DE1548709C

DE1548709C - Mechanical angle encoder

Info

Publication number: DE1548709C
Authority: DE
Inventors: Heinz 1000 Berlin; Seiffert Peter 3001 Arnum Plaetrich
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH

Description

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Die Erfindung betrifft einen mechanischen Winkel- Hauptmagnet nicht . entgegenwirken, da dessenThe invention does not relate to a mechanical main angular magnet. counteract that

kodierer zur digitalen Messung der räumlichen Lage Magnetfeld auch bei Weiterbewegung noch zu starkEncoder for digital measurement of the spatial position Magnetic field still too strong even when moving further

bewegter Teile, insbesondere von Winkelstellungen auf den noch geschlossenen Kontakt einwirkenmoving parts, in particular angular positions, act on the contact that is still closed

mit kreisförmig angeordneten Schutzgaskontakten, würde. Dieser Umstand macht stärkere Hilfsmagnetewith inert gas contacts arranged in a circle. This fact makes stronger auxiliary magnets

die von mindestens einem an dem im Kreis der Kon- 5 erforderlich, womit nichts gewonnen wäre,required by at least one person in the circle of the con-5, with which nothing would be gained,

takte drehbaren Teil befestigten Hauptmagneten Ein stärkerer, im Drehsinn voreilender Hilfsmagnetmain magnet attached to the rotating part. A stronger auxiliary magnet that leads in the direction of rotation

zwecks Kontaktgabe überstrichen werden. kann außerdem den nächst zu schließenden Kontaktbe painted over for the purpose of making contact. can also find the next contact to be closed

Im Prinzip arbeitet ein Winkelkodierer wie ein zu unkontrollierbarer, vorzeitiger Kontaktgabe ver-Stufenschalter. Er stellt einen absoluten digitalen anlassen. Die Berücksichtigung des Hauptmagnet-Meßwertgeber dar. Im Gegensatz zum Zähl- oder io feldes bedingt das Einhalten eines bestimmten Min-Inkrementalverfahren, bei dem bei einer Lage- destabstandes der Schutzgaskontakte untereinander, messung ein Abzählen von Weg- oder Winkel- Dadurch kann eine gewisse Baugröße der Anordnung elementen von einem relativen Nullpunkt aus mittels nicht unterschritten werden.In principle, an angle encoder works like an uncontrollable, premature contact-making step switch. It represents an absolute digital start. The consideration of the main magnet transducer In contrast to the counting or io field, compliance with a certain minimum incremental procedure requires in the case of a minimum positional distance between the inert gas contacts, measurement a counting of distance or angle. This allows a certain size of the arrangement elements are not undershot from a relative zero point by means of.

Impulsgebern erfolgt, wird durch den Winkelkodierer Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen eine eindeutige Bezifferung eines jeden Weg- oder 15 mechanischen Winkelkodierer zu schaffen, der einen Winkelelementes erreicht. Jeder digitale Meßwert definierten Vor- und Nachlaufweg für beide Drehunterscheidet sich von allen anderen auf der gesam- richtungen aufweist und dessen Baugröße geringer ten Meßstrecke durch die nur ihm zugeordnete ist als die der bekannten Anordnungen.
Kombination elektrischer Signale. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daßPulse generators is done by the angle encoder. The object of the invention is to create a unique numbering of each displacement or 15 mechanical angle encoder that reaches an angle element. Each digital measured value defined pre-travel and post-travel travel for both rotation differs from all the others in the overall directions and its size is smaller than that of the known arrangements due to the only one assigned to it.
Combination of electrical signals. According to the invention this is achieved in that

Die Anwendung von Schutzgaskontakten als ao zur Veränderung des Vor- und des NachlaufwegesThe use of protective gas contacts as ao to change the pre-travel and the post-travel

Schaltelemente bei Winkelkodierem bedingt die Be- des Hauptmagneten drehrichtungsmäßig vor undSwitching elements in angular encoders requires the main magnet to be moved in front of and in the direction of rotation

rücksichtigung der kontakteigenen Schalthysterese. hinter diesen sich je ein entgegengesetzt gepolterconsideration of the contact's own switching hysteresis. behind these there is an oppositely polarized one

