DE2011594B2 - Lagenmessumformer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lagenmeßumformer mit relativ zueinander beweglichen, induktiv gekoppelten Transformatorteilen, wobei einer der Transformatorteile aus einem Grundteil besteht, welches eine kontinuierliche elektrische Windung trägt, die aus vielen in gleichen Abständen nebeneinander angeordneten, aktiven Leiterteilen besteht, die quer zur Längsachse des Grundteils verlaufen und für entgegengesetzte Richtungen des Stromflusses in benachbarten aktiven Leiterteilen in Serie geschaltet sind.

Lagenmeßumformer mit einem stationären Transformatorteil und einem dazu beweglichen, induktiv gekoppelten Transformatorteil, bei denen jedes der beiden Teile eine kontinuierliche elektrische Windung träet. welche aus vielen in gleichen Abständen neben-Ss blnn e^An Ugenmeßumformer besitzt das eine Transrormatorteil eine . fortlaufende. Windung, wdche au" einem starren Grundteil oder einer starren

.o BMta angordnet ist. Das andere Transformator^ Saßt S enverschobene Windungsgruppen, welche Ten a Is auf einem starren Träger oder einer starren Basi angeordnet sind. Die Windungen beider Teile Stzen akUve Leiterteile, welche parallel zueinander

„ ang ordnet sind und welche sich quer zur Richtung S^r Relativbewegung zwischen den beiden Teilen er-

^EinTgenaue Ausführungsform eines LagenmeßumformeVs ist im USA.-Patent 3,202,948 beschrieben.

_M gS dies m Patent ist ein Transformatorte.l ,„ ForTvon einzelnen Transformatoreinheiten aufgebaut die beispielsweise jeweils 25 cm lang sind. Jede Seit besitzt eine starre Basis aus Metall oder Iso Immaterial, mit der eine Umformer-Wmdung verbun

denTs , welche aus einer Lage oder einem Blatt von Sern besteht, welche quer zur Bewegungsrichtung angeordnet und in Serie geschaltet sind Wenn ehe Bas is aus Metall besteht, ist die Leiterp atte mit der Basis mit Hilfe eines Verbindungsmatenals verbunden ^UrDamk^Onfor5aSende und genaue Messungen mög Hch sind, muß jede einzelne Transformatoreinheit "enau montiert und den anderen Transformatorteilen gegenüber auf der Werkzeugmaschine ausgerichtet

werden. Im ersten Fall muß eine ebene Oberfläche wJche mit sehr engen Toleranzen bearbeitet .s auf der Werkzeugmaschine vorgesehen werden. Wenn eine solche Oberfläche nicht auf der Werkzeugmaschine vorhanden ist, dann muß eine lange Platte ge-

baut und an der Maschine angeordnet werden bevor die Transformatoreinheiten montiert werden können. Danach muß eine Anzahl von Montagelöchern in die Maschine oder in das Blech gebohrt und mit Gewinde versehen werden, damit die Einheiten montiert

werden können. Die einzelnen Einheiten müssen eenau fluchten und genau nebeneinander angeordnet werden, damit ein gleicher Abstand zwischen den Leitern der einen Einheit und den gleichen Leitern der benachbarten Einheit eingehalten wird. Schließlich

so müssen noch elektrische Verbindungen zu jeder Einheit hergestellt werden. , ™-,n„ou 1 ·

Die im erwähnten USA.-Patent 3,202,948 beschriebenen Präzisions-Meßwertumformer sind teuer, ihr Einbau ist zeitraubend und ebenfalls teuer. Dort, wo

die Präzision maßgebend ist und wo sehr genaue Messungen durchgeführt werden müssen, sind solche Lagenmeßumformer sehr geeignet und ihre Kosten gerechtfertigt. Für andere Anwendungen hingegen, bei denen die Genauigkeit der getrennten Transformatoren einheiten nicht nötig ist, wäre ein einfacher, billiger, ökonomischer und verläßlicher Lagenmeßumformer besser geeignet.

