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Meßgerät zur Stellungsanzeige Zusatz zum Patent: 1 188 827 Die Erfindung
betrifft ein Meßgerät zur Stellungsanzeige nach dem Hauptpatent 1188 827.
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Im Hauptpatent ist ein Meßgerät zur Stellungsanzeige beschrieben,
das eine Brückennetzwerkanordnung verwendet. Eine Seite des Brückennetzwerkes weist
zwei etwa ähnlich aufgebaute Kernanordnungen auf, deren jede eine induktive Reaktanz
besitzt, die mit einem entsprechenden Kern gekoppelt ist. Die induktiven Reaktanzen
sind in Reihe geschaltet. Die andere Seite des Brückennetzwerkes weist eine Wechselstromquelle
mit Mittelanzapfung auf.
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Die beiden Seiten der Brücke sind miteinander parallel geschaltet.
Einer der beiden Gegenstände, deren relative Stellungen angezeigt werden sollen,
ist mit magnetischem Material versehen, das wenigstens eine Oberfläche besitzt,
die durch eine Vielzahl von etwa ähnlichen Profilen gebildet wird. Eine derartige
Oberfläche ist einfach und vorzugsweise durch sehr genaue und verhältnismäßig billige,
zylindrisch ausgebildete Stifte zu erzielen, die aus magnetischem Material bestehen
und die nebeneinander angeordnet sind, so daß sie eine solche Oberfläche ausbilden.
Der andere der Gegenstände weist zwei Kernanordnungen auf. Der eine Gegenstand mit
den Stiften ist gegenüber dem anderen Gegenstand mit den Kernanordnungen so angeordnet,
daß die Kerne und die Stifte sich relativ zueinander in Richtung der Bewegung der
beiden Gegenstände bewegen. Wenn die Stifte und die Kerne sich relativ zueinander
bewegen, werden die effektiven Reaktanzen der induktiven Reaktanzen wegen der Änderung
im Profil der Stifte, das an den Kernen erscheint oder das diese vorfinden, verändert.
Ein Ausgangssignal wird von der Brücke zwischen der Mittelanzapfung der Spannungsquelle
und der Verbindung zwischen den beiden Reaktanzen abgeleitet, dieses Ausgangssignal
ändert sich nach Größe und Polarität in Abhängigkeit vom Fehlabgleich im Brückennetzwerk.
Der Brückenfehlabgleich verändert sich mit der relativen Stellung der Kerne und
der Stifte. Das Ausgangssignal kann sich in der Phase oder in der Amplitude ändern
und kann in einer Steuervorrichtung dazu verwendet werden, die erforderliche oder
gewünschte Relativstellung zwischen den beiden Gegenständen zu bewirken.
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Wegen weiterer Einzelheiten wird auf die Hauptpatentanmeldung verwiesen.
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Wie im Hauptpatent bereits erwähnt, besteht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
für die Kerne darin, daß die Kerne mit etwa rechteckförmiger Gestalt vorbestimmter,
der Hälfte des Stiftdurchmessers entsprechender Breite verwendet werden. Während
solche Kerne und Stifte einwandfrei gearbeitet haben,
wurde gefunden, daß Änderungen
in der Stiftgröße oder Änderungen in der Stiftstellung oder Veränderungen in der
Zusammensetzung des Materials der Stifte (manchmal sehr unerwünschte) Effekte auf
das Ausgangssignal ergeben, das vom Brückennetzwerk abgeleitet wird. Ferner wurde
festgestellt, daß es schwierig ist, auch unter sehr exakt gesteuerten Bedingungen
die Stifte nebeneinander in einer genauen Lage und in einem genauen Abstand zueinander
zu befestigen, und daß jede Abweichung von einem exakten Abstand und der exakten
Stellung gegeneinander unerwünschte Effekte in den Ausgangssignalen erzeugt.