Sie ist durch den hohen magnetischen Widerstand Stützmagnet befindet und an einem der feststehendenIt is located by the high magnetic resistance support magnet and attached to one of the fixed

der offenen Kontaktzungen und den weit geringeren Halteteile kreisförmig angeordnete, ebenfalls ent-the open contact tongues and the much smaller holding parts arranged in a circle, also

der geschlossenen Zungen gegeben. Deshalb sprechen as gegengesetzt gepolte Zusatzmagnete angebracht sind,given the closed tongues. Therefore speak as oppositely polarized additional magnets are attached,

die Kontakte einerseits bei Annäherung des Schalt- von denen jeder den gleichen Abstand von zweithe contacts on the one hand when approaching the switching - each of which is the same distance from two

magneten erst bei verhältnismäßig geringem Abstand Schutzgaskontakten hat.magnet only has inert gas contacts when the distance is relatively short.

an und fallen andererseits erst bei verhältnismäßig Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Magnetgroßem Abstand in die Ruhelage zurück. Die Weg- gruppen zueinander räumlich versetzt angeordnet strecke, die der Schaltmagnet vom Zeitpunkt des 30 sind.and on the other hand only fall relatively. It is particularly advantageous if the magnet large distance back into the rest position. The groups of paths are spatially offset from one another route, which are the solenoid from the time of 30th.

Kontaktschließens bis zur Symmetrielage zurücklegt Die Figuren veranschaulichen ein Ausführungs-Contact closing covered up to the symmetrical position The figures illustrate an embodiment

— er steht dann genau vor dem Kontakt — wird mit beispiel, an Hand derer die Erfindung näher be-- he is then exactly in front of the contact - is with example, on the basis of which the invention is described in more detail

Vorlaufweg bezeichnet, während die Wegstrecke, die . schrieben werden soll. . . ..Preroll denotes, while the distance that. should be written. . . ..

der Magnet bei Weiterbewegung aus der Symmetrie- F i g. 1 stellt einen Winkelkodierer nach der Erläge bis zum Kontaktöffnen zurücklegt, der Nachlauf- 35 findung im Schnitt dar;
weg genannt wird. F i g. 2 zeigt die Draufsicht des Kodierers gemäßthe magnet when moving further out of the symmetry F i g. 1 shows an angle encoder according to which Erläge moves back to the opening of the contact, the tracking finding in section;
is called away. F i g. 2 shows the top view of the encoder according to FIG

Entscheidend für die Verwendbarkeit eines der- Fig. 1.Decisive for the usability of one of the Fig. 1.

artigen Winkelkodierers zum Zwecke der Signal- In F i g. 1 ist mit 10 der Schalt- oder Hauptmagnet abfrage durch eine Abtastelektronik ist ein bestimm- bezeichnet. Dieser ist versenkt am Umfang des als ter festabgegrenzter Bereich des Vorlauf- und des 40 Scheibe ausgebildeten drehbaren Teiles 11 befestigt, Nachlaufweges. Der natürliche Vorlaufweg muß hier- der aus antimagnetischem Werkstoff besteht. Auf für verlängert, der natürliche Nächlaufweg verkürzt einem Teilkreis sind entsprechend dem Dezimalwerden. Code die Schutzgaskontakte 0 bis 9 (F i g. 2) um dielike angle encoder for the purpose of signaling In F i g. 1 is the switching or main magnet at 10 query by a scanning electronics is called a specific. This is sunk on the perimeter of the as the permanently delimited area of the advance and the rotatable part 11, which is configured as a disk 40, is attached, Overtravel. The natural advance path must consist of anti-magnetic material. on for extended, the natural approach path shortened are a pitch circle corresponding to the decimal. Code the inert gas contacts 0 to 9 (Fig. 2) to the