• Außerdem besitzen Transformatorteile mit starren Grundteilen oft den Nachteil, daß Fertigungsabweichungen auftreten, welche dazu führen können, daß der Lagenmeßumformer Meßfehler erzeugt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lagenmeßumformer zu schaffen, bei dem der

gegenseitige Abstand benachbarter aktiver Leiterteile einstellbar ist, um die induktive Kopplung dieser LeI-ierteile mit den Windungen des anderen Transformatorleils einstellen zu können, wodurch Fertigungstoleranzen ausgleichbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Lagenmeßumformer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Orundteil aus elastischem Material besteht und Mittel zum Strecken des Grundteils in Richtung der Längsachse vorgesehen sind, so daß der Abstand zwischen benachbarten aktiven Leiterleiltn der Windung und somit die induktive Kopplung zwischen dieser Windung und den zugehörigen Windungen des anderen Transformatorteils veränderbar sind.

Es sind bereits Meßumformer mit mehreren, in gleichen Abständen nebeneinander in Mäanderform angeordneten aktiven Leitungsstücken bekannt. Der elektrische Strom in den nebeneinander parallel angeordneten Leitungsstücken fließt jeweiL in entgegen gesetzten Richtungen. Die aktiven Leiter sind auf elastischem, dehnungsfähigen Material aufgebracht, so daß sie beim Anlegen einer mechanischen Spannung in ihrer Länge verändert, werden. Hierbei herrscht jedoch zwischen den aktiven Leitern keine induktive Kopplung. Die Leiter bestehen vielmehr aus Dehnmeßstreifen, bei denen bei Anlegen einer mechanischen Spannung eine Widerstandsänderung eintritt, die zur Messung dieser mechanischen Spannung dient.

Die gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Streckung des Grundteiles dient nicht dem Zweck, eine Änderung des Widerstandes der aktiven Leiterteile der Windung herbeizuführen. Der Zweck ist vielmehr, die induktive Kopplung auf einen gewünschten Wert einstellen zu können. Der mit der Erfindung erzielte wesentliche technische Fortschritt besteht darin, daß die durch fertigungstechnische Maßungenauigkeiten der Bauteile bedingten Abweichungen vom Sollwert der Kopplung der beiden Transformatorhälften ausgeglichen werden können durch das Strecken des Grundteils d.h. der einen Transformatorhälfte. Die Teilung der in regelmäßigen Abständen angeordneten aktiven Leiterteile des Grundteils ist auf diese Weise veränderbar und damit einstellbar relativ zur entsprechenden Teilung der anderen Transformatorhälfte. Stimmen diese Teilungen nicht überein, entstehen Meßfehler, die durch elektrische Maßnahmen nicht ausgleichbar sind.

Im Gegensatz zu den bekannten Transformatorteilen ist das erfindungsgemäße Grundteil nicht nur billig, sondern es benötigt auch nur zwei Montageteile und lediglich ein einziges Paar elektrischer Verbindungen. Das erfindungsgemäße Grundteil kann nach dem Einbau an der Werkzeugmaschine genau geeicht werden, wodurch Maßtoleranzen ausgleichbar sind.

Die kontinuierliche Windung des Grundteils ist so ausgebildet, daß der Abstand der Leiter im entspannten Zustand etwas geringer ist als im Einbauzustand. Wenn danach das Grundteil auf der Werkzeugmaschine montiert wird, streckt ein Spannglied das Grundteil und durch das Strecken wird der Abstand zwischen benachbarten Leitern eingestellt, bis der gewünschte Abstand, und damit die gewünschte induktive Kopplung zum anderen Transformatorteil erreicht ist.

Der Lagenmeßumformer besitzt einen Schieber, der Windungen aufweist, welche auf einem starren Träeer aneeordnet sind, der an einem beweglichen Teil der Maschine befestigt ist. Der Sohieber besitzt Führungsglieder, welche dazu dienen, daß ein fester Luftspalt zwischen dem Schieber und dem Grundteil besteht, so daß eino gleichmäßige induktive Kopp

lung zwischen den beiden Transformatorteilen über ihre gesamte Länge möglich ist.

Die Windungen des Schiebers liegen an Wechselspannung. Die Amplitude der in der anderen Windung induzierten Wechselspannung in der anderen

ic Windung steht in trigonometrischer Beziehung zu der geometrischen Anordnung der Windungen zueinander.

