DE1959506A1

DE1959506A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen oder Feststellen mechanischer Verschiebebewegungen

Info

Publication number: DE1959506A1
Application number: DE19691959506
Authority: DE
Inventors: Leadbeater Douglas Albert
Original assignee: George Salter and Co Ltd
Current assignee: George Salter and Co Ltd
Priority date: 1968-11-27
Filing date: 1969-11-27
Publication date: 1970-06-18
Also published as: IE33657L; NO126401B; GB1275060A; SE372124B; NL6917882A; FI50372C; BE742266A; IE33657B1; DE1959506B2; FI50372B; LU59891A1; CH520919A; DE1959506C3; FR2024392A1; CA925584A

Description

George Salter ■& Oo. Iitd. West Bromwich, Staffordshire Großbritanien

Verfahren and Vorrichtung zum Messen oder feststellen mechanischer Versehiebebewegungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen oder Peststellen geradliniger, mechanischer Verschiebebewegungen durch Erzeugen eines elektrischen Signals, dessen Charakteristik das Ausmaß der Verschiebebewegungen wiedergibt.

Die Erfindung kann für zahlreiche verschiedene Zwecke Verwendung finden, z.B. zur Ifernaufzeichnung einer mechanischen Bewegung und zur Steuerung davon abhängiger Arbeitsvorgänge. Ein besonders zweckmäßiges Anwendungsgebiet besteht in Verbindung mit Waagen, um eine Information hinsichtlich der Verstellung einer beweglichen, auf die last ansprechenden Vorrichtung z.B. auf einen getrennt davon aufgestellten leatanzeiger oder eine

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... ^: - 2 - _: . ; . ;: . ■ automatische Steuereinrichtung zu übertragen.

Der Erfindung liegt ganz allgemein die Überlegung zugrunde, einen elektromechanischen Wandler zum Einsatz zu bringen, der ein elektrisches Signal periodischer Art aussendet, wobei Längeneinheiten durch Einheiten einer elektrischen Oszillatorfrequenz wiedergegeben werden.

Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Messen oder !feststellen geradliniger, mechanischer Verschiebebewegungen eines beweglichen Organs vor, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das bewegliche Organ mit einem geradlinig bewegbaren, mechanischen Sastorgan eines elektromechanischen Wandlers gekuppelt wird, wobei vom Wandler ein elektrisches Signal periodischer Art ausgeht, dessen frequenz von der Stellung des '.Oastorgans abhängt und bestimmt wird, welches seinerseits die Reaktanz eines abgestimmten, das elektrische Signal erzeugenden Kreises steuert, wobei die Verschiebungen des Tastorgans entsprechende Jfrequenzänderungen des elektrischen Signals bewirken, und daß das vom Wandler ausgehende elektrische Signal einem auf die !frequenz ansprechenden Gerät, z.B. einem Jirequenzdetektor oder einem J'requenzmeß- und -anzeigegerät zugeleitet und von diesem verarbeitet wird·

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Messen oder Peststellen geradliniger, mechanischer Verschiebebewegungen eines beweglichen Organs, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen elektromechanischen Wandler aufweist, in welohem ein mechanisches i'astorgan geradlinig verschiebbar geführt ist, und daß das 'faatorgan ein Bauelement aufweist, welohes zu einem veränderlichen kapazitiven oder induktiven Element eines elektrischen, abgestimmten Oszillatorkreises gehört, der das elektrische Signal des Wandlers erzeugt.

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Der Wandler kann ein bewegliches, mechanisches Tastorgan auf-

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weisen, welches im wesentlichen einen veränderlichen Oszillatorkreis -steuert, der einen Teil eines beliebigen elektronischen Kreises nach Hartley, Oolpitts oder Franklin "bildet.

Die Veränderung des Oszillatorkreises geht in gleicher Weise vor sich wie das auf dem Rundfunkgebiet bekannte Abstimmen und wird durch das Tastorgan gesteuert, welches die kapazitiv und/oder induktive .Reaktanz desselben verändert.

Die Vorrichtung tastet im wesentlichen geradlinige Verstellbewegungen ab und kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. Bei einer Ausführungsform kann das Tastorgan durch Kin- M stellung eines veränderbaren Kondensators des abgestimmten Oszillatorkreises lediglich die kapazitive Reaktanz verändern. Bei einer zweiten Ausführungsform kann es gleichzeitig sowohl kapazitive als auch induktive Elemente verändern, in der Praxis kann zum Einstellen des abgestimmten Kreises ein normaler Trimmkondensator Verwendung finden. Bei einem sehr zweckmäßigen Aufbau des Wandlers weist das ÜJastorgan einen in einem rohrförmigen Gehäuse verschiebbar geführten Kolben auf, an welchem ein im wesentlichen zylindrischer Stutzen befestigt ist. Der Stutzen bildet die innere Elektrode eines veränderlichen zylindrischen Kondensators, dessen andere oder äußere Elektrode durch einen koaxial angeordneten, zylindrischen Abschnitt des Gehäuses gebildet ist. Bei diesem bevorzugten Aufbau trägt das Gehäuse koaxial zum Kolben außerdem eine induktanzspule, die in einer abgeschirmten Buchse aus gepreßtem Eisenpulver aufgenommen sein kann, so daß eine selBtändige Baueinheit vorliegt, welche zusammen mit dem veränderlichen zylindrischen Kondensator den abgestimmten Kreis des Oszillators bildet. Ein normaler Trimmkondensator sowie die übrigen Hauptbauteile des Oszillatorkreises sind vorzugsweise als geschlossene Einheit unmittelbar daneben am Gehäuse befestigt.

Ein Abschnitt zumindest des Kolbens kann aus einem verdioh-

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teten und gesinterten, siliciumhaltigen Isoliermaterial bestehen, z.B. aus einem Material, das unter dem eingetragenen Warenzeichen "Arclex" bekannt ist, einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist und zwischen reibungsarmen Lagerflächen genau geführt ist.

Wenn mit der Veränderung der Kapazitanz gleichzeitig auch die Induktanz verändert werden soll, so kann ein Mittelabschnitt des isolierten Kolbenbereiches aus Eisenpulver bestehen.

Das freie äußere Jßnde des Kolbens kann über das Gehäuse herausstehen und so ausgebildet sein, daß es mit einem Teil, dessen Verschiebebewegung gemessen werden soll, verbunden oder gekuppelt werden kann.

Der im wesentlichen zylindrische Stutzen ist dann zweckmäßigerweise am gegenüberliegenden oder inneren Ende des Kolbens befestigt und ebenfalls genau in der Bohrung des zylindrischen, eine Elektrode bildenden äußeren Abschnittes des zylindrischen Kondensators geführt. Die isolierenden Jb*ührungsflachen bestehen vorzugsweise aus einem reibungsarmen Isoliermaterial, z.B. aus Polytetrafluoräthylen.

Bei dem zuvor beschriebenen Aufbau erhält man einen Wandler, bei dem die tfrequenzänderungen dem Ausmaß der Verschiebung des Kolbens direkt proportional sind und bei dem während des gesamten Arbeitsbereiches ein lineares Verhältnis vorhanden ist. Bei einigen Anwendungsgebieten, z.B. wenn die Vorrichtung dazu verwendet werden soll, die Verstellbewegungen in einer unter Last stehenden federwaage zu messen, bei der die J?edercharakteristik unter Belastung nicht absolut linear verläuft, kann es zweckmäßig sein, zumindest über einen bestimmten Abschnitt des Arbeitsbereiches hinweg in das Verhältnis zwischen den J!ⁿreq.uenzverändertingen und der Verstellbewegung eine bestimmte Abweichung von der Linearität einzugeben, in dem erwähnten .Fall kann man die gemessenen Last wer te auf

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einer linearen Skala verteilen, wobei die Nicht-Linearität des Wandlers dazu herangezogen wird, die Mcht-Linearität der Charakteristik der die Last aufnehmenden !Federn der Waage auszugleichen.

Mach einem weiteren bevorzugten Merkmal weist der Wandler daher eine Einrichtung auf, mit deren Hilfe das Verhältnis der .Frequenzänderung des elektrischen Signals als Punktion der Verstellung des beweglichen l'astorgans innerhalb bestimmter Grenzen verändert oder eingestellt werden kann.

Bei den bereits beschriebenen Ausführungsformen kann z.B. die ä durch das normalerweise stationäre Gehäuse gebildete Elektrode des veränderlichen Kondensators ein einstellbares Seil aufweisen, welches es gestattet, die elektrostatische leldverteilung im Bewegungsweg eines Abschnittes der einstellbaren Kondensatorelektrode zu verändern, die durch das bewegliche 'fastorgan gebildet wird oder an diesem befestigt ist. Im einzelnen kann das innere Ende des Kolbens aus leitendem Material bestehen und sich über den zylindrischen Stutzen hinaus erstrecken. Es kann außerdem unmittelbar neben einem !eil des zylindrischen Hauptabschnittes des rohrförmigen Gehäuses, welches die äußere Elektrode des veränderlichen Kondensators bildet, mit einem JjTügel aus Isoliermaterial versehen sein, welcher eine äußere Membran aus leitendem Material aufweist. ' Zwischen dieser Membran und dem verlängerten inneren Ende des Kolbens und somit auch mit dem Stutzen, wird mittels eines Drahtes eine elektrische Verbindung hergestellt, so daß auch der Stutzen einen !Ceil der inneren oder beweglichen Elektrode des veränderbaren Kondensators bildet. Die am KLÜgel angebrad*· te leitende Membran befindet sich an einer Stelle, in der sie einer Öffnung im äußeren Zylinder gegenüberliegt, so daß die Kapazitanz zwischen dem Jflügelabechnitt und dem äußeren Zylinder normalerweise von geringer oder zweitrangiger Bedeutung ist. Wird jedoch die öffnung zunehmend verschlossen, indem man einen Ring aus Draht darübersohiebt, ao wird dem Oszillator-

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.kreis eine zusätzliche Kapazitanz an dem Punkt des Verschie- beweges hinzugegeben, welches der seitlichen Stellung des verlängerten Drahtringes entspricht, wobei das Ausmaß der Bewegung des Hinges oder des Verschließen^ der Öffnung in direktem Verhältnis zum Ausmaß der zusätzlichen iiapazitanz und der sich daraus ergebenden .Frequenzänderung führt.

Bei einer hinsichtlich des zuvor beschriebenen Ringes und des Flügels abgewandelten Ausfuhrungsform kann der .Flügel durch eine kleine Metallscheibe ersetzt sein. Der äußere Zylinder ist statt mit einer Öffnung mit einer Anzahl radialer fe Gewindebohrungen versehen, in denen Schrauben aufgenommen sind. Sind die Schrauben herausgedreht, so ist die üapazitanz zwischen dem äußeren Zylinder und der Metallscheibe am geringsten; werden die Schrauben nach innen eingedreht, so nimmt die iiapazitanz in gleicher Weise zu wie beim Bewegen der .Ringe über die Öffnung; es entsteht somit das gewünschte Ausmaß und die gewünschte Form der Asymmetrie des elektrostatischen Feldes und in die Charakteristik der Veränderung der !Frequenz gegenüber der Verstellbewegung wird ein gesteuertes Ausmaß an Nicht-Idnearität eingegeben.

Bei einer weiteren Ausführungsform kann das bewegliche meehanische Tastorgan eine bewegliche Elektrodenplatte eines Jion-™ densators mit parallelen Platten sein, der außerdem mit ortsfesten Elektrodenplatten versehen ist, wobei die bewegliche Elektrodenplatte von parallel angeordneten Blattfedern oder einer ähnlichen, eine Parallelbewegung ausführenden elastischen Befestigung getragen wird, um sie geradlinig zu führen· Darüber hinaus kann die eine Parallelbewegung ausführende elastische Befestigung, z.B. die parallelen Blattfedern, unmittelbar das der last entgegenwirkende Bauteil einer federwaage bilden.

Ausführimgebeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen;

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Jj¹Ig. 1 im längs schnitt die wesentlichen 'Jeile eines Wandlers,

Pig. 2 im Längsschnitt eine abgewandelte Ausführungsform eines Wandlers,

jj'ig. 3 das Schaltbild eines für den Wandler typischen elektrischen Oszillatorkreises,

Jj¹Ig. 4 schematisch eine weiter abgewandelte Ausführungsform eines Wandlers,

Jj'ig. 5 einen Schnitt nach der .Linie V-V der Jj'ig. 4 und

Jj'ig. 6 in schematischer Darstellung die Anwendung des Gegenstandes der Jörfindung bei einer Waage.

Obwohl mehrere Ausführungsformen von Wandlern dargestellt und beschrieben sind, können bei dem Wandler gemäß Jjirfindung natürlich alle JDinzelmerkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert sein.

Der in i?ig. 1 dargestellte Wandler besteht aus dem einstückigen, zylindrischen Gehäuse 10, in welchem koaxial die Induktanzspuleneinheit 11 und der verschiebbare Kolben 12 aufgenommen sind, der an seinem inneren Ende mit dem im wesentlichen zylindrischen Stutzen 14 versehen ist.

Das Gehäuse 10 besteht aus Messingrohr, wobei der Abschnitt 15 eine verhältnismäßig starke Wandung aufweist und mit einer mit i großer Genauigkeit hergestellten zylindrischen Bohrung 16 versehen ist. Der sich anschließende Abschnitt 18 weist einen kleineren Außendurchmesser auf und ist mit einem großen Durchbrach oder einer Öffnung 19 versehen. Eine kleinere Öffnung 20 befindet sich in dem Gehäuseabschnitt neben der Spuleneinheit 11. Diese besteht aus einer Buchse 22 aus verdichtetem Eisenpulver, in deren ringförmiger Ausnehmung die Windungen 23 der Induktanzspule aufgenommen sind. Die Buchse 22 liegt mit ihrer inneren Stirnfläche an der Jjiihrung 24 für den Kolben anj sie wird durch die Deckplatte 25 in Stellung gehalten. Unmittelbar neben der Deckplatte 25 befindet sich die Kabel-Klemm-

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buchse 26, die ihrerseits'an-der Endkappe 27 des Gehäuses anliegt. Mr die Anordnung der äußeren elektrischen Verbindungen stehen natürlich verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung.

Das entgegengesetzte i&ide des Gehäuses 10 ist mit der Endkappe 28 versehen.

Im Ausführungsbeispiel nach lig, 1 besteht die kolbenführung 24 aus zwei Teilen, nämlich der äußeren Scheibe 30, die an der flachen Schulter 31 im Inneren des Gehäuses anliegt, sowie aus der mit einem Plansch versehenen inneren Buchse 32. Die Scheibe 30 besteht vorzugsweise aus einem verdichteten und gesinterten, siliciumhaltigen Isoliermaterial, z.B. einem Material, das unter dem Warenzeichen "Arclex" bekannt ist. Die Buchse 32 besteht vorzugsweise aus einem reibungsarmen Kunststoff, z.B. Polytetrafluoräthylen. Die Buchse 32 bildet das lager zum Abstützen und Mhren des Kolbens 12.

Der Kolben 12 besteht zweckmäßigerweise aus drei axial zueinander ausgerichteten zylindrischen !'eilen, nämlich dem zylindrischen, isolierenden Mittelteil 35, dem kurzen äußeren Endstück 36 und dem länglichen, leitenden inneren Endstück 37.

Der Mittelteil 35 ist zweckmäßigerweise wiederum aus gesinterten, siliciuaihaltigen Isoliermaterial gefertigt, z.B. aus dem zuvor erwähnten "Arclex", welches genau zylindrisch bearbeitet und mit Gleitsitz in der JTührungsbuchse 32 für den Kolben aufgenommen ist. Die Endstücke 36 und 37 sind aus Messing gefertigt und mit dem Mittelteil 35 über axial gerichtete Zapfen verbunden, welche mittels Klebstoff in stirnseitigen Bohrungen des Mittelteils 35 befestigt sind.

Der im wesentlichen zylindrische Stutzen 14 ist auf einem im Durchmesser verringerten Abschnitt des inneren Endstückes des Kolbens befestigt und besteht aus einem am äußeren Ende

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mit einer Ausnehmung 40 versehenen Messingzylinder, der an seinem inneren Ende mit einer führung 41 versehen ist. Der Stutzen ist durch die Spannmutter 42 am Kolben festgelegt.

Die Führung 41 des Stutzens setzt sich aus der inneren !Ringscheibe 44, die ebenfalls aus "Arclex"-lsoliermaterial gefertigt ist, und der äußeren koaxial angeordneten ringförmigen .Buchse 45 zusammen, die durch das Zusammengreifen von konischen Anlageflächen in Stellung gehalten wird. Die Buchse 45 besteht aus reibungsarmen Polytetrafluoräthylen; ihr Hand steht ein wenig über den Hand des Stutzens 14 heraus, so daß sie die einzige lagerführung bildet, wobei sie in der zylindrischen Bohrung 16 des Gehäuseabschnittes 15 geführt ist und den Abschnitt 15 gegenüber dem Stutzen 14 isoliert.

Die elektrische Verbindung zum Stutzen 14 wird im ganzen Bereich der axialen Bewegung über die elastische offene Spule 39 aus Beryllium-Kupferdraht hergestellt, deren eines Ende in der Ausnehmung 40 aufgenommen und am Stutzen 14 befestigt ist, während das andere Ende 43 das letzte eines biegsamen Leiters bildet, der Verbindung mit den Windungen 23 der induktanzspule und dem zugeordneten Oszillatorkreis hat.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist beim Ausführungsbeispiel nach Jj¹Ig. 1 das leitende innere Endstück 37 des Kolbens, das sich im Bereich der Öffnung 19 des Gehäuses befindet, mit dem .Flügel 50 versehen. Dieser besteht aus einer Scheibe aus ^MArclex"-Isoliermaterial, auf dessen Rand ein Metallsegraent oder eine leitende Membran 51 aufgesetzt ist, die einen l'eil eines Hinges bildet. Die Membran 51 befindet sich gegenüber der im Gehäuse vorgesehenen Öffnung 19« Auf dem Absohnitt 18 des Gehäuses befindet sich jedoch eine Anzahl Drahtringe 54, mit deren Hilfe die Öffnung 19 je nach Bedarf teilweise verschlossen werden kann. Duron eine Verstellung der Hinge 54 läßt sich die Verteilung des elektrostatischen Feldes steuern und hierdurch die Kapazitanz- an verschiedenen Punkten über

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den ganzen Verstellbereich des Kolbens hinweg verändern, wo- .durch eine feinfühlige Steuerung der Linearität der Wandler-Charakteristik möglich ist.

Die i?ig. 3 zeigt einen typischen Aufbau eines der Vorrichtung zugeordneten elektronischen Steuerkreises. Hierzu gehört ein hoch stabiler Oszillator, der vorzugsweise im Bereich von einigen Megahertz arbeitet, mit einem abgestimmten Kreis, der sich aus dem veränderlichen Kondensator Ct und der Induktanz Lt zusammensetzt, welche den zylindrischen Kondensator in iOrm des Gehäuseabschnittes 15 mit dem Stutzen 14 und die Windungen 23 der Induktanzspule des Wandlers bilden. Die Bauteile des Oszillatorkreises sind zweckmäßigerweise alle dicht beieinander mittels einer nicht dargestellten Befestigungsplatte od. dgl. festgelegt, die außen auf dem Gehäuse 10 des Wandlers angebracht ist. Das Ausgangssignal geht über das abgeschirmte Kabel 16 und den Verstärker I¹A an die getrennt aufgestellte Einheit 62 zum Zählen, Aufzeichnen und Verarbeiten. Die Einheit 62 spricht auf die i'req.uenz des übertragenen Signals an.

Zu dem dargestellten Stromkreis gehören auch bekannte Einrichtungen, um den Speisestrom für den Oszillator über das gleiche Kabel 60 zuzuleiten, welches das Ausgangssignal überträgt. Das Kabel 60 kann den praktischen Gegebenheiten für die elektrische Übertragung angepaßt und von unbestimmter länge sein.

Natürlich wird die !frequenz des Oszillators und des durch das Hauptkabel 60 übertragenen Signals durch Abstimmung des zylindrischen Kondensator Gt des Wandlers gesteuert, die von der Stellung des Stutzens 14 und des Kolbens 12 abhängt und bestimmt wird. Im Betrieb ist der Kolben über das Endstück 36 mit einem Bauelement verbunden oder gekuppelt _t dessen lineare Verstellung in Richtung der Kolbenachs© gemessen oder abgetastet werden soll. Die Anordnung kann so getroffen sein, daß eine gleiche Zunahme oder Abnahme der Verstellbawegtmg zu

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einer gleichen Zunahme oder Abnahme der Frequen* führen, so daß der Wendler eine lineare Anepreohoharakterietik besitzt. Wie weiter oben erwähnt, kann die Ansprechcharakterietik erforderlichenfalls jedoch verändert werden, indem man die Drahtringe 54 oder andere Steuermittel einstellt, um ein kontrolliertes Maß an Asymmetrie im elektrostatischen feld des zylindrischen Kondensators Ot zu erhalten.

Hinsichtlich der Konstruktionseinzelheiten des Wandlers sind innerhalb des Erfindungsgedankens natürlich zahlreiche Abwandlungsmöglichkeiten vorhanden. So können, wie bereits erwähnt , anstelle des¹ Flügels 50 andere Anordnungen getroffen , werden, um die Linearität der Ansprechcharakteristik abzu- " wandeln und zu steuern. Z.B. kann man in einem Abschnitt der äußeren Elektrode des zylindrischen Kondensators radial gerichtete Gewindelöcher anordnen, in denen eine bestimmte Anzahl einstellbarer Schrauben aus·Metall aufgenommen sind.

Eine abgewandelte Ausführungsform dieser Art gibt die Fig. 2 wieder, deren für die gleichen 'feile verwendeten Bezugsziffern mit dem index a versehen sind. Der Abschnitt 18a des äußeren zylindrischen Gehäuses ist statt mit der Öffnung 19 mit einer Anzahl radial gerichteter (rewindelöcher 70 versehen, in denen Schrauben 71 aufgenommen sind. Der Flügel 50 ist durch die kleine Metallscheibe 72 ersetzt. Die Steuerung der Kapazitanz- ä änderungen und der Ansprechcharakteristik erfolgt durch wahlweises Herein- oder Herausdrehen der Schrauben 71.

Weitere Abwandlungen der in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführung form liegen darin, daß der Mittelteil 55 a des Kolbens 12 a einen mittleren Abschnitt 75 aus verdichtetem Eisenpulver aufweist, und daß verdichtetes Eisenpulver als Werkstoff auch für einen 'feil der Buchse 22a zur Verwendung kommt, so daß eine Verschiebung des Kolbens zu Veränderungen sowohl der Induktanz als auch der Kapazitanz führt. Auch der Stutzen 14a ist insofern abgewandelt, als er mit parallel angeordneten

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Streifen 77 aus Polytetrafluorethylen verseilen ist, die.in Längsschlitzen in der Mantelfläche des zylindrischen Stutzens aufgenommen sind und ein wenig aus der Mantelfläche herausstehen. Sie bilden somit die iTührungs- und iagerflachen, die anstelle der ringförmigen buchse der Ausführungsform nach Pig. 1 an der zylindrischen Wandungsfläche der Bohrung 16a anliegen.

Andere mögliche Abwandlungen zur Ausgestaltung der Lagerflächen zum führen und Isolieren des Stutzens innerhalb der zylindrischen Bohrung bestehen darin, eine Anzahl leicht herausstehender, radial gerichteter Zapfen anzuordnen, die wiederum aus Polytetrafluoräthylen bestehen und mit Abstand voneinander in die sylindrische Mantelfläche der Bohrung oder des Stutzens eingesetzt sein können, in beiden Fällen sind die Einsätze aus Polytetrafluoräthylen sehr genau bearbeitet, und zwar in der Weise,daß ihre Oberflächen eine genau zylindrische Lager- und U¹UtLr ungsf lache abgrenzen bzw. einen Teil derselben bilden.

Bei der in den Ji¹Ig. 4 und 5 schematisch dargestellten Ausführungsform weist der Wandler einen Kondensator 90 mit parallel angeordneten Platten auf. Der Kondensator besteht aus den beiden parallel angeordneten, ortsfesten Elektroden 91> zwischen denen die mittlere Elektrodenplatte 93 geradlinig und parallel zu den Elektroden 91 verschiebbar geführt ist. Wie dargestellt, ist die bewegliche Elektrodenplatte 93 an einer elastischen Halterung befestigt. Die Halterung besteht au« den beiden eine Parallelbewegung erzeugenden Blattfedern 95» die mit ihren rückwärtigen Enden an dem starren Stützrahmen 96 befestigt sind.

Die Elektrode 93 ist unter Zwischenschaltung eines geeigneten Isoliermaterials und der Verbindungsstange 97 an den äußeren üinden der Blattfedern 95 befestigt. Das obere Jände 97a der Verbindungsstange 97 kann nach oben herausstehen und ale Ver-

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bindungs- oder kupplungsteil für dasjenige Osgan dienen, dessen Verschiebebewegung gemessen werden soll. Bei Verwendung des Wandlers an einer Waage kann 3eck»eh die aas den Blattfedern 95 bestehende Anordnung unmittelbar das die Last ausgleichende Bauelement bilden» wobei die iron der Waage zu wiegende last auf äeia. entsprechend ausgebildeten Jändabschnitt 97a der Verbindungsstange 97■ einwirkt, JLn'.jedem der Jrälle bilden die Verbindungsstangs 97 und die Elektrode 93 zusammen das bewegliche mechanisch© 'fastorgan des Wandlers und sind dem Endstück 37 des Kolbens 12 und dem Stutzen 14 der Ausführungsform nach .Fig. 1 äquivalent.

Die Elektrode 93 ist außerdem mit der Induktanzspule 94 verbunden und bildet mit dieser den erforderlichen abgestimmten Kreis des elektrischen Oszillators. Die unterbrochene Mnie 98 deutet eine elektrische Abschirmung an.Darüber hinaus können Mittel zum !anstellen und Steuern der Linearität der Charakteristik des Wandlers hinsichtlich der i'requenzänderung gegenüber der Verschiebebewegung vorgesehen sein. Es lassen sich hierbei die gleichen Mittel verwenden wie im Ausführungsbeispiel nach tfig. 2, nämlich eine Anzahl mit Abstand angeordneter Schrauben 101, die in einem mit den Elektroden 93 verbundenen ortsfesten und leitenden Element 102 aufgenommen sind und sioh einzeln einstellen lassen, um ihre Stellung sowie die Verteilung des elektrostatischen Feldes gegenüber dem Bewegungsweg eines seitlich von der beweglichen Elektrode 93 abstehenden, flügelartigen Ansatzes 104 zu verändern.

Bei dem zoletzt erwähnten Ausfüarangsbeispiel brauchen auf die Bewegung des beweglichen Mechanischen Tasters keine Reibungskräfte einzuwirken· Aber auch bei den zuerst erwähnten Ausfuhrungefonsen sind die Heibangekräfte aufgrund der Anlageberührung zwischen den üagerfläehen äußerst gering, so daß die Vorrichtung keinerlei nennenswerte Belastung auf die Einrichtung oder den Mecbanisiaua ausübt, mit dem sie verbunden 1st.

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•Die Satsactie, iaß die auf daa Ausmaß der Verselalebebewegang * belogene Information als elektrische QszillatorfrequLenz am Ausgang des Wandlers wiedergegeben wird, hat den Vorteil, daß die Information ohne Schwierigkeiten über- beträchtlich© Entfernungen weitergeleltet werden kann., ohne daß hierbei fehler auftreten, die auf Verluste in dem übertragenen Signal zurückgehen, wie es "bei Systemen mit Amplitudenmodulation, zuweilen auftritt.

i)er Wandler and der ihm zugeordnete Sehaltkreis kann, sein Ausgangssignal in.eine Übertragungsleitung unbestimmter Jiänge und unbestimmter Charakteristik geben, ohne daS die Jäsaktheit der übertragenen Information leidet» Das Ausgangssignal kann unmittelbar in die Standardausführung eines Zelt—Schalt— und Zählwerkes eingegeben werden, das die auf das AusraaS der Verschiebebewegirag "beiaogene Information In digitaler iform wiedergibt. Es ist ferner möglich ,daß das Zeitschalt- und Zählwerk eine Druckeinrieittiing oder dergleichen speist, die für eine permanente Aofselehnung der Information sorgt.

Eine andere zweckmäßige ixt der Verwendung von MeSdaten über eine Vers chi ebebewegung besteht darin» das Ausgangssignal des Wandlers dem Eingasg eines Radioempfängers mit einer Abstimmscheibe zuzuleiten, welche unmittelbar auf Längeneinheiten oder äquivalente Einheiten geeicht ist ₉ wobei man ein üiauchspulen-Meßinstsajaent oder dergleichen anordnet, um die R&sonanz ei na teilung oder dien "Abstimmpunktⁿ anzuzeigen. Das Ausgangssignal kann ferner in einen abgestimmten Kreis mit veränderlicher Bandbreite eingegeben werden, so daS 3® nach Einstellung der !Bandbreite grobe und feine Messungen durchgeführt werden können»

Um die auf das Ausemß der ¥ereohieb«bewegung belogene Information als Spannangsamplitiiäe wiederzugeben, kann das Ausgangssignal des WftBdlecs in einen Biskrimittfttor herkSoaillohen Typs eingegeben werden, welcher eint der eingegebenen

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-15 proportionale Ausgang3spannung liefert.

Zur Kadioübertragung der Information, kann das Ausgangssignal des Wandlers natürlich unmittelbar in die Modulatorstufe eines Standard-VKtf-Senders eingespeist werden, der zusammen mit einem VHtf-Empfanger zum Einsatz kommt.

Das Ausgangssignal des Wandlers kann ganz allgemein in jede ■ beliebige Ausfuhr ungsforai eines ifrequenzmeß- oder Anzeigegerätes eingegeben werden. Bei einem anderen Verfahren zum Sichtbarmachen einer Information kann das Ausgangssignal z.B. in den kalibrierten Sägezahn-Oszillator eines Oszilloskops eingegeben werden und. iiesen steuern, um einen impuls zu erzeugen, der sich über die Rohrachse bewegt, die unmittelbar in Gewichten oder .Längeneinheiten geeicht sein kann (oder aber rund um einen Kreis, falls eine kreisförmige Zeitbasis zur Verwendung kommt.} Wenn es erforderlich ist, denjenigen Zustand abzutasten, bei dem ein bestimmtes Ausmaß an Verschiebung auftritt, kann das Ausgangssignal des Wandlers ferner einem freq.uenzempfindlieb.ett Detektor zugeleitet oder auch dem Eingangssignal eines Frequenzwandlers beigegeben werden, dessen zweiter iöingang von einem zweiten geeichten Oszillator gespeist wird.

Bei der Verwendung der Vorrichtung sind jedoch zahlreiche weitere Anordnungen möglich, so daß die zuvor beschriebenen Anordnungen nur als Beispiele aufzufassen sind.

Schließlich sei noch auf weitere Vorteile hingewiesen, die sich bei den beschriebenen Wandlerausfuhrungen ergeben, nämlich das ermtidungsfreie Arbeiten, ein sehr geringer Haftreibungskoeffizient (coefficient of stioktion) sehr geringe Hystereseverluste und eine große Stabilität» die von gesetzlich zugelassenen Schwankungen der Speisespannung unabhängig ist. Wie bereits erwähnt, sind die Wandleranordnungen zur Verwendung bei vielen Arten von Wa&gen sehr gut geeignet, um die Verschiebung der

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beweglichen, auf die Last ansprechenden iölemente festzusteilen und die Gewichtswerte anzuzeigen. Dies ist schematiseh in Fig. β wiedergegeben. Die Waage ist insgesamt mit W "bezeichnet. Zu ihr gehören die Lastplattform 1 und die Ausgleichsfedern s. Der Wandler T mit zugeordnetem Oszillatorkreis ist über die Ausgangsleitungen 61 ■'· mit einem entfernt aufgestellten Zähler oder Frequenzmesser and dem zugeordneten Lastanzeiger 62* verbunden. In ähnlicher Weise lassen sich die Wandler auch bei anderen Arten von Geräten and Werkzeugmaschinen verwenden, besonders wenn sie automatischen Systemen, angeordnet sind»

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Claims

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Pa t e ηt an s ρ r Ü c he

Verfahren zum Messen oder feststellen geradliniger, mechanischer Verschiebebewegungen eines beweglichen Organs, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Organ mit einem geradlinig bewegbaren, mechanischen Eastorgan eines elektromechanischen Wandlers gekuppelt wird, wobei vom Wandler ein elektrisches Signal periodischer Art ausgeht, dessen frequenz von der Stellang des Tastorgans abhängt und "bestimmt wird, welches seinerseits die Heaktanaeines abgestimmten, das elektrische Signal erzeugenden Kreises steuert, wobei die Verschiebungen des Tastorgans entsprechende J'reqaenz- ι änderungen des elektrischen Signals bewirken, and daß das vom Wandler ausgehende elektrische Signal einem auf die Frequenz ansprechenden Gerät, z.B. einem frequenzdetektor oder einem Ifrequenzmeß- und-anzeigegerät zugeleitet und von diesem verarbeitet wird,

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler in der Weise eingestellt wird, daß in seinem elektrischen Ausgangssignal tfrequenzänderungen erzeugt werden, die dem Ausmaß der Verschiebebewegung des beweglichen, mechanischen !Saatorgans über den gesamten Arbeitsbereich hinweg direkt proportional sind.

Verfahren nach Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als bewegliches Organ ein auf die Last ansprechendes !Ceil einer Waage herangezogen wird, welches eine von der j. Größe der auf die Waage einwirkenden Laat abhängige» gerad- ' linien V^erStellbewegung ausführt, and daß der auf die Frequenz ansprechenden Vorrichtung eine Ableseeinrlohtung zugeordnet wird, die In Gewieataeinheiten geeicht 1st, welche < j mit den gemessenen und vom Ausgang des Wandlers abgeleite- i ten .Prequenzeinheiten übereinstimmen.

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Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, zum Messen oder Feststellen geradliniger) mechanischer Verschiebebewegungen eines beweglichen Organs, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche, mechanische !Eastorgan innerhalb eines elektromechanischen Wandlers geradlinig verschiebbar geführt ist und ein Bauelement eines veränderlichen, abgestimmten Oszillatorkreises bildet oder trägt, der das elektrische Ausgangssignal des Wandlers erzeugt.

Vorrichtung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler mit einer Einrichtung versehen ist, mit der sich das Verhältnis der frequenzänderung des elektrischen Ausgangssignals als Punktion der Versohiebebewegung des beweglichen Tastorgans innerhalb bestimmter Grenzen verändern oder einstellen läßt.

Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Sastorgan des Wandlers im wesentlichen nur die kapazitive Reaktanz des abgestimmten Oszillatorkreisea durch Einstellung eines verstellbaren Kondensatorelementee verändert, wobei das bewegliche l'astorgan eine Elektrode des veränderbaren Kondensators darstellt oder deren Befestigung dient, während eine zweite Elektrode durch ein ortsfestes Bauelement gebildet ist·

Vorrichtung nach ien Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastorgan des Wandlers einen Kolben aufweist, der innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses geradlinig verschiebbar geführt and mit einem im wesentlichen zylindrischen Stutzen versehen ist, welcher die inner« Elektrode eines veränderbaren sylindrisohen Kondensators bildet, dessen äußere Gegenelektrode ein koaxial angeordneter, zylindrischer Abschnitt des rohrförmigen Gehäuses ist.

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BADORIGINAL

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8. Vorrichtung nach Anspruch. 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit einer koaxial zum Kolben angeordneten induktanzspule versehen ist, die in einer magnetischen Abschirmbuchse aufgenommen und mit dieser zu einer selbständigen Baueinheit zusammengefaßt ist, welche zue&samea. mit dem veränderbaren zylindrischen Kondensator den abgestimmten Oszillatorkreis bildet. '

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt saaindast des Kolbens aus einem verdichteten uud gesinterten,'silieiushaltigsü Isoliermaterial mit geringem lärmeaasä.eii.nüngsl£O'affisienten besteht.

10. Vorrichtung nach den A,i3Jrüct!.en 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß'de^ KoJ-oan sswiscasn reibungsarsaeia Ißgerflächen eines Kanstsbodies, z.l;.-l-olytetrafluorätaylen, geführt ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadascii gekennzeichnet, daß der Kolben ein äußeres Endstück aufweist, welches der Verbiodung odor Kupplung mit dem beweglichen Organ dient, dessen Verschiebebewegung gemessen oder festgestellt werden soll, und daß der zylindrische Stutzen an einem gegenüberliegenden inneren Endstück des Kolbens befestigt ist.

12. Vorrichtung nach einem euer mehreren der Ansprüche 4- bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Stutzen ohne Anlageberührung in der Bohrung des eine Elektrode bildenden Abschnittes des Kondensatorgehäuses geführt ist, wobei die Führung selbst über örtlich angeordnete liihrungsflachen aus einem reibungsarmen Werkstoff erfolgt.

009825/1393

BAD ORIGINAL

13. 'Vorrichtung nach Anspruch 5, und/oder einem oder mehreren der Ansprüche 6 Ms 12, "bei welcher'das bewegliche !Eastorgan eine erste Elektrode eines veränderlichen Kondensators des abgestimmten Oszillatorkreises darstellt oder deren Befestigung dient, während eine zweite Elektrode durch ein ortsfestes Clement gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode ein einstellbares Bauelement aufweist, das bei Veränderung seiner Einstellung die Verteilung des elektrostatischen Feldes im Bewegungsweg eines Abschnittes der ersten Elektrode verändert. ·

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das einstellbare Bauelement der zweiten Elektrode aus einer Anzahl mit Abstand angeordneter Schrauben besteht, die quer zum Bewegungsweg des erwähnten Abschnittes der ersten Elektrode gerichtet und zur Veränderung ihrer Stellung gegenüber dem Bewegungsweg einzeln einstellbar sind.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 14·, die bei einer Waage zur Verwendung kommt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung die Information hinsichtlich der Verstellung des beweglichen, auf die Last/ ansprechenden Bauelementes der Waage an einen entfernt aufgestellten Lastanzeiger oder an eine andere Datenverarbeitungsstation weitergibt.

00-9825/1393

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