DE1013449B

DE1013449B - Vorrichtung zur ziffernmaessigen Anzeige der Stellung oder Lage beweglicher Teile

Info

Publication number: DE1013449B
Application number: DEI11286A
Authority: DE
Inventors: Edward Alpers Quade
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1955-02-14
Filing date: 1956-02-11
Publication date: 1957-08-08
Also published as: US2931023A; DE1013449C2; GB823944A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die es ermöglicht, die jeweilige Stellung von geradlinig oder kreisförmig bewegten Teilen ziffernmäßig anzuzeigen. Eine derartige Anzeige·, bei der die jeweilige Stellung eines beweglichen Teiles durch eine in binärer oder dezimaler Schreibweise erfolgende Zahlen angabe kenntlich gemacht wird, kann insbesondere bei elektrischen Rechen- oder Buchungsmaschinen angewandt werden.

Bisher erfolgte diese Anzeige entweder auf elektromechanischen! Wege, indem z. B. durch entsprechend angeordnete Nocken Schaltkontakte geöffnet und geschlossen werden, oder aber auf rein mechanischem Wege, indem z. B. Zahlenrollen über eine Antriebsvorrichtung entsprechend dem wiederzugebenden Wert eingestellt wurden.

Die Arbeitsgeschwindigkeit derartiger Anordnungen ist jedoch im Verhältnis zu der neuzeitlicher elektrischer Rechen- und Buchungsmaschinen zu gering und bedingt daher oft unerwünschte Zeitverluste.

Dieser Nachteil wird durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß der bewegliche Teil, dessen jeweilige Stellung oder Lage angezeigt werden soll, mit einem ersten, mit einer Primärwicklung versehenen beweglichen Eisenkern sowie mit einem zweiten, feststehenden Eisenkern verbunden ist, der in mehrere nebeneinanderliegende Zähne unterteilt ist, auf die Sekundärwicklungen derart aufgebracht sind, daß der Draht um einen Teil der Zähne in einer Richtung und um den anderen Teil der Zähne, in der entgegengesetzten Richtung verläuft und somit die in den verschiedenen bewickelten Zähnen induzierten Spannungen eine unterschiedliche Phasenlage aufweisen.

Weitere Merkmale sind den Unteransprüchen, und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen. Nachstehend wird an Hand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel des Erfmdiungsgegenstandes beschrieben. Fig. 1 ist das Schaltschema einer Vorrichtung zur Anzeige der jeweiligen Stellung eines linear verschieiblichen Gliedes durch in binärer Form vorliegende elektrische Signale;

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Anzeigeeinrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 veranschaulicht schematisch eine andere für AVinkelmesisungen geeignete Ausführungsform einer Ableseeinrichtung, und

Fig. 4 stellt schematisch eine Ableseeinrichtung dar, die in dezimaler Form vorliegende elektrische Signale abgibt.

Die nach Art eines Transformators aufgebaute Ableseeinrichtung gemäß Fig. 1 enthält einen beweglichen Eisenkern ί sowie einen feststehenden Eisenkern 2, der geschlitzt ist und eine Mehrzahl neben-Vorrichtung zur ziffernmäßigen Anzeige der Stellung oder Lage beweglicher Teile

Anmelder:

IBM Deutschland

Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfingen (Würti), Böblinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 14. Februar 1955

Edward Alpers Quade, San Jose, Calif. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

einanderliegender Zähne 3 bis 10 aufweist. Der Eisenkern 1 ist, wie durch den Pfeil 11 angedeutet, wahlweise nach rechts oder links beweglich und kann daher jedem der Zähne 3 bis 10 gegenüberstehen. Der Eisenkern 1 ist mit dem beweglichen Glied, dessen Stellung angezeigt werden soll, verbunden, und es werden elektrische Signale erzeugt, die durch ihre Zusammensetzung denjenigen der Zähne des Eisenkerns 2 angeben, dem der Eisenkern 1 gegenübersteht.

