DE1905430A1 - Vorrichtung zur Anzeige der relativen Lage zweier beweglicher Teile zueinander - Google Patents

Vorrichtung zur Anzeige der relativen Lage zweier beweglicher Teile zueinander

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DE1905430A1
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Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. RWeickmann, 1905430
Dipl.-Ing. H.Weickmann, DiPL1-PhYs. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
8 MÜNCHEN 27, DEN
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 483921/22
THE RANK OHaAKE SATI ON LIMTED,
11, Belgrade Road,
London, S. W. 1 /England
Vorrichtung zur Anzeige der relativen Lage zweier beweglicher Teile zueinander
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anzeige der relativen Lage zweier beweglicher Teile zueinander durch Auswertung der Amplitude der von einer mit Wechselspannung gespeisten Abtastvorrichtung abgegebenen Spannung. Eine derartige Vorrichtung ermöglicht auch eine Peststellung einer Lageänderung oder die Einstellung einer bestimmten relativen Lage der- beweglichen Teile.
Erfindungsgemäß ist diese Vorrichtung derart ausgebildet, daß eine zweite Wechselspannungsquelle vorgesehen ist, die die Abtastvorrichtung mit einer deren Ausgangsspannung kompensierenden Spannung speist und derart einstellbar ist, daß ihre jeweilige Einstellung die relative Lage der beiden Teile zueinander angibt.
Besondere Ausbildungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können, eine Abtastvorrichtung enthalten, die aus einer Anzahl elektrisch voneinander getrennter Elemente besteht, welche auf einem der beweglichen Teile befestigt sind, und
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ferner eine Elektrode umfaßt, die auf dem anderen beweglichen Teil befestigt, ist, so daß sie mit diesem an den genannten Elementen vorbeibewegt werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 die elektrische Schaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ■ .
Fig. 2 die elektrische Schaltung einer Ausführungsform der erfindungs gemäß en Vorrichtung, bei der die beiden Wechselspannungsquellen miteinander gekoppelt sind,
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsfoma der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4 die Schaltung zweier Dekadeneinheiten der Kompensationsspannungsquelle für die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung und
Fig. 5 eine idealisierte Spannungs-lage-Kennlinie einer Abtastvorrichtung.
Die im folgenden beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet mit einem kapazitiven Potentiometer. Dieses besteht aus einer Reihe einander benachbarter Elemente, die gegeneinander isoliert sind und an die fortlaufend ansteigende Wechselspannungen angeschaltet werden. Eine Interpolationselektrode kann an der Reihe dieser Elemente vorbeibewegt werden» und die an ihr induzierte Spannung ist ein Maß für die relative Lage der Elektrode zu den Elementen. Die Elemente und die Elektrode sind auf jeweils einem der beweglichen Teile befestigt.
Durch Kompensation der an der Elektrode induzierten Spannung mit einer kompensierenden Wechselspannung: einer einstellbaren Kompensati ons spannungs quelle erhält man jeweils
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— "5 —
einen Einstellwert, der die relative lage der "beweglichen Teile zueinander angibt.
Fig. 1 zeigt das Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die dargestellte Schaltung enthält eine Abtastvorrichtung 1, die durch die Sekundärwicklung eines Transformators Tn gespeist wirdr dessen Primärwicklung mit einer v/echselspannungsquelle V1 verbunden ist.
Die Ausgangs spannung Ve der Abtastvorrichtung wird einem Verstärker 2 zugeführt, der auf ein Anzeigeinstrument 5 arbeitet.
Eine regelbare Wechselspannungsquelle V2 ist mit der HuIlanzapfung der Primärwicklung des Transformators T1 verbunden. Diese Anzapfung bestimmt den Anfang des Meßbereiches der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende:
Wird die Abtastvorrichtung aus ihrer nullstellung herausgebracht, so gibt sie eine Ausgangsspannung Ve ab, deren Amplitude den Detrag der Verschiebung aus der Nullstellung heraus entspricht. 1st die Abtastvorrichtung auf den genannten beiden beweglichen Teilen angeordnet und entspricht ihre nullstellung der Kuhelage bzw. Nullstellung der beiden '!'eile zueinander, so ist die Ausgangs spannung Ve ein Haß für die relative Lage beider Teile zueinander.
Durch die regeloare Spannuii£;squelle V^ wird an der HuIlansapfung des aie Abtastvorrichtung speisenden Transformators T-, eine Spannung erzeugt, die derart eingestellt wir ei, daß sie die Ausgangs spannung Ve kompensiert, was durch die nullstellung des ^aizeijeiiistrumentes 3 angeseilt \.ird.
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Ist dieser Zustand erreicht, so ist die Einstellung der Spannungsquelle Vp ein Maß iür die relative Lage der beiden beweglichen Teile zueinander.
