DE1638119C - Induktiver Lagegeber - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Lagegeber zum Positionieren eines beweglichen Stellgliedes auf jeweils äquidistante Punkte mit jeweils einem auf dem Stellglied und einem feststehenden Führungsglied angeordneten, als Mäander ausgebildeten elektrischen Leiterzug, mit einer Wechselstromquelle und einem phasenkritischen Gleichrichter, die an den sendeseitig bzw. emp/angsscitig angeordneten Leiterzug angeschlossen sind.

Derartige Lagegeber haben insbesondere bei Werkzeugmaschinensteuerungen bereits einen breiten Anwendungsbereich gefunden und dienen der Ausführung von Vorschubbewegungen. In ihrer Wirkungsweise ähneln sie stark einem Drehmelder, der durch die induktive Kopplung zwischen feststehenden und bewegten elektrischen Leitern ein Ausgangssignal als Funktion des jeweiligen Drehwinkels abgibt. Beim Drehmelder wird der mechanische Drehwinkel zwischen seinem Stator und seinem Rotor gewöhnlich über zwei um 90 elektrische Grade versetzte, auf zwei Polpaare des Stators angebrachte Wicklungen durch die in ihnen induzierten Spannungen bestimmt, die dem Sinus und dem Kosinus des mechanischen Drehwinkels proportional sind. Bei den induktiven Lagegebern bekannter Art werden degegenüber die dem Sinus und dem Kosinus eines bestimmten mechanischen Winkels proportionalen Spannungen bzw.

ίο Ströme als Eingangsgrößen den betreffenden Wicklungen zugeführt. Die in dem Rotor induzierte Spannung folgt dann ebenfalls einem sinusförmigen Verlauf und besitzt in der den Eingangsgrößen zugrunde liegenden Winkelstellung ihr Maximum. Durch eine starke Erhöhung der Polzahl erreicht man eine sehr genaue Einstellung eines Drehwinkels. Dabei ist es üblich, mäanderförmige elektrische Leiter zu verwenden, die als Pole wirkende Sprossen mit übereinstimmenden Abständen besitzen. Damit ist die Zahl der Signalperioden bei einem vollen Umlauf des Rotors gleich der halben Sprossenzahl eines Mäanders. Werden die Mäander linear in der Ebene ausgerichtet, erhält man die für eine lineare Vorschubbewegung entsprechende Ausführung eines induktiven

»5 Lagegebers.

Diese bekannten induktiven Lagegeber gestatten zwar die Einstellung jedes beliebigen Punktes auf einer Kreisbahn oder einer linearen Wegstrecke, sie erfordern aber stets die Erzeugung zweier aufrinander und auf den einzustellenden Punkt abzustimmender Spannungen bzw. Ströme und die örtliche Versetzung zweier Sendemäander um 90 . In all den Fällen, in denen lediglich äquidistante Punkte fixiert werden müssen, wie z. B. bei der Einstellung eines Magnetkopfes auf eine der äquidistanten Auizeichnungsspuren eines Magnetplattenspeichers, wird damit ein unnütz hoher Aufwand getrieben.

Nun ist aus dem Aufsatz ^Numerische Steuerungen mit Dreifachinduktosyn«, veröffentlicht in den BBC-Nachrichten, Jg. 48, April 1966, S. 230 bis 235. eine Schilderung des Meßprinzipes für solche induktiven Lagegeber bekannt, die es nahelegt, für Lagegeber, bei denen lediglich äquidistante Punkte fixiert werden sollen, jeweils nur einen einzigen Sende-'näander bzw. Empfangsmäander zu verwenden Dabei ist der Sendemäander, wie auch aus anderen Veröffentlichungen bekan-u, an eine Wechselspannungsquelle und der Lmpfangsmäander an einen phasenkritischen Gleichrichter angeschlossen. Durch letzteren werden die Nulldurchgänge im Empfangsmäander ausgewertet und damit äquidistante Punkte fixier.

Dieses Grundprinzip läßt sich, wie aus dem genannten Aufsatz und anderen Veröffentlichungen hervorgeht, in geeigneter Weise erweitern und damit auch für nahezu analoge Wegn.essung verwenden, z. B. durch mehrere getrennte Leiterzüge auf dem Stell- und Führungsglied. Bei verschieden ausgebildeten Leiterbahnkonfigurationen lassen sich damit abgestuft grobe und feine Meßbereiche mit einer großen Meßstrecke verwirklichen.

Dieser komplizierte Aufbau eines induktiven Lagegebers ist aber in·, vorliegenden Anwendungsfall wegen der Beschränkung auf das Festlegen von äquidistanten Punkten nicht erforderlich. Andererseits sind aber die bekannten Meßanordnungen bei einem auf das Meßprinzip zurückgeführtem Aufbau mit einem einzigen Sende- und einem einzigen Empfangsmäander

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nicht senügend empfindlich oder störungssicher. Das nender Mäander an dem beweglichen F^uhrunj^^glj"

ist darauf zurückzuführen und davon geht die Er- FG derart angeordnet, daii seine Sprossen >

,induna aus, daß bei den bekannten Anordnungen Sprossen S des Sendemaanders SA/ η den ue

'[Lh die Sprossenverbindungen der Leiteuiise des den Stellungen überdeckt werden Di«. A^^JJf,

S-nde- und Empfanesmäanders zur induktiven 5 des Sendemaanders SA/ in der tKv.e-.ui _ ^_

K.-pphmn in unerwünschter Weise mehr oder minder entspricht etwa dem maximal mogiiciiui .

KMiraaen" Stellbewegung zuzüglich der Lange des tmpran_e.

DefErfindungliegtuaherdieAufgabezugrjr.de, mäanders EA/. vu m eine Wcchsel-

,incn indukuven Lagegeber zum Positionieren eines Wird nun der Sendemaand..r"' Jn « ^

edichen Stellgliedes auf jewels äquidistante ·ο stromquelle Ö angeschlo^ndit-vorau

kte mit jeweils einem auf dem Stellelied und Sinusschwingung von etwa oOO kHz iMcr.. ^

m feststehenden Führungsglied angeordneten, als der Empfangsmaander EW S^^cnuPl-J \_y ■ _duk.

ler ausgebildeten elektrischen Leiterzug, mn mäander SA/ verschoben, so .f^d%\^slcIV" _derart

Wechselstromquelle und einem phasenkriti live Kopplung ™ ^e\^bef'\ * _{nd er £M}

C₁₁ Gleichrichter, die an den sendeseitig bzw. _l5 daß die Amplitude der im ^¹^^.^.

nfanesseitig angeordneten Leiterzug angeschlossen induzierten Spannung « U) «- n·. annaii -

! zu schaffen, der also bei einem möglichst ein- förmige Ortsabhängigkeit aufweist (Λ I. t- ^ ~ ■

- -\uibau eine derartige Leuevbahnkonfigurauon Di e im Empfangsmaander EA/ ^induzl\"^c _r\_cr.

st. daß der störende" Einfluß der Sprossenver- nun-« U) wird zunächst in einem ^ ^siarK

aufgehoben wird und damit eine emp- *o stärkt und dann einem P^hlV ",,,''_muuelle (>

_ηΛ..^ *.·-.. ^; „., i,.,„. λ „„.,„_ it. y,,o,.fiihri. der Mm der Aechseistromqn-iie L

sie Hüllkurve //(<)

Steue^

^uSnÄndungsgemaß dadurch gc- als Ortsfunktion liefert ^^^^^

da!.'· der Sendemäander an die Wechselstrom- und den an diese Regeleinnchtui^ ang.scn^

■ ■!le mit Leiterstücken angeschlossen .st, die je- *5 Antrieb des beweglichen Ste lgl.cdts SG ^

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:anders dicht benachbart verlaufen und über die mansch in den Nulldurchgangen ^ HuUjrc

Ζ .lurch diesen fließender Strom derail in die Nähe also an den Punkten m.t verschw. ul«.nd.r indwu

,Is t inspeisepunktes zurückgeführt wird, daß das Spannung, stabile ^^^;^^

den Sprossenverbindungen herrüh-.-nde Magnet- 30 In Fig. 2 sind ^Send'-^m _If^andLT'^J'

: "umindest annähernd kompensiert wird und daß mäanderEM in emer Ste lung üb

mit dem phasenkritischen Gleichrichter verbun- net, in der alle Sprosse. Λ d^ L

c Empfangsmaander derart ausgebildet ist. daß EA/ genau zwischen ,ewe, s vom '|

Sbd in bezug auf eine Sym sinnig durchtlossene Sprossen .S d

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ngsmaander derart ausgebildet ist. daß EA/ genau zwische , |

ossenverbmdungen in bezug auf eine Sym- sinnig durchtlossene Sprossen .S des ^

h paarweise mit entgegengesetzter Strom- 35 SM zu hegen kommen. In d,e,,m FaH huxn^

einander zugeordnet sind. die Wirkungen der von den Spro en S

" SM hühd MagnctfcJer

nchse pa ggg ^

tun" einander zugeordnet sind. die Wirkungen der von den Spro en S des ^n

- mt "ich auf überraschend einfache Weise mäanders SM herrührenden MagnctfcJer am Ort

- ",tö.ende Einfluß der induktiven Kopplung der Empfangsmaanders EM auf _Firnfani£smäandev

,ossenverbindungen sowohl im Sende- als auch im Demgegenüber erha t man ™ ^,pfan^maa

-Pfanasmäander in dem gewünschten Maße auf- 40 EW den Höchstwert der mluz rt .^ ^SP™^

^;: „ Von besonderem Vorteil ist dabei, daß dies bald der Empfangsmaander EA/ von d

n^un.stechnisch nicht problemat.scher ist als die net«, ^^^^^^

- ,Λ ι-_ ι .:._„..„„„ f;;, A_nn C>nri. h?vi· Arn n;uh rechts Oder HnKS vcrs-LHUUtii «nu.

. ...--.ν.Hung des Leiterzuges für den Sende- bzw. den nach rechts oder links verschoben wirci. r.s irauei· • r,p; irigsmaander selbst und damit auch vom wirt- aber auch die unvermeidlichen Sprossenverbindungen ■.•!•.aftlichen Standpunkt aus eine kostengünstige 45 SV des Sendemaanders SA/ und des Empfanes-ί isung darstellt. mäanders EA/ zur induktiven Kopplung der beiden Ein Aiisführung-beispiel der Erfindung ist in der elektrischen Leitergebilde bei. und /war i;i der Weise. Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher daß bei der durch den phasenkritischen Gleichbeschiieben. Es zeigt nchter PG gewonnenen Hüllkurve W(O durch eine Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfin- 50 Gleichstromkomponente eine Verschiebung der NuIldungsgemaßen induktiven Lagegebers, linie auftritt (s. Fig. 3). Dem wurde auf der Sende-Fig. 2 eine besonders vorteilhafte Ausführungs- seile dadurch begegnet, daß der durch den Sendeform eines Sende- und eines Empfangsmaanders, mäander SM fließende Strom / über ein den Sende-F i g. 3 den Verlauf des durch den erfindungs- mäander SM ergänzendes Leiterstück L parallel den gemäßen Lagegebers erzeugten Positionssignals. 55 Sprossenverbindungen SV des Sendemäanders SA/ in Fig. 1 zeigt einen induktiven Lagegeber zum Posi- die Richtung des Einspeisepunktes P zurückgeführt tionieren auf äquidistante Punkte bei einer gerad- wird, daß die Wirkung des von den Sprossenvcrbinlinigen Stellbewegung, wie sie sich beispielsweise bei düngen SV des Sendemäanders SM herrührenden der wahlweisen Einstellung eines Magnetkopfes auf Magnetfeldes zumindest annähernd kompensier! eine der konzentrischen Aufzeichnungsspuren eines 60 wird. Im Falle des in Fig. 2 gezeigten Ausführutuis-Magnetplattenspeichers ergibt. An dem feststehen- beispiels wird der durch den Sendemäander SA/ finden Führungsglied FG zum Führen des beweglichen ßende Strom / der Wechselstromquelle Q am AusStellgliedes SG is· ein als Sendemäander SM dienen- gang des Sendemaanders SA/ geteilt und je zur Hälfte der elektrischer Leiter befestigt, dessen parallel aus- an den beiden Längsseiten des vom Sendemäander gerichtete Sprossen S (vgl. Fig. 2) zur Bewegungs- 65 SM belegten Rechtecks vorbeigeführt, die son dessen richtung senkrecht stehen. In engem Abstand von Sprossenverbindungen SV markiert werden. Durch diesem SendemäanderSM ist ein entsprechender, ähnliche Überlegungen wurde auch die Form des wenn auch kürzerer, als Empfangsmaander EM die- Empfangsmaanders EM bestimmt, dir die Breite de^

vom Sendemäandei .VA/ belegten Rechtecks nur geringfügig unterschreitet' und zu einer in seiner Bewegungsrichtung weisenden Symmetrieachse SA symmetrisch aulgebaut ist. Wahrend in der einen Hälfte der Sprosscnverbindung .ST des Lnipfangsmäanders EM Spannungen induziert werden, die die in den Sprossend empfangene Nulzspannung unterstützen, sind die Spannungsanteile der anderen Hälfte der Sprossenverbindungen .ST des E*mpfangsmäandcrs EM der Nutzspannung entgegengerichtet. Die Störspannungen aus den Sprossenverbindungen SV heben sich bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung auf, näherungsweise auch dann noch, wenn die Symmetrieachse SA des Empfangsmäanders EM nicht genau über der Mittellinie der Sendemäander liegt. Beide Mäander, der Sendemäander SM und der Empfangsmäander EM, lassen sich unter Einhaltung übereinstimmender Sprossenabstände als geätzte Leiterbahnen ausführen.

Die F i g. 3 soll zur weiteren Erläuterung der getroffenen Maßnahmen dienen: «(/) stellt die im Empfangsmäander EM induzierte Spannung dar, H(s) die zugehörige Hüllkurvc als Ortsfunktion der gegenseitigen Verschiebung des Sendemäanders SM und des Empfangsmäanders EM. Solange die Sprossenverbindungen SK keinen Beitrag zur induzierten Spannung liefern, ist der Abstand zwischen benachbarten Nulldurchgängen N_n, AZ_n+1, AZ_n, ₂... der vom phasenkritischen Gleichrichter PG gelieferten Hüllkurve H(s) immer so groll wie der gewählte Sprosscnabstaii'I. Durch die oben beschriebene Weiterbildung der Erfindung wird a!>u vermieden, daß die Nulldurchgänge N immer abwechselnd einmal enger zusammenriicken (z.B. N_n' und <V„', ,) und anschließend einsprechend weiter auseinanderliegen (/. H. iV,/ ! und N_n'₄„). Genau genommen ist die Hüllkurvc keine reine Sinuskurve, sondern sie besitzt in Wirklichkeit einen gewissen Oberwcllengehalt. dei

ίο durch die I^eiterbahnbreitc bedingt ist. Dieser Tatbestand ist aber völlig bedeutungslos, da es hier allein auf die Auswertung der äquidistanten Nulldurchgänge N ankommt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen

is insbesondere darin, daß beim Positionieren auf äquidistante Punkte der Aufwand for den dazu erforderlichen Lagegeber beträchtlich herabgesetzt wird. Die Erfindung ist aber nicht auf die beschrie bene Ausführungsform beschränkt: Der Sende

ao mäandcr SM und der Empfangsmäander EM könner auf dem beweglichen Stellglied SG und dem fest stehenden FUhrungsglied FG auch vertauschte Plät/o einnehmen und zum Positionieren auf äquidistanu Punkte bei einer Kreisbewegung auch auf den inen

as andcrliegcnden Mantelflächen zweier senkrech; : Kreiszylinder aufgebracht sein und schließlich sin.: zur kompensation der von den Sprossenverbindu.· gen SV herrührenden Störfelder noch eine Re'!.; anderer Leiterbahnmuster möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. induktiver Lagegeber zum Positionieren eines beweglichen Stellgliedes auf jeweils äquidistante Punkte mit jeweils einem auf dem Stellglied und einem feststehenden Führungsglied angeordneten, als Mäander ausgebildeten elektrischen Leiterzug, mit einer Wechselstromquelle und einem phasenkritischen Gleichrichter, die an den sendeseitig bzw. empfangsseitig angeordneten Leiterzug angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendemäander (SM) an die Wechselstromquelle (Q) mit Leiterstücken (L) angeschlossen ist, die jeweils einer Hälfte von Sprossenverbindungen (5K) des Mäanders dicht benachbart verlaufen und über die ein durch diesen fließender Strom (/) derart in die Nähe seines Einreisepunktes (P) zurückgeführt wird, daß das »on den Sprossenverbindungcn herrührende Magnetfeld zumindest annähernd kompensiert wird, und daß der mit dem phasenkritischen Gleichrichter (PG) verbundene Enipfang',-mäander [EM) derart ausgebildet ist, daß seine Sprossenverbindungen in bezug auf eine Symmetrieachse (SA) paarweise mit entgegengesetzter Stromflußrichtung einander zugeordnet sind.

2. Lagegeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der am Stellglied (SG) befestigte Mäander (EM) kürzer als der am Führungsglied (FG) anfebrach»; Mäander (5Af) ist und aTs Empfangsmäaider Verwendung findet.

3. Lagegeber nach Anspn: h 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendemäander (5Af) die Fläche eines langgestreckten Rechteckes belegt, dessen Längsseiten von seinen Sprossenverbindungen (SV) markiert werden, über die beiden den Sendemäander (SM) ergänzenden Leiter-Stücke (L) je die Hälfte des durch den Sendemäander (5A/) fließenden Stromes (I) an den beiden Längsseiten des Rechteckes zurückgeführt wird und daß der Empfangsmäander (EM) in der 7u seiner Symmetrieachse (SA) senkrechten Richtung die Breite des vom Sendemäander (5M) belegten Rechteckes geringfügig unterschreitet.