Durch die deutsche Patentschrift 1171497 ist ein Scheibe 11 angeordnet. Sie haben jeweils den gleimagnetisch betätigter Mehrfachdrehschalter bekannt, 45 chen Abstand voneinander und sind zwischen den bei dem in einem drehbaren Teil ein Dauermagnet beiden nichtmagnetischen Halteplatten 13 und 14 angeordnet ist, der eine Kreisbewegung ausführt. Er festmontiert, die auch die nicht näher dargestellte schaltet dabei die um die Magnetanordnung kreis- Lagerung der Scheibe 11 aufnehmen. Die Platten 13 förmig verteilten Schutzgaskontakte. Auf dem dreh- und 14 sind durch.die Schrauben 15, die Muttern 16 baren Teil sind außerdem noch vor und nach (in 30 und die Abstandsstücke 17 fest miteinander verbun-Drehrichtung gesehen) dem Hauptmagneten weitere den. Mit ihren Stirnseiten sind die Zusatzmagnete 18 permanente, entgegengesetzt gepolte Hilfsmagnete bis 27 auf der Halteplatte 13 befestigt. Sie sind zum befestigt. Diese beeinflussen den Nachlauf weg der Hauptmagnet 10 entgegengesetzt gepolt und ihre AnSchutzgaskontakte. ,.-.... , zahl entspricht, der der Schutzgaskontakte. Die Zu-Through the German patent specification 1171497 a disk 11 is arranged. They each have the same magnetic actuated multiple rotary switch known, 45 chen distance from each other and are between the in which a permanent magnet has two non-magnetic holding plates 13 and 14 in a rotatable part is arranged, which performs a circular motion. He permanently mounted, including the one not shown in detail switches the storage of the disk 11 to the magnetic assembly circular. The plates 13 shielded gas contacts distributed in a shape. On the rotating and 14 are durch.die screws 15, the nuts 16 part are also still before and after (in 30 and the spacers 17 are firmly connected to each other-the direction of rotation seen) the main magnet. The additional magnets 18 are at their end faces permanent, oppositely polarized auxiliary magnets up to 27 attached to the holding plate 13. You are to attached. These influence the overrun of the main magnet 10 and their protective gas contacts with opposite polarity. ,.-...., number corresponds to that of the inert gas contacts. The access

Derartige Magnetanordnungen ermöglichen durch 55 satzmagnete 18 bis 27 sind ferner kreisförmig änge-Such magnet arrangements are made possible by 55 set magnets 18 to 27 are also circular

den im Drehsinn nacheilenden Hilfsmagneten nur ordnet und jeder von ihnen hat den gleichen Abstandonly arranges the auxiliary magnet lagging in the direction of rotation and each of them has the same distance

die Kompensation der Kontaktzungenremanenz eines von zwei Schutzgaskontakten. Die Entfernung Schei-the compensation of the contact tongue remanence of one of two inert gas contacts. The distance shit

geschlossenen Schutzgaskontaktes. benachse — Zusatzmagnet ist geringer als der Ab-closed inert gas contact. lower axis - additional magnet is smaller than the

Der im Drehsinn voreilende und zum Hauptmagne- stand, den die Schutzgaskontakte von der Achse derThe one leading in the direction of rotation and leading to the main magnet, which the inert gas contacts from the axis of the

ten entgegengepolte Hilfsmagnet jedoch magnetisiert 60 Scheibe 11 haben. Die Stützmagnete 12a und 12 b th opposing polarity auxiliary magnet, however, have magnetized 60 disk 11. The support magnets 12a and 12b

den nächst zu schließenden, magnetisch noch neu- sind in einer Entfernung von etwa l,5facher Schutz-the next to be closed, magnetically new, are at a distance of about 1.5 times the protective

tralen Kontakt entgegen der Wirkungsrichtung des gaskontaktteüung vom Hauptmagnet 10 etwas zurcentral contact against the direction of action of the gas contact control from the main magnet 10 to something

Hauptmagnuten vor. Dadurch muß der Hauptmagnet Scheibenmitte hin versetzt an der unteren Scheiben-Main magnesia. As a result, the main magnet must be offset towards the center of the disc on the lower disc

nicht nur den magnetischen Widerstand der offenen fläche der drehbaren Scheiben 11 angebracht. Sienot only the magnetic resistance of the open surface of the rotatable disks 11 is attached. she

Kontaktzungen überwinden, sondern auch noch 65 sind ebenfalls zum Hauptmagneten 10 entgegen-Overcome contact tongues, but also 65 are also opposite to the main magnet 10-

diese Vormagnetisierung aufheben. Der ohnehin gesetzt gepolt.cancel this bias. The already set polarized.

schon zu geringe Vorlaufweg wird also noch mehr Wie bereits erwähnt, arbeitet ein WinkelkodiererIf the pre-travel is too short, it becomes even longer. As already mentioned, an angle encoder works

verkürzt. Diesem Nachteil kann auch ein stärkerer wie ein Stufenschalter. Seine Signalabfrage soll eineshortened. This disadvantage can also be caused by a more powerful tap changer. His signal query should be a

Abtastelektronik vornehmen. Um die Signale des Winkelkodierers einwandfrei durch eine Abtastelektronik auswerten zu können, muß die Schaltfolge folgendermaßen sein:Carry out scanning electronics. To the signals of the angle encoder flawlessly through a scanning electronics To be able to evaluate, the switching sequence must be as follows:

Bewegt sich der Hauptmagnet 10 z. B. vom Schutzgaskontakt 9 in Richtung des Schutzgaskontaktes 8 (Rechtsdrehung), so muß Kontakt 8 ansprechen, noch bevor der Magnet 10 die Mitte zwischen den Kontakten erreicht. Der Kontakt 9 muß unbedingt in die Ruhelage zurückkehren, bevor der Magnet 10 unmittelbar vor dem Kontakt 8 steht, d. h. die Symmetrielage einnimmt. Wird der Hauptmagnet 10 wieder zurück zum Kontakt 9 bewegt (Linksdrehung), so muß dieser spätestens kurz vor der Mitte zwischen 8 und 9 wieder ansprechen und Kontakt 8 spätestens dann in die Ruhelage gehen, wenn der Magnet 10 kurz vor der Symmetriestellung zu Kontakt 9 steht. Die Anordnung der Magnete 10, 12 a, 12b und 18 bis 27 ermöglicht diese Schaltfolge, weil dadurch der zu kurze natürliche Vorlaufweg verlängert, der zu lange natürliche Nachlaufweg verkürzt wird. Angenommen, der Hauptmagnet 10 bewegt sich aus seiner Symmetriestellung zu Kontakt 9 in Rechtsdrehung zum Kontakt 8 hin, so bleibt Kontakt 9 vorerst geschlossen, weil er noch im starken Einflußbereich des Kraftfeldes von 10 liegt. Die Lage der Magneten 10 und 26 zueinander ergibt eine Reihenschaltung dieser Magnete. Zwischen ihnen ist danach die Kraftliniendichte so groß, daß der noch entstandene geringe Streufluß keine Wirkung auf Kontakt 8 hat. Dieser Zustand ändert sich, wenn der Hauptmagnet 10 die Stellung kurz vor der Mitte zwischen den Kontakten 9 und 8 erreicht. Die Kraftlinien des Hauptmagneten schließen sich dann in größerer Zahl über Kontakt 8 und addieren sich zu dem bereits vom Magneten 25 ausgehenden Kraftlinienfiuß. Zu diesem Zeitpunkt schließt Kontakt 8. Die weiter fortschreitende Bewegung des Hauptmagneten 10 läßt den Abstand zwischen 10 und 26 größer werden, so daß der Kraftfluß des Hauptmagneten 10 nun über Magnet 25 und auch wieder über Magnet 26 verläuft. Der Kontakt 9, dem Hauptmagnetfeld dadurch nicht mehr ausgesetzt, gelangt nun in das entgegengerichtete Feld der Magnetreihenschaltung Stützmagnet 12 b — Zusatzmagnet 27. Dieses Magnetfeld ist dabei so schwach, daß es einen magnetisch neutralen Schutzgaskontakt nicht selbsttätig schließen kann. Es kompensiert die Remanenz der Kontaktzungen von 8 und veranlaßt deshalb den Kontakte zum öffnen. Dieser Vorgang wiederholt sich bei Linksdrehung mit umgekehrter Ansprechfolge der Schutzgaskontakte. Wenn alle Magnete als Permanentmagnete ausgebildet sind, so hat ein zeitweiliger Ausfall der Netzspannung auf die Meßwerte keinen Einfluß
Selbstverständlich bleibt die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. So können z. B. die Zusatzmagnete auf den Mittellinien zwischen den Schutzgaskontakten auch so angeordnet sein, daß sie den gleichen oder einen größeren Abstand von der Drehachse des beweglichen TeilesIf the main magnet 10 moves z. B. from the protective gas contact 9 in the direction of the protective gas contact 8 (clockwise rotation), contact 8 must respond before the magnet 10 reaches the middle between the contacts. The contact 9 must necessarily return to the rest position before the magnet 10 is immediately in front of the contact 8, ie assumes the symmetrical position. If the main magnet 10 is moved back to contact 9 (counterclockwise rotation), it must respond again at the latest shortly before the middle between 8 and 9 and contact 8 must go into the rest position at the latest when the magnet 10 is just before the symmetrical position to contact 9 . The arrangement of the magnets 10, 12 a, 12b and 18 to 27 enables this switching sequence, because it extends the natural pre-travel that is too short and shortens the natural over-travel that is too long. Assuming that the main magnet 10 moves from its symmetrical position to contact 9 in a clockwise rotation towards contact 8, contact 9 remains closed for the time being because it is still in the strong area of influence of the force field of 10. The position of the magnets 10 and 26 to one another results in a series connection of these magnets. The density of the lines of force between them is then so great that the small leakage flux that has still arisen has no effect on contact 8. This state changes when the main magnet 10 reaches the position shortly before the middle between the contacts 9 and 8. The lines of force of the main magnet then close in greater numbers via contact 8 and add to the flow of force lines already emanating from magnet 25. At this point in time contact 8 closes. The continuing movement of the main magnet 10 increases the distance between 10 and 26, so that the power flow of the main magnet 10 now runs via magnet 25 and again via magnet 26. The contact 9, no longer exposed to the main magnetic field, now enters the opposing field of the magnetic series circuit supporting magnet 12 b - additional magnet 27. This magnetic field is so weak that it cannot automatically close a magnetically neutral protective gas contact. It compensates for the remanence of the contact blades of 8 and therefore causes the contacts to open. This process is repeated when turning to the left with the reverse response sequence of the inert gas contacts. If all magnets are designed as permanent magnets, a temporary failure of the mains voltage has no effect on the measured values
Of course, the invention is not restricted to this exemplary embodiment. So z. B. the additional magnets on the center lines between the inert gas contacts can also be arranged so that they are the same or a greater distance from the axis of rotation of the moving part

