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I. Anwendungsgebiet
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Zur Messung der Position eines beweglichen Gegenstandes von einem festen Punkt sind Messseil-Sensoren und Messband-Sensoren bekannt, bei denen das Messseil oder das Messband mit einem Ende auf dem Umfang einer Wickeltrommel befestigt ist, die mittels z. B. einer Feder in Aufwickelrichtung vorgespannt ist.
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Das freie Ende des Messseiles oder Messbandes, meist ausgebildet als Befestigungsöse, befindet sich dabei immer außerhalb des Gehäuses, welches zumindest die Wickeltrommel umgibt, und in welches das Messseil oder das Messband durch eine Einlauföffnung hineingelangt.
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Da mit der Wickeltrommel drehfest ein Winkelsensor gekoppelt ist, wird beim Abziehen des Messseiles oder Messbandes, dessen Befestigungsöse am freien Ende mit dem sich bewegenden und hinsichtlich seiner Position zu detektierenden Befestigungspunkt verbunden ist, durch den Drehwinkelsensor gemessen und in eine Abzugslänge des Messseiles oder Messbandes umgerechnet und als Messwert ausgegeben.
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II. Technischer Hintergrund
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Der Vorteil eines Messseiles besteht darin, dass dieses im Bereich außerhalb der Einlauföffnung von der Einlauföffnung aus in alle Querrichtungen um erhebliche Versatzwinkel ausgelenkt werden kann, also der Befestigungspunkt nicht genau auf der Linie der Austrittsrichtung liegen muss.
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Der Vorteil eines Messbandes besteht darin, dass es eine höhere Lebensdauer besitzt als ein Messseil, jedoch außerhalb der Einlauföffnung nur in der durch die Radialebene der Wickeltrommel definierten Ebene ausgelenkt werden kann, aber nicht quer hierzu.
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In diesem Zusammenhang ist es aus der
US 2 127 443 A bekannt, den aus dem Gehäuse ausgezogenen Teil eines Maßbandes zu biegen, indem es zu einer Schlaufe gelegt wird, sodass sich unterschiedliche Abschnitte des Maßbandes etwa im rechten Winkel zueinander kreuzen, wobei die Abschnitte mit ihrer Hauptebene dabei in einer gemeinsamen Ebene liegen. Dabei steht dieser Teil des Maßbandes jedoch nicht unter Zugspannung, denn dann würde durch diese Zugspannung die Schlaufe durch die Zugspannung immer enger gezogen und das Messband knicken.
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Ferner ist der
US 1 613 676 ein Maßband bekannt, neben dessen Einlauföffnung ein Stift quer zur Radialebene außen am Gehäuse befestigt ist.
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III. Darstellung der Erfindung
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a) Technische Aufgabe
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Es ist daher Aufgabe gemäß der Erfindung, einen solchen bekannten Messband-Sensor so einzusetzen, dass der beschriebene Nachteil verhindert wird, ohne auf die Vorteile eines Messband-Sensors verzichten zu müssen.
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b) Lösung der Aufgabe
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Durch das Verdrehen des Messbandes im Bereich außerhalb des Gehäuses entstehen Abschnitte des Messbandes, die mit der großen Erstreckung ihres rechteckigen Querschnittes genau rechtwinklig zur Radialebene der Wickeltrommel liegen, nämlich der Teil des Messbandes, der unmittelbar anschließend sich außerhalb der Einlauföffnung befindet, denn die Einlauföffnung ist in aller Regel bezüglich des Messbandes sehr eng dimensioniert, und hält dessen Querschnitt genau rechtwinklig zur Radialebene der Wickeltrommel.
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Wenn der Verdrehwinkel des freien Endes, also der Befestigungsöse, des Messbandes mindestens 90° beträgt, gibt es einen Abschnitt des Messbandes außerhalb des Gehäuses, bei dem diese große Erstreckung des Querschnittes genau in Richtung der Radialebene der Wickeltrommel liegt. Ist der Verdrehwinkel genau 90°, so ist dies das freie Ende des Messbandes.
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Ist der Verdrehwinkel größer als 90°, so ist dieser Bereich umso weiter vom freien Ende entfernt, je größer der Verdrehwinkel war.