Weitere Ausgestaltungsmerkmalc und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann in der nachfol-

genden, anhand der Zeichnung erfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform des Lagenmeßumformers mit einem

elastischen Grundteil und einem Schieber, wobei die gesamte Anordnung durch eine Staubschutzhaube und ein Luftblech geschützt ist,

F i g. 2 eine Vorderansicht des Lagenmeßurnformers mit Schieber und elastischem Grundteil, welche zeigt, wie das Grundteil federnd elastisch an der Werkzeugmaschine befestigt ist,

F i g. 3 einen Querschnitt entlang Linie 3-3 in Fig. 2, welcher die am Schieber befestigten Führungsglieder zeigt, die dazu dienen, daß der Schieber und das Grundteil über die gesamte Skalenlänge fluchten,

F ι g. 4 eine Ansicht entlang Linie 4-4 gemäß Fig. 3, welche den Schieber und die Gruppen der phasenverschobenen darauf angeordneten Windungen zeigt,

Fig. 5 ein schematisches Diagramm der Phasenschieber — bzw. phasenverschobenen Windungen des Schiebers,

F i g. 6 einen Querschnitt entlang Linie 6-6 in Fig. 2, welcher die Einzelheiten des Spanngliedes

•40 zeigt,

Fig. 7 einen Querschnitt entlang Linie 7-7 in Fig. 2, welcher eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Aufbringen von Spannungskräften darstellt, und

Fig. 8 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, entlang Linie 8-8 gemäß Fig. 1, welche die Anordnung des Grundteiles, des Schiebers, des beweglichen Schlittens, der Staubschutzhaube und des Luftblechs darstellt.

In Fig. 1 und 8 ist ein Teil einer Werkzeugmaschine 1 mit zwei Laufrippen dargestellt, welche einen Schlitten 4 tragen, der auf einer ersten Achse der Werkzeugmaschine verschieblich ist. Diese erste Achse soll zur Erläuterung der Beschreibung .y-Achse 5 genannt werden. Ein Schieber 5, welcher ein Teil eines Lagen-Meßumformers 6 bildet, ist durch geeignete Mittel, beispielsweise durch Schrauben und Muttern 8 starr an dem unteren Teil 7 des Schlittens befestigt, so daß er sich gemeinsam mit dem Schlitten 4

<ίο entlang der j>-Achse bewegt. Der Lagen-Meßumformer 6 besitzt ferner ein Grundteil 9, auf dem eine fortlaufende Windung 10 sitzt. Das Grundteil 9 ist in einer vertikalen Ebene entlang der j>-Achse der Werkzeugmaschine 1 montiert und es besitzt ein erstes Ende 11, das mit federnden Montageteilen 12 an der Werkzeugmaschine 1 befestigt ist. Das zweite Ende 13 des Grundteils 9 ist mit starren Montageteilen 14 an der Werkzeugmaschine 1 befestigt. Die genaue

Art der Montage des Grundteils 9 an der Werkzeug- lieh ist, wird die Federspannkraft auf das Grundteil maschine 1 und der Grund für das Vorsehen von fe- 19 mit Hilfe eines aus Federn 36 und 36' bestehendernden und starren Montageteilen werden später den Federpaares aufgebracht. Die Feder 36' ist nicht noch genauer beschrieben. dargestellt. Die Federn 36 und 36' sind in hohlen Fe-Das untere Teil 7 des Schlittens dient dazu, den ₅ dergehäusen 37 bzw. 37' eingeschlossen. Diese Feder-Schieber 5 und das Grundteil oder alerueil 9 abzu- gehäuse 37 und 37' werden in einem beweglichen schließen, derart, daß es mit dazu beiträgt, die Teile Gehäuse 38 in ihre genaue Lage eingeschraubt und 5 und 9 vor Luftzug, Temperaturschwankungen und mit Hilfe von Klemmschrauben 39 und 39'jeweils in anderen Einflußgrößen zu schützen. Die Ausführungs- ihrer Lage festgelegt. Zwei Kolben 40 und 40', die form gemäß Fig. 1 besitzt außerdem noch eine io teilweise von den Federgehäusen 37 bzw. 37' umHaube 15, die an ihrem oberen Ende mit Hilfe von schlossen werden, berühren die rückwärtige Ober-Schrauben 16 an der Werkzeugmaschine befestigt ist. fläche 62 des Flansches 30 der Winkelkonsole 27, Die Haube 15 schützt, den Lagen-Meßumformer 6 wenn eine Spannmutter 41 auf dem Gewinde 31 des vor dem Eindringen von Luftzug und Staubteilchen. Bolzens 32 verdreht wird. Eine Kontermutter 42 si-Schließlich ist noch eine zusätzliche Haube 15' starr υ chert die Spannmutter 41 in ihrer Lage auf dem BoI-mit ihrem unteren Ende an der Werkzeugmaschine 1 zen 32.

