CH588703A5

CH588703A5 - Sensor determining movement of electrically conductive thread - travelling in straight line between magnetic poles and coil for generation of dependent voltage

Info

Publication number: CH588703A5
Application number: CH1403175A
Authority: CH
Original assignee: Garaventa S Karl Soehne Ag
Priority date: 1975-10-30
Filing date: 1975-10-30
Publication date: 1977-06-15

Description

Die heute bekannte Geschwindigkeitsmessung erfolgt durch einen rotierenden Tachogenerator, welcher z.B. bei Seilbahnen durch eine auf dem Tragseil laufende Rolle angetrieben wird oder durch direkte berührungslose Abtastung der Drehzahl einer Laufrolle des Kabinenlaufwerkes. Diese Messverfahren haben den Nachteil, dass sie einen schlupffreien Lauf der Rolle auf dem Seil voraussetzen. Dies ist jedoch speziell im Winter bei starker Vereisung nicht gewährleistet, im Extremfall gleiten die Rollen auf dem Seil, ohne sich zu drehen. Durch die Abnützung der Laufflächen verändert sich der Durchmesser der Rollen. was ebenfalls zu einem Messfehler führt.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät zu entwickeln, welches die Bewegung, d.h., die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung der Kabine gegen über dem Tragseil oder einem anderen strangartigen Leiter direkt und berührungslos, also ohne Anwendung einer Rolle, messen kann.

Dies wird erfindungsgemäss erreicht durch einen länglichen Raum zur Hindurchführung des axial bewegten Stranges, durch einen neben dem Raum angeordneten und mit der Magnetfeldachse zur Längsachse des Raumes quer orientierten Magnet und durch eine. in Achsrichtung gesehen, vor oder hinter dem Magnet angeordnete Empfängerspule, mit dem Zweck, eine von der Bewegung des Stranges abhängige Spannung zu erzeugen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zwei Empfängerspulen symmetrisch in Richtung der Raumachse hintereinander und symmetrisch mit Bezug auf die Magnetfeldachse des Magneten angeordnet und so geschaltet sind, dass der Betrag der Summenspannung gleich der Differenz der Einzelspannungen ist. Durch diesen symmetrischen Aufbau wird nun in jeder dieser Spulen, sofern der Magnet ein Wechselstrommagnet ist, eine betragsmässig gleich grosse Wechselspannung induziert, wenn sich der strangartige Leiter nicht bewegt.

Bewegt sich der strangartige Leiter in Längsrichtung relativ zu dieser Anordnung, werden in demselben nach dem Prinzip des bewegten Leiters im Magnetfeld zusätzliche geschwindigkeitsabhängige Wirbelströme induziert. Diese stören die Symmetrie der ursprünglichen Magnetfelder und das hat zur Folge, dass nun die Spannung in der einen Empfängerspule höher und in der anderen niedriger wird. Die Differenzspannung zwischen den beiden Empfängerspulen ist damit ein Mass für die Bewegungsgeschwindigkeit des strangartigen Leiters, deren Phasenlage ein Mass für die Bewegungsrichtung desselben.

Erfolgt die Speisung des Magneten mit Gleichstrom, oder ist der Magnet ein Permanentmagnet, so wird nach dem Induktionsgesetz in den Empfängerspulen nur dann eine Spannung induziert, wenn sich das Magnetfeld verändert. Dies ist bei Geschwindigkeitsänderungen der Fall, da sich dann die geschwindigkeitsabhängigen Wirbelströme im strangartigen Leiter ändern. Das bedeutet, dass nun die Sekundärspannung eine Gleichspannung ist, deren Betrag ein Mass für die Beschleunigung und deren Polarität ein Mass für ihre Richtung ist.

Anhand der beiliegenden Zeichnung wird eine Ausführung der Erfindung anhand eines Fühlers für Luftseilbahnkabinen beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht eines Fühlers von unten
Fig. 2 eine Ansicht eines Fühlers von vorne
Fig. 3 ein Schaltschema der Messanordnung
Das Seil 1 befindet sich in einem Luftspalt, gebildet aus den beiden Polschuhen 2 und 2', welche aus einem lamellierten, magnetisch leitenden Werkstoff ausgeführt sind. Für den magnetischen Rückschluss sorgt ein Joch 3 aus demselben Werkstoff. Die Polschuhe 2 weisen je 6 Nuten 4 auf, in welche die Spulen 5, 6, 7 eingelegt sind.

Diese zweiseitige Anordnung der Polschuhe und der Spulen ist in der Praxis die wichtigste und häufigste Ausführungsform und hat den Vorteil, dass sich kleine Verschiebungen des Seiles quer zum Luftspalt nur unwesentlich auf die Messgenauigkeit auswirken, da die Summe der Einzel-Luftspalte 81 und 82 konstant bleibt.

Das Erregerspulenpaar 5 und 5' ist in der 2. und, 5. Nut eingelegt. in der 1. und 3. Nut befindet sich das eine Empfängerspulenpaar 6 und 6', symmetrisch dazu in der 4. und 6. Nut das zweite Empfängerspulenpaar 7 und 7'. Die Spulenpaare sind jeweils unter sich in Serie geschaltet.

In Fig. 3 ist das Schaltschema dargestellt. Als Stromquelle dient die Batterie 8. In einem Oszillator 9 wird die sinusförmige Erregerspannung U1 mit der Frequenz f hergestellt.

Diese Spannung ist an die Erregerspulen 5 und 5' angelegt und erzeugt das primäre Magnetfeld im Luftspalt. Die dadurch im Seil 1 erzeugten Wirbelströme induzieren in den Empfänger Spulenpaaren 6, 6' und 7, 7' eine Spannung U2 mit der Frequenz f. Diese Spulenpaare sind derart in Serie geschaltet, dass die Phasenlagen der Einzelspannungen einander entgegengesetzt gerichtet sind. Wird also bei stillstehendem Seil in jedem Spulenpaar eine Spannung mit dem gleichen Betrag induziert, so resultiert für die Spannung U2 der Wert Null. Bei bewegtem Seil sind die Spannungen der Empfängerspulenpaare infolge der Feldverzerrung durch die zusätzlich induzierten Wirbelströme im Seil ungleich. Die resultierende Spannung U2 entspricht nun der Differenz der Einzelspannungen und ist im Wesentlichen proportional zur Seilgeschwindigkeit.

Je nach Phasenlage der Spannung U2 ist die Bewegungsrichtung des Seiles feststellbar.

Die Spannung U2 wird in einem Verstärker 10 verstärkt und gleichgerichtet, am Ausgang liegt die zu U2 proportionale Gleichspannung UA an. Mit dem Instrument 11 kann die Seilgeschwindigkeit angezeigt werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemässen Fühlers ist es möglich, die Geschwindigkeit von linearen Bewegungen metallischer Gegenstände mit homogenem Querschnitt u. Leitwert berührungslos zu messen. Die beschriebene Anordnung ist sehr robust und wartungsfrei. Ausser der Anwendung für die Geschwindigkeitsmessung von Seilbahnkabinen sind analoge Anordnungen auch zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessungen von Luft- und Magnetkissenbahnen, von Strangpressen für Metallprofile, von Walzwerken für Bleche usw.

einsetzbar. Anstelle des in der Beschreibung genannten Ausdrucks Seil 1 treten analog die Ausdrücke wie strangartiger Leiter, d.h. Leitschiene , Profil , Blech usw.

PATENTANSPRUCH

Fühler zur Bestimmung der Bewegung eines mindestens angenähert geradlinig bewegten Stranges aus elektrisch leitendem Material, gekennzeichnet durch - einen länglichen Raum zur Hindurchführung des axial be wegten Stranges.

- durch einen neben dem Raum angeordneten und mit der
Magnetfeldachse zur Längsachse des Raumes quer orien tierten Magnet und - durch eine, in Achsrichtung gesehen, vor oder hinter dem
Magnet angeordnete Empfängerspule, mit dem Zweck, eine von der Bewegung des Stranges abhängige Spannung zu erzeugen.

UNTERANSPRÜCHE
1. Fühler nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Empfängerspulen in Richtung der Raumachse hin

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.

Claims

**WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **.

Die heute bekannte Geschwindigkeitsmessung erfolgt durch einen rotierenden Tachogenerator, welcher z.B. bei Seilbahnen durch eine auf dem Tragseil laufende Rolle angetrieben wird oder durch direkte berührungslose Abtastung der Drehzahl einer Laufrolle des Kabinenlaufwerkes. Diese Messverfahren haben den Nachteil, dass sie einen schlupffreien Lauf der Rolle auf dem Seil voraussetzen. Dies ist jedoch speziell im Winter bei starker Vereisung nicht gewährleistet, im Extremfall gleiten die Rollen auf dem Seil, ohne sich zu drehen. Durch die Abnützung der Laufflächen verändert sich der Durchmesser der Rollen. was ebenfalls zu einem Messfehler führt.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät zu entwickeln, welches die Bewegung, d.h., die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung der Kabine gegen über dem Tragseil oder einem anderen strangartigen Leiter direkt und berührungslos, also ohne Anwendung einer Rolle, messen kann.

Dies wird erfindungsgemäss erreicht durch einen länglichen Raum zur Hindurchführung des axial bewegten Stranges, durch einen neben dem Raum angeordneten und mit der Magnetfeldachse zur Längsachse des Raumes quer orientierten Magnet und durch eine. in Achsrichtung gesehen, vor oder hinter dem Magnet angeordnete Empfängerspule, mit dem Zweck, eine von der Bewegung des Stranges abhängige Spannung zu erzeugen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zwei Empfängerspulen symmetrisch in Richtung der Raumachse hintereinander und symmetrisch mit Bezug auf die Magnetfeldachse des Magneten angeordnet und so geschaltet sind, dass der Betrag der Summenspannung gleich der Differenz der Einzelspannungen ist. Durch diesen symmetrischen Aufbau wird nun in jeder dieser Spulen, sofern der Magnet ein Wechselstrommagnet ist, eine betragsmässig gleich grosse Wechselspannung induziert, wenn sich der strangartige Leiter nicht bewegt.

Bewegt sich der strangartige Leiter in Längsrichtung relativ zu dieser Anordnung, werden in demselben nach dem Prinzip des bewegten Leiters im Magnetfeld zusätzliche geschwindigkeitsabhängige Wirbelströme induziert. Diese stören die Symmetrie der ursprünglichen Magnetfelder und das hat zur Folge, dass nun die Spannung in der einen Empfängerspule höher und in der anderen niedriger wird. Die Differenzspannung zwischen den beiden Empfängerspulen ist damit ein Mass für die Bewegungsgeschwindigkeit des strangartigen Leiters, deren Phasenlage ein Mass für die Bewegungsrichtung desselben.

Erfolgt die Speisung des Magneten mit Gleichstrom, oder ist der Magnet ein Permanentmagnet, so wird nach dem Induktionsgesetz in den Empfängerspulen nur dann eine Spannung induziert, wenn sich das Magnetfeld verändert. Dies ist bei Geschwindigkeitsänderungen der Fall, da sich dann die geschwindigkeitsabhängigen Wirbelströme im strangartigen Leiter ändern. Das bedeutet, dass nun die Sekundärspannung eine Gleichspannung ist, deren Betrag ein Mass für die Beschleunigung und deren Polarität ein Mass für ihre Richtung ist.

Anhand der beiliegenden Zeichnung wird eine Ausführung der Erfindung anhand eines Fühlers für Luftseilbahnkabinen beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht eines Fühlers von unten Fig. 2 eine Ansicht eines Fühlers von vorne Fig. 3 ein Schaltschema der Messanordnung Das Seil 1 befindet sich in einem Luftspalt, gebildet aus den beiden Polschuhen 2 und 2', welche aus einem lamellierten, magnetisch leitenden Werkstoff ausgeführt sind. Für den magnetischen Rückschluss sorgt ein Joch 3 aus demselben Werkstoff. Die Polschuhe 2 weisen je 6 Nuten 4 auf, in welche die Spulen 5, 6, 7 eingelegt sind.

Diese zweiseitige Anordnung der Polschuhe und der Spulen ist in der Praxis die wichtigste und häufigste Ausführungsform und hat den Vorteil, dass sich kleine Verschiebungen des Seiles quer zum Luftspalt nur unwesentlich auf die Messgenauigkeit auswirken, da die Summe der Einzel-Luftspalte 81 und 82 konstant bleibt.

Das Erregerspulenpaar 5 und 5' ist in der 2. und, 5. Nut eingelegt. in der 1. und 3. Nut befindet sich das eine Empfängerspulenpaar 6 und 6', symmetrisch dazu in der 4. und 6. Nut das zweite Empfängerspulenpaar 7 und 7'. Die Spulenpaare sind jeweils unter sich in Serie geschaltet.

In Fig. 3 ist das Schaltschema dargestellt. Als Stromquelle dient die Batterie 8. In einem Oszillator 9 wird die sinusförmige Erregerspannung U1 mit der Frequenz f hergestellt.

Diese Spannung ist an die Erregerspulen 5 und 5' angelegt und erzeugt das primäre Magnetfeld im Luftspalt. Die dadurch im Seil 1 erzeugten Wirbelströme induzieren in den Empfänger Spulenpaaren 6, 6' und 7, 7' eine Spannung U2 mit der Frequenz f. Diese Spulenpaare sind derart in Serie geschaltet, dass die Phasenlagen der Einzelspannungen einander entgegengesetzt gerichtet sind. Wird also bei stillstehendem Seil in jedem Spulenpaar eine Spannung mit dem gleichen Betrag induziert, so resultiert für die Spannung U2 der Wert Null. Bei bewegtem Seil sind die Spannungen der Empfängerspulenpaare infolge der Feldverzerrung durch die zusätzlich induzierten Wirbelströme im Seil ungleich. Die resultierende Spannung U2 entspricht nun der Differenz der Einzelspannungen und ist im Wesentlichen proportional zur Seilgeschwindigkeit.

Je nach Phasenlage der Spannung U2 ist die Bewegungsrichtung des Seiles feststellbar.

Die Spannung U2 wird in einem Verstärker 10 verstärkt und gleichgerichtet, am Ausgang liegt die zu U2 proportionale Gleichspannung UA an. Mit dem Instrument 11 kann die Seilgeschwindigkeit angezeigt werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemässen Fühlers ist es möglich, die Geschwindigkeit von linearen Bewegungen metallischer Gegenstände mit homogenem Querschnitt u. Leitwert berührungslos zu messen. Die beschriebene Anordnung ist sehr robust und wartungsfrei. Ausser der Anwendung für die Geschwindigkeitsmessung von Seilbahnkabinen sind analoge Anordnungen auch zur berührungslosen Geschwindigkeitsmessungen von Luft- und Magnetkissenbahnen, von Strangpressen für Metallprofile, von Walzwerken für Bleche usw.

einsetzbar. Anstelle des in der Beschreibung genannten Ausdrucks Seil 1 treten analog die Ausdrücke wie strangartiger Leiter, d.h. Leitschiene , Profil , Blech usw.

PATENTANSPRUCH

Fühler zur Bestimmung der Bewegung eines mindestens angenähert geradlinig bewegten Stranges aus elektrisch leitendem Material, gekennzeichnet durch - einen länglichen Raum zur Hindurchführung des axial be wegten Stranges.

- durch einen neben dem Raum angeordneten und mit der Magnetfeldachse zur Längsachse des Raumes quer orien tierten Magnet und - durch eine, in Achsrichtung gesehen, vor oder hinter dem Magnet angeordnete Empfängerspule, mit dem Zweck, eine von der Bewegung des Stranges abhängige Spannung zu erzeugen.

UNTERANSPRÜCHE 1. Fühler nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Empfängerspulen in Richtung der Raumachse hin tereinander und symmetrisch mit Bezug auf die Magnetfeldachse des Magneten angeordnet und so geschaltet sind, dass der Betrag der Summenspannung gleich der Differenz der Einzelspannungen ist.

2. Fühler nach Patentanspruch oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Raumachse auf der gegen überliegenden Seite des Raumes ein zweiter Magnet und eine bzw. zwei weitere Empfängerspulen einander paarweise zugeordnet sind und dass die Empfängerspulenpaare in sich so geschaltet sind, dass sich ihre Teilspannungen addieren.

3. Fühler nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet ein Wechselstrommagnet ist.

4. Fühler nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet ein Gleichstrommagnet ist.

5. Fühler nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet ein Permanentmagnet ist.