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Da eine Verdrehung über mehr als 90° den gewünschten Effekt nicht mehr verbessert, sondern durch zunehmende Torsion des Messbandes dieses zusätzlich belastet, wird man idealerweise eine Verdrehung von genau 90° wählen, es sei denn, dass die Einbauumstände einen größeren Verdrehwinkel erfordern.
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Bei einem Verdrehwinkel kleiner als 90° ist kein Bereich des Messbandes mit seinem Querschnitt in der Ebene der Radialebene liegend vorhanden, so dass die Bewegungsmöglichkeiten des freien äußeren Teiles des Messbandes dadurch begrenzt sind, denn es können Auslenkungen nur in die Richtungen erfolgen, die lotrecht auf der großen Erstreckungsrichtung der Querschnittsfläche eines Abschnittes oder Punktes des Messbandes außerhalb der Einlauföffnung stehen.
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Damit das Messband beim Einfahren in den aufgewickelten Zustand durch die aufgezwungene Torsion nicht beschädigt wird, darf eine vorbestimmte Länge des Messbandes, innerhalb der die Torsion vorliegt, nicht unterschritten werden.
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Zu diesem Zweck muss der Messband-Sensor ausreichend weit von dem Befestigungspunkt, dessen Position detektiert werden soll, und der mit der Befestigungsöse des freien Endes des Messbandes verbunden wird, auch im maximal an den Messband-Sensor angenäherten Zustand noch eine ausreichende freie Länge zwischen der Befestigungsöse des Messbandes und der Einlauföffnung in das Gehäuse des Bandsensors verbleiben.
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Wie groß diese Mindestlänge sein muss, hängt natürlich von Breite und Dicke des Messbandes und dessen Elastizität ab. In der Regel handelt es sich bei dem Messband um Stahl, insbesondere Federstahl.
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Vor allem in diesem Fall sollte die freie Mindestlänge mindestens das Fünffache, besser mindestens das Zehnfache der Breite des Messbandes betragen und/oder mindestens das Hundertfache, besser das Zweihundertfache der Dicke des Messbandes.
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c) Ausführungsbeispiele
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Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
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1a, b: Einen Messbandsensor in der bisher üblichen Anwendung,
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2a, b: einen Messbandsensor in der erfindungsgemäßen Anwendung,
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3a, b: Ansichten auf das freie Ende des Messbandes mit Blickrichtung in Längsachse des Messbandes.
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Die 1 zeigen in Seiten- und Frontansicht einen üblichen Messbandsensor 1, bei dem in einem Gehäuse 5 auf einer Wickelrolle 2 ein Messband 3 in mehreren Lagen übereinander aufgewickelt ist, welches sich mit dem freien Endbereich durch eine Einlauföffnung 6 aus dem Gehäuse 5 hinaus erstreckt.
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Das freie Ende des Messbandes 3 ist in der Regel mit einer Befestigungsöse 4 ausgestattet, die dem Fixieren an einem Befestigungspunkt 7 dient, dessen veränderliche Position relativ zum Messbandsensor 1 detektiert werden soll.
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Zu diesem Zweck ist der Messbandsensor 1 ortsfest montiert. Die Abzugslänge des Messbandes 3 wird von der Wickelrolle 2 mittels eines Drehwinkelsensors 9 gemessen, der drehfest mit der Wickelrolle 2 verbunden ist und meist außen auf dem Gehäuse 5 sitzt. Dabei ist die Wickelrolle 2 durch eine beispielsweise in ihrem Inneren untergebrachte, nicht dargestellte Feder in die Aufwickelrichtung vorgespannt.
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Das Messband 3 bleibt mit seinem Querschnitt immer in der gleichen Orientierung, die es beim Durchtritt durch die Einlauföffnung 6 hat, so dass das abgezogene freie Ende des Messbandes 3 in der durch die schlitzförmige Einlauföffnung 6 und den abgezogenen, noch innerhalb des Gehäuses 5 liegenden Teil des Messbandes 3 definierten Einlaufebene 11 liegt.
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Dagegen wird als Radialebene 12 die auf der Rotationsachse der Wickeltrommel 2 lotrecht stehende Ebene bezeichnet.
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Wie die 1a und b anschaulich erkennen lassen, ist ein Auslenken des Messbandes 3 in seinem Bereich außerhalb des Gehäuses 5 nur in Richtung quer zu seiner Hauptebene möglich, wie in 1a eingezeichnet, jedoch nicht in seiner Hauptebene, gemäß 1b.