Der Eisenkern 1 trägt eine Primärwicklung 12, der über die Leitungen 13 und. 14 ein Wechselstrom zugeführt wird. Hierdurch wird in dem Eisenkern und damit auch in dem ihm gegenüberstehenden Zahn ein magnetischer Wechselfluß erzeugt. Der Eisenkern 1 und die Zähne 3 bis 10 des Kerns 2 haben zweckmäßig annähernd dieselbe Breite. Wenn daher der Kern 1 einem der Zahne direkt gegenübersteht, ist nur dieser Zahn durch den Magnetfluß wesentlich mit dem Kern 1 und der Primärwicklung 12 verbunden.

Eine Sekundärwicklung 15 wird durch einen Draht gebildet, der von links nach rechts verlaufend vor den ungeradzahligen Zähnen 3, 5, 7 und 9 und hinter den geradzahligen Zähnen 4, 6, 8 und 10 sowie wieder zurück vor den geradzahligen und hinter den ungeradzahligen Zähnen entlang geführt ist. Dies entspricht je einer Windung um jeden der uingeradzahligen Zahne ■ sowie je einer in entgegengesetzter Richtung verlaufenden Windung um jeden der geradzahligen Zähne.

Eine weitere Sekundärwicklung 16 ist in ähnlicher Weise angelegt, nur daß der Draht in der einen Richtung um das erste und das dritte Paar der Zahne und in entgegengesetzter Richtung um das zweite und das vierte Paar der Zähne gewunden ist. Schließlich ist

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noch eine dritte Sekundärwicklung 17 vorgesehen, die in der einen Richtung um die ersten vier und. in der anderen Richtung um die letzten vier Zähne des Eisenkerns 2 gelegt ist. Jeder der acht Zahne trägt also eine andere Wicklungskombination. '

Es sei nun angenommen, daß der Eisenkern 1 dem Zahn 3 gegenübersteht, so daß die auf diesem Zahn befindlichen drei Sekundärwicklungen durch den Magnetfluß mit der Primärwicklung 12 verbunden sind. Der Wicklungssinn der um den Zahn 3 liegenden Windungen ist ein solcher, daß die in den Sekundärwicklungen 15, 16 und 17 induzierten Spannungen um 180° gegenüber der an der Primärspule 12 liegenden Spannung phasenverschoben ist. Hierzu sei bemerkt, daß im weiteren Verlauf der Beschreibung gegenüber der Betriebsspannung um 180° in der Phase verschobene Spannungen als »minusphasig« und mit der Betriebsspannung in Phase befindliche Spannungen als »plusphasig« bezeichnet werden. Hiernach sind alle Sekundärspannungen minusphasig, wenn der Eisenkern 1 dem Zahn 3 gegenübersteht.

Es sei nunmehr angenommen, daß der Kern 1 dem Zahn 4 gegenübersteht. Da die Sekundärwicklung 15 um den Zahn 4 in entgegengesetzter Richtung verläuft, ist die in dieser Sekundärwicklung induzierte Spannung plusphasig. Die in den Wicklungen 16 und 17 induzierten Spannungen bleiben dagegen minusphasig. Wenn der Kern 1 nacheinander jedem der anderen Zähne gegenübergestellt wird, ergibt sich für jede weitere Stellung desselben eine verschiedene Kombination von plus- und minusphasigen Sekundärspannungen. Wenn eine plusphasige Spannung durch die Binärziffer 1 und eine minusphasige Spannung durch die Binärziffer 0 dargestellt wird, kann jede Kombination der Sekundärspanniungen durch eine dreistellige Binärzahl verkörpert werden (vgl. hierzu die nachstehende Tabelle, in der die drei von links nach rechts zu lesenden Binärstellen die Phasenlage der in den Sekundärwicklungen 17, 16 und 15 induzierten Spannungen zeigen).