Es sei jedoch "bemerkt, daß zur einwandfreien urid genauen Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung beide Spannungsquellen V-j und Vp eine starre Phasenlage zueinander haben müssen» Dies kann durch bekannte und daher nicht weiter beschriebene Maßnahmen erreicht werden.
Die Abtastvorrichtung kann gemäß bekannter Technik ausgebildet sein und erzeugt eine Ausgangsspannung abhängig von der zu beobachtenden, zu messenden oder zu überw&rchenden Erscheinung bzw. von dem physikalischen Parameter. Sie kann z.B. ein induktiver, kapazitiver oder potentiometrischer Abtaster sein. Im folgenden wird eine auf Lageänderungen ansprechende Vorrichtung beschrieben, die mit einem kapazitiven Potentiometer arbeitet, welches aus einer Reihe einander benachbarter Elemente besteht, die gegeneinander isoliert sind und an die fortlaufend ansteigende Wechselspannungen angeschaltet werden. Eine Interpolationselektrode kann an diesen Elementen vorbeibewegt werden, und die an ihr induzierte Spannung ergibt eine Ausgangsspannung, deren Amplitude ein Haß für die relative Lage der Interpolationselektrode gegenüber den Elementen ist. Wird diese Elektrode beispielsweise zusammen mit einem Maschinenelement bewegt, also z.B. mit einem Werkzeugsupport und sind die Elemente an der Supportführung befestigt, so zeigt die induzierte Spannung die Stellung des Maschinenelementes an. Eine derartige Abtastvorrichtung stellt eine von mehreren möglichen Ausführungsformen dar, die zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet sind. Da das kapazitive Potentiometer bekannt ist, wird seine Beschreibung auf das zum Verständnis der erfindungsgemäßen Vorrichtung erforderliche Maß beschränkt.
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Bei der in. Pig. I gezeigten Vorrichtung enthält die Abtastvorrichtung 1 die Elemente 4 und 4', die voneinander isoliert sind (die Verwendung zweier Elemente ist lediglich als Beispiel dargestellt) und mit verschieden großen Spannungswerten gespeist werden, da sie mit verschiedenen Anzapfungen 5 und 6 der Sekundärwicklung des Transformators T1 verbunden sind. Die Primärwicklung wird mit einer vorgegebenen Wechselspannung der Spannungsquelle V-, gespeist. Dieser Wechselspannungsgenerator kann beispielsweise das Stromversorgungsnetz sein, so daß die zur Verfügung stehende Spannung durch Belastungsänderungen im Netz nicht beeinflußt wird.
Die Interpolationselektrode 7 der Abtastvorrichtung hat eine Länge, die gleich der Länge eines jeden der Elemente 4 ist, wodurch die idealisierte Spannung-Lage-Kennlinie gemäß I"ig. 5 entsteht. Die Ausgangsspannung der Abtastvorrichtung ist Vo, wenn die Interpolationselektrode vor dem Element 4' steht, sie ist Vt, wenn sie vor dem Element 4 steht, während sie sich in den Zwischenstellungen linear mit der Überlappung zwischen Elektrode 7 und den Elementen 4 bzw. 4' ändert.
Mir eine vorgegebene Überlappungsstellung, d.h. für eine gegebene Lage der Interpolationselektrode 7 relativ zu den Elementen 4 und 4' ergibt sich eine entsprechende Ausgangsspannung Ve, deren Amplitude zwischen Vo und Vt liegt.
Über den Verstärker 2 ergibt diese Ausgangsspannung Ve einen Ausschlag des Anzeigeinstruments 3.
G-emäß der Erfindung ist ein regelbarer !Compensationsspannungsgenerator V2 vorgesehen, dessen Ausgang mit den Nullanzapfungen 8 oder 8' des Transformators T1 verbunden ist. Die Lage dieser Anzapfungen entspricht dem Punkt Q
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oder P der Spannung-Lage-Kennlinie der Abtastvorrichtung, d.h. der Null- oder Ruhelage, von der aus eine Messung oder Steuerung erfolgen kann bzw. der maximal mögliche Ablesewert erreicht wird. In der Praxis entsprechen, diese Anzapfungen 8 und 8' nicht den Anschlüssen 5 und 6 des Transformators T-, , da die tatsächliche Spannung-Lage-Kennlinie der Auswertevorrichtung 1 nicht den idealisierten Ferlauf wie in Pig. 5 hat, sondern an beiden Enden ihres geneigten, dem Meßbereich entsprechenden Teiles abgerundet ist. -Die Punkte P und Q einer tatsächlichen Kennlinie liegen daher nicht auf den Spannungswerten Tt und Vo, sondern bei entsprechend höheren und geringeren Spannungen, für die der mittlere Teil der Kennlinie seinen geradlinigen Verlauf beginnt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist also derart ausgeführt, daß die Aus gangs spannung des Kompensationsspannungsgenerators Vp dem Transformator T-, an seinen Nullabgriffen zugeführt wird, die abhängig von dem Beginn und dem Ende des Meß- oder Steuerbereiches der Vorrichtung festgelegt sind.
Die vom Kompensationsspannungsgenerator Vp abgegebene Spannung, deren Phase gegenüber der Phase der Spannung des Generators V-j starr ist, wird dann derart geregelt, daß das Anzeigeinstrument 5 den Wert Hull anzeigt, d.h. bis die an der Elektrode 7 induzierte Spannung kompensiert ist. Die dazu erforderliche Einstellung des Generators Vp ist deshalb ein Maß für die relative Lage der Elektrode 7 zu den Elementen 4 und 4r, d.h. für die relative Lage der beiden beweglichen Teile zueinander, auf denen die Elektrode bmw. die Elemente befestigt sind.
Die Anzeige dieser relativen Lage hängt von der Verwirklichung der Eegelart des Spannungsgenerat or s Vg ab, kann jedoch in jedem Falle entweder digital oder analog erfolgen. Ist das Einstellelement für diesen Kompensationsspannungsgenerator beispielsweise ein Drehknopf, so kann
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dessen Y/inkel st ellung in Längeneinheiten entsprechend der relativen Lage der beweglichen Teile zueinander angegeben werden.
Es wurde "bereits erwähnt, daß die "beiden Generatoren V-, und Vp Spannungen liefern sollen, die miteinander in Phase sind. Dies kann durch eine phasenstarre Arbeitsweise der beiden Generatoren erreicht werden, eine andere Lösung besteht jedoch darin, die Kompensat!onsspannung V? aus dem Generator V1 zu entnehmen. Eine derartige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im folgenden an Hand der in Pig. 2 gezeigten Schaltung beschrieben.
Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung enthält eine Abtastvorrichtung 1, die in beschriebener V/eise ausgebildet ist. Ferner sind ein Transformator T-, zur Speisung der Abtastvorrichtung 1 aus einer Spannungsquelle V1, ein Verstärker 2, ein Anzeigeinstrument 3 und ein regelbarer Kompensationscpannungsgenerator V2 vorgesehen.
In der dargestellten Ausführungsf orni enthält der' Kompensati ons spannungsgenerator Y, eine Anzahl Dekadeiitransf ormatoren T^5, T. und T1-. Diese Anordnung erlaubt, wie noch gezeigt wird, eine Anzeige der relativen Verschiebung der beweglichen Teile in Form einer dreistelligen Zahl. Natürlich können bei anderen Ausführungsi'ormen der erfindungsgemäßen Vorrichtung Zahlen mit noch mehr Ziffernstellen zur Anzeige der relativen Lage der beweglichen Teile zueinander verwendet werden, indem die Anzahl der Dekadeiitraiisf oraiatoren erhöht wird.
Jeder der Dekadentraiisformatoren enthält eine Primärwicklung Tx Ί , T. Ί und Tt- Ί sowie eine Selaindärv/icklung Tx of Jt-L 4, -L ^O f J- j ι <-
1. o und IV o. Das üüersetzungsverhältnis eines jeden der Transformatoren beträgt IO : 1.
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Die Sekundärwicklung T~ ο des ersten Dekadentransformators T~ ist mit der Primärwicklung T, -, des zweiten Dekadentransformators T. verbunden., diese Schaltung setzt sich für die anderen Transformatoren fort, wobei die Sekundärwicklung Ι,- ρ äes letzten Dekadentransformators T,- mit der Primärwicklung des nächstfolgenden Dekadentransformators verbunden ist. Alle Primärwicklungen der Dekadentransformatoren sind in zehn gleiche Windungsteile aufgeteilt», deren Abgriffe alle möglichen Zehntelwerte der in den Primärwicklungen induzierten Spannungen liefern.
Zur Vereinfachung der Erklärung dieser Ausführungsform der Erfindung sei angenommen, daß jeder Abgriff der Primärwicklungen T~ Ί , T. -, , Τ,- , mit einem Stecker an die Leitungen V, W, X gelegt werden kann. Dann sind die folgenden Schritte zur Auswahl einer erwünschten Kompensationsspannung erforderlich:
a) Verbinden der Leitung W mit dem Eullabgriff der Primärwicklung TK -, oder mit demjenigen Abgriff dieser Primär-Wicklung, der der letzten Ziffer derjenigen Zahl entspricht, die die Nullabweichung mit den kleinsten meßbaren Einheiten angibt.
b) Verbinden der Leitung V mit einem weiteren Abgriff der Primärwicklung T1- Ί derart, daß die an einem Ende der Primärwicklung TK -, erhaltene Anzahl von Zehntelspannungswerten der letzten Ziffer derjenigen Zahl entspricht, die die relative Lage der beiden beweglichen Teile zueinander in Form der kleinsten meßbaren Einheit angibt. Das andere Ende der Leitung V liegt an Erde,
c) Verbinden der Leitung X mit dem Nullabgriff der Primärwicklung T. ^ oder mit demjenigen Abgriff dieser Primärwicklung, der der zweiten Ziffer entspricht, d.h. der nächst höheren Dekade derjenigen Zahl, die die Nullabweichung der Vorrichtung angibt,
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d) Verbinden der Leitung W mit einem weiteren Abgriff der Primärwicklung T- -, derart, daß die Anzahl der an einem Ende dieser Primärwicklung erhaltenen Zehntelspannungswerte der zweiten Ziffer entspricht, d.h. der nächst itßher-en Dekade derjenigen Zahl, die die relative Lage der beiden beweglichen Teile zueinander angibt.
e) Verbinden der Leitung Y mit dem Nullabgriff der Primärwicklung Tx Ί oder demjenigen Abgriff dieser Primärwicklung, der der ersten Ziffer, d.h. der nächst höheren Dekade der Zahl entspricht, die die Nullabweichung der Vorrichtung angibt.
f) Verbinden der Leitung X mit einem weiteren Abgriff der Primärwicklung Tx -, derart, daß die Anzahl der Zehntelspannungswerte dieser Primärwicklung der ersten Ziffer der Zahl entspricht, die die relative Lage der beiden beweglichen Teile zueinander angiot.
Mit dieser Schaltung wird erreicht, daß die Spannung am freien Ende der Leitung Y gegenüber Erde der algebraischen Summe der Nullabweichung und der relativen Lage der beweglichen Teile zueinander entspricht. Diese Kompensationsspannung kann somit die an der Elektrode 7 der Abtastvorrichtung induzierte Spannung ausgleichen, wenn die Elektrode in einer derartigen Lage ist, die einer Verschiebung aus ihrer Ruhe- oder Nullstellung um den Wert der Nullabweichung zuzüglich der erwünschten relativen Lage der beiden beweglichen Teile zueinander entspricht.
Diese Kompensation erfolgt durch einen Koppeltransformator Tp, dessen Primärwicklung Tp η m-it einem Ende am Abgriff 8 des Transformators T-, , deren anderes Ende 9 sov/ie deren Mittelanzapfung 10 am Punkt 8' der Sekundärwicklung des Transformators T-, bzw. am freien Ende der Leitung Y liegen.
Die Sekundärwicklung des Kopplungstransformators T2 ist an
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die Primärwicklung T~ Ί des ersten Dekadentransformators Tr, angeschlossen.
Dieser Kopplungstransformator ermöglicht durch seine Kopplung mit den Primärwicklungen der Transformatoren T-, und Tr, die Erzeugung der jeweils richtigen Kompensationsspannung für die folgenden lalle:
a) Eine positive relative Verschiebung der "beweglichen Teile aus ihrer Ruhelage ' ■
la) eine positive oder negative relative Verschiebung der beweglichen Teile aus einer durch Verschiebung erreichten Ruhelage
c) eine negative relative Verschiebung der beweglichen Teile aus ihrer Endlage, d»h. aus ihrer maximalen Verschiebungslage ·
Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung kann in zwei verschiedenen Zuständen erfolgen, einmal als Anzeigevorrichtung, zum anderen als Steuervorrichtung.
Im ersten Falle steckt die !Bedienungsperson die Stecker für die Mullverschiebung an den Dekadentransformatoren an diejenigen Abgriffe, die der erwünschten Wullverschiebungszahl entsprechen, d.h. derjenigen Lage, aus der heraus die beweglichen Teile relativ zueinander verschoben werden sollen. Dann werden die Teile um einen zu messenden Wert verschoben. Durch probeweises Setzen der Lagestecker des Dekadentransformators gleicht die Bedienungsperson schließlich die von der Abtastvorrichtung 1 gelieferte Spannung aus. Der Kompensationszustand kann am Instrument 3 abgelesen werden. Die Amplitude der Verschiebung der beweglichen Teile zueinander ergibt sich aus der Zahl, die man durch Ablesen der Zehntelteile an der Primärwicklung eines jeden Dekadentransformators erhält.
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Selbstverständlich kann der AnschlufS eines jeden Dekadentransformators an seinem Nullabgriff sowie an den Lageabgriffen mit einem zehnstelligen Wahlschalter erreicht werden. Ferner kann durch Verdopplung der Kontakte eines derartigen Wahlschalters sowie deren Verbindung mit einer Anzeigevorrichtung eine automatische Anzeige der relativen Verschiebung der beweglichen Teile zueinander nach vorgenommener Spannungskompensation erfolgen.