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Da jedoch bei vielen Anwendungsfällen Auslenkungen des abgezogenen Teils des Messbandes 3 in mehrere Richtungen wünschenswert wären, kann dies durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise erreicht werden, indem der außerhalb des Gehäuses 5 liegende Teil des Messbandes 3, also der Bereich zwischen Einlauföffnung 6 und dem freien Ende des Messbandes 3, meist der dort vorhanden Befestigungsöse 4, um die Längsachse 10 des Messbandes 3 tordiert wird.
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Dies erfolgt am einfachsten durch entsprechendes Verdrehen der Befestigungsöse 4, denn der Querschnitt des Messbandes 3 wird in der Einlauföffnung 6, die nur äußerst geringfügig größer ist als der Querschnitt des Messbandes 3, in seiner ursprünglichen Stellung gehalten, da hier gerade das Einbringen von Schmutz in das Gehäuse vermieden werden soll.
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Die 3 zeigen, welche Auslenkrichtungen 13 bei welchem Torsionswinkel des Endbereiches des Messbandes 3 möglich sind, basierend auf der physikalischen Tatsache, dass das Messband 3 nur in Richtungen lotrecht zu seiner Hauptebene auslenkbar ist:
In 3 wurde die Befestigungsöse 4 um 90° gegenüber der Einlaufebene 11, also der Lage der Einlauföffnung 6, gedreht.
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Da je nach Position entlang des Messbandes 3 zwischen Einlauföffnung 6 und Befestigungsöse 4 die Lotrechte auf die Hauptebene des Messbandes 3 alle Winkellagen zwischen der Radialebene 12 der Wickeltrommel 2 und der Einlaufebene 11 der Einlauföffnung 6 auftreten, kommen als mögliche Auslenkrichtungen 13 ein Bereich von 90° von der Radialebene 12 aus in Frage und somit bis zur Einlaufebene 11 hin, und natürlich auch die hierzu entgegengesetzten Richtungen.
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In 3b dagegen ist die Befestigungsöse 4 nur um 45° gegenüber der Einlaufebene 11 verdreht.
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Dementsprechend kommen als nur die an die Radialebene 12 anschließenden 45° als mögliche Auslenkrichtungen 13 einschließlich der entsprechenden Gegenrichtungen in Frage.
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Vor allem zeigt die 3 auch, dass für den Fall einer gewünschten Auslenkrichtung, die 0° bis 90° von der Einlaufebene 11 aus im Gegenuhrzeigersinn gewünscht wäre, dann die Verdrehung der Befestigungsöse 4 in die andere Richtung, also im Uhrzeigersinn, notwendig wäre gegenüber der Einlaufebene 11, also immer in diejenige Richtung, dass die Lotrechte auf der tordierten Bandebene in Richtung der gewünschten Auslenkrichtungen zeigt.
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Ferner wird aus den 2a und 2b klar, dass für die erfindungsgemäße Verwendung des Bandsensors es notwendig ist, den Messbandsensor 1 weit genug von dem Befestigungspunkt 7, dessen Position detektiert werden soll, entfernt zu montieren:
Im maximal an dem Messbandsensor 1 angenäherten Zustand dieses Befestigungspunktes 7 muss die verbleibende Strecke 8 des aus dem Gehäuse 5 ausgezogenen Messbandes 3 noch groß genug sein, um die auf dieser Strecke zwangsweise vorliegende Tordierung des Messbandes ohne Beschädigung oder andere Nachteile für das Messband 3 auch über längere Zeit vorliegen zu haben, denn die tordierte Drehlage der Öse 4 bleibt in allen Ausgangsstadien erhalten.
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Die Größe der Strecke 8 hängt neben dem Material des Messbandes 3, in der Regel Federstahl, hauptsächlich von der Breite und Dicke des Messbandes 3 ab.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messbandsensor
- 2
- Wickelrolle
- 3
- Messband
- 4
- Befestigungsöse
- 5
- Gehäuse
- 6
- Einlauföffnung
- 7
- Befestigungspunkt
- 8
- Strecke
- 9
- Drehwinkelsensor
- 10
- Längsachse
- 11
- Einlaufebene
- 12
- Radialebene
- 13
- Auslenkrichtung