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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, die im Meßgerät zur Stellungsanzeige
nach dem Hauptpatent verwendete Kernanordnung zu verbessern.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe, ausgehend von einem Meßgerät
zur Stellungsanzeige, das ein die Relativlage zweier Gegenstände anzeigendes elektrisches
Signal liefert und eine Wechselstrombrücke enthält, von der zwei Zweige aus symmetrischen
Wicklungen an gleichen Kernen bestehen, die körperlich mit dem einen der beiden
Gegenstände verbunden sind, während der andere Gegenstand körperlich mit einem im
magnetischen Einflußbereich dieser Kerne, z. B. in Luftspalten derselben, angeordneten
Material verbunden ist, das eine Profilierung aufweist und bei dem dieses profilierte
Material
aus einer Mehrzahl von untereinander gleichen, langgestreckten,
zylindrisehen Stiften aus, ,ferromagnetischem Werkstoff besteht, die mit parallelen
Achsen unter gegenseitiger Berührung nebeneinander angeordnet sind, wobei die größte
Querschnittsabmessung der den Stiften zugewehdeten Wicklungsldernteile ungefähr
gleich .dem Radius der Stifte ist, und bei dem ferner die magnetischen Kerne einen
im wesentlichen rechteckigen Querschnitt besitzen, wobei die Stifte aus mcignetischem
Material gleichen Abstand von Mitte zu Mitte aufweisen, nach Patent 1 188 827, dadurch
gelöst, daß der Kern aus wenigstens zwei Platten aus magnetischem Material und wenigstens
einer Platte aus Isoliermaterial besteht, daß jede magnetische Platte und jede Isolierplatte
eine Dicke aufweist, die etwa gleich der Hälfte des Abstandes von Mitfezu'''Mitteist,
und daß eine Vorrichtung die magnetischen Platten und die Isolierplatten in einem
Stapel zusammenhält.
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Die Platten bewirken, daß sich unerwünschte Einflüsse auf Grund verschiedener
Stiftgrößen, verschiedener Abstände, verschiedener Stellungen und Zusammensetzungen,
der induktiven Reaktanz im Mittel verringern. Damit gibt das Ausgangssignal die
relative Stellung bei Brückenabgleich genauer wieder.
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Im folgenden wird an Hand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung
in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert: F i g. 1 zeigt die Ansicht einer
Kernanordnung gemäß der Erfindung, wobei Stifte vorgesehen sind; diese Ansicht zeigt
die Enden der Stifte; F i g. 2 zeigt eine Ansicht der Kernanordnung und der Stifte
nach F i g. 1, wobei die Stifte von der Seite gezeigt sind, und F i g. 3 zeigt ein
schematisches Schaltdiagramm der elektrischen Schaltung gemäß der Erfindung.
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In den verschiedenen Figuren werden die gleichen Bezugszeichen für
dieselben Elemente verwendet, und die mit hochgestelltem Strich versehenen Bezugsziffern
beziehen sich auf getrennte, aber ähnliche Elemente. In den Fig. 1 und 2 sind Stifte
10 gezeigt, die aus magnetischem Material bestehen und die in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel zylindrisch ausgebildet sind und einen Durchmesser D besitzen.
Die Stifte 10 sind durch eine geeignete (nicht dargestellte) Vorrichtung, z. B.
eine Halterung oder eine Schelle, festgehalten, so daß ihre zylindrischen Seiten
dicht beieinanderliegen oder sich berühren und ihre Längsachsen etwa parallel zueinander
und durch eine vorbestimmte Linie laufen. Die Ausbildung dieser vorbestimmten Linie
hängt von der Art der Relativbewegung zwischen den beiden Gegenständen ab, deren
relative Stellung angezeigt werden soll. Die Stifte 10 sind auf einem der beiden
Gegenstände angebracht. Wie im Hauptpatent beschrieben, sind zwei Kernanordnungen
20, 20' vorgesehen und an dem anderen der beiden Gegenstände so angeordnet, daß
ihr gegenseitiger Abstand (nD tD/2) gleich einem ungeraden Vielfachen des Stiftradius
(D/2) ist. Es können verschiedene Abstände der Stifte 10 gewählt werden, es hat
sich jedoch gezeigt, daß eine bessere Wirkungsweise erzielt wird, wenn ein kleiner
aber gleichmäßiger Spalt zwischen benachbarten Stiften vorgesehen wird. Mit Stiften
von einem Durchmesser von 2,55 mm wurde ein Spalt von 0,55 mm zwischen benachbarten
Stiften verwendet, wobei gute Ergebnisse erzielt wurden.
