DE2653943C3 - Induktiver Meßwertwandler für Längen- oder WinkelmeBwerte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßwandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bereits ein Meßwandler der erwähnten Art nach der DE-PS 8 88 663 bekannt welcher zwei Meßinduktivitäten aufweist, von denen jeder ein demgegenüber auslenkbarer sichelartiger Magnetkern zugeordnet ist Mittels eines Bewegungsübertragungsgestänges kann eine Linearbewegung eines Längenmeßwertes in eine Schwenkbewegung der sichelförmigen Magnetkerne umgewandelt werden. Der zwangsläufig dem gewünschten graukeilartigen Verlauf der Reaktanz anzupassende, sich als Funktion des Ortes ändernde Querschnitt der Magnetkerne begrenzt die Anwendbarkeit in der Praxis, weil bei Ausbildung der Meßinduktivitäten als Tauchspulen deren Kernaufnahmequerschnitt dem größten Querschnitt der sichelartigen Magnetkerne angepaßt sein muß, während bei Anordnung der Magnetkerne außerhalb der Meßinduktivitäten die

Signalsteilheit verhältnismäßig gering ist Darfiber hinaus ergeben sich auch räumliche Unterbringungsprobleme, wenn ein geringer Raumbedarf des Meßwertwandlers erforderlich ist

Es ist auch ein Meßwertwandler ähnlicher Art nach der DE-PS 12 85 188 bekannt, bei welchem aber lediglich ein einziger Magnetkern in Verbindung mit zwei Meßinduktivitäten vorgesehen ist wobei die Permeabilität des Magnetkernes über dessen Länge

ίο bzw. Bodenbereich konstant ist und der Bewegungsbereich des Magnetkernes sich über die in Axialrichtung unmittelbar hintereinander angeordneten Meßinduktivitäten erstreckt, die in je einem Zweig einer Meßbrücke angeordnet sind. In einer Mittelstellung taucht hierbei der Magnetkern in beide Induktivitäten gleicb weit ein; in einer ersten Extremstellung taucht der Magnetkern lediglich in eine der beiden Induktivitäten ein, die von einem Meßwertabgriff weiter entfernt ist, während das Verbindungselement durch die dem Meßwertabgriff nähere Induktivität zu dem Meßwertabgriff selbst verläuft, was bedeutet daß das Verbindungselement mindestens ebenso lang sein muß wie jede der beiden Induktivitäten; in einer zweiten Extremsteliung taucht der Magnetkern lediglich in die dem Meßwertabgriff nähere Induktivität ein, wobei wegen der vorgegebenen Länge des Verbindungselements der Meßwertabgriff einen lichten Abstand von der diesem benachbarten Induktivität haben muß, welcher der Länge des Verbindungselements und damit der Länge einer der beiden Induktivitäten entspricht Insgesamt muß also die gesamte Länge des Meßwertwandlers vom Meßwertabgriff bis zu der von diesem entfernten Induktivität mindestens der dreifachen Länge des Magnetkernes entsprechen, wobei die Länge des Magnetkernes durch den Bewegungsbereich des Meßwertabgriffes vorgegeben ist Bei vielen praktischen Anwendungsfällen, beispielsweise bei einer Honmaschine zum Aushonen von Sackbohrungen, ist indessen der Bewegungsbereich des Meßwertabgriffes

^o ohnehin verhältnismäßig groß, so daß ein weiterer Raumbedarf für den Meßwertwandler, welcher zumindest dem dreifachen Bewegungsbereich des Meßwertabgriffes entspricht, erhebliche Schwierigkeiten bei der Unterbringung der Gesamtanordnung ergibt

Nach der DE-OS 17 63 190 ist ein analoger induktiver Meßwertwandler für Längenmeßwerte mit einer Meßinduktivität bekannt deren Reaktanz mittels eines als Funktion des Meßwertes kompressiblen Magnetkernes veränderbar ist Es ist ein Verbindungselement zwischen einem Meßwertabgriff sowie dem Magnetkern und eine auf den jeweiligen Fluß ansprechende Auswerteeinrichtung vorgesehen. Die Länge der Induktivität entspricht etwa der Länge des Magnetkernes. Mit einem solchen Meßwertwandler können indessen nur geringe Längenänderungen erfaßt werden, beispielsweise Längenänderungen von Festkörpern als Funktion der Temperatur. Für größere Bereiche von Längenoder Winkelmeßwerten ist dieser Meßwertwandler nicht einsetzbar.