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Zähne	Binärzahl	Entsprechende Dezimalzahl
3	000	0
4	001	1
5	010	2
6	011	3
7	100	4
8	101	5
9	110	6
10	111	7

Im Bedarfsfälle können die aus plus- und minusphasigen Spannungen gebildeten Signale auch in elekirische Signale anderer Art umgewandelt werden. So ist z. B. in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die Sekundärwicklung 15 mit dem Steuergitter einer Elektronenröhre 18 verbunden. Die Anode dieser Röhre liegt über ein Relais 19 und Leitung 13 an dem einen Pol der Betriebs quelle, während die Kathode mit dem anderen Pol 14 dieser Spannungsquelle verbunden ist. Die plusphasige Spannung wird daher an Anode und Kathode der Röhre gelegt. Wenn die in der Sekundärwicklung 15 induzierte Spannung minusphasig ist, wird das Siteuergitter der Röhre 18 jeweils dann negativ, wenn die Anode dieser Röhre positiv ist, und es fließt daher kein nennenswerter Strom durch die Röhre. Wird dagegen eine plusphasige Spannung in der Sekundärwicklung 15 induziert, so wird die Röhre 18 während einer Halbwelle jeder Periode der Betriebsspannung leitend, das Relais 19 erregt und der Kontakt 20 geschlossen. Hierdurch wiederum wird ein Stromkreis, in dem eine beliebige Einrichtung, wie z. B. die Signallampe 21, liegen kann, geschlossen.

In gleicher Weise führt die Röhre 22 Strom, wenn in der Sekundärwicklung 16 eine plusphasige Spannung induziert worden ist, das Relais 23 wird erregt und der die Signallampe 24 enthaltende Stromkreis geschlossen. Wenn eine plusphasige Spannung in der Sekundärwicklung 17 induziert wird, führt die Röhre 25 genügend Strom, um das Relais 26 zu erregen und damit den Stromkreis der Signallampe 27 zu schließen. Die drei Signallampen zeigen die Werte der rechten, mittleren und linken Ziffer der dreistelligen Binärzahl an, die die jeweilige Stellung des Eisenkerns 1 angibt. Die Binärziffer 1 wird dabei dtfrch eine brennende Lampe dargestellt, eine binäre 0 durch eine dunkle Lampe.

Die Genauigkeit, mit der die Stellung des Kerns 1 angezeigt werden kann, hängt im wesentlichen von dem Abstand, den die einzelnen Zähne des Eisenkerns 2 untereinander haben, ab, da der Kern 1 um dasselbe Stück von einem Zahn zum anderen bewegt werden muß, um eine Änderung der Anzeige hervorzurufen. Gerade hierbei erweisen sich die beschriebene nach Art eines Transformators arbeitende Ableseeinrichtung sowie das Verfahren, Sekundärwicklungen dadurch zu schaffen, daß die Drähte abwechselnd vor und hinter den einzelnen Zähnen des Kerns 2 hindurchgeführt werden, als besonders vorteilhaft. Die Ableseeinrichtungen können nämlich auf diese Weise sehr klein gehalten und mit einem engen Zahnabstand gebaut werden, wodurch eine besonders hohe Genauigkeit erreicht wird. Die Anzahl der Zähne ist selbstverständlich nicht auf die in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel gewählte Zahl von acht Zähnen beschränkt, sondern kann im Bedarfsfall auch entsprechend erhöht werden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ableseeinricbtung liegt darin, daß keine durch elektromagnetische Streufelder verursachten Störeffekte auftreten. Die Streufelder, die für gewöhnlich unerwünschte Störspannungen induzieren, bewirken im . wesentlichen einen gleichmäßigen und phasegleichen Fluß in allen Zähnen des Kerns 2. Da nämlich die Sekundärwicklungen in der einen und der anderen Richtung jeweils um genau die Hälfte jedes Zahnes geführt sind, induzieren die Streufelder im wesentlichen gleiche, aber entgegengesetzte Spannungen in den einzelnen Wicklungen. Die durch Streufelder in den Sekundärwicklungen induzierte wirksame Störspannung ist daher vernachlässigbar klein.

Die Fig. 2 veranschaulicht eine besondere, kleinste Abmessungen aufweisende Ausführungsform der nach Art eines Transformators arbeitenden Abeleseeinrichtung. Das an Stelle des Eisenkerns 2 der Fig. 1 verwendete feststehende Joch 28 hat ebenfalls eine Mehrzahl von Zähnen 29 bis 36. Jeder dieser Zähne wird durch einen Rundstab aus magnetischem Material gebildet und kann z. B. aus einem auf einer Grundplatte befestigten kurzen Stück Eisendraht bestehen. Bei Verwendung genügend dünner Drähte für die Zähne lassen sich so sehr kleine Zahnabstände erreichen. Außerdem ergibt die zylindrische Form der Zähne einen verhältnismäßig großen Wickelraum für die Unterbringung der Sekundärwicklungen 37, 38 und 39.

Jede dieser Sekundärwicklungen 37, 38 und 39 ist in der bereits beschriebenen Weise angeordnet mit

dem Unterschied jedoch, daß im Gegensatz zu dam vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel die doppelte Zahl von Windungen auf jedem Zahn untergebracht ist. Hierdurch haben natürlich auch die induzierten Spannungen die doppelte Größe. Soweit der erforderliche Wickelraum vorhanden ist, kann die Anzahl der Windungen je Zahn und damit die Größe der induzierten Spannungen selbstverständlich auch noch weiter erhöht werden.

Da jedoch zur Erzielung eines guten Flußübergangs zwischen dem beweglichen und dem feststehenden Eisenkern die Zähne des Kerns 2 eine bestimmte Länge nicht überschreiten dürfen, läßt sich häufig eine größere Zahl von Windungen nicht unterbringen. In diesem FaMe empfiehlt es sich, ein oder mehrere zusätzliche feststehende Magnetkernglieder hinter oder neben dem ersten Glied anzuordnen, so daß der durch die Primärwicklung verursachte magnetische Fluß durch einander entsprechende Zähne der beiden oder mehrerer Glieder geht. Die Sekundärwicklungen werden in diesem Falle auf die einzelnen, einander entsprechenden Zähne verteilt. Um einen guten Flußübergang· zu allen parallel liegenden Zähnen zu gewährleisten, muß dann auch die Breite des beweglichen Kerns 1 zumindest so groß gemacht werden wie die aller parallel liegender feststehender Glieder zusammen.

In Fig. 3 ist eine Ausführungisform der Ablegeeinrichtung¹ dargestellt, mit der die Winkelstellung einer rotierenden Welle 40 angezeigt werden kann. Der auf der Welle 40 befestigte bewegliche Magnetkern 41 erstreckt sich in radialer Richtung von der Welle 40 weg und trägt die z.B. über Schleifringe an eine Wechselistromquelle angeschlossene Primärwicklung 42. Das feststehende Magnetkernglied 43 ist mit den Zähnen 44 bis 51 versehen, die ebenfalls radial zur Welle 40 angeordnet sind. Hierdurch geht bei Drehung· der Welle 40 der in der Primärwicklung erzeugte wechselnde Magnetfluß nacheinander von einem der Zähne 44 bis 51 auf den anderen über. Hierdurch werden in den Sekundärwicklungen 52, 53, 54 bestimmte Kombinationen plus- und minusphasiger Spannungen für acht verschiedene Winkel Stellungen erzeugt.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Anwendung bestimmter Kodierungen oder Zahlensysteme beschränkt, sondern es kann bei entsprechend anderer Anordnung von Sekundärwicklungen auch mit anderen Kodierungen und Zahlensystemen gearbeitet werden. Dies ist z. B. dann vorteilhaft, wenn Doppelanzeigen vermieden werden müssen, die dadurch entstehen, daß der bewegliche Kern in Stellungen zwischen zwei Zähnen des feststehenden Magnetkerngliedes gelangt.

