DE1299430B - Induktiver Weggeber - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen induktiven Weggeber seite des ferromagnetischen Mantels der Drossel vormit zwei in einer Brückenschaltung angeordneten gesehen.

Drosselspulen, deren Induktivitäten durch einen Hierdurch werden die Phasenfehler im wesent-

magnetischen Nebenschluß in Gestalt eines in die liehen kompensiert. Nichtsdestoweniger ergibt sich Spulen axial eintauchenden Kernes oder mehrere 5 auch hieraus eine zusätzliche Komplikation und miteinander verbundener Kerne nach Maßgabe des Fehlerquelle.

Weges dieses Kernes bzw. dieser Kerne gegensinnig Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

veränderbar sind, bei welchem die Spulen von je induktiven Weggeber der eingangs erwähnten Art zu einem magnetischen Pfad, enthaltend einen die schaffen, der eine in relativ weiten Grenzen lineare Spule umschließenden Mantel, einen innen hohl- io Abhängigkeit vom Weg des Kerns oder der Kerne zylindrischen Teil und einen Luftspalt, umschlossen aufweist, wobei der erfaßbare Hub in einem günstisind. gen Verhältnis zur Gesamtlänge des Weggebers steht.

Bei einem bekannten Wegaufnehmer dieser Art Der induktive Weggeber der vorliegenden Art ist

sind zwei Drosselspulen gleichachsig zueinander in kompakt, einfach im Aufbau und genau und uneiner Hülse aus Ferrit angeordnet. In den beiden 15 empfindlich gegen äußere Störungen. Spulen ist ein Kern in Gestalt eines Eisenpulverpreß- Die Erfindung besteht darin, daß die Spulen in

lings axial verschiebbar. In einer Mittellage des Kerns Topfkernen aus magnetisch halbleitendem Material sind die Induktivitäten der beiden Spulen gleich. Bei mit zentralen Durchbrüchen sitzen, vor deren Stirn-Verschiebung des Kerns nach der einen oder der fläche je ein Deckelteil aus dem gleichen Material anderen Seite erhöht sich die Selbstinduktion der ao unter Freilassung eines Luftspaltes zwischen Deckeleinen oder der anderen Spule entsprechend. Die bei- teil und innerem hohlzylindrischem Teil des Topfden Spulen liegen in zwei benachbarten Zweigen kernes angeordnet ist, und daß der in die Spulen eineiner wechselstromgespeisten Brücke. Die anderen tauchende Kern bzw. die Kerne eine im Vergleich beiden Brückenzweige werden von einer Übertrager- zu dem Topfkern und Deckelteil hohe Permeabilität wicklung mit Mittenanzapfung gebildet. Die in der 25 besitzt bzw. besitzen.

Brückendiagonale entstehende Wechselspannung »Magnetisch halbleitendes Material« ist dabei

wird vorzugsweise phasenempfindlich gleichgerichtet, beispielsweise Eisenpulverpreßstoff, d. h. normales wobei der phasenempfindliche Gleichrichter von Hochfrequenzeisen mit einer Ringkernpermeabilität einer von dem Übertrager gelieferten und daher mit von etwa 15. Der hieraus hergestellte magnetische der Speisespannung der Brücke gleichfrequenten 30 Pfad bewirkt eine gewisse Konzentration des Feldes, und gleichphasigen Spannung gesteuert wird. ohne jedoch einen magnetischen »Kurzschluß« zu

Bei bekannten Einrichtungen dieser Art besteht bilden, der eine weitere Beeinflussung der Induktivikein linearer Zusammenhang zwischen dem Weg des täten durch den beweglichen Kern zweifelhaft ferromagnetischen Kernes und der Ausgangsspan- machen würde.