mit Hilfe von Schrauben 16' befestigt. Diese Haube Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß ein Ende des KoI-15' dient zum Verschließen des unteren Teils 7 des bens 40 die Oberfläche 62 des Flansches 30 berührt. Schlittens 4. Die Haube 15' wirkt als Luftstaublech. Die Feder 36 innerhalb des Federgehäuses 37 wird Ohne Vorsehen der Hauben 15 und 15' könnten 20 zwischen einer Schraube 63, welche das Federge-Luftströmungen ein Verändern der Länge des Grund- häuse 37 verschließt, und dem anderen Ende des Kolteils oder Skalenteils 9 hervorrufen und hieraus bens 40 zusammengedrückt. Die Größe der auf das könnte sich ein Lagen-Meßfehler ergeben. Außerdem Grundteil ausgeübten Federkraft wird durch die Lage verhindern die Hauben 15 und 15' auch, daß Staub- der Spannmutter 41 auf dem Gewinde 31 des BoI-teilchen, Späne oder dergleichen von der Werkzeug- 25 zens 32 bestimmt, wie dies später beschrieben wird, maschine 1 in den Lagen-Meßumformer 6 fallen. Nun ausschließlich zu Fig. 2: Die fortlaufende Obwohl der Lagen-Meßumformer 6 so mit der Windung 21 des Skalenteils 19 besitzt eine Reihe beWerkzeugmaschine 1 dargestellt ist, daß er Messun- nachbarter und paralleler Leiter 43, welche sich quer gen lediglich entlang einer Achse durchführen kann, zur Längsachse des Skalenteils 19 und zur j»-Achse nämlich entlang der _y-Achse, ist hervorzuheben, daß 30 der Werkzeugmaschine erstrecken. Die Leiter 43 weiauch zusätzliche Lagen-Meßgeräte entlang der x- und sen die Form von Haarnadeln auf und bei einer Ausz-Achsen von Werkzeugmaschinen angebracht wer- führungsform besitzen sie einen Abstand von Mitte den können, welche Messungen entlang dieser zu Mitte von ca. 2,5 mm. Drei benachbarte Leiter bil-Achsen durchführen können. den einen Kreis, d.h. einen Nordpol und einen Südin den Fig. 2 bis 7 ist eine etwas abweichende 3; pol, wenn sie durch eine vom Schieber 18 herrüh-Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hier sind rende induzierte Spannung aktiviert werden,
die Hauben 15 und 15' der Ausführungsform gemäß Die fortlaufende Windung 21 kann auch Rücklei Fig. 1 zum Erleichtern der Darstellung und Beschrei- ter 44 und 44' oben und unten am Skalenteil 19 aufbung weggelassen. Die Ausführungsform gemäß weisen, um die Kopplung der als einzelner Kopp-Fig. 2 und 7 weist einen Lagen-Meßumformer 17 40 lungsleiter wirkenden Windung zur anderen ebenso mit einem Schieber 18 und einem Grundteil oder Ska- wirkenden Windung zu reduzieren, zusätzlich zur lenteil 19 auf. Diese Teile sind an einer Werkzeugma- Kopplung zwischen den Windungen selbst,
schine 20 montiert. Die Skala 19 weicht dadurch von den bekannten Das Grundteil oder Skalenteil 19, das später noch Skalen ab, daß die fortlaufende Wicklung 21 des Skagenauer beschrieben wird, ist ein elastisches Band, 45 lenteils i9 auf einem länglichen Grundkörper aus elaauf dem eine fortlaufende (mäanderförmige) Wick- stischem Material statt auf einem starren Trägerteil lung 21 befestigt ist. Das erste Ende 22 des Grund- montiert ist. Das elastische Grundteil oder Band teils 19 ist starr mit Hilfe einer Schraube 24 auf kann beispielsweise eine Höhe von ca. 19mm haben, einem an der Werkzeugmaschine 20 festen Block 23 Obwohl verschiedene Materialien für das Band verbefestigt. Die Schraube 24 ragt durch eine Öffnung 50 wendbar sind, welche genaue Messungen ermögli im ersten Ende 22 des Grundteils 19 und sitzt in chen, wird vorzugsweise chrom-plattierter Federstahl einem Gewindeloch im Block 23. Das zweite Ende wegen seiner flexiblen und elastischen Eigenschafter