Nach der DE-PS 12 95 204 ist ein digitaler induktiver Meßwertwandler für Längen- oder Winkelmeßwerte bekannt welcher innerhalb einer Brückenschaltung mehrere Meßinduktivitäten aufweist die konzentrisch zu der Achse eines Magnetkernes verschiebbar sind. Der Magnetkern selbst besteht aus einer Anzahl von Teilkernabschnitten, die abwechselnd durch magnetische und nichtmagnetische Ringe von im wesentlichen gleicher Axiallänge gebildet sind. Der Magnetkern hat

hierbei keine graukeUartige sondern vielmehr eine sprunghaft rechteckwellenartige Charakteristik, wenn .nan die Permeabilität des Magnetkernes fiber seine Axiallänge betrachtet Bei einer Relativbewegung der Meßinduktivität gegenüber dem Magnetkern ergeben sich Zählimpulse, die digital aufgezeichnet werden können. Es kann auch eine Anwenducg als digitaler Maßstab erfolgen, wobei innerhalb einer Maßstabsteilung (d. h. zwischen zwei benachbarten magnetischen Ringen, die durch einen nichtmagnetischen Ring getrennt sind) eine stark nichtlineare analoge Anzeige möglich ist Jedoch ist eine analoge Anzeige aber größere Längen- oder Winkelmeßwertbereiche nicht vorgesehen oder angestrebt Die axiale Gesamtabmessung der Anordnung von Meßinduktivitäten würde im Falle einer Anwendung für analoge Anzeige dem Auslenkungsbereich innerhalb einer Maßstabsteilung entsprechen und nicht lediglich einem Bruchteil der Magnetkernlänge. Das Anwendungsgebiet dieses Meßwertwandlers erstreckt sich also lediglich auf digitale Anzeige, beispielsweise in Verbindung mit einem Folgeregler, um eine örtliche Lage eines Bauelementes genau beizubehalten (unter Ausnützung des Analogsignals) oder auch zur Einstellung von Werkzeugen entsprechend einer Maßstabsteilung (in diesem Fall unter Ausnutzung der Digitalanzeige).

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Meßwertwandlers, bei welchem der Raumbedarf den Bewegungsbereich des Meßwertabgriffes nicht wesentlich übersteigt und gleichzeitig im Interesse eines geringen Raumbedarfs der graukeUartige Verlauf der Permeabilität des Magnetkernes ohne wesentliche Kernquerschnittsänderungen erreicht werden kann. Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Durch den Erfindungsgedanken wird erreicht, daß in Anpassung an weitgehend unterschiedliche praktische Erfordernisse die Charakteristik des graukeilartigen Verlaufes der Reaktanz des Magnetkernes praktisch beliebig festgelegt werden kann, und zwar bei sehr geringem Raumbedarf und bei einfacher Herstellung. Die Meßinduktivität kann als Tauchspule von verhältnismäßig geringem lichten Querschnitt für den Magnetkern ausgebildet sein, wobei sich gleichwohl hohe Signalsteilheiten erzielen lassen. Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 2 läßt sich eine besonders günstige Herstellung des Magnetkernes, sowohl vom Gesichtspunkt der Auslegung der Charakteristik als auch im Hinblick auf die Herstellungskosten erzielen. Die Merkmale des Patentanspruchs 3 ergeben eine wahlweise Ausführungsform zur Erzielung der gleichen Vorteile.

Durch die Weiterbildungen nach den Patentansprüchen 4 und 5 ergibt sich ein stabiler Aufbau des Magnetkerns in Verbindung mit einfacher Herstellung.

Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 6 ergibt sich ein weiter verbesserter raumsparender Aufbau. Durch die Ausgestaltung nach dem Patentanspruch 7 wird darüber hinaus eine einfache Justierung erreicht

Die Erfindung ist. nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Meßwertwandlers in Schaltbild- bzw. Blockschaltbilddarstellung,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel eines einen Bestandteil des Meßwertwandlers nach F i g. 1 bildenden Magnetkernes im Axialschnitt sowie in abgebrochener Teildarstellung,

F i g. 3 einen Schnitt längs der linie IH-III von F i g. 2. Gemäß Fi g. 1 sind in einer Wechselstrom-Meßbrük-

ke im einen Zweig in Reihe eine MeBinduktivität 1 nebst einem Widerstand 2 und im anderen Zweig eine justierbare Bezugsinduktivität 3 sowie ein Widerstand 4

in Reihe geschaltet Ober einen Brückenverstärker 5 wird ein Ausgangssignal zu einem Anzeigeinstrument 6 abgegeben.

Der Meßinduktivität 1 ist ein örtlich beweglicher, im vorliegenden Fall geradlinig verschiebbarer, Magnetkern 7 zugeordnet, welcher über ein strichpunktiert dargestelltes Verbindungselement 8 mit einem MeB-wertabgriff verbunden ist, beispielsweise einer Hub/ Dreh-Spindel einer Honmaschine. Es ist in diesem Zusammenhang zu beachten, daß der besseren Obersicht halber die Größenverhältnisse zwischen den Bauelementen 1, 7 und 8 in F i g. 1 stark verzerrt dargestellt sind. Tatsächlich entspricht die Länge des Magnetkernes 7 zumindest dem Meßweg bzw. Bewegungsbereich des Meßwertabgriffes, während die Länge der Meßinduktivität 1 demgegenüber einen kleineren Bruchteil der Länge des Magnetkernes 7 ausmacht Die Länge des Verbindungselementes 8 kann beliebig klein sein, wenn man nur das eine Ende des Magnetkernes 7 genügend nahe an dem Meßwertabgriff anbringen kann.

Die Brückenanordnung ist von einem Gehäuse 9 aus ferromagnetischem Material umgeben, um Störfelder abzuschirmen.

Desgleichen sind die Meßinduktivität 1 und die Bezugsinduktivität 3 voneinander durch eine Magnetabschirmung 10 voneinander abgeschirmt

Der Magnetkern 7 weist hinsichtlich seiner Permeabilität einen graukeilartigen Verlauf auf und besteht aus einer Vielzahl von Kernstücken 11 gleicher Permeabilität deren Abstände a\, a 2, a3... gemäß dem gewünschten Verlauf der Permeabilität des Magnetkernes 7 unterschiedlich sind und deren Länge gering -to gegenüber der Gesamtlänge des Magnetkernes 7 ist Die Kernstücke 11 sind innerhalb einer halbzylindrischen Schiene 12 aus nicht ferrromagnetischem Material befestigt vorzugsweise durch einen Klebstoff. Die Schiene 12 ist von einer zylindrischen Schutzhülse 13 umgeben, die mit einem nicht veranschaulichten Vergußmittel ausgegossen ist Auf diese Weise wird auch bei schnellen ruckartigen Bewegungen des Magnetkernes 7 eine nachträgliche Lösung der Kernstücke 11 von der Schiene 12 und eine Verschiebung innerhalb der Schutzhülse 13 vermieden.

In Abwandlung zu dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2,3 kann der Magnetkern 7 auch aus einer Vielzahl von Kernstücken ähnlich den Kernstücken 11 von unterschiedlich abgestufter Permeabilität zusammengesetzt sein, deren Längen gering gegenüber der Gesamtlänge des Magnetkernes sind. In diesem Fall können die Abstände der einzelnen Kernstücke voneinander im Gegensatz zu den Abständen a I, a 2, a3... von Fig.2 konstant sein, sofern nicht ein w) besonderer Verlauf der Permeabilitätsfunktion gewünscht wird.

