-d
D
Durch entsprechende Wahl von D und d kann bei vorgegebener Drehzahl der Welle 2 bzw. des Magneten 3 die Drehzahl des Rings 6 bzw. der Markierung 6. 2 derart festgelegt werden, dass eine einwandfreie Beobachtung der Bewegung der Markierung 6. 2 ge währleistet wird.

Als Beispiel sei folgende Dimensionierung erwähnt : Drehzahl der Welle 1000 U./min Aussendurohmesser d des Ansatzes 5. 2 38 mm Innendurchmesser D des Ringes 6 40 mm Drehzahl des Ringes 6 50 U./min
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 9 ist als Abwälz- körper eine Haube 7 aus magnetisch weichem Eisen vorgesehen, deren Aussenseite 7. 1 sich in einer Bohrung 8. 1 eines Gehäuses 8 abwälzt. Die Bohrung 8. 1 ist mittels eines in die Haube 7 hineinragenden unmagneti- schen Gehäusedeckels 9 abgedeckt. Im Gehäuse 8 ist wiederum eine um ihre Achse 2. 1 drehbare Welle 2 gelagert, welche an ihrem in den Gehäusedeckel 9 hineinragenden Ende 2. 2 eine Permanentmagneten 3 trägt.

Die Haube 7 ist mittels einer in den Gehäuse- deckel 9 eingeschraubten Schraube 10 gegen Herausfallen gesichert.

Die Arbeitsweise dieser Anzeigevorrichtung ist im Prinzip dieselbe wie beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2. Der Berührungspunkt der Haube 7 mit der Bohrung 8. 1 des Gehäuses 8 liegt jedoch um 180 versetzt zu dem die Haube 7 anziehenden Pol 3. 2. des Magneten 3. Da hier der Durchmesser der Bohrung 8. 1 bzw. die Abwälzbahn grösser als der Durchmesser des Abwälzkörpers bzw. der Haube 7 ist, ist die Drehrichtung der Haube 7 derjenigen des Magneten 3 ent gegengesetzt. Die Ausbildung des Abwälzkörpers zu einer Haube 7 besitzt den Vorteil, dass eine Markierung von vorne gut sichtbar auf der Stirnseite derselben angebracht werden kann.

Bei dem in der Fig. 10 dargestellten Ausführungs- beispiel ist als Abwälzkörper wiederum eine Haube aus magnetisch weichem Eisen vorgesehen, welche hier mit 11 bezeichnet ist. Ein an einem Gehäuse 12 befestigter Gehäusedeckel 13 aus unmagnetischem Material besitzt eine kreisförmige Aussparung 13. 1 und einen zylindrischen Ansatz 13. 2, dessen Aussenseite 13. 21 der Haube 11 als Abwälzbahn dient. Im Gehäuse 12 ist wieder eine um ihre Achse 2. 1 drehbare Welle 2 gelagert. Am Ende 2. 2 der Welle 2 ist ein Arm 14 befestigt, welcher an seinem von der Welle wegweisenden Ende 14. 1 einen in die Aussparung 13. 1 des Gehäuse- deckels 13 hineinragenden Permanentmagneten 15 trägt.

Die Aussenseite des Gehäusedeckels 13 ist mittels eines Schauglases 16 abgedeckt.

In diesem Beispiel liegen die Abwälzbahn 13. 21 und der Abwälzkörper 11 innerhalb der vom Magneten 15 bei der Drehung der Welle 2 beschriebenen Kreisbahn.

Das Arbeitsprinzip ist dasselbe wie bei dem vorher be schriebenen Beispiel. Der Berührungspunkt der Haube 11 mit dem Ansatz 13. 21 liegt um 180 versetzt zum Magneten 15. Da hier der Durchmesser des Ansatzes 13. 2 bzw. der Abwälzbahn kleiner als der Durchmesser des Abwälzkörpers bzw. der Haube 11 ist, dreht sich die Haube 11 in der gleichen Richtung wie die Welle 2. Das Schauglas 16 verhindert das Herausfallen der Haube 11 und das Ansetzen von Schmutz auf der Abwälzbahn.

Aus der Fig. 11 ist ein Ausführungsbeispiel ersicht- lich, bei welchem als Abwälzkörper eine kreisförmige Taumelscheibe 17 aus magnetisch weichem Eisen vorgesehen ist. Mit 2 ist wieder eine um ihre Achse 2. 1 drehbare Welle bezeichnet. Am Ende 2. 2 der Welle 2 ist ein Permanentmagnet 3 mit dem einen Pol 3. 1 befestigt. Der andere Pol 3. 2 beschreibt bei der Drehung der Welle 2 unmittelbar neben einer dünnen Stirnwand 18. 1 eines unmagnetischen Gehäusedeckels 18 eine Kreisbahn. Die Taumelscheibe 17 ist in ihrem Zentrum 17. 1 auf der Spitze eines in der Verlängerung der Wellenachse 2. 1 auf der Stirnwand 18. 1 befestigten Kegels 19 gelagert.

Bei der Drehung des Magneten 3 wird der Umfang der Taumelscheibe 17 auf der Stirnwand 18. 1 abgewälzt. Da der Durchmesser D der Taumelscheibe grösser ist als der Durchmesser d des Abwälzkreises, dreht sich die Taumelscheibe 17 in gleicher Richtung wie die Welle 2, wobei das Drehzahlverhältnis k wieder D-d k=
D ist. Die etwas heikle Lagerung der Taumelscheibe 17 kann vermieden werden, wenn als Abwälzkörper ein Kegel aus magnetisch weichem Eisen vorgesehen wird.

Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 12 dargestellt Mit 2 ist wieder eine um ihre Achse 2. 1 drehbare Welle bezeichnet. Am Ende 2. 2 der Welle 2 ist ein Arm 20 befestigt, welcher an seinem von der Welle wegweisenden Ende 20. 1 einen hufeisen- förmigen Permanentmagneten 21 trägt. Die beiden Pole 21. 1, 21. 2 des Magneten 21 liegen unmittelbar neben einer dünnen unmagnetischen Stirnwand 22. 1 eines Ge häusedeckels 22. Auf der Stirnwand 22. 1 ist in der Verlängerung der Wellenachse 2. 1 ein Bolzen 23 befestigt. Auf den Bolzen 23 ist ein Kegel 24 aufgeschoben, der in seiner Achse eine Bohrung 24. 1 besitzt. Der Kegel 24 liegt jeweils an der Stelle, welche dem Ma gneten 21 am nähesten liegt, mit einer Mantellinie auf der Stirnwand 22. 1 auf.

Da hier im Gegensatz zur Taumelscheibe der Drehpunkt des Kegels 24 im Zentrum des Abwälzkreises auf der Stirnwand 22. 1 liegt, ist der Durchmesser D des Abwälzkreises grösser als der Durchmesser d des Kegelgrundkreises bzw. des Abwälz- umfanges. Die Drehrichtung des Kegels 24 ist daher entgegengesetzt derjenigen der Welle 2.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele. Es können z. B. verschiedene andere Magnetformen Anwendung finden. Wesentlich ist nur, dass der Abwälzkörper einseitig angezogen wird.

Zur Vermeidung von Unwucht kann ein zur Wellenachse 2. 1 rotationssymmetrischer Magnet, welcher unsymmetrisch zur Welle magnetisiert ist, oder ein in einen rotationssymmetrischen unmagnetischen Körper unsymmetrisch eingebauter Magnet vorgesehen werden.

Zur Erzielung einer geräuscharmen Bewegung des Ab wälzkörpers kann dieser oder die Abwälzbahn mit einer geräuschdämpfenden Auflage versehen sein. Ferner kön- nen auch bei den Anordnungen nach den Fig. 9 und 10 Ringe statt Hauben und bei der Anordnung nach Fig. 1 eine Haube anstelle des Ringes als Abwälzkörper eingesetzt werden. Die aus Fig. 10 ersichtliche Anordnung des Magneten 15 kann auch Anwendung finden, wenn die Abwälzbahn, wie in Fig. 9 dargestellt, eine Bohrung ist. In diesem Fall würde die Drehrichtung des Abwälzkörpers wieder entgegengesetzt derjenigen der Welle sein.

Der ausserhalb des Gehäuses liegende Teil der Anzeigevorrichtung kann mittels einer durchsichtigen Haube abgedeckt sein. Ferner kann zur Vermeidung von Streuungen der Feldlinien der Permanentmagneten dieser von der Welle durch einen unmagnetischen Zwischenteil distanziert werden. In der Fig. 11 kann anstelle des Kegels 19 eine kegelförmige Ausbildung des Gehäusedeckels treten, wobei dann die Taumelscheibe jeweils auf einer Mantellinie des kegelförmigen Gehäusedeckels aufliegt.

Claims

PATENTANSPRUCH Anzeigevorrichtung für den Bewegungszustand und die Drehrichtung eines in einem Gehäuse eingeschlosse- nen Drehkörpers, an welchem ein auf einen ausserhalb des Gehäuses beweglich angeordneten Anzeigeteil aus magnetisch weichem Eisen einwirkender Magnet mit unsymmetrisch zur Drehachse des Drehkörpers liegenden Polen befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussenseite des Gehäuses, nahe der vom einen Pol des drehenden Magneten beschriebenen Kreisbahn in gleichbleibendem Abstand von derselben eine Abwälz- bahn angeordnet ist und dass als Anzeigeteil eine rota tionssymmetiischer Abwälzkörper mit einer gut sichtbaren Markierung vorgesehen ist,

dessen Abwälzumfang vom Umfang der Abwälzbahn verschieden ist und welcher unter der Krafteinwirkung des drehenden Magneten Punkt für Punkt auf die Abwälzbahn gezogen, d. h. auf dieser abgewälzt wird.

UNTERANSPRÜCHE 1. Anzeigevorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwälzbahn auf der Aussenfläche eines zylindrischen Ansatzes am Gehäuse liegt.

2. Anzeigevorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwälzbahn in einer Bohrung am Gehäuse liegt.

3. Anzeigevorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abwälzkörper ein Ring ist.

4. Anzeigevorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abwälzkörper eine Haube ist.

5. Anzeigevorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der am Drehkörper befestigte Magnet innerhalb der kreisförmigen Abwälzbahn und des kreisförmigen Ab wälzkörpers angeordnet ist.

6. Anzeigevorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der am Drehkörper befestigte Magnet ausserhalb der kreisförmigen Abwälzbahn und des kreisförmigen Ab wälzkörpers angeordnet ist.

7. Anzeigevorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwälzbahn auf einer senkrecht zur Achse der Welle stehenden Stirnwand am Gehäuse liegt.

8. Anzeigevorrichtung nach Patentanspruch und dem Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abwälzkörper eine Taumelscheibe ist.

9. Anzeigevorrichtung nach Patentanspruch und dem Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abwälzkörper ein Kegel ist.

10. Anzeigevorrichtung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der am Drehkörper befestigte Magnet seitlich der Stirnwand des Gehäuses neben der Abwälzbahn eine Kreisbahn beschreibt.

11. Anzeigevorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwälzbahn und/oder der Abwälzlcörper mit einem geräuschdämpfenden aber- zug versehen sind.

12. Anzeigevorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der auf der Aussenseite des Gehäuses liegende Teil mittels eines durchsichtigen Dekkels abgedeckt ist.