DE19817961A1 - Hochpräziser kapazitiver Längenmeßgeber - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen kapazitiven Längenmeßgeber (1) mit einer dem Abstand von zwei Teilen proportional oder umgekehrt proportionalen Kapazität, bei dem der Längenmeßgeber (1) einen in axialer Richtung beweglichen Kolben (2) aufweist, der mindestens ein elektrisch leitendes Elektrodenelement (4) trägt und in Meßrichtung (6) in einer Hülse (3) verschiebbar ist, auf der dem Kolben (2) zugewandt mindestens zwei axial voneinander beabstandete Elektrodenschichten (5) angeordnet sind und Elektrodenelement (4) des Kolbens (2) sowie Elektrodenschichten (5) der Hülse (3) einen differentiell aufgebauten Meßgeber bilden. Der erfindungsgemäß aufgebaute Längenmeßgeber (1) vereint die Vorteile der grundsätzlich bekannten kapazitiven Messung von Längen bzw. Relativverschiebungen mit einer besonders einfachen und kostengünstigen herstellbaren Bauweise, die noch dazu mit nur geringen Abmessungen des Längenmeßgebers (1) realisiert werden kann und dadurch den Einsatz des kapazitiven Längenmeßgebers (1) auch für Meßaufgaben ermöglicht, die bisher mit kapazitiven Längenmeßgebern (1) nicht realisierbar waren.

Description

Die Erfindung betrifft einen hoch präzisen kapazitiven Längenmeßgeber gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Erfassung von Längenänderungen oder Wegen ist ein sich in der Technik häufig stellendes Problem. Dementsprechend sind vielfältige Lösungen bekannt, insbeson­ dere auch Längen oder Wege hoch präzise zu messen.

Ein schon seit langem genutztes Meßprinzip ist dabei die Ausnutzung der Änderung eines kapazitiven Sensors, bei dem durch Verschiebung von als Kondensatoren wir­ kenden elektrisch leitenden Bauteilen und mittels einer elektronischen Schaltung die Längenverschiebung eines Meßkopfes in eine Spannungsänderung der Schaltung umgewandelt wird. Die Spannungsänderung ist dabei bei geeigneter Auslegung von Sensorelement und elektronischer Schaltung im wesentlichen linear, wobei eine ho­ he Auflösung des kapazitiven Sensors erreicht werden kann. Eine derartige Anord­ nung ist aus der DE 34 00 462 A1 bekannt, bei der ein erster Teil eines kapazitiven Abstandsmessers aus zwei in Meßrichtung ausgedehnten, voneinander isolierten elektrischen Leitern gebildet ist, die einen ortsfesten Kondensator bilden und in ei­ nem Keramikrohr eingebettet sind. Eine elektrisch leitfähige Hülse ist zumindest teil­ weise um die elektrischen Leiter angeordnet, gegenüber dem Keramikrohr isoliert und bilden einen in Meßrichtung verschiebbaren zweiten Teil des Abstandsmessers. Durch eine Verschiebung der beiden Teile des Abstandsmessers zueinander wird eine an den Kondensatoren angeschlossene elektrische Schaltung verstimmt und ermöglicht damit die Erfassung der Verschiebung der beiden Kondensatoren zuein­ ander. Das Meßprinzip gemäß dieser Ausführung ist nur für grobe Messungen bei allerdings großem Meßbereich geeignet.

Es sind darüber hinaus auch Meßanordnungen der gattungsgemäßen Art bekannt, die speziell für die Messung auch geringster Verschiebungen der Kondensatoren zueinander ausgelegt sind. Derartige Anordnungen sind hochpräzise gearbeitet und weisen eine große Zahl mechanisch aufeinander abzustimmender, beweglich zuein­ ander angeordneter Bauteile auf, die kompliziert zu montieren sind und im Betrieb leicht die Gefahr von Störungen bedingen. Auch ist die elektrische Kopplung zwi­ schen diesen Sensoren und der Elektronik nur anhand aufwendiger Spezialstecker realisiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen hoch präzisen Längenmeß­ geber der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß er einfach im Aufbau und unkompliziert bezüglich Montage und Handhabung ist und insbesondere auch gerin­ ge Bauabmessungen aufweist.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 in Zusammenwirken mit den Merkmalen des Oberbe­ griffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung betrifft einen gattungsgemäßen kapazitiven Längenmeßgeber mit ei­ ner dem Abstand von zwei Teilen proportionalen oder umgekehrt proportionalen Ka­ pazität. Ein derartiger Längenmeßgeber wird dadurch weiterentwickelt, daß der Län­ genmeßgeber einen in axialer Richtung beweglichen Kolben aufweist, der minde­ stens ein elektrisch leitendes Elektrodenelement trägt und in Meßrichtung in einer Hülse verschiebbar ist, auf der dem Kolben zugewandt mindestens zwei axial von­ einander beabstandete Elektrodenschichten angeordnet sind und Elektrodenelement des Kolbens sowie Elektrodenschichten der Hülse einen differentiell aufgebauten Meßgeber bilden. Durch den einfachen mechanischen Aufbau und die leichte Mon­ tierbarkeit wird erreicht, daß die Herstellung des erfindungsgemäßen Längenmeß­ gebers besonders einfach und damit kostengünstig wird. Darüber hinaus kann der Längenmeßgeber in besonders kleinen Abmessungen hergestellt werden und er­ laubt den Einsatz auch bei beengten Platzverhältnissen und in kleinen Präzisions­ meßgeräten.

Besonders einfach läßt sich der Kolben dadurch gestalten, wenn das mindestens eine Elektrodenelement in Form einer auf seiner Außenfläche aufgebrachten, elek­ trisch leitenden Elektrodenschicht realisiert wird. Eine derartige Elektrodenschicht kann mit bekannten Methoden, beispielsweise durch Aufdampfen oder dgl., auf den Kolben einfach und sicher aufgebracht werden und erlaubt über die hergestellte Schichtdicke eine sichere Gewährleistung elektrischer Eigenschaften und der me­ chanischen und maßlichen Abstimmung auf die Hülse.

Weiterhin ist es von besonderem Vorteil, wenn die mindestens zwei axial voneinan­ der beabstandeten Elektrodenschichten auf der dem Kolben zugewandten Innenflä­ che der Hülse angeordnet sind. Hierdurch läßt sich eine direkte mechanische und elektrische Kopplung von Elektrodenelement des Kolbens und der Elektroden­ schichten der Hülse herstellen. In weiterer Ausgestaltung können die mindestens zwei axial voneinander beabstandeten Elektrodenschichten radial ringförmig umlau­ fend auf der Innenfläche der Hülse angeordnet sein.

Eine besonders gute Funktionsweise und eine große Genauigkeit des Längenmeß­ gebers läßt sich dadurch erreichen, daß Änderungen der Überdeckung des Elektro­ denelementes des Kolbens und der Elektrodenschichten der Hülse ein Maß für die Relativverschiebung zwischen Kolben und Hülse und damit die zu erfassende Län­ genänderung sind. Schon kleinste Änderungen der Überdeckung ergeben in weiterer Ausgestaltung in einer angeschlossenen elektrischen Schaltung ein Signal propor­ tional der Relativverschiebung zwischen Kolben und Hülse, wobei das Signal in vor­ teilhafter Weise ein analoges Signal ist.

Besonders günstig bezüglich Aufbau und Betrieb des Längenmeßgebers ist es, wenn Hülse und/oder Kolben aus einem keramischen Material ausgebildet sind. Bei­ spielsweise kann das keramische Material ein keramischer Gleitlagerwerkstoff, vor­ zugsweise Zirkonoxid sein, wodurch gleichzeitig mit den günstigen elektrisch isolie­ renden Eigenschaften des keramischen Materials ein die Relativbewegung zwischen Hülse und Kolben weitgehend verschleißfreies Gleitverhalten der einander zugeord­ neten Flächen erzielbar ist.

Weiterhin kann das keramische Material derart ausgelegt werden, daß es einen etwa gleichen Längenausdehnungskoeffizient wie Stahl aufweist und somit Temperatur­ änderungen zwischen elektrisch leitenden Schichten, keramischem Material und sonstigen Bauteilen des Längenmeßgebers keine mechanischen Ausdehnungsun­ terschiede zwischen den beteiligten Bauteilen ergeben.

Für die Genauigkeit der Messung und die Verschleißfreiheit ist es von Vorteil, wenn Kolben und Hülse eine enge, zueinander gepaarte Gleitpassung aufweisen, so daß im wesentlichen nur lineare Verschiebungen zwischen Hülse und Kolben auftreten und Verkippungen oder dgl. ausgeschlossen sind.

Hinsichtlich der Qualität des Meßsignals ist es von besonderem Vorteil, wenn die Hülse von einer elektrisch leitfähigen Metallhülse umgeben ist, die gegen elektrische Störsignale abschirmt. Hierdurch können am Einsatzort des Längenmeßgebers auf­ tretende Streustrahlungen oder Fremdeinstrahlungen sicher von der Meßanordnung ferngehalten werden.

Konstruktiv ist es besonders günstig, wenn der Kolben von der Kraft einer Rück­ stellfeder in einer etwa mittig der Hülse befindlichen Ruhelage gehalten ist. Hierdurch kann der Kolben aus der Ruhelage in beiden Richtungen der linearen Verschiebung ausgelenkt werden und somit in diesen beiden Richtungen Signale in der Meß­ anordnung erzeugen.

Hierbei kann die Rückstellfeder als eine metallisch leitende Druckfeder ausgebildet sein, die den Kolben entgegen der bevorzugten Meßrichtung auf Druck beansprucht und in die Ruhelage zurückbewegt. Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß viele andere Arten von Federn sich ebenfalls hierzu einsetzen lassen.

In weiterer Ausgestaltung kann die metallisch leitende Rückstellfeder des Kolbens auch das Meßsignal zu einem Anschlußstift leiten, wodurch ein separater Meßleiter überflüssig wird und dadurch der Aufbau und die Montage des Längenmeßgebers weiter vereinfacht wird.

Ebenfalls kann die Spannungsversorgung der Elektrodenschichten mittels eines Di­ rektanschlusses von Kabellitzen erfolgen, die die Verschiebbarkeit des Kolbens nicht beeinträchtigen oder beeinflussen und somit keine Auswirkungen auf den Meßvor­ gang selbst haben.

Es ist weiterhin denkbar, daß die Elektrodenschichten von Kolben und Hülse in Form von Metallringen ausgebildet sind, die als separate Teile in den Längenmeßgeber eingebracht und darin festgelegt werden.

Für verschiedene Meßzwecke und Meßanforderungen kann an den Kolben eine axiale und/oder radiale Meßtasteranordnung befestigbar sein, die eine weitgehende Anpassung des tatsächlichen Meßkontaktes an die Meßaufgabe erlaubt und als Anbaulösung an den Kolben eines standardisierten Längenmeßgebers einsetzbar ist.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Längenmeß­ gebers zeigt die Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Längenmeßgeber gemäß der Erfin­ dung.

Fig. 2 einen Längenmeßgeber gemäß Fig. 1 mit einer verlängerten Tast­ spitze.

In der Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch einen insgesamt mit der Sachnummer 1 be­ zeichneten Längenmeßgeber gemäß der Erfindung dargestellt, aus dem der beson­ ders einfache und kostengünstig zu fertigende Aufbau des Längenmeßgebers 1 zu erkennen ist.

Der Längenmeßgeber 1 ist montiert in einer Metallhülse 11, die beispielsweise aus einem vollmetallischen, Fremdeinstrahlungen abschirmenden Material wie Stahl oder dgl. besteht. Hierbei ist die Metallhülse 11 durch einen radial an der Innenfläche der Metallhülse 11 umlaufenden Vorsprung 25 in zwei Abschnitte unterteilt, wobei der in Fig. 1 dem Meßobjekt 14 zugewandte Abschnitt der Metallhülse 11 im wesentlichen die differentiell arbeitenden Bauteile des Längenmeßgebers 1 bestehend aus der Hülse 3 und dem relativ zur Hülse 3 längsverschieblichen Kolben 2 aufnimmt. Der gegenüber dem Meßobjekt 14 liegende Abschnitt der Metallhülse 11 dient zur Auf­ nahme eines zur Weiterleitung der Meßsignale dienenden Kabels 16, beispielsweise eines Hochfrequenzkabels, sowie von später noch erläuterten Einrichtungen 15,17 zur Abdichtung dieses Endes des Längenmeßgebers 1.

Die für die Erfassung der Meßwerte wesentlichen Teile des Längenmeßgebers 1 sind gebildet aus der Hülse 3, die im wesentlichen längserstreckt und zylindrisch ausgebildet im Inneren der Metallhülse 11 eingesteckt ist. Diese Hülse 3 ist wieder­ um rohrförmig aufgebaut und bildet mit ihrer Innenfläche 8 einen ebenfalls zylin­ drisch umgrenzten Hohlraum zur Aufnahme des Kolbens 2, der in dem zylindrischen Hohlraum der Hülse 3 längsverschieblich angeordnet ist. Die maßliche Gestaltung des durch die Innenfläche 8 begrenzten zylindrischen Hohlraumes sowie des Kol­ bens 2 ist dabei zumindest an Tragbereichen 26 mit einer engen Spielpassung aus­ gelegt, so daß der Kolben 2 mit seiner Außenfläche 7 leicht beweglich und durch die Innenfläche 8 sicher geführt und abgestützt innerhalb der Hülse 3 in Meßrichtung 6 verschieblich ist.

An der Innenfläche 8 der Hülse 3 sind ringförmig umlaufende Elektrodenschichten 5 beispielsweise aus einem metallisch leitenden Material angeordnet, die zusammen mit einem hier ebenfalls ringförmig auf der Außenfläche 7 des Kolbens 3 umlaufen­ den Elektrodenelement 4 die kapazitive Meßanordnung zur Erfassung von Relativ­ verschiebungen zwischen Kolben 2 und Hülse 3 bilden. Das Elektrodenelement 4 des Kolbens 3 und die Elektrodenschichten 5 der Hülse 2 sind hierbei durch einen definierten Luftspalt elektrisch isolierend voneinander beabstandet und bilden eine kapazitiv arbeitende Meßanordnung grundsätzlich bekannter Art, bei der die Verän­ derung der Überdeckung zwischen Elektrodenelement 4 und Elektrodenschichten 5 ein Maß für die Relativverschiebung zwischen Hülse 3 und Kolben 2 bilden und in einer nicht weiter dargestellten Meßschaltung auf ebenfalls grundsätzlich bekannte Weise ausgewertet werden kann. Bei einer Relativverschiebung zwischen Kolben 2 und Hülse 3, die beispielsweise durch eine Lageänderung des Meßobjektes 14 aus­ gelöst und über eine Tastspitze 13 mechanisch gekoppelt auf den Kolben 2 übertra­ gen wird, verschieben sich auch die Elektrodenschichten 5 der Hülse 3 relativ zum Elektrodenelement 4 des Kolbens 2 und verstimmen dadurch die angeschlossene Meßschaltung. Das Maß der Verstimmung ist dabei im wesentlichen proportional zur Verschiebung und erlaubt aufgrund des Meßprinzipes eine sehr genaue Erfassung von Relativverschiebungen entlang der Meßrichtung 6 auch im Bereich von Hundert­ stel µm. Ein derartiges Meßverfahren ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und soll daher hier nicht weiter erläutert werden. Die besondere Genauigkeit der Meß­ werterfassung zusammen mit dem einfachen und kostengünstig herstellbaren Auf­ bau des Längenmeßgebers 1 läßt jedoch erstmals auch den Einsatz für besonders kleine Längenmeßgeber 1 und Meßaufgaben mit besonders hohen Genauigkeits­ anforderungen zu.

Es trägt besonders zum einfachen Aufbau und der gegenüber bekannten Längen­ meßgebern 1 in seiner benötigten Teilezahl stark vereinfachten erfindungsgemäßen Längenmeßgeber 1 bei, daß Hülse 3 und Kolben 2 aus einem keramischen Grund­ material gebildet sind, das selbst nicht elektrisch leitend ist und darüber hinaus be­ sonders günstige mechanische Eigenschaften aufweist. Dies kann beispielsweise ein Zirkonoxid sein, das darüber hinaus auch einen thermischen Ausdehnungskoeffi­ zienten wie beispielsweise Stahl aufweist und daher bei Einsätzen des Längenmeß­ gebers 1 in thermisch belasteten Meßstellen keine Probleme unterschiedlicher Län­ genausdehnung der verwendeten Materialien hervorruft.

Die Elektrodenschichten 5 bzw. das Elektrodenelement 4 können hierbei als dünne Schichten auf das keramische Material von Kolben 2 bzw. Hülse 3 aufgebracht, bei­ spielsweise aufgedampft werden. Auch ist es denkbar, die Elektrodenschichten 5 und das Elektrodenelement 4 als ringförmige Bauteile vorzufertigen und dann in Hül­ se 3 bzw. Kolben 2 einzubringen.

Weiterhin trägt zum einfachen Aufbau des Längenmeßgeber 1 bei, daß der Kolben 2, der in seiner Mittellage in einer Ruhestellung durch eine in eine Bohrung 10 des Kolbens 2 eingreifende Feder 9 gehalten und gegenüber einem Isolierkörper 22 ab­ gestützt ist, keine weiteren Teile für die elektrische Kontaktierung des Elektro­ denelementes 4 benötigt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Feder 9 aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt ist und einerseits mit dem Elektrodenelement 4 auf eine nicht weiter dargestellte Weise in elektrisch leitendem Kontakt steht. Die aufgrund der Meßanordnung entstehenden Meßsignale, die an dem Elektrodenele­ ment 4 auftreten, werden dadurch auf die Feder 9 übertragen, wobei durch das ke­ ramische Material des Kolbens 4 sonst notwendige aufwendige Isoliermaßnahmen an der Feder 9 überflüssig werden. Die Feder 9 ist an ihrem anderen Ende an einem Lötkontakt 27 festgelegt der an dem Isolierkörper 22 gebildet ist, der wiederum an seinem von der Meßstelle abgewandt angeordneten Ende mit einem Kabel 16 ver­ bunden ist, das zur Weiterleitung der Meßsignale zur nicht dargestellten Meßschal­ tung dient. Hierdurch erfüllt die Feder 9 ohne weitere benötigte Maßnahmen die Auf­ gabe der mechanischen Lagerung des Kolbens 2, insbesondere auch der Aufbrin­ gung des Meßdruckes der mechanischen Tastspitze 13 und der elektrischen Wei­ terleitung der Meßsignale.

Die Elektrodenschichten 5 auf der Innenfläche 8 der Hülse 3 sind über flexible Kabel 12 mit dem Kabel 16 verbunden, wobei die Kabel 12 durch eine Ausnehmung 28 der Hülse 3 zu dem Kabel 16 durchgeführt sind. Auch hierdurch wird die Montage des Längenmeßgebers 1 besonders einfach und benötigt keine aufwendigen Spezial­ stecker innerhalb des Längenmeßgebers 1, wodurch die Baugröße ebenfalls redu­ ziert werden kann.

Auf der dem Meßobjekt 14 zugewandten Seite des Längenmeßgebers 1 ist zur Ab­ dichtung des Inneren des Längenmeßgebers 1 eine Membran 23, die dem Meßob­ jekt 14 zugewandte Öffnung der Metallhülse 11 vollständig abdichtend, vorgesehen, wobei die Membran 23 zwischen einem Zwischenring 29 und einem Spannring 24 eingeklemmt ist. Der Spannring 24 dient hierbei gleichzeitig zur Festlegung der Hül­ se 3 und des Isolierkörpers 22 innerhalb des Hohlraumes der Metallhülse 11. Zur Montage wird in Form einer Sandwichmontage der Isolierstoffkörper 22, die Hülse 3 der Zwischenring 29 und die Membran 23 eingesteckt und mit einem an dem Spann­ ring 24 außen angeordneten Gewinde in die Metallhülse 11 eingeschraubt und ver­ spannt. Anschließen kann eine zur Meßaufgabe passende Tastspitze 13 in die Auf­ nahme 18 eingesetzt werden, die beispielsweise in Form eines Einschraubgewindes mit der Tastspitze 13 verbunden wird.

An dem anderen Abschnitt der Metallhülse 11 wird das Innere des Längenmeßge­ bers 1 dadurch gegenüber der Umgebung abgedichtet, daß nach der Montage des Kabels 16 ein eingelegter O-Ring 15 durch einen in die Metallhülse 11 einschraubba­ ren Spannring 17 gequetscht und damit gegen das Kabel 16 und eine Konusscheibe 30 verspannt wird. Hierdurch wird das Kabel 16 in seiner Montagelage fixiert und gleichzeitig dieses Ende der Metallhülse 11 gegenüber der Umgebung abgedichtet.

Der Einsatz des Längenmeßgebers 1 erfolgt in bekannter Weise dadurch, daß der Längenmeßgeber 1 nach der Positionierung relativ zum Meßobjekt 14 an der Meß­ schaltung abgeglichen wird. Durch die Änderung der Überdeckung zwischen Elek­ trodenelement 4 des Kolbens 2 und Elektrodenschichten 5 der Hülse 3 wird die ab­ geglichene Meßschaltung wieder verstimmt, wobei das Maß der Verstimmung der Relativverschiebung zwischen Kolben 2 und Hülse 3 entspricht.

Der erfindungsgemäß aufgebaute Längenmeßgeber 1 vereint die Vorteile der grund­ sätzlich bekannten kapazitiven Messung von Längen bzw. Relativverschiebungen mit einer besonders einfachen und kostengünstig herstellbaren Bauweise, die noch dazu mit nur geringen Abmessungen des Längenmeßgebers 1 realisiert werden kann und dadurch den Einsatz des kapazitiven Längenmeßgebers 1 auch für Meß­ aufgaben ermöglicht, die bisher mit kapazitiven Längenmeßgebern 1 nicht realisier­ bar waren.

In der Fig. 2 ist ein grundsätzlich dem Aufbau des Längenmeßgebers 1 der Fig. 1 entsprechender Längenmeßgeber 1 dargestellt. Für den Aufbau und die Beschrei­ bung der Funktion des Längenmeßgebers 1 sei daher auf die Fig. 1 verweisen.

Der Längenmeßgeber 1 der Fig. 2 ist zusätzlich mit einem anderen Meßvorsatz ausgestattet, der beispielsweise eine Messung auch in tiefen Bohrungen oder Ver­ tiefungen des Meßobjektes 14 ermöglicht. Hierzu weist der Meßvorsatz ein Verlän­ gerungsrohr 19 auf, das anstelle des Spannringes 24 in die Metallhülse 11 einge­ schraubt ist und in das eine ebenfalls verlängerte Tastspitze 13 eingesteckt und über als Kugellagerung angedeutete Lagerelemente 20 geführt und abgestützt ist. Dem Meßobjekt 14 zugewandt ist dieser Meßvorsatz mit einer Dichtmanschette 21 bei­ spielsweise in Form eines Faltenbalges abgeschlossen, der die Tastspitze 13 mit dem Verlängerungsrohr 19 verbindet. Die Tastspitze 13 ist dabei mit der Aufnahme 18 nicht fest, sondern nur durch den Faltenbalg 21 kraftschlüssig verbunden.

Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß der erfindungsgemäße Längen­ meßgeber 1 auf vielfältige Weise abgewandelt und an spezielle Meßaufgaben ange­ paßt werden kann, ohne das Grundprinzip der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können vielfältige Meßvorsätze z. B. auch für die radiale und axiale Mehrstellenmes­ sung vorgesehen werden, auch kann ein einzelner Längenmeßgeber 1 in komplexe­ re Meßvorrichtungen und Meßdorne als Einzelmeßstelle eingebaut werden.

Bezugszeichenliste

1

Längenmeßgeber

2

Kolben

3

Hülse

4

Elektrodenelement

5

Elektrodenschichten

6

Meßrichtung

7

Außenfläche Kolben

8

Innenfläche Hülse

9

Feder

10

Bohrung

11

Metallhülse

12

Leiter

13

Tastspitze

14

Meßobjekt

15

O-Ring

16

Kabel

17

Spannring

18

Aufnahme

19

Verlängerungsrohr

20

Lager

21

Dichtmanschette

22

Isolierkörper

23

Dichtmembran

24

Spannring

25

Vorsprung

26

Tragbereiche

27

Lötkontakt

28

Ausnehmung

29

Zwischenring

30

Konusscheibe

Claims (18)

1. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) mit einer dem Abstand von zwei Teilen pro­ portionalen oder umgekehrt proportionalen Kapazität, dadurch gekennzeichnet, daß der Längenmeßgeber (1) einen in axialer Richtung beweglichen Kolben (2) aufweist, der mindestens ein elektrisch leitendes Elektrodenelement (4) trägt und in Meßrichtung (6) in einer Hülse (3) verschiebbar ist, auf der dem Kolben (2) zugewandt mindestens zwei axial voneinander beabstandete Elektroden­ schichten (5) angeordnet sind und Elektrodenelement (4) des Kolbens (2) so­ wie Elektrodenschichten (5) der Hülse (3) einen differentiell aufgebauten Meß­ geber bilden.

2. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) auf seiner Außenfläche (7) eine elektrisch leitende Elektro­ denschicht (4) aufweist.

3. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei axial voneinander beabstandeten Elektrodenschichten (5) auf der dem Kolben (2) zugewandten Innenfläche (8) der Hülse (3) angeordnet sind.

4. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei axial voneinander beabstandeten Elektrodenschich­ ten (4) radial ringförmig umlaufend auf der Innenfläche (8) der Hülse (3) ange­ ordnet sind.

5. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Änderungen der Überdeckung von Elektro­ denelement (4) des Kolbens (2) und der Elektrodenschichten (5) der Hülse (3) ein Maß für die Relativverschiebung zwischen Kolben (2) und Hülse sind.

6. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Überdeckung von Elektro­ denelement (4) des Kolbens (2) und der Elektrodenschichten (5) der Hülse (3) in einer angeschlossenen elektrischen Schaltung ein Signal proportional der Relativverschiebung zwischen Kolben (2) und Hülse (3) ergibt.

7. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal ein analoges Signal ist.

8. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Hülse (3) und/oder Kolben (2) aus einem ke­ ramischen Material ausgebildet sind.

9. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material ein keramischer Gleitlagerwerkstoff, vorzugswei­ se Zirkonoxid ist.

10. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material einen etwa gleichen Län­ genausdehnungskoeffizienten wie Stahl aufweist.

11. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kolben (2) und Hülse (3) eine enge, zueinan­ der gepaarte Gleitpassung aufweisen.

12. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (3) von einer elektrisch leitfähigen Metallhülse (11) umgeben ist, die gegen elektrische Störsignale abschirmt.

13. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) von der Kraft einer Rückstellfe­ der (9) in einer etwa mittig der Hülse (3) befindlichen Ruhelage gehalten ist.

14. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rückstellfeder (9) als eine metallisch leitende Druckfeder ausge­ bildet ist.

15. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rückstellfeder (9) des Kolbens (2) das Meßsignal von dem Elek­ trodenelement (4) des Kolbens (2) zu einem Anschlußstift (27) leitet.

16. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsversorgung der Elektroden­ schichten (5) der Hülse (3) mittels eines Direktanschlusses von Kabellitzen (12) erfolgt.

17. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodenelement des Kolbens (2) und die Elektrodenschichten (5) der Hülse (3) in Form von Metallringen ausgebildet sind.

18. Kapazitiver Längenmeßgeber (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kolben (2) eine axiale und/oder radiale Meßtasteranordnung befestigbar ist.