Vorangehend wurde in Verbindung mit F i g. 2,3 bzw. Fig.4 ein monotoner Verlauf der Permeabilität des Magnetkernes 7 über dessen Länge vorausgesetzt tv~> entsprechend den sich monoton ändernden Abständen al, a2, a3... Es ist jedoch, sofern entsprechende Anforderungen an einen Meßwertwandler gestellt werden, auch möglich, den Magnetkern aus mehreren

Teilkemabschnitten mit jeweils graukeilartigem, nicht notwendig monotonem, Verlauf zusammenzusetzen. Bei Übertragung auf das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 würde dies beispielsweise bedeuten, wenn ein wellenförmiger Verlauf der Permeabilität über die Länge des Magnetkernes 7 gewünscht wird, daß die Abstände a 1, a 2, a 3... größer werden, wie dies in F i g. 2 dargestellt ist, daß aber nach einer gewissen Anzahl von Kernstücken II die Abstände monoton wieder geringer werden.

Bei dem in F i g. 1 veranschaulichten Meßwertwandler ist die Bezugsinduktivität 3 jedem Einfluß durch den Magnetkern 7 entzogen. Die Bezugsinduktivität 3 weist einen eigenen Magnetkern auf, dessen Permeabilität zweckmäßig einem Mittelwert desjenigen des Magnet kernes 7 entspricht, wobei eine Justierung dei Bezugsinduktivilät 3 beispielsweise durch Hinein- odei Herausdrehen des mit einem Gewinde ausgebildete! Magnetkernes erfolgen kann.

In der vorangehenden Beschreibung der Figuren wai vorausgesetzt worden, daß der Magnetkern 7 entspre chend einer geradlinigen Bewegung des Meß wer tab griffes gemäß einem Doppelpfeil Pf ί geradlinig ausgebildet ist Für Winkelmessungen kann indessen dei Magnetkern 7 auch in Form eines Kreissegmente! ausgebildet und auf einer Kreisplatte angeordnet werden, wie dies in der bereits eingangs abgehandelter DE-PS 12 85 188 veranschaulicht ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Analoger induktiver Meßwertwandler für Längen- oder Winkelmeßwerte mit einer Meßinduktivität, deren Reaktanz mittels eines örtlich als Funktion des Meßwertes beweglichen graukeilartigen Magnetkernes veränderbar ist, dessen Länge bzw. Bogenmaß zumindest der Größe des Meßwertes entspricht, mit einem Verbindungselement zwischen einem Meßwertabgriff sowie dem Magnetkern, und mit einer auf den jeweiligen Fluß ansprechenden Auswerteeinrichtung, wobei die Länge bzw. das Bogenmaß der Induktivität einem Bruchteil der Länge des Magnetkernes entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (7) aus mehreren Teilkernabschnitten jeweils aus einem Material mit unterschiedlichen oder gleichen Anteilen an ferromagnetischer Substanz und nichtf erromagnetischer Trägersubstanz besteht

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (7) aus einer Vielzahl von Kernstücken (U) zusammengesetzt ist, deren Abstände oder Anteilsverhältnis nach einer vorgegebenen Funktion gewählt sind.

3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Mischverhältnis der beiden Materialarten im Magnetkern (7) über dessen Gesamtlänge kontinuierlich ändert

4. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (7) eine teilzylindrische Schiene (12) aus nicht ferromagnetischem Material umfaßt, in welcher die Kernstücke (11) gehalten bzw. befestigt sind.

5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (12) von einer Schutzhülse (13) aus nicht ferromagnetischem Material umgeben ist und daß die Schutzhülse ausgegossen ist

6. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßinduktiviiät (!) eine hiervon magnetisch abgeschirmte (Trennwand 10) Bezugsinduktivität (3) zugeordnet ist, welche zusammen mit der Induktivität (1) Bestandteile einer an sich bekannten Meßbrücke (1—4) bildet

7. Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanz der Bezugsinduktivität (3) justierbar ist