nung. Das liegt daran, daß die Selbstinduktion einer 35 Der letztere besteht demgegenüber aus hoch-Spule quadratisch mit der Windungszahl anwächst. permeablem Material, beispielsweise Ferritrohr mit Mit dem Eintauchen eines zylindrischen Eisenkerns einer Ringkernpermeabilität von ungefähr 1100. Es in eine gleichmäßig bewickelte Zylinderspule ent- hat sich gezeigt, daß man mit einer solchen Anordsteht dann ebenfalls eine Art quadratischer Selbst- nung eine weitgehend lineare Weg-Signal-Charakinduktionsanstieg, indem zunehmend mehr Windun- 40 teristik über einen relativ großen Bereich erhält. Der gen magnetisch miteinander verkoppelt werden. Eine Linearitätsbereich wird verbessert durch den Luftsolche nichtlineare Abhängigkeit der Selbstinduk- spalt. Da man auf einem relativ großen Weg eine tionsänderung vom Weg ist nachteilig: Einmal er- lineare Abhängigkeit des Signals vom Weg erhält, schwert sie die Signalverarbeitung. Zum anderen er- kann man einen großen Hub des beweglichen Kerns gibt sich eine resultierende Kraft auf den Kern und 45 ausnutzen. Es ergibt sich ein günstiges Verhältnis damit den Wegfühler, wenn der elektromagnetische von maximal erfaßbarem Weg zur Länge des Weg-Energieinhalt J /2(L₁-I-L₂) der beiden Systeme nicht gebers. Außerdem kann man mit großen prozenbei allen Stellungen des Kerns gleichbleibt. Das tualen Änderungen der Selbstinduktionen arbeiten Magnetfeld sucht dann den Kern in eine bestimmte und so ein kräftiges Signal erhalten. Das ist ein Vor-Lage zu ziehen. 50 teil gegenüber vorbekannten Weggebern, bei denen

Die nichtlineare Verzerrung läßt sich in ertrag- die Selbstinduktionen prozentual nur wenig geändert liehen Grenzen halten, wenn man den Kernhub auf werden durften, um die Forderung nach Linearität einen kleinen oberen Teilbereich der quadratischen wenigstens annähernd zu erfüllen. Gesamtkennlinie beschränkt. Das hat allerdings zur Solche Topfkernspulen aus Eisenpulverpreßstoff

Folge, daß man mit einer relativ langen und sperri- 55 bestehen aus einem topfförmigen Körper mit einem gen Anordnung doch nur sehr geringe Hübe erfassen zentralen Zapfen oder Vorsprung, wobei die Spule kann und die Brückenausgangsspannung entsprechend in den so erhaltenen Ringraum gewickelt ist. Der gering ist. In der Praxis muß daher dem Wegauf- »Zapfen« weist einen zentralen Durchbruch auf, in nehmer ein Verstärker nachgeschaltet werden. ^ welchem ein Ferritkern beweglich ist. Solche Topf-Bei der erwähnten bekannten Anordnung ist zwi- 60 kernspulen sind an sich bekannt. Sie dienen als einschen Kern und Mantel ein großer Luftspalt. Es stellbare Induktivitäten in Hochfrequenzschaltungen, besteht nur einmäßiger magnetischer Schluß. Infolge- Es handelt sich dort also nicht um Weggeber. Die dessen ist der ohmsche Widerstand der Spulen gegen- hier bei Weggebern auftretenden Eigenschaften und über dem induktiven Widerstand nicht mehr ver- Probleme treten bei den bekannten Anwendungen nachlässigbar klein. Es würden dann merkbare 65 gar nicht auf.

Phasenfehler auftreten. Daher ist eine zusätzliche, Eine besonders vorteilhafte Ausführung ergibt

von der Kernlage gesteuerte Dämpfung durch Wirbel- sich dadurch, daß zwei Topfkernspulenanordnungen, Strombildung in der besonders metallisierten Innen- mit den Deckelteilen einander zugekehrt, gleich-

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achsig angeordnet sind und ein einziger hoch- magnetischen Pfade werden durch »Deckel« 26,28 permeabler Kernkörper in einem zentrisch durch geschlossen, die mit vorspringenden Rändern auf beide Spulenanordnungen gehenden Durchbruch den äußeren Mantelteilen 18 der Topfkerne 14,16 verschiebbar ist und daß die Deckelteile mit vor- aufliegen und mit den zentralen Zapfen 22 jeweils springenden Rändern an den Stirnflächen der äußeren 5 einen Lichtspalt bilden. Der Durchbruch 24 setzt Mantelteile der Topfkerne anliegen. sich auch durch die »Deckel« hindurch fort, die mit Die Vorteile dieser Ausführung sind folgende: Es ihren Stirnflächen aneinanderliegen. In dem Durchist nur ein einziger Kern vorhanden, der mit seinen bruch 24 ist ein hochpermeabler Kern 30 beweglich, beiden Enden in die beiden Spulen ragt. Es ergeben Der Kern 30 besteht aus Ferritrohr mit einer Ringsich damit eine Vereinfachung und eine geringe io kernpermeabilität von ungefähr 1100, das auf einer Länge des Weggebers relativ zu dem maximalen polierten, unmagnetischen Stahlachse 32 festgekittet Hub, da sich der Kern vollständig innerhalb der ist. Die Achse 32 ist in Steinlagern 34, 36 leicht Spulen bewegen kann. Er braucht nicht über die gleitend axial verschiebbar gelagert.
Spulen nach außen vorzustehen, wie das der Fall Fig. 2 veranschaulicht die Wirkungsweise durch wäre, wenn die Spulen mit den Topfkernen einander 15 eine Analogie zu elektrischen Widerständen. Die zugekehrt angeordnet wären. magnetischen Widerstände des Bodens 20 und Man-

Außerdem erfolgt insbesondere über den beweg- tels 18 sind durch die elektrischen Widerstände 38 liehen Ferritkern bei dieser Anordnung eine gewisse bzw. 40 symbolisiert, der Widerstand 42 entspricht gegenseitige Induktion von einer Spule auf die andere. der Stoßfuge zwischen Mantel 18 und Deckel 26. Diese ist in der Mittelstellung des Ferritkerns am 20 Der Deckel 26 wird durch einen Widerstand 44 größten und nimmt bei einer Bewegung desselben repräsentiert und der Zapfen 22 durch ein Potentionach der einen oder der anderen Richtung ab. Die meter 46. Zwischen dem Potentiometer 46 und dem dadurch erfolgende Korrektur der Weg-Signal- Widerstand 44 liegt ein Festwiderstand 48 entspre-Charakteristik wirkt im Sinne einer Ausdehnung des chend dem Luftspalt zwischen Zapfen 22 und Linearitätsbereiches. Wichtig ist bei dieser Anord- 25 Deckel 26. Den hochpermeablen Ferritkern 30 kann nung allerdings, daß die Deckelteile am Rand an den man als einen sehr kleinen Widerstand 50 darstellen, äußeren Mantelteilen der Topfkerne anliegen. Da- welcher über die Luftspaltwiderstände 52 und 54 am durch bleibt der Luftspalt nur zwischen dem zentra- Verbindungspunkt der Widerstände 44 und 48 sowie len Vorsprung des Topfes und dem Deckel, wäh- am Schleifer des »Potentiometers« 46 angreift. Aus rend der Luftspalt am Außenrand verschwindet. 30 dieser Analogie kann man die Wirkungsweise der Hierdurch wird der magnetische Schluß jeder erfindungsgemäßen Anordnung rechnerisch verfol-Drossel, vor allem in den Außenbezirken, verbessert. gen, insbesondere die Wirkung des Widerstandes 48 Infolgedessen werden die eigenen Streufelder der des Luftspaltes verstehen.

Drosseln und auch die induktive Kopplung zwischen Statt einer Rechnung sind in F i g. 3 die experi-

diesen auf ein Maß herabgesetzt, das keine uner- 35 mentell gefundenen Weg-Signal-Charakteristiken bzw.

wünschte Verzerrung der Weg-Signal-Charakteristik Weg-Induktivität-Charakteristiken für verschiedene

mehr bringt und gerade noch in den Grenzstellungen Breiten d des Luftspaltes dargestellt. Man sieht, daß

im Sinne einer Ausdehnung des Linearitätsbereiches beim Vergrößern des Luftspaltes von d = 0 bis auf

wirksam wird. d — 1,05 mm der Linearitätsbereich zunehmend

Die Erfindung ist im folgenden an Hand einiger 40 größer wird. Eine weitere Vergrößerung des Luft-Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Spaltes bringt offenbar nichts mehr.
Zeichnungen näher erläutert: Bei einem nach der Erfindung ausgeführten Weg-

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform geber ergaben sich folgende Daten:
eines erfindungsgemäßen Weggebers im Längsschnitt;

F i g. 2 ist eine schematische Darstellung einer 45 Gehäuseabmessungen 22° · 34 mm

Hälfte des Weggebers und veranschaulicht die Wir- (einschließlich

kungsweise; Kabelanschlußteil)

F i g. 3 veranschaulicht den Einfluß des Luftspal- Kernhub +/—3 mm

tes auf die Linearität; Kernlänge 11 mm

F i g. 4 zeigt schematisch eine abgewandelte Aus- 50 Kerngewicht mit Achse etwa 1 g

führungsform der Erfindung. Speisespannung etwa 10 V_ef£ (15 kHz)

Der Weggeber gemäß F i g. 1 weist zwei Spulen 10, Brückenspannungsausbeute.. unbelastet

12 auf, die in je einem Topfkern 14,16 angeordnet maximal 1,7 V_eff

sind. Die Topfkerne 14,16 bestehen aus Eisenpulver- Induktiver Widerstand einer

preßstoff mit einer Ringkernpermeabilität von 55 Drossel j 30 Ω (Kernlage

etwa 15. symm.)