Im zweiten Betriebsfalle, d.h. bei der Funktion als Steuervorrichtung, wird die Einstellung der Nullverschiebung in beschriebener V/eise vorgenommen, jedoch wird dann nach Setzen der Lagestecker mit einer nicht dargestellten Steuer- " einheit, die hauptsächlich aus einem Vergleicher für die Ausgangsspannung der Abtastvorrichtung 1 mit der Kompensationsspannung sowie einem Betätigungselement zur Verschiebung der beweglichen Teile zueinander bis zum nullabgleich besteht, eine automatische Verschiebung der beweglichen Teile in die gewünschte Lage vorgenommen, die der ausgewählten Kompensationsspannung entspricht.
ITach der vorstehenden Beschreibung des Prinzips der erfindunccgemäßen Vorrichtung werden im folgenden andere Eigenschaften der Erfindung im Zusammenhang mit einer automatischen Steuervorrichtung beschrieben, die in den Fig. 3 ( und 4 dargestellt ist und r;l3iclixalls nach dem erfindimgogemäken rrinzip arbeitet.
Die in Fig. 3 und 4 dargestellten Bestandteile entsprechen teilweise den bereits beschriebenen und sind mit denselben Bezugsζeichen versehen.
Die Ausgangsspannung der Abtastvorrichtung 1 v/ird dem Verstärker 2 zugeführt, der eine locisehe Ausgleichsschaltung 11· steuert, uit der abhängig von der Amplitude der verstärk-
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ten Spannung die Folge bestimmt wird, mit der die Auswahlschalter des Kompensationsspannungsgenerators V? eingestellt werden müssen, um mit möglichst wenig Schritten den Kompensationszustand zu erreichen.
Der Kompensationsspannungsgenerator Y? enthält, wie "bereits beschrieben, den Dekadentransformator T (lediglich zwei Transformatoren sind dargestellt) sowie den Kopplungs- ■ transformator T2* Ferner enthält der Generator V„ die von Hand zu betätigenden Nullschalter 12 und die Relais-Lageschalter 13. Die Nullschalter 12 ermöglichen eine Einstellung des Generators Yp auf die erwünschte Nullverschiebung, während die Lageschalter 13 eine Einstellung des Generators zur Erzeugung einer Kompensationsspannung für einen vorgegebenen Kompensationszustand ermöglichen, wenn eine relative YerSchiebung der beweglichen Teile zueinander stattgefunden hat. Die Relais-Lageschalter 13 v/erden mit der Aus gangs spannung der logischen Schaltung über ein Dezimalschieberegister 14 gesteuert. Dieses steuert ferner eine Anzeigevorrichtung 15 für die jeweilige relative Lage der beweglichen Teile zueinander.
Der Spannungsgenerator V-, ist ein Oszillator, der die Primärwicklung des Transformators T-^ speist.
Pig. 4 zeigt die Ausführung zweier aufeinander folgender Dekadentransformatoren T- und T-, denen die Relais-Lageschalter' und das Dezimalschieberegister zugeordnet ist. Iftir jede Dekade sind zwei Gruppen von Relaisschaltern verwendet, die jeweils für eine Verschiebung des beweglichen. Teils in positiver oder in- negativer Richtung dienen. Die letzte Dekade ist natürlich anders ausgeführt.
Alle beschriebenen Elemente, die in I1Ig. 3 in Blockdarstellung gezeigt sind, sind in ihrer Ausführung bekannt»
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Pemer icönnen alle bisher beschriebenen Bestandteile der erfindungs gemäß en "Vorrichtung außer der Abtastvorrichtung 1 in einem transportablen Gehäuse, beispielsweise einem Anzeigergehäuse, vorgesehen sein.
Das Anzeigergehäuse kann.für mehrere Anwendungsfälle ausgeführt weiden, d.h. zur Verwendung verschiedenartiger potentiometrischer Auswertevorrichtungen, so daß Messungen von Radien und Durchmessern sowie Anzeigen der relativen Verschiebung der beweglichen Teile zueinander in verschiedenen Einheiten vorgenommen werden können, beispielsweise in metrischen oder in englischen Längeneinheiten,
Derartige Ausführungsformen können durch relativ geringfügige Abänderungen eines Anzeigergehäuses verwirklicht werden. Bs ist lediglich ein Transformator T-, erforderlich, der. an seiner Sekundärwicklung ausreichend viele Abgriffe aufweist* die die erförderlichen Speisespannungen für die Elemente verschiedener kapazitiver Potentiometer liefern und die zum Anlegen der Kompensationsspannung für jedes kapazitive Potentiometer an den richtigen Punkten erforderlichen Kuliabgriffe und.Maximumabgriffe einschließen. Perner muß eine Regelmöglichkeit für den Verstärker 2 vorgesehen sein, beispielsweise eine Regelung seines Verstärkungsfaktors durch Rückkopplung, die von der Außenseite des Anzeigergehäuses aus zugänglich ist. Außerdem muß zur Steuerung des Dezimalschieberegisters 14 ein besonderer Transformator vorgesehen sein, der in einer Patentanmeldung gleichen Anmeldedatums wie die v/orliegende beschrieben ist.
Die Erfindung sieht für ein derartiges Anzeigergehäuse, das mit zahlreichen kapazitiven Potentiometern arbeiten kann und verschiedene Messungen ermöglicht, eine einfache Vorrichtung zur Kopplung eines gegebenen kapazitiven Poten-
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tiometers mit diesem .Anzeigergehäuse sowie zur Herstellung der für die erwünschte Messung richtigen Schaltung vor.
Hierzu werden alle erforderlichen Verbindungen zwischen dem Koppluiigstransformator Tp und dem Transformator T-, sowie zwischen dem "Transformator T-, und den Elementen des kapazitiven Potentiometers und zur Verstärkungseinstellung des Verstärkers 2 sowie die Änderung der Meßeinheiten durch einen Programiastecker verwirklicht. Dieser ist ein Mehrfachstecker, für den ein entsprechender G-egenstecker vorgesehen ist, der am Anzeigergehäuse befestigt ist und zu dem alle möglichen Verbindungen geführt sind. Der Programmstecker selbst enthält die erforderlichen Verbindungen zwischen seinen Stiften sowie die zur Bildung des Regelzweiges für den Verstärker 2 erforderlichen passiven Elemente, so daß er in Verbindung; mit seinem G-egenstecker ein vorgegebenes Schaltschema verwirklicht, das dem jeweils ausgewählten kapazitiven Potentiometer, den Heßeinheiten und dem erforderlichen Verstärkungsgrad entspricht.
Soll das Anzeigergehäuse mit einem anderen-kapazitiven Potentiometer oder mit anderen Meßeinheiten oder mit einem anderen Verstärkungsfaktor des Verstärkers 2 arbeiten, so wird ein anderer Programmstecker in den G-egenstecker gesteckt, wodurch die für diesen neuen Verwendungszweck erforderliche Schaltung entsteht. Ein derartiger Programmstecker ist schematisch in Pig. 3 dargestellt.
Häufig sind verschiedene Abtastvorrichtungen entsprechend bestimmten Messungen, Verschiebungsbereichen usw. vorhanden, die nur selten oder nie gleichzeitig verwendet werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit dem Programmstecker können alle Verwendungszwecke mit nur einem Anzeigergehäuse verwirklicht werden, das mit allen möglichen Abtastvorrichtungen arbeiten kann, ohne daß für jede Abtastvorrichtung eine besondere Aus-
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wertev.orrichtung vorgesehen sein muß. Dadurch werden die Kosten derartiger Vorrichtungen bedeutend gesenkt und ihre Vielseitigkeit erhöht.
Die Erfindung kann ferner vorteilhaft zur elektrischen Korrektur von Herstellungsfehlern mechanischer Abmessungen kapazitiver "Potentiometer verwendet werden, die mit einem Anzeigergehäuse der oben beschriebenen Art eingesetzt werden sollen.
Bekanntlich können diese Fehler kapazitiver Potentiometer durch Einfügung eines Korrekturtransformators in die Speiseleitung eines jeden Elementes eines solchen Potentiometers beseitigt werden. Eine derartige Lösung ist beispielsweise in der britischen Patentschrift 996 086 beschrieben. Dabei ist es jedoch erforderlich, daß die Anzeigevorrichtung oder der elektronische Teil der Schaltung an ein gegebenes kapazitives Potentiometer angepaßt wird. Dies kann vermieden werden, wenn die Vorteile des erfindungsgemäßen Mehrzweck-Anzeigergehäuses genutzt werden.
Die Erfindung ermöglicht daher die Schaffung eines Korrekturgerätes, das in Verbindung mit einem entsprechenden Programmstecker die gewünschte Spannungskorrektur für jedes kapazitive Potentiometer erzeugt, das mit einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung arbeiten soll. Eine derartige Korrekturvorrichtung 17 oder Anpassungseinheit ist an die Sekundärv/icklung des Transformators T-, über den Programmstecker angeschlossen, der für die Korrekturvorrichtung die Speisespannungen für jedes Element des kapazitiven Potentiometers ausgewählt aus allen möglichen Spannungswerten der Anzeigevorrichtung liefert.
Daher liefert diese Korrekturvorrichtung außer den für die Elemente des anzuschließenden Abtasters erforderlichen Be-
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triebsspannungen weitere Spannungen, die sich untereinander ■um einen Betrag unterscheiden, der geringer ist, als die gewünschte Genauigkeit der Vorrichtung und deren Summe zumindest ausreicht, um den maximalen mechanischen Fehler eines Abtaster element es auszugleichen..
Um die gewünschte Genauigkeit zu verwirklichen, werden diese Spannungen mit einem Ringtransformator 18 erzeugt, der vom .Anzeigergehäuse aus gespeist wird und Spannungen liefert, deren Kombination jeden zur Kompensation eines mechanischen Fehlers eines Abtasterelementes erforderlichen Spannungswert innerhalb eines vorgegebenen Genauigkeitsbereiches liefert.
Die Fominalspannung für jedes Abtasterelement kann dann durch Hinzufügen der gewünschten Korrekturspannung geändert werden. Dies kann durch ein Steckerfeld auf der Korrekturvorrichtung oder durch direkte Verbindungen im Anschlußstecker des Abtasters erfolgen.
Mit mehreren Programmsteckern (zur Auswahl der gewünschten inneren Verbindungen der Auswertevorrichtung sowie der Betriebsspannungen für einen gegebenen Abtaster, zur Auswahl des gewünschten Maßstabes, der Maßeinheiten usw.) und einer Korrekturvorrichtung (für die elektrische Einstellung der Betriebsspannungen zur Kompensation der mechanischen Fehler der Ab taster elemente) kann also ein Anzeigergehäuse zusammen mit jedem Abtaster für jeden gewünschten Meßzweck verwendet werden.
Viele andere Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind außer den beschriebenen möglich, die insgesamt durch den Grundgedanken der Erfindung umfaßt werden. Beispielsweise können an Stelle von Transformatoren mit mehreren Wicklungen für den regelbaren Kompensationsspannungsgenerator Vp auch Autotransformatoren verwendet werden.
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Claims (29)

- 17 Pat entansprüche
1.) Vorrichtung zur Anzeige der relativen Lage zweier "beweglicher Teile zueinander durch Auswertung der Amplitude der von einer mit Wechselspannung gespeisten Abtastvorrichtung abgegebenen Spannung, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Wechselspannungsquelle (Y2) vorgesehen ist, die die Abtastvorrichtung (1) mit einer deren Ausgangsspannung (Ve) kompensierenden Spannung speist und derart einstellbar ist, daß ihre jeweilige Einstellung die relative Lage der beiden Teile (4, 7) zueinander angibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (V-,) und die zweite Spannungsquelle (Vp) unabhängig voneinander arbeiten, jedoch eine konstante Phasenbeziehung zueinander haben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannungsquelle (V2) von der ersten Spannungsquelle (V-, ) abgeleitet ist und aus von der ersten Spannungsquelle (V-, ) gespeisten passiven Elementen (T2, T,, 'JH., Te) besteht, an denen die kompensierende Spannung abgreifbar ist (Pig. 2).
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung (1) ein kapazitives Potentiometer (4, 4'*, 7) ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannungsquelle (V2) ein regelbarer Y/echselspannungsgenerator ist, der aus einer Anzahl Transformatoren (T1, T2, Tn) besteht, die durch die erste Spannungsquelle (V-, ) gespeist v/erden und die kompensierende Spannung liefern (I?ig. 3).
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6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigevorrichtung (3) vorgesehen ist,» die die relative Lage der beiden "beweglichen Teile zueinander anzeigt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kompensierte Ausgangs spannung (Ve) der Abtastvorrichtung (1) der Anzeigevorrichtung (5) gegebenenfalls über einen Verstärker (2) zugeführt wird»
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (3) ein Nullableseinstrument ist,, welches die Auswertung des kompensierten Spannungszustandes, bei dem die kompensierende Spannung gleich der Ausgangsspannung (Ve) der Abtastvorrichtung (1) isii und der Einstellwer-t der zweiten Spannungsquelle (Vp) der relativen Lage der beiden beweglichen Teile zueinander entspricht, ermöglicht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis ä, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformatoren (T,,, T«, Tp-) Dekadentransformatoren sind, deren Anzahl der Stellenzahl einer Zahl entspricht, die die relative Lage der beweglichen Teile zueinander kodiert angibt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Dekadentransformator (T7-, T., T5) mit einer in zehn gleiche Wicklungsteile geteilten Primärwicklung (T- Ί , T. Ί , Tr- Ί ) versehen ist, und daß die
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Wicklungsteile an Windungsabgriffen beschaltbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis eines jeden Dekadentransformators (T5, T,, IV) 1 : 10 beträgt.
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12· Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (z.B. 1JH~ o) eines jeden Dekadentransformators (I' ) mit der Primärwicklung (T, , ) des nächst folgenden Dekadentransformators (T2,) verbunden ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Primärwicklung (T7, -,) des ersten Dekadentrans-
■>*·*-
formators (T7,) mit der Sekundärwicklung (T0 o) eines Kopplungstransformators (Tp) verbunden ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die kompensierende Spannung an der Primärwicklung " (T0 Ί) des Kopplungstransformators (T0) erscheint und an den Ausgang der ersten Spannungsquelle (V-, ) angeschaltet ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Spannungsquelle (V1) ein Spannungsgenerator ist, der aus einem Speisetransformator (T,) mit einer an eine stabilisierte Spannungsquelle angeschlossenen Primärwicklung (T1 o) und einer an ihren Abgriffen (5t 6) die verschiedenen Spannungen zur Speisung der Abtastvorrichtung (1) liefernden Sekundärwicklung (T-, p) "besteht. ä
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daij die vom Kopplungs transformator (T?) gelieferte kompensierende Spannung der Sekundärwickiung (T-, p) de ο Sp ei se transformator s (T, ) an Abgriffen (b, 0') zugeführt wird, die entsprechend dem Beginn und den ünde des keßbereichs aer Abtastvorrichtung (1) ausgewählt sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abgriff der Primärwicklung
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(T, Ί , T, Ί , Tp- -ι ) eines jeden Dekadentransformators (T7, T., T^) und des Kopplungstransformators (T„) einerseits mit jeweils einem Kontakt eines von Hand zu bedienenden Auswahlsehalters (12) für die Mullanzeige, andererseits mit jeweils einem Kontakt eines Lageauswahlschalterö (13) verbunden ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltarm des Lageauswahlschalters (13) des Dekadentransformators (T) niedrigster Ordnung geerdet ist, während der Schaltarm eines jeden der anderen Lageauswahlschalter (13) mit dem Schaltarm des Auswahlschalters (12) für die Nullanzeige des jeweiligen nächst niedrigeren Dekadentransformators verbunden.ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltarm des Auswahlsehalters (12) für die Nullanzeige des Kopplungstransformators (Tp) mit der Sekundärwicklung (T-, o) des Speisetransformators (T-,) an einem Abgriff (8) verbunden ist, der dem Beginn oder dem Ende des Meßbereiches der Abtastvorrichtung (1) entspricht.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch, gekennzeichnet, daß die relative Lage der beweglichen Teile zueinander durch die Einstellung der Auswahlschalter (12) für die Nullanzeige und der Lageauswahl schalt er (13) im kompensierten Spannungszustand angezeigt wird·
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageauswahlschalter (13) von Hand betätigbar sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet f daß die Anzeigevorrichtung (3) durch die Stellung der Auswahlsehalter (12) für die Nullanzeige und der Lage-
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- 21 - ' auswahlschalter (13) gesteuert wird.
23. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageauswahlschalter (13) Relaisschalter sind und automatisch in eine dem kompensierten Spannungszustand entsprechende Stellung gebracht werden, wozu sie durch ein Dezinialschieberegister (14) gesteuert werden, dem die Ausgangsspannung (Ye) der Abtastvorrichtung (1) zugeführt wird.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dardurch gekennzeichnet, daß der Speisetransformator (T-,) für die Abtastvorrichtung (1) zur Erzeugung der Betriebsspannungen verschiedenartiger Abtastvorrichtungen ausgelegt ist.
25· Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Programmstecker (16) vorgesehen sind, die in einen G-egenstecker einsteckbar sind und die zur Auswahl der für eine gegebene Abtastvorrichtung geeigneten Betriebsspannungen erforderlichen Schaltverbindungen enthalten und die Einheiten für die Messung der relativen Lage der beweglichen Teile zueinander bestimmen.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet, daß jeder Programmstecker (16) ferner Elemente zur Festlegung des Verstärkungsfaktors für den die Ausgangsspannung (Ve) der Abtastvorrichtung (1) verstärkenden Verstärker (2) enthält.
27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Anpaßeinheit (17) für die jeweils verwendete Abtastvorrichtung (1) vorgesehen ist, die eine Auswahl von Korrekturspannungen ermöglicht, die den Betriebsspannungen hin-
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zugefügt werden und die elektrischen Auswirkungen mechanischer Fehler der Abtastvorrichtung (1) kompensieren.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch' gekennzeichnet, daß die Anpaßeinheit (17) eine stufenweise Änderung der von ihr gelieferten Korrekturspannungen entsprechend der geforderten Auswertegenauigkeit bis zu dem Spannungswert ermöglicht, der den maximal zulässigen mechanischen Fehler der Abtastvorrichtung (1) kompensiert.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet 9 daß sie in einem Mehrzweck-Anzeigergehäuse angeordnet istr das die Spannungsgenerat or en. und die ihnen zugeordneten elektronischen Schaltungen, uehrere Abtastvorrichtungen, eine Anpaßeinheit und mehrere Programms tecker enthält.
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DE19691905430 1968-02-12 1969-02-04 Vorrichtung zur Anzeige der relativen Lage zweier beweglicher Teile zueinander Pending DE1905430A1 (de)

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