ίο haben als die Schutzgaskontakte. Die Stützmagneten würden dann auch etwas weiter von der Drehachse versetzt angebracht werden.ίο have the protective gas contacts. The support magnets would then also be attached a little further away from the axis of rotation.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, bei geringster Baugröße des Winkelkodierers und schneller Schaltfolge, die Schutzgaskontakte zu einem bestimmten Zeitpunkt exakt zu schließen und zu öffnen. Die vorgeschriebene Schaltfolge kann so genau eingehalten werden, daß eine unprogrammmäßige Kontaktgabe von mehr als zwei KontaktenThe particular advantage of the invention is that the angular encoder and the smallest size faster switching sequence to close and close the inert gas contacts exactly at a certain point in time to open. The prescribed switching sequence can be adhered to so precisely that an unprogrammed Establishing more than two contacts

ao nicht möglich ist. Dadurch erlaubt der erfindungsgemäße Winkelkodierer eine sehr hohe Anzahl von Schaltungen pro Zeiteinheit.ao is not possible. As a result, the angle encoder according to the invention allows a very high number of Switching per unit of time.

Claims

Patent claims:

1. Mechanical angle encoder for digital measurement of the spatial position of moving parts, in particular angular positions, with circularly arranged inert gas contacts that are swept over by at least one main magnet attached to the rotatable part in the circle of contacts for the purpose of making contact, as characterized in that to change the before - and overtravel of the main magnet (10) in terms of direction of rotation in front of and behind these there is an oppositely polarized supporting magnet (IZa, 12b) and additional magnets (18 to 27) arranged in a circle and also oppositely polarized are attached to one of the stationary holding parts (13), each of which is equidistant from two inert gas contacts.

2. Mechanical angle encoder according to claim 1, characterized in that the distance between the additional magnets (18 to 27) and the axis of the rotatable disc (11) is less is than the distance between the inert gas contacts and this axis of rotation.

3. Angle encoder according to claim 1, characterized in that the distance between a Main magnet and its supporting magnet approximately 1.5 divisions of the protective gas contact sub-circle amounts to.

1 sheet of drawings