DE1623863A1 - Winkelmessgeraet fuer mehrere Ebenen - Google Patents

Description

Patentanwalt

- W. Gollung

Frankfurt am Main

Kal8»r«traee· ie,n· BDrohau· am Kalserplatz

Winkelmeßgerät für mehrere Ebenen

Zur Abtastung der Drehbewegungen eines Gerätes -müssen seither für jede Drehebene besondere Meßgeräte verwendet werden. Die zur Anwendung gelangenden Geräte sind bei genügender Genauigkeit empfindlich, weil die Lagerungen der messenden Teile auf.eine Mindestreibung gebracht werden müssen, um hysterese F-ehler zu vermeiden* Derselbe Grund ist bei den bekannten Geräten auch dafür verantwortlich, daP sie teuer sind.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur· Aufgabe gestellt, ein Meßgerät zu schaffen,, das in der Lage ist, Meßsignale für verschiedene"Drehebenen zu liefern. Weiterhin soll dieses Gerät keine beweglichen Teile enthalten und durch die Mitnahme seines Gehäuses bei der zu messenden Drehung von jeglichen Eeibungsfehlern befreit sein. Infolge seines einfachen Aufbaus ist das Gerät robust und wirtschaftlich herstellbar.

vorgeschlagene Erfindungsgedanke geht davon aus, daß man als .Meßniveau ein möglichst homogenes und konstantes Magnetfeld verwendet, insbesondere das Magnetfeld der Erde, in Fig. I sind Äquipotentiallinien eines derartigen Magnetfeldes quer zur Feldlinienrichtung durch die Pfeile 15 a bis 15 η dargestellt. Innerhalb dieser Äquipotentiallinien befindet sich das eigentliche Meßgerät mit einem __

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vollkommen geschlossenen Gehäuse 12. Innerhalb des Gehäuses 12 sind in der in Fig. I gezeigten Weise 2 mittels den Perinanent-Magneten 3, 4, 7, 8 gebildete:·. Magnetkreise M + K angeordnet. Jedes der.Magnetsysteme besitzt einen Luftspalt, in dem jeweils zur Messung des Magnetflusses die Sonden 13 + Ή angebracht sind. Zur Messung des Magnetflusses werden insbesondere

H · bekannte Halbleiter-Elemente vorgeschlagen, die auf dem

Hall-Effekt basieren. Die Permanent-Magnete 3 + 7 sowie

4 + 8 sind so angeordnet,- daß sich gleichnamige Pole bei beiden Magnet-Paaren gegenüberliegen (Fig. I₁

5 1/S 3} Ή 2/N M-).

Bei dem Magnetkreis M sind die Dauermagnete 3 + 4· durch hochpermeabAU.es, niederkoerzitives Material mit den Magnetleitern 1+2 .verlängert, die vorzugsweise rund sein sollen. Das Magneto och des Kreises M wird vorzugsweise durch ebensolches Material mit rechteckigem Querschnitt aus den Teilen 5+6 gebildet.

Das Joch des Magnetkreises K besteht aus den Teilen 9 + 10, deren Bauweise den Teilen.5 + 6 entsprich^. Das gegenüberliegende Magnet j och wird vpn einem einzigen. Teil 11 mit vorzugsweise ,ebenfalls rechteckigem Quer- . schnitt ■- dargestellt. ' .

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Während der Magnetkreis E bis auf den kleinen zur Messung dienenden Luftspalt Vollkommen .geschlossen sein kann, ist der Magnetkreis M vorzugsweise zwischen den Teilen 1 + 2 durch einen sehr großen Luftspalt geöffnet. "

In der Fig. I durchdringt z.B. die Äquipotentiallinie 15 ^D die Mitte der "Verlängerung 2 und der Dauermagnete 4 + 8. Infolge der Feldrichtung des Äquipotentials 15 D und der Magnetkreise M + K wird auf der Seite.des Teiles 2 beim. Kreis M die ITordpolarität verstärkt, während dieselbe imKreis E geschwächt wird. Die Äquipotentiallinie 15 ο durchdringt die Mitte des Teiles 1 und.der Magnete 3 + 7 mit der umgekehrten Wirkung. Da die Quantität der Wirkungen infolge der Homogenität des äußeren Magnetfeldes gleich ist, kann das Meßgerät in der in Fig. I gezeigten StaLlung kein Meßsignal liefern. Da die Kräfteverhältnisse durch Verharren der messenden Fühlerteile in denselben Äquipotentialebenen gleich bleiben, -kann' das Gerät auch bei Drehung um die Achse 1? in der Drehebene Z kein Meß signal liefern* .

In Fig. II werden Teile der Äquipotentialschalen mit den Linien 15 a bis 15 η gezeigt, während das Meßgerät in Draufsieht auf die Achse 16 (Fig. I) dargestellt ist

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Wenn der Geber nun in Richtung des Bogens 1 ·? bis zur Ebene 17 a gedreht wird, so durchlaufen die Magnetsysteme des Meßgerätes ständig Sohalen verschiedener Potentiale., wobei die Potentialdifferenz zwischen den Fühlern 1 + 2 abnimmt. Hierdurch wird der Magnetkreis M-z.B. nordpolarisch geschwächt und der Magnetkreis K nordpolarisch verstärkt. Die Sonden 13 + 14-"registrierer diese Flußänderung.