25 des Grundteils 19 ist federnd an einem Spannglied bei den benötigten Längen und Dicken verwendet. E«

26 montiert. Die Fig. 2 und 6 zeigen, daß das Spann- können auch getemperter, angelassener Stahl und Uh glied 26 eine Winkelkonsole 27 besitzt, deren Basis 55 renstahl verwendet werden. Darüber hinaus können schenkel 28 mit Hilfe von Schrauben 29 und 29' an obwohl die Eisenmetalle für Präzisionsmessungen be der Werkzeugmaschine 20 befestigt sind. Die Winkel- vorzugt verwendet werden, auch andere Metalle um konsole 27 besitzt ferner einen zum Basisschenkel 28 Nichtmetalle, beispielsweise Gummi, elastische Harzi rechtwinkelig angeordneten Flansch 30 mit einer Öff- und andere Werkstoffe für weniger genaue Messun nung 60 (vgl. Fig. 6), welche ein Gleitlager für das 60 gen verwendet werden.

Gewinde 31 auf dem Schaft eines Bolzens 32 bildet. Wenn das Skalenteil 19 aus Metall besteht, ist eil

Der Bolzen 32 besitzt einen verlängerten Kopf 33 ebenfalls elastisches Isolationsmatcrial zwischen de

mit einem Schlitz 34, welcher das zweite Ende 25 des fortlaufenden Wicklung 21 und dem Skalenteil 19 ar

Grundteils 19 aufnimmt. Das Grundteil 19 und die geordnet. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel de

einander gegenüberliegenden Seiten des Schlitzes 34 ₆5 Skalenteils besitzt eine Länge von ca. 183 cm un

besitzen fluchtende öffnungen 61 und 62 zur Auf- eine Dicke von etwa 0,31mm, wobei die Dicke de

nähme eines Verbindungsstifts 35. isolierenden Klebers zwischen dem metallische

Wie dies am besten aus den Fig. 2 und 7 ersieht- Grundkörper und den die kontinuierliche Wicklun

bildenden Leitern ca. 0,075 mm beträgt. Der Kleber kann aus wärmewirksamem Material, beispielsweise aus einem Film von Phenolharz bestehen.

Die fortlaufende Wicklung 21 kann mit Hilfe von Fotoätzverfahren auf einer Isolationsschicht hergestellt werden, welche klebend und eng anliegend über der Oberfläche des Metallbandes angeordnet ist. Die Wicklung 21 kann aus einer Kupferschicht herausgeätzt werden, welche mit dem Metallband durch das wärmewirksame Harz verbunden ist. Üblicherweise werden ein Druck von ca. 7 kp/cm² und eine Temperatur von ca. 150° C zum Erweichen einer Verbindung zwischen der Kupferschicht und dem Metallband verwendet. Das Ätzen von leitenden Metallblechen aus Kupfer, Silber oder dergl. zum Bilden eines Leitermusters auf einer isolierten Basis ist dem Fachmann bekannt.

Die einzelnen Leiter 43 der fortlaufenden Windung 21 werden mit einem Abstand hergestellt, der etwas geringer ist als der Abstand, welchen die Leiter haben sollen, wenn das Skalenteil 19 für den Betrieb auf der Werkzeugmaschine montiert wird. Der reduzierte Abstand wird durch ein Vorspannen des Metallbandes und deshalb der Kupferschicht erzielt, wenn das Windungsmuster auf die Oberfläche der Kupferschicht aufgebracht wird. Die Vorspannung entspricht etwa der gleichen Spannung, welche auf das Skalenteil einwirkt, wenn es in der Maschine montiert ist. Nachdem das Muster auf das Band aufgebracht wird, wird die Vorspannung entfernt und dementsprechend reduzieren sich die Abstände der einzelnen Leiter. Als Ergebnis besitzen die einzelnen Leiter einen Abstand, welcher geringfügig kleiner ist als ihr Normalabstand infolge des vorhergehenden Vorspannens des Skalenteils 19 während seines Normalbetriebs. Alsdann, wenn die Enden 22 und 25 des Skalenteils 19 an der Maschine befestigt sind, wie dies bereits vorstehend beschrieben wurde und nachfolgend noch weiter erläutert werden wird, wird das Skalenteil 19 so weit gestreckt, bis sich der gewünschte Abstand zwischen den Leitern 43 einstellt. Es wird nicht lediglich das Band gestreckt, wenn die Skala 19 mit Federspannung an die Werkzeugmaschine 20 montiert wird, sondern auch die Leiter 43 und der Klebstoff

Wieder zu Fig. 2, 6 und 7: Die Federgehäuse und 37' wurden einfach in das Gehäuse 38 eingesetzt, so daß dann, wenn das Skalenteil 19 voll gespannt ist, ein Teil der Kolben 40 und 41 aus den Federgehäusen 37 und 37' nach außen über das Gehäuse 38 vorstehen, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist. Die Federgehäuse 37 und 37' werden dann mit Hilfe von Klemmschrauben 39 bzw. 39' in ihrer Lage arretiert. Zuerst wird die Spannmutter 41 gelöst, so daß die Öffnungen 61 und 61' ausgerichtet werden können. Sobald die Öffnungen 61 und 61' fluchten und das zweite Ende 25 des Skalenteils in den Schlitz 34 im verlängerten Kopf 33 des Bolzens 32 eingesetzt ist, kann der Verbindungsstift 35, der dazu dient, das Skalenteil 19 sicher mit dem Kopf 33 des Bolzens 32 zu verbinden, eingesetzt wer den. Danach übt eine Drehung der Spannmutter eine Zugkraft auf den Bolzen 32 bzw. auf dessen Kopf 33 und auf das Skalenteil 19 aus.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist. ist das Gehäuse nicht mit der darunterliegenden Oberfläche der Werkzeugmaschine 20 verbunden. Deshalb wird das Ge häuse dann, wenn die Spannmutter 41 beispielsweise

K)

20

25

so

35

40 im Uhrzeigersinn gedreht wird, nach links bewegt. Mit anderen Worten: Wenn die Länge des Bolzens 32 zwischen dem Flansch 30 und dem Skalenteil 19 reduziert wird, dann werden die Federn 36 und 36' für ein Strecken des Skalenteils 19 zusammengedrückt, wie dies nachstehend beschrieben wird.

Aus den F i g. 2 bis 5 ist ersichtlich, daß der Schieber 18 so mit dem Schlitten einer Werkzeugmaschine 20 verbunden ist, daß er sich mit dem Schlitten 50 entlang der y- Achse gegenüber dem Skalenteil 19 bewegt, welches so mit der Werkzeugmaschine 20 verbunden ist, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Die Schrauben 51 und 51' befestigen den Schieber 18 am Schlitten 50. Auf einander gegenüberliegenden Seiten des Schiebers 18 sind Führungsmittel 52 und 52' mit Hilfe von Schrauben 53 bzw. 53' befestigt. Die Führungsmittel 52 und 52' dienen dazu, das Skalenteil 19 und den Schieber 18 über den gesamten Weg des Schiebers 18 parallel zueinander zu halten. Die Führungsmittel 52 und 52' unterstützen außerdem das Skalenteil 19, um ein Durchbiegen zu verhindern, falls dies notwendig ist.

Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Führungsmittel 52 aus zwei Schuhen 54 und 54' bestehen, welche Nocken 55 bzw. 55' aufweisen, die die Oberkante und Unterkante des Skalenteils 19 berühren und einen Luftspalt 56 zwischen dem Skalenteil 19 und dem Schieber 18 lassen. Die Seiten der Nocken 55 und 55' sind etwas geneigt, so daß die Wicklung 21 auf dem Skalenteil 19 nicht in Reibungskontakt mit den Seiten der Nocken während der Relativbewegung zwischen Schieber 18 und Skalenteil 19 liegt. Es können jedoch auch andere Schlitz- oder Nockenausbildungen gewählt werden.

Die Schuhe 54 und 54' sind mit Hilfe von Schrauben 53 bzw. 53' am Schieber 18 befestigt. Wenn die Schrauben 53 bzw. 53' gelöst werden, ermöglichen sie ein Einstellen der als Führungsmittel dienenden Schuhe 54 bzw. 54'. Diese Schuhe können an eine bestimmte Höhe des Skalenteils 19 angepaßt werden und mit ihrer Hilfe kann auch die Breite des Luftspaltes 56 eingestellt werden.

In der Praxis hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Leiter 44 und 44' etwa in einem Abstand von ca. .Ι 1.6mm von den äußeren Kanten des Skalenteils entfernt anzuordnen, so daß die Schlitze 55 und 55' nicht in Reibungsberührung mit ihnen kommen können. Vorzugsweise wird ein Luftspalt von ca. 0.25 mm zwischen dem Skalenteil 19 und dem Schieso ber 18 über den gesamten Bewegungsbereich eingehal ten, um eine geeignete induktive Kopplung sicherzu stellen.

Der Schieber 18 trägt ein paar Phasenschieberwin düngen (Quadrature Windings), die allgemein mit 4·

>i bezeichnet sind. Die Leiter 47, 47', 48 und 48' lie fern den Phasenschieberwindungen 49 des Schieber 18 genaue Sinus- und Cosinus-Spannungspotentiale Die Spannungspotentiale stehen in Beziehung wie de Phasenabstand im Polzyklus der fortlaufenden Wir

60 dung 21 auf dem Skalenteil 19. An die Rückleiter und 44' bzw. an die Enden der fortlaufenden Wir dung 21 ist ein zusätzliches Paar von Leitern 46 un 46' angelötet. Sie dienen dazu, die in der fortlaufer den Windung 21 induzierte Spannung einem Fehlei

6^ verstärker und einem Phasendetector zuzuführen, w dies bekannt ist. Die Phasenschieberwindungen umfassen beispielsweise 24 Gruppen von haarnade förmigen Leitern. Zwölf dieser Leitergruppen, näri

2 Oil 594

lieh 1, 3, 5, 7, 9, 11, 14, 16, 18, 20, 22 und 24 umfassen eine Phasenschieberwindung 58, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, während die restlichen zwölf Leitergruppen, nämlich 2, 4, 6, 8, 12, 13, 15, 17, 19, 21 und 23 andere Phasenschieberwindungen 58' aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Verbindung der Leitergruppen mit Hilfe von Leitern 60a erzielt, welche durch den Schieber 18 in eine nicht dargestellte, auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Schiebers 6 befindlichen Mulde laufen. Die strichpunktierten Linien 59 und 59' repräsentieren die Höhe des Skalenteils 19.

Phasenschieberwindungen 49 können mit Hilfe eines Foto-Ätzverfahrens oder anderer bekannter Verfahren zum Bilden elektrischer Leiter in einem Muster auf einer isolierten Schicht, welche über einem Träger-Grundteil angeordnet ist, erzeugt werden. Das Grundteil kann aus warmgewalztem Stahl oder anderen Metallen bestehen. Außerdem kann auch das Leiternetz oder Muster direkt auf dem Grundteil gebildet werden, welches aus Glas oder einem ähnlichen Material besteht.