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Dieser Spalt- wird deshalb bevorzugt, weil er die
Verbindung bzw. Befestigung
der Stifte untereinander erleichtert. Wenn ein Spalt zwischen benachbarten Stiften
10 vorgesehen wird, kann der StiftabstandS von Mitte zu Mitte zur Bestimmung des
Abstandes der Kernanordnungen 20, 20' von Mitte zu Mitte verwendet werden. Wie in
F i g. l gezeigt, ist, dieser Abstand ein Vielfaches n des Stiftabstandes S +S/2.
Die Kernanordnungen 20, 20' und die StiftelO sind so angeordnet, daß sie dieselbe
Stellung zueinander beibehalten, wenn die Gegenstände relativ zueinander bewegt
werden. Da beide Kernanordnungen 20, 20' gleich ausgebildet sind, wird nur eine
Kernanordnung 20 im einzelnen beschrieben. Die andere Kernanordnung20" ist im Querschnitt
dargestellt, damit das Material, aus dem sie besteht, erkennbar wird.
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Die Kernanordnungen 20, 20' weisen Platten 22 aus magnetischem Material
sowie Platten 24 aus Isoliermaterial auf. Die einzelnen Platten 22 aus magne; tischen
Material können, wie dargestellt, aus einem Stück und massiv oder aber auch lamelliert
sein (d. h. dünnere Platten werden zu einzelnen dickeren Platten zusammengesetzt),
so daß die Wirbelstro,mverluste verringert werden. Ein für die Zwecke der Erfindung
geeignetes Material besteht aus einer Legierung aus Nickel und Eisen, wie es unter
dem Namen Mu-Metall bekannt ist. Ein geeignetes Isoliermaterial hierfür ist ein
plastisches oder synthetisches Harz. Die Platten 22 aus magnetischem Material und
die Platten 24 aus Isoliermaterial werden so übereinandergestapelt, daß sie die
Kernanordnung 20 ergeben, die abwechselnd Platten aus magnetischem und isolierendem
Material aufweist. Vorzugsweise haben die Platten 22 aus magnetischem Material und
die Platten 24 aus Isoliermaterial jeweils eine solche Stärke gemessen in Richtung
der Relativbewegung - die etwa gleich der Hälfte des Stiftabstandes S von Mitte
zu Mitte in derselben Richtung ist. Wenn kein Spalt zwischen benachbarten Stiften
10 vorgesehen ist, ist der Stiftabstand S von Mitte zu Mitte gleich dem Stiftdurchmesser
D, und damit wird die Plattendicke gleich D/2. In bestimmten Fällen lassen sich
aber vorteilhafterweise auch andere Plattenstärken verwenden. Die Kernanordnungen
20, 20' werden, wie in Fig.2 dargestellt, in C-förmiger Ausbildung beschrieben.
Die Stifte 10 verlaufen zwischen den Enden der Kernanordnungen 2ü, 20' und stellen
dabei für diese Enden sich ändernde Werte oder Anordnungen des Materials dar. Andere
Kernformenund -anordnungen, wie sie in der Hauptpatentanmeldung erläutert sind,
können ebenso Verwendung finden. Jede der Kernanordnungen 20, 20' ist mit einem
induktiven Blindwiderstand oder einer Spule 30 bewickelt. Wie in Fig.2 gezeigt,
ist die Spule 30 räumlich in zwei Abschnitte geteilt, damit die Kernanordnungen
20,20' besser auf einer genauen Halterung getragen werden können. Die beiden Spulen
30 können jedoch räumlich auch als eine einzige Spule ausgeführt werden, falls dies
erwünscht ist.