Die Fig. 4 zeigt eine Ableseeinrichtung, mit der zwanzig- aufeinanderfolgende Stellungen entsprechend dem Dezimalsystem durch elektrische Signale dargestellt werden können. Das feststehende Magnetkernglied 55 hat in diesem Falle die nebeneinanderliegenden Zähne 56 bis 75, denen das die Primärwicklung 77 tragende bewegliche Glied 76 wahlweise gegenübergestellt werden kann. Zehn Sekundärwicklungen 78 bis 87 sind derart angeordnet, daß alle induzierten Sekundärspannungen minusphasig sind, wenn das Glied 76 dem Zahn 56 gegenübersteht. Dies entspricht im vorliegenden Falle der Darstellung einer Dezimale 0. Wenn das bewegliche Glied 76 dem Zahn 57 gegenübersteht, entsteht nur in der Sekundärwicklung 78 eine plusph-asige Spannung, wodurch die Dezimalziffer 1 verkörpert wird. Bei Weiterrücken des beweglichen Gliedes zu dem Zahn 58 entsteht nur in der Sekundärwicklung 79 eine plusphasige Spannung, die zur Darstellung der Dezimalziffer 2 dient. In gleicher Weise werden beim Weiterrücken die Dezimalziffern 3 bis 10 dargestellt.

Wenn das bewegliche Glied 76 dem Zahn 66 gegenübersteht, ist nur die an der Sekundärwicklung 87 stehende Spannung plusphasig, wodurch die Dezimalziffer 10 dargestellt wird. Wird nun das bewegliche Glied 76 nacheinander jedem der zehn Zähne der zweiten Gruppe gegenübergestellt, bleibt die an der Sekundärwicklung 87 stehende Spannung plusphasig und verkörpert somit die Ziffer 1 in der Zehnerstelle einer zweistelligen Dezimalzahl, während die in der Einerstelle stehende Ziffer durch eine plusphasige Spannung in einer der anderen Sekundärwicklungen dargestellt wird. Folglich werden also, wenn das bewegliche Glied 76 dem Zahn 67 gegenübersteht, die in den Sekundärwicklungen 78 und 87 induzierten Spannungen plusphasig sein, was der Wiedergabe der Dezimalzahl 11 entspricht. Auch wenn das Glied 76 darauf den folgenden Zähnen gegenübergestellt wird, bleibt die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung plusphasig, während die andere plusphasige Spannung zur Darstellung der Zahlen 12 bis 19 von einer Sekundärwicklung zur nächsten übergeht.

Wie ersichtlich, ist jede der Sekundärwicklungen 78 bis 86 in der einen Richtung um achtzehn Zähne, in der entgegengesetzten Richtung dagegen nur um zwei der Zähne geführt. Zur Erzielung eines möglichst kleinen Streufeldes empfiehlt es sich, das Verhältnis der plusphasigen Windungen auf den zwei Zähnen zu dem der minuisphasigen Windungen auf den übrigen achtzehn Zähnen 9 : 1 zu machen. Eine derartige Anordnung hat außerdem für bestimmte Anwendungszwecke noch den Vorteil, große plusphasige, aber nur verhältnismäßig kleine minusphasige Sekundärspannungen zu liefern.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur ziffernmäßigen Anzeige der Stellung oder Lage beweglicher Teile, insbesondere von elektrischen Rechen- oder Buchungsmaschinen, gekennzeichnet durch einen mit dem beweglichen Teil verbundenen, mit einer Primärwicklung (12) versehenen Eisenkern (1) sowie durch einen feststehenden Eisenkern (2) mit mehreren nebeneinanderliegenden Zähnen (3 bis 10), auf welche Sekundärwicklungen (15,16,17) unterschiedlichen. Wicklungssinnes aufgebracht sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Eisenkern wahlweise den einzelnen Zähnen des feststehenden Eisenkerns derart gegenübergestellt werden kann, daß beide durch den magnetischen Fluß miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklungen aus einem Draht bestehen, der um einen Teil der Zähne in der einen und um den anderen Teil der Zähne in der anderen Richtung verläuft.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet, durch mit jeder Sekundärwicklung (15, 16, 17) verbundene Einrichtungen, die Stromkreise öffnen oder schließen, je nach der Phasenlage der in ihrer Sekundärwicklung induzierten Spannung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen