DE19651614A1 - Wirbelstrommeßwerk für ein Zeigerinstrument - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wirbelstrommeßwerk für ein Zeigerinstrument, insbesondere für einen Tachometer und/oder einen Drehzahlmesser, mit einem drehfest auf einer Antriebswelle angeordneten Drehmagneten, wel­ cher einem drehfest auf einer Zeigerwelle befestigten Wirbelstromkörper aus elektrisch leitendem Material gegenübersteht und bei einer Drehung der Antriebswelle zur Übertragung eines ersten Drehmomentes auf die Zeigerwelle ausgebildet ist, mit einer ein zweites, dem ersten Drehmo­ ment entgegengerichtetes Drehmoment auf die Zeigerwelle übertragen­ den Drehfeder, mit einem hinter dem Wirbelstromkörper und/oder hinter dem Drehmagneten angeordneten Rückschlußkörper und mit einem tem­ peraturabhängigen Kompensationselement zum Kompensieren einer Schwächung des magnetischen Feldes des Drehmagneten und einer Verminderung der Leitfähigkeit des Wirbelstromkörpers bei steigender Temperatur.

Solche Wirbelstrommeßwerke werden beispielsweise in Tachometern eingesetzt und sind damit bekannt. Als Kompensationselement wird bei dem bekannten Wirbelstrommeßwerk über den Polpaaren des Drehma­ gneten ein Kompensationsring aus einem Werkstoff aufgesetzt, dessen magnetischer Widerstand sich bei Temperaturanstieg vergrößert. Hier­ durch wird das von dem Drehmagneten erzeugte magnetische Feld bei niedrigen Temperaturen geschwächt und die Schwächung bei steigenden Temperaturen kontinuierlich verringert.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Wirbelstrommeßwerk der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß es möglichst kleine Abmes­ sungen hat und kostengünstig herzustellen ist.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kompen­ sationselement als Federelement ausgebildet ist, welches zum Verringern des von der Drehfeder auf die Zeigerwelle übertragenen zweiten Drehmomentes oder zum Konstanthalten des auf den Wirbelstromkörper übertragenen ersten Drehmoments bei steigender Temperatur ausgebil­ det ist.

Durch diese Gestaltung ist zur Kompensation des Temperatureinflusses auf das Wirbelstrommeßwerk kein auf dem Drehmagneten zu befestigen­ der Kompensationsring mehr erforderlich. Der Drehmagnet kann daher dem Wirbelstromkörper mit einem besonders geringen Abstand gegen­ überstehen. Hierdurch kann der Drehmagnet besonders klein gestaltet und aus einem kostengünstigen Magnetmaterial gefertigt sein. Das Wir­ belstrommeßwerk verfügt deshalb über besonders geringe Abmessungen und ist kostengünstig herstellbar.

Die Erfindung läßt sich natürlich auch verwirklichen, wenn man in kinema­ tischer Umkehr der Verhältnisse den Dauermagneten an der Zeigerwelle und den Wirbelstromkörper an der Antriebswelle vorsieht.

Das Wirbelstrommeßwerk besteht gemäß einer vorteilhaften Weiterbil­ dung der Erfindung aus besonders wenigen Bauteilen, wenn die Drehfe­ der zur Ausbildung als Kompensationselement aus einem ihre Federkon­ stante bei steigender Temperatur verringernden Material gefertigt ist. Da die Drehfeder zur Erzeugung des zweiten Drehmomentes ohnehin vor­ handen ist, wird für das Kompensationselement kein zusätzliches Bauteil benötigt.

Der Luftspalt wird gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung automatisch von dem Kompensationselement eingestellt, wenn das Kompensationselement als Axialfeder zur Verringerung des axialen Abstandes zwischen dem Wirbelstromkörper und dem Drehmagneten bei steigender Temperatur ausgebildet ist.

Alternativ dazu läßt sich die Erfindung auch dadurch verwirklichen, daß das Kompensationselement als Axialfeder zur Verringerung des axialen Abstandes zwischen dem Rückschlußkörper und dem Wirbelstromkörper oder dem Drehmagneten bei steigender Temperatur ausgebildet ist. Diese Gestaltung trägt nicht zur Erhöhung der Abmessungen des Wirbelstrom­ meßwerkes bei, da dank der Erfindung ein besonders kleiner Drehmagnet verwendet wird, welcher dem Wirbelstromkörper mit besonders geringem Abstand gegenübersteht.

Sofern ein erfindungsgemäßes Kompensationselement, das den Tempe­ raturgang vollständig kompensiert, nur mit unverhältnismäßig großem Aufwand realisiert werden kann, ist es vorteilhaft, ein Kompensationsele­ ment zu verwenden, das den Temperaturgang nicht genau kompensiert und die fehlende Kompensation mit bekannten Mitteln zu realisieren. So­ fern das Kompensationselement die Kompensation nur unvollständig ausführt, kann vorteilhafterweise bei einer Unterkompensation zusätzlich im Arbeitsluftspalt mit bekannten Kompensationsmaterialien die fehlende Kompensation erreicht werden. Sofern ein Kompensationselement über­ kompensiert, kann vorteilhafterweise durch Einbringen von Kompensa­ tionsmaterial, wie z. B. FeNi-Legierungen, im Rückschluß eine Kompensa­ tion erreicht werden, die zusammen mit dem Kompensationselement ein temperaturneutrales Meßwerk realisiert.

Das Kompensationselement läßt sich nahezu beliebig gestalten und ist besonders kostengünstig, wenn es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung aus Kunststoff im Spritzgießverfahren gefer­ tigt ist.

Das von dem Drehmagneten auf den Wirbelstromkörper übertragene Drehmoment verringert sich mit üblichen Materialkombinationen und ei­ nem Temperaturanstieg um 10°C ungefähr um 4 bis 8%. Das Kompensa­ tionselement gleicht gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung diese Änderung über einen besonders großen Temperaturinter­ vall aus, wenn es aus einem Kunststoff mit entsprechendem Temperatur­ verhalten, wie z. B. Polyoxymethylen, gefertigt ist.

Das aus Kunststoff gefertigte Kompensationselement hat auch bei hohen Temperaturen eine ausreichende Festigkeit und eine geringe Knicknei­ gung, wenn es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Er­ findung faserverstärkt ist. Zur Faserverstärkung eignen sich beispiels­ weise Einlagen aus Glasfasern.

Häufig haben Federelemente eine nur über einen begrenzten Tempera­ turbereich linear veränderliche Federkonstante. Dieser Temperaturbereich läßt sich einfach vergrößern, wenn das Federelement mehrere hinterein­ ander angeordnete, mit veränderter Temperatur ihre Federkonstante un­ terschiedlich verändernde Teilstücke aufweist.

Zur weiteren Verringerung der Kosten zur Herstellung des Wirbelstrom­ meßwerkes trägt es bei, wenn der Drehmagnet gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung aus Hartferrit gefertigt ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Ver­ deutlichung ihres Grundprinzips sind vier davon in der Zeichnung darge­ stellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Wirbelstrommeßwerk mit einer als Kompensationselement ausgebildeten Drehfeder,

Fig. 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wirbelstrom­ meßwerkes,

Fig. 3 den Ausschnitt A aus Fig. 2,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wirbel­ strommeßwerkes,

Fig. 5 die Ausführungsform eines möglichen Kompensationselemen­ tes.

Die Fig. 1, 2 und 4 zeigen jeweils ein in einem Gehäuse 1 angeordne­ tes Wirbelstrommeßwerk 2-5 mit einem zum Anschluß einer biegsamen Welle 6 ausgebildeten Anschlußstück 7. Über die biegsame Welle 6 wird ein aus einem permanentmagnetischen Material gefertigter Drehmagnet 8 in Drehung versetzt, der einem Wirbelstromkörper 9 mit geringem Abstand gegenübersteht. Der Wirbelstromkörper 9 besteht aus einem Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer oder Alumi­ nium, und ist drehfest auf einer gegenüber dem Drehmagneten 8 drehbar gelagerten Zeigerwelle 10 befestigt. Eine Drehung des Drehmagneten 8 erzeugt durch eine magnetische Induktion einen Wirbelstrom in dem Wir­ belstromkörper 9. Hierdurch wird ein erstes Drehmoment auf die Zeiger­ welle 10 übertragen, welches umso größer ist, je schneller sich der Dreh­ magnet 8 gegenüber dem Wirbelstromkörper 9 dreht. Diesem ersten Drehmoment wirkt ein von einer Drehfeder 11 auf die Zeigerwelle 10 übertragenes zweites Drehmoment entgegen, welches umso größer ist, je weiter die Zeigerwelle 10 ausgelenkt ist. Zur Verbesserung der magneti­ schen Induktion ist auf der Oberseite des Wirbelstromkörpers 9 und auf der Unterseite des Drehmagneten 8 jeweils ein Rückschlußkörper 12,13 angeordnet. Die Drehfeder 11 ist in der Zeichnung kegelförmig dargestellt. Selbstverständlich kann es sich hierbei auch um eine flache Spiralfeder handeln.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Wirbelstrommeßwerk 2 ist die Drehfeder 11 zur Ausbildung als Kompensationselement 14 aus einem Material ge­ fertigt welches die Federkonstante der Drehfeder 11 bei steigender Tem­ peratur um denselben Betrag verringert, um den das auf den Wirbelstrom­ körper 9 übertragene erste Drehmoment abfällt. Hierdurch wird die Tem­ peraturabhängigkeit des Magnetmaterials des Drehmagneten 8 und der Leitfähigkeit des Wirbelstromkörpers 9 kompensiert. Als Material für die Drehfeder 11 eignet sich beispielsweise Polyoxymethylen.

Die Fig. 2 zeigt ein als Axialfeder ausgebildetes Kompensationselement 16, welches den Abstand zwischen dem Drehmagneten 8 und dem Wir­ belstromkörper 9 bei steigender Temperatur verringert. Da dieser Abstand maßgeblich für die in dem Wirbelstromkörper 9 erzeugten Wirbelströme ist, wird durch diese Gestaltung eine Verringerung des von dem Drehma­ gneten 8 auf den Wirbelstromkörper 9 übertragenen Drehmoments bei steigender Temperatur ausgeglichen. Zur Verdeutlichung sind der Dreh­ magnet 8, der Wirbelstromkörper 9 und die Rückschlußkörper 12,13 ge­ schnitten dargestellt.

In Fig. 3 ist zu erkennen, daß zwischen der Zeigerwelle 10 und dem als Axialfeder ausgebildeten Kompensationselement 16 ein in einer Lager­ buchse 16b axial verschiebbares Axiallager 16a zum reibungsarmen La­ gern der Zeigerwelle 10 vorgesehen ist.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Wirbelstrommeßwerk 5 ist zwischen dem Drehmagneten 8 und dem unteren Rückschlußkörper 13 ein als Axialfeder ausgebildetes Kompensationselement 17 angeordnet, welches den Ab­ stand des Drehmagneten 8 von dem Rückschlußkörper 9 bei steigender Temperatur verringert. Da die in dem Wirbelstromkörper 9 erzeugten Wir­ belströme umso stärker sind, je geringer der Abstand des Rückschlußkör­ pers 13 von dem Drehmagneten 8 ist, werden hierdurch die Tempera­ tureinflüsse auf das Wirbelstrommeßwerk 5 ausgeglichen.

Das in Fig. 5 dargestellte Kompensationselement 15 ist einstückig aus Kunststoff im Spritzgießverfahren gefertigt. Es weist neben dem eigentli­ chen Federelement zusätzlich noch einen Steg 18 und einen Rastclip 19 auf. Mit Hilfe des Rastclips 19 kann das Kompensationselement einfach in das Gehäuse 1 gedrückt werden, bis es einrastet und so vollständig mon­ tiert ist. Der Steg 18 bewirkt dann die gewünschte Lage des Kompensati­ onselementes 15 in dem erfindungsgemäßen Wirbelstrommeßwerk.

Claims (10)

1. Wirbelstrommeßwerk für ein Zeigerinstrument mit einem drehfest auf einer Antriebswelle angeordneten Drehmagneten, welcher einem drehfest auf einer Zeigerwelle befestigten Wirbelstromkörper aus elektrisch leitendem Material gegenübersteht und bei einer Drehung der Antriebswelle zur Übertragung eines ersten Drehmomentes auf die Zeigerwelle ausgebildet ist, mit einer ein zweites, dem ersten Drehmoment entgegengerichtetes Drehmoment auf die Zeigerwelle übertragenden Drehfeder, mit einem hinter dem Wirbelstromkörper und/oder hinter dem Drehmagneten angeordneten Rückschlußkör­ per und mit einem temperaturabhängigen Kompensationselement zum Kompensieren einer Schwächung des magnetischen Feldes des Drehmagneten und einer Verminderung der Leitfähigkeit des Wirbelstromkörpers bei steigender Temperatur, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kompensationselement (14-17) als Federele­ ment ausgebildet ist, welches zum Verringern des von der Drehfeder (11) auf die Zeigerwelle (10) übertragenen zweiten Drehmomentes oder zum Konstanthalten des auf den Wirbelstromkörper (9) übertra­ genen ersten Drehmoments bei steigender Temperatur ausgebildet ist.

2. Wirbelstrommeßwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeder (11) zur Ausbildung als Kompensationselement (14) aus einem ihre Federkonstante bei steigender Temperatur ver­ ringernden Material gefertigt ist.

3. Wirbelstrommeßwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationselement (16) als Axialfeder zur Verringerung des axialen Abstandes zwischen dem Wirbelstromkörper (9) und dem Drehmagneten (8) bei steigender Temperatur ausgebildet ist.

4. Wirbelstrommeßwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationselement (17) als Axialfeder zur Verringerung des axialen Abstandes zwischen dem Rückschlußkörper (12, 13) und dem Wirbelstromkörper (9) oder dem Drehmagneten (8) bei steigender Temperatur ausgebildet ist.

5. Wirbelstrommeßwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche magnetische Kom­ pensation durch ein erstes Material mit temperaturabhängiger Per­ meabilität im Arbeitsluftspalt und/oder durch ein zweites Material mit temperaturabhängiger Permeabilität außerhalb des Arbeitsluftspalts als magnetischer Rückschluß vorhanden ist.

6. Wirbelstrommeßwerk nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsele­ ment (14-17) aus Kunststoff im Spritzgießverfahren gefertigt ist.

7. Wirbelstrommeßwerk nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsele­ ment (14-17) aus Polyoxymethylen gefertigt ist.

8. Wirbelstrommeßwerk nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsele­ ment (14-17) faserverstärkt ist.

9. Wirbelstrommeßwerk nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsele­ ment (14-17) mehrere hintereinander angeordnete, mit veränderter Temperatur ihre Federkonstante unterschiedlich verändernde Teil­ stücke aufweist.

10. Wirbelstrommeßwerk nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmagnet (8) aus Hartferrit gefertigt ist.