Die Fig. III stellt die elektrische. Verschaltung der Flußsonden 13+14- dar. Hiernach sind die beiden Sonden in einer bekannten Brückenschaltung zu einem einstellbaren Widerstand R unter der Spannung U geschaltet. Zwischen der Brückenschaltung kamn ein Meßgerät 19 oder ein hier nicht weiter dargestellter Verstärker ein der Sondenänderung lineares,proportionales Signal messer

Im in Fig. II dargestellten Fall würde ζ ..B. der Brückenpunkt Y gegenüber dem Brückenpunkt X von der negativen Seite her zum Brückenabgleich hinstreben. Der Brückenabgleich wäre erfolgt, wenn die beiden Teile 1+2 mit ihren Mitten auf der Achse' 17 a liegen, da hier die Potentialdifferenz des äußeren Magnetfeldes Null ist. Bei Weiterdrehen des Meßgerätes 12 auf dem Bogen 18 a würde der Brückenpunkt Y in den positiven Bereich abweichen. Bei Weiterdrehung auf der anderen Bogenhälft<

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geht das Meß signal wieder von maximal positiver auf maximal negative Abweichung. Der größte positive Ausschlag wäre nach 180° Gerätedrehung gegenüber der in Fig. II gezeigten Stellung'erreicht. Die beschriebene Signaländerung trifft z.B.- bei Verwendung von sogen. Feldplatten als Flußsonden zu. ·

Das von dem Erfindungsgedanken vorgeschlagene Verfahren ermöglicht also zunächst die Winkelmessung um die . m Achse 16 des vorgeschlagenen Meßfühlers, wobei um die in Fig. I gezeigte Achse 17 hei der angenommenen Gerätelage keine Meßgröße erhältlich ist. . ·

Die Fig. IV zei'gt das Meßgerät innerhalb der Potentialschale 15 d, die. in Draufsicht dargestellt ist,, während das Meßgerät anders wie in Fig. II gezeigt, in diese Potentialschale hineingedreht worden ist, so daß es in Draufsieht zur Achse 17 a in dieser Schalenebene.er- ä scheint. Wenn man nun das Gerät auf dem 'Bogen20 zur Achse 17 hindreht, so durchlaufen die Magnets^steme M + K v/iederum Ebenen mit veränderlicher Potentialdifferei In dieeem Fall handelt es sich um die Potentialebenen in- Längsrichtung des äußeren Maghetfeldes, die durch die strichpunktierten Pfeile 15 d 1 bis 1$ d m verdeutlicht ßind. Auf Grund der vorher schön" beschriebenen Wirkungsweise des Gebers wird klar, daß nun ebenfalls

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entgegengesetzte Flußänderungen im Magnetkreis K + M über die nach Fig. III vorgeschlagene Brückenschaltung festgestellt werden können. Hierbei wird z.B. bei Drehung in Bogenrichtung 20 das positive Maximum erreicht und bei Drehung um den Bogen 20 a das negative Maximum.Bei der in Fig. IV dargestellten Lage des Gerätes, also wenn die Geräteachse 16 parallel zu den Feldlinien 15 d 1 +15dm verläuft, ist der Brückenabgleich erreicht, und zwar auch wenn' die Magnetsysteme M+ K um 180° gegen die gezeigte Stellung verdreht angeordnet wären. Diese Wirkungsweise trifft ebenfalls wieder bei Verwendung sogen. Feldplatten zu. Würde man das Meßgerät bei seiner hier beschriebenen Lage zur Magnetfeldschale 15 d um seine Achse 17 drehen, könnte man ebenfalls wieder kein Meßergebhis erzielen.

Demnach erfüllt der Erfindungsgedanke seine Aufgabenstellung der Messung von Drehungen in verschiedenen. Ebenen mit einem Gerät. Das Meßgerät braucht bei dieser Verfahrensweise keine beweglichen Teile zu besitzen und ist einfach und robust aufbaübar sowie wirtschaftlich herstellbar.

Die Erfindung schlägt zusätzlich noch vor, für Aufgabenstellungen., die die Messung um mel^r als 2 Drehachsen erfordern, mehrere solche Meßgeräte mit entsprechender

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Stellung ihrer Teile 1 + 2 in winkelrechten Ebenen zusammenzubauen und die Signale der einzelnen Geber getrennt oder in einer entsprechenden Brückenschaltung, die alle Gebersignale beinhaltet, zu registrieren. Hierbei können auch die von einem, einzelnen Geber nicht erwünschten Signale durch Kompensation eines winkelrecht ■-.dazu angeordneten Gebers um dessen 2. Achse eliminiert werden. Der Erfindungsgedanke schlägt außerdem noch vor, mehrere Magnetsystem-Paare in winkelrechten Ebenen zueinander in einem Gehäuse unterzubringen und deren Signale getrennt oder verflochten zu registrieren. ·

Maisch, den 6. März 1967 · ä

Vö/Rh '

BAD

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Y/inkelmeßgerät für mehrere Ebenen, gekennzeichnet durch einen insbesondere zwei offene oder geschlossene in einer Eben,e liegende megnetische bzw. vormagnetisierte Kreise, deren parallel nebeneinanderliegende Magnet schenkel gleiche Flußrichtung haben und beide Magnetschenkel in einem Luftspalt auf eine magnetische Durchflußänderung ansprechende ohm'sche 'widerstände enthalten, die an einer Brücke liegen und gemeinsam entweder um mindestens eine Achse drehbar gelagert sind oder an einem beweglichen Körper (Fahrzeug od.dgl.) befestigt sind, der mindestens eine Drehachse aufweist.

2. Winkelmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der eine'Brückenzweig an dem Durchflußänderungsmesser der beiden Magnete liegt und der andere an einem Potentiometer.

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L e e r s e i t e