Man kann diesen Werkstoff als »magnetischen Kupferwiderstand

Halbleiter« bezeichnen. Die Topfkerne 14, 16 be- einer Drossel 0,8 Ω

sitzen einen hohlzylindrischen Mantelteil 18, der an Dämpfungsverlust

dem einen Ende durch einen »Boden« 20 abgeschlos- 60 einer Drossel 0,1 Ω

sen ist. Zentral auf dem »Boden« 20 sitzt ein Zapfen Größte Phasen(fehler)-

oder Vorsprung 22. Boden 20 und Vorsprung 22 be- Veränderung 1° (vernachlässigbar)

sitzen einen zentralen Durchbruch 24. Die Spule 10 Speiseleistungsbedarf

bzw. 12 sitzt in dem Raum zwischen dem Zapfen 22 (15 kHz) in Brücken-

und dem Mantelteil 18. Die Spulen sind mit ihren 65 schaltung 2 ft etwa 0,lW_eff

Topfkernen gleichachsig so angeordnet, daß die Speiseleistungsbedarf

»Böden« 20 nach außen gekehrt und die Zapfen 22 bei maximaler Leistungs-

mit den Spulen 10,12 einander zugewandt sind. Die entnahme etwa 0,2 W_etf

Claims (2)

5 6 Nutzwiderstand an Brücken- sinnig veränderbar sind, bei welchem die Spulen diagonale 15 Ω von je einem magnetischen Pfad, enthaltend einen Größte abgegebene Wechsel- die Spule umschließenden Mantel, einen inneren Stromleistung (±) 100 mWef£ hohlzylindrischen Teil und einen Luftspalt, um- Linearitätsfehler 0,5% 5 schlossen sind, dadurch gekennzeichnet, Temperaturgang etwa O,2°/o/3O° C daß die Spulen (10, 12) in Topfkernen (14, 16) aus magnetisch halbleitendem Material mit zen- Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind die tralen Durchbrüchen sitzen, vor deren Stirnfläche Topfkeme 56 und 58 umgekehrt angeordnet wie in je ein Deckelteil (26, 28) aus dem gleichen Mate-Fig. 1, d.h. mit den »Böden« einander zugekehrt, io rial unter Freilassung eines Luftspaltes zwischen während die »Deckel« außen liegen. Es sind zwei Deckelteil (26, 28) und innerem hohlzylindri-Ferritkerne 60, 62 vorgesehen, die von außen her schem Teil (22) des Topfkerns (14,16) angeordin die Spulen eintauchen. Die Kerne 60,62 sind durch net ist, und daß der in die Spulen eintauchende eine Achse 64 miteinander verbunden. Auch bei Kern bzw. die Kerne (30 bzw. 60, 62) eine im dieser Anordnung ergibt sich eine gute Linearität. 15 Vergleich zu dem Topfkern und Deckelteil hohe Jedoch ist die Baulänge etwas größer als bei der Permeabilität besitzt bzw. besitzen. Ausführung von F i g. 1. 2. Induktiver Weggeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Topfkernspulen-Patentansprüche: anordnungen (14,16), mit den Deckelteilen (26, ao 28) einander zugekehrt, gleichachsig angeordnet

1. Induktiver Weggeber mit zwei in einer sind und ein einziger hochpermeabler Kernkör-Brückenschaltung angeordneten Drosselspulen, per (30) in einem zentrisch, durch beide Spulenderen Induktivitäten durch einen magnetischen anordnungen gehenden Durchbruch (24) verNebenschluß in Gestalt eines in die Spulen schiebbar ist und daß die Deckelteile (26, 28) axial eintauchenden Kerns oder mehrerer mit- 25 mit vorspringenden Rändern an den Stirnflächen einander verbundener Kerne nach Maßgabe des der äußeren Mantelteile (18) der Topfkerne (14, Weges dieses Kernes bzw. dieser Kerne gegen- 16) anliegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen