DE868470C - Einheitserregersystem mit kleiner Leistungsaufnahme fuer Zungenfrequenzmesser - Google Patents

Description

• Einheitserregersystem mit kleiner Leistungsaufnahme für Zungenfrequenzmesser Bei den bisherigen Meßwerten für Zungenfrequenzmesser unterscheidet man Bauarten für niedrige (bis etwa 150 Hz) und hohe Frequenzen (bis 1500 Hz), wobei sich die beiden Bauarten durch die Gestaltung und den Aufbau der Magnete und des Eisenkerns, der bei den hohen Frequenzen lamelliert sein muä, unterscheiden. Beiden Systemen gemeinsam war bis heute ein Erregersystem mit viel Eisen. Durch die große Eisenmasse wurde einmal das Gewicht stark heraufgesetzt, zum anderen die Eisentverluste trotz der Lamellierung besonders bei hohen Frequenzen unzulässig erhöht. Die Verarbeitung dieser Eisenteile wurde meist durch spanabhebende Werkzuege bewirkt. Dadurch ergab sich eine teure und unwirtschaftliche Fertigung.
• Die Erfindiung löst die sich daraus ergebende -Aufgabe, ein Einheitsmeßwerk mit geringer Leistungsaufnahme für alle im Frequenzmesserbau vorkommenden Frequenzen anzugeben. Anzustreben ist geringes Gewicht und leichte Fertigung der Einzelteile.
• Um eine möglichst gute Wirkung des magnetischen WechselfeLdes auf die Zungen zu erzielen, muß. man den Eisenschluß möglichst gut machen.
• Man wird daher in bekannter Weise die Erregerspule um die Zungen herumlegen und durch außen angebrachte Polschuhe für eine gute Kraftlinienführung sorgen. Zur besseren Erregung der Zungen wird dem Wechselfeld der Spule stets ein Gleichfeid uberlagert. Das Produkt dieser Felder muß möglichst groß gemacht werden, denn die Kraft- wirkung des WMechselfeldes auf die Zunge ist proportional zum doppelten Produkt aus dem Gleich-und dem Wechselfluß im Erregerkreis.
• Dies erreicht man durch einen möglichst geschlossenen Aufbau des Kraftlinienweges für die beiden Felder. Die Verluste im Eisen (Wirbelstrom und Hystereseverluste) gehen nahezu proportional zum Volumen. Man muß die Querschnitte klein und die Längen möglichst kurz nehmen, d. h. einf möglichst kLeines Meßwerk bauen. Eine sehr kleine und gedrungene Bauweise erreicht man erfindungsgemäß dadurch, daß man zur Erzeugung des Gleichfeldes permanente Magnete hoher Koerzitivkraft wählt, die man direkt in den magnetischen Wechselstromkreis legt. Erfindungsgemäß ist das Einbeitserregersystem für Zungenfrequenzmesser dadurch gekennzeichnet, daß der Eraftlinienweg des magnetischen Gleich-und Wechselfeldes nahezu geschlossen ist und daß die Permanentmagnete, die dlas magnetische Gleichfeld erzeugen, und ihre Polschuhe einen Teil des Kraftlinienweges des magnetischen Wechselfeldes bilden.
• Damit ergibt sicht ein Aufbau, wie er in Abb. I im Schnitt skizziert ist. Darin bedeuten 1 die Zungenreihe, 2 die Fassung, in der die Zungen irgendwie befestigt sind. Der magnetische Gleichfluß wird durch die Magnete 3 und 3' erzeugt und wird durch die Polschuhe 4 und 4 über den Luftspalt 6 getrieben,. Die Grundplatte 7 dient ebenfalls als Leiter für das Kraftfeld. Die gestrichelte. Linie deutet den Weg der Kraftlinien des magnetischen Gleichfeldes an. Der Wechselfluß wird in der Spule 5 erzeugt und nimmt seinen Verlauf über die Zungen, verteilt sich dann über die beiden Polschuhe und die-Magnete. Sein Verlauf ist durch die scrichpunktierte. Linie gegeben. Diese Anordnung hat zwei Vorteile. Einmal wird das gesamte Meßwerk klein, zum anderen haben die hochkoerzitiven Werkstoffe wie Oerstit u. dgl. eine geringe Leitfähigkeit, wodurch die Wirbelstromverluste herabgesetzt werdenv. Die Anwendungsmöglichkeiten des Erfindungsgedankens sind aber nicht ausscfhlließlich auf das Ausführungsbeispiel der Abbildung beschränkt. Es besteht z. B. die Möglichkeit, die Magnete an einer anderen Stelle des in Abb. 1 angedeuteten Kraftlinienweges anzuordnen, wobei die Polschuhe entsprechend geändert werden müssen ; Durch Verwendung von Freßmagneten wie Tromalit (Oerstit plus Kunstharz) werden die Wirbelstromverluste weiterhin herabgesetzt.
• Damit setzt sich der magnetische Kreis aus drei Materialien zusammen; aus dem Lüftspalt, den Weicheisenpolschuhen und den permanenten} Magneten. Der magnetische Widerstand der Polschuhe ist klein gegenüber dem der Magnete und des-Luftspaltes, kann also vernachlässigt werden.
• Um eine möglichst große Kraft bei gegebener Erregung auf die Zunge auszuüben, müssen aber weiterhin noch, die Magnet-unld Luftspaltabmessungen aufeinander abgestimmt sein, denn die Kraft auf die Zunge hängt, stark von der Lage des Arbeitspunktes auf der Kennlinie des Magnets ab (Abb. 2). Je höher der Arbeitspunkt auf der Kennlinie liegt, um so größer wird die Gleichfeldinduktion und damit der Gleichfluß # = , aber um so kleiner die Steilheit. der Kurve ##B tg # = = µr, von der die Größe des Wechselflusses # # abhängt, wobei unter µr die reversible Permeabilität zu verstehen ist. Da die Kraftwirkung auf die Zunge proportional dem Produkt aus Gleich- und Wechselfluß ist, wird. die Amplitude der Zunge klein, bleiben. Umgekehr wird bei kleiner erregender Glelchfeldstärke wegen, des größeren µr der Wechselfluß wohl groß werden, das Produkt aber wiederum klein bleiben. Das Maximum der auf die Zungen ausgeübten Kraft X wird zwischen diesen beiden Werten liegen (s. Abb. 3). Vernlachlässigt man den magnetischen Widerstand der Weicheisenteile gegenüber dem des Luftspaltes und dem der Magnete und sieht von der Streuung ab, so läßt stich die Kraft auf die Zungen durch folgenden Ausdruck wiedergeben: wobei J # # # die Amperewindungszahl der Erregerspule, Fm den Querschnitt des Magnets lL # FL das Luftspaltvolumen, Bm die Induktion im Magnet, tg a den reziproken Wert des Entmagnetisierungsbaktors, µr die reversible Permeabilität im Arbeitspunkt und c eine Konstante bedeutet. Bei konstantem Querschnitt der Magnete und Luftspalt wird die anziehnende Kraft proportional zu Diesen Ausdruck kante man aus den Kennlinien für Magnetwerkstoffe für verschiedene Bm entnehmen und erhält für ein bestimmtes FL # lm tg α = Fm # lL den Maximalwert von K. Aus dem tga wird dann die Magnetlänge Im errechnet.
• Den durch die Streuung hervorgerufenen beträchtlichen Fehler bestimmt man am Versuchsmodell und führt ihn als Korrektion in die Rechnung ein. Mit größer werdender Magnetdicke wächst auch die auf die Zungen ausgeübte Kraft an, doch wird man aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus nicht über etwa 1 cm gehen.
• Bei einem Meßwerk gemäß dem Erfindungsgedanken nimmt die Induktion in den Polschuhen dann Werte von etwa 2000 bis 5000 Gauß an, so daß man mit Querschnitten von etwa Iomm2/Iomm Systemlänge, also etwa I mm Dicke auskommt.
• Zur Sicherheit und aus Gründen derwmechanischen Festigkeit wird man die Dicke zu I, 5 mm wählen.
• Bei diesem System erhält man genügenden Zungenausschlag bei noch so geringem Wechselfeld, daß selbst bei 1000 Hz die Verluste in den Polschuhen - so klein bleiben, daß man auf die Lamellierung verzichten kann und die Polschuhe aus Tiefziehblech durch Prägen gefertigt werden können.
• Den Angriffspumkt der Kraft an den Zungen muß man nach folgenden Gesichtspuniten wählen: Da es eir, Einheitsmeßwerk werden soll, darf der Angriffspunkt nicht höher als die Länge der kürzesten Zunge, muß also etwa 15 mm über der Wurzel liegen. Hinzu kommt noch, daß der Ausschlag der zungen einen Luftspalt fordert, der um so größer ist, je weiter der Angriffspunkt von der Wurzel entfernt ist. Ein, größerer Luftspalt bledingt aber bei gleichem Fluß mehr Magnetvolumen, ist also unwirtschaftlich.
• Geht man zu dicht an die Wurzel mit der Erregung, wird der für die Spule zur Verfügung stehende Raum zu klein. Am günstigsten wird ein Abstand von etwa 15 mm von der Wurzel sein.
• Der Luftspalt muß größer als die Maximalamplitude der Zungen an dieser Stelle sein (2 bis 3 mm), man wird ihn zu rund 4 mm wä'hlen. Zur besseren Einstellung des Luftspaltes können, die Polschuhe auch innerhalb gewisser Grenzen auf dem Permanentmagnet verstellbar angebracht werden.
• Ein System mit dreizehn Zungen, nach obigen Regeln gebaut, hat bei wesentlich geringerem Gewicht und wesentlich einfacherem Aufbau bei 1000 Hz eine Leisturigsaufnahme von ungefähr o, VA gegenüber 3 bis 10 VA bei Instrumenten bisher bekannter Bauart.

Claims (8)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : I. Einheitserregersystem mit kleiner Leistungsaufnahme für Zungenfrequenzmesser, das unverändert (einheitlich) in Verbindung mit den Zungenkämmen weiter Frequenzmeßbereiche verwendet werden kann und das aus einer um den Zungenkamm herum gelegten langgestreckten Spule ohne Eisenkern und aus zwei Permanentmagneten aus hochqçoerzitivem Material gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftlinienweg des magnletischen Gleich-und Wechselfeldes nahezu geschlossen ist und daß die Permanentmagnete, die das magnetische Gleichfeld erzeugen, und ihre Polschuhe einen Teil des Kraftlinienweges des magnetischen Wechselfeldes bilden.
2. 2 Einheitserregersystem für Zungenfrequenzmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Idie Magnet unld Luftspaltabmessungen so aufeinander abgestimmt sind, daß der Ausdruck möglichst groß wird, wobei Bm die Induktion der Magnete, tga der reziproke Wert des Entmagnetisierungsfaktors und µr die reversible Permeabilität im Arbeitspunkt bedeuten.
3. 3. Einheit für Zungenfrequenzmesser nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (3, 3') neben der Erregerwicklung (5) angebracht sind und Polschuhe(4,4)tragen, die über die Erregenwircklung (5) herübergebogen sind und den magnetischen Gleichflu über den Luftspalt (6) leiten.
4. 4. Einheitserregersystem für Zungenfrequenzmesser nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (4,4') aus Weicheisenblech (Tiefziehblech) durch Prägen hergestellt sind.
5. 5. Einheitserregersystem für Zungenfrequenzmesser nach Anspruch 1 bis 4, dadurch ge-Kennzeichnet, daß ; die Polsmube eine Dicke von I bis 2 mm aufweisen.
6. 6. Einheitserregersystem für Zungenfrequenzmesser nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Kuftsoplates (6) zwischen den Polschuhen (4,4') in dem der Zungenkamm (I) angeordnet ist, etwa 4 mm beträgt.
7. 7. Einheitserregersystem für Zungenfrequenzmesser nach Anspruch I bis 6 dadurch ! gekennzeichnet, daß die Polschuhe zur Einstellung der Luftspaltbreite verstellbar angebracht sind.
8. 8. Einheitserregersystem für Zungenfrequenzmesser nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der Zungen in einem Abstand von etwa 15 mm oberhalb der Zungenwurzel erfolgt.