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Die Spulen 30, 30' der beiden Kernanordnungen 20, 20' sind in der
in F i g. 3 gezeigten Weise mit der Brückennetzwerkanordnung verbunden. Das Brükkennetzwerk
wird mit Wechselstrom bestimmter Fre-, quenz, z. B. 400Hz, gespeist. Die Wechselstromeinspeisung
wird der Primärwicklung 34 eines Transformators 32 aufgegeben, dessen Sekundärwicklung
36 eine Mittelanzapfung 38 besitzt. Die Enden der Sekundärwicklung 36 sind entsprechend
mit einem Ende der beiden Spulen 30, 30' verbunden. Die anderen
Enden
der beiden Spulen 30, 30' sind an einen Abgleichwiderstand 40 gelegt. Von einer
beweglichen Anzapfung 42 auf dem Abgleichwiderstand40 und von der Mittelanzapfung
38 des Transformators 32 werden Ausgangssignale abgegeben. Diese Ausgangssignale
ändern sich auf Grund eines Fehlabgleiches des Brückennetzwerkes, das in F i g.
3 gezeigt ist, und zwar auf Grund der Änderungen der induktiven Blindwiderstände
bei beiden Spulen 30, 30'. Diese Änderungen des Blindwiderstandes ergeben sich aus
der Änderung der Anordnung der Stifte 10 zwischen den Kernanordnungen 20, 20'.
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Eine Schwierigkeit bei den Kernanordnungen mit nur einer einzigen
Platte aus magnetischem Material ergibt sich aus den Änderungen der Stiftgröße,
der Stiftstellung, des Stiftabstandes und der Stiftzusammensetzung. Diese Änderungen
beeinflussen das Ausgangssignal, so daß es die Relativstellung nicht in dem genauen
Maß abgibt, wie es erwünscht wäre.
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Diese Änderungen werden gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß
eine Vielzahl von Platten 22 aus magnetischem Material vorgesehen wird, die durch
Platten 24 aus Isoliermaterial getrennt sind.
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Während die genaue Theorie für die Verbesserung gemäß der Erfindung
nicht einfach zu erläutern ist, läßt sich die Verbesserung dadurch erklären, daß
eine Vielzahl von Platten 22 aus magnetischem Material einen einen Mittelwert bildenden
Effekt auf dem Gesamtblindwiderstand der damit verbundenen Spule ausübt. Wenn damit
eine gegebene Stiftveränderung eine der Platten20 aus magnetiscllem Material in
bestimmter Weise beeinflußt, ist ein anderer Stift vorhanden, der eine andere Platte
22 aus magnetischem Material in entgegengesetzter Richtung beeinflußt und dadurch
eine Mittelwirkung ergibt, die einen abgeglichenen und übereinstimmenderen Ausgang
gegenüber der Änderung erzeugt. So wurde festgestellt, daß die Verwendung einer
Vielzahl von Platten 22 aus magnetischem Material, die durch Platten 24 aus Isoliermaterial
getrennt sind, ein Signal erzeugt, das in bezug auf die Relativstellung genauer
ist und das weniger empfindlich gegenüber Fremdänderungen ist als ein Signal, das
aus einer Kernanordnung mit einer einzigen Platte erzeugt wird, wie sie im Hauptpatent
beschrieben ist.
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Wie im Hauptpatent ausgeführt, ist es möglich, bei dem in F i g.
1 gezeigten Abstand ein Ausgangssignal zu erzielen, das sich als Sinuswelle ändert.
In manchen Fällen kann dieses Ausgangssignal Harmonische der Wechselstromspeisefrequenz
aufweisen. Es wurde auch festgestellt, daß, falls die Dicke der Platten des Isoliermaterials
um z. B. 15°/o unter die Dicke der Platten aus magnetischem Material verringert
wird, die Flußkopplung in den einzelnen Platten dazu beiträgt, daß der Gehalt an
Harmonischen des Ausgangssignals wesentlich geringer wird.
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Aus vorstehender Beschreibung ergibt sich, daß eine Kernanordnung
gemäß der Erfindung eine verbesserte Wirkungsweise gegenüber einer Kernanordnung,
wie sie im Hauptpatent beschrieben ist, ergibt; dabei kann fast jede beliebige Anzahl
von Platten aus magnetischem Material abwechselnd mit Platten aus Isoliermaterial
vorgesehen werden. Somit können auch nur zwei Platten aus magnetischem Material,
die durch eine Platte aus Isoliermaterial getrennt sind, verwendet werden oder aber
z. B. zehn Platten aus magnetischem Material in Verbindung mit neun Platten aus
Isoliermaterial, die einen Stapel von abwechselnd angeordneten magnetischen und
isolierenden Platten darstellen.