Die schematische Darstellung der Phasenschieberwindungen 58 und 58' in Fig. 5 zeigt, daß die Windungen um eine Mittellinie symmetrisch angeordnet sind, so daß jede Veränderung in den Dimensionen des Schiebers 18 den gleichen Effekt auf beide Windungen 58 und 58' hat. Dies führt zu einem Elimenieren der Phasenverschiebung (Quadrature Shift). Wie in diesem Patent erwähnt, sind die Leitergruppen mit den Phasenschieberwindungen so angeordnet, daß die Leitergruppen der einen Phasenschieberwindung, welche den Strom in eine Richtung leiten, auf relativ gegenüberliegenden Positionen des Stromwegs bezüglich der Leitergruppen der anderen Phasenschieberwindung liegen.

Bevor der Normalbetrieb mit dem Lagenmeßumformer beginnen kann, muß das Skalenteil in geeigneter Weise geeicht werden, so daß es genau innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen liegt. Beispielsweise sollte die Genauigkeit innerhalb von ± 0,005 mm bei den ersten 30 cm bei 20°C liegen und innerhalb von ± 0,0025 mm für jeweils weitere 30 cm der Skalenlänge von Skalenteil 19, welche beispielsweise ca. 180 cm lang sein kann.

Es können verschiedene Verfahren verwendet werden, um die erforderliche Spannung auf dem Skalenteil zu bestimmen. Beispielsweise kann ein Meßblock von etwa 25 cm Länge und eine Meßuhr verwendet werden. Die Spannmutter 41 wird dann angezogen, bis eine Länge von 25 cm des Skalenteils 19 genau mit dem Meßblock übereinstimmt. Bei Verwendung des Meßblock-Indikators müssen zwei Fehlersignale gefunden werden, welche etwa 25 cm auseinanderliegen, indem man den Schlitten 50 und den Schieber 18 bewegt. Die Nullpunkte können u.U. nicht genau 25 cm voneinander entfernt liegen, weil das Skalenmeßteil nicht fest genug gezogen ist. In zwei oder drei Versuchen, während deren die Spannmutter eingestellt ist, kann jedoch die genaue Lage der Nullpunkte fixiert werden. Die Verwendung eines Meßblocks und einer Meßuhr ist in der Fachwelt be-

; kannt, so daß sich eine weitere Erläuterung der Einzelheiten erübrigt.

Nach einem anderen Verfahren ist es erforderlich, den Zug zuerst in der Fabrik zu bestimmen. Eine solche Bestimmung kann beispielsweise durchgeführt

ίο werden, indem man das Skalenteil 19 mit einer genauen, als Standardskala benutzten anderen Skala vergleicht. Ein Schieber ist relativ beweglich gegen-. über der Standardskala montiert und ein anderer Schieber ist relativ beweglich gegenüber der zu mes-

n senden Skala montiert. Ein Computer empfängt die Fehlersignale von beiden und zeigt die Differenzen zwischen den Fehlerwerten aus beiden Skalenteilen an. Die Spannung des zu messenden Skalenteils wird so lange justiert, bis die Genauigkeit innerhalb der für die Länge der Skala spezifizierten Toleranz liegt. Diese Spannung, als Fehlerkraft in Kilo gemessen, wird vermerkt, so daß die Skala beim Einbau bei dem Veroraucher unter der gleichen Spannung montiert werden kann.

Die Längssteifheit des Skalenteils 19 ist so groß, daß ein Zug von ca. 4,5 kp das Skalenteil 19 mit den Abmessungen des vorerwähnten Ausführungsbeispiels um ca. 0,13 mm dehnt. Unter einem Zug von 4,5 kp ist das Skalenteil relativ starr. Da das Skalenteil 19 relativ flexibel ist, wenn es nicht unter Federspannung steht, kann es leicht verpackt werden.

Es ist hervorzuheben, daß, obwohl die spezifische Äusführungsform des Lagenmeßumformers 17 so dargestellt ist, daß der Lagenmeßumformer 17 mit der Werkzeugmaschine 20 entlang ihrer y- Achse (horizontal) verbunden ist, die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist; es ist ebenso gut möglich, daß ein Skalenteil zum gleichzeitigen oder unabhängig erfolgten Messen von Bewegungen entlang der x- und j-Achse oder entlang anderer Achsen einer mehrachsigen Werkzeugmaschine eingebaut werden kann. Obwohl lediglich ein gerader Meßumformer gezeigt und beschrieben ist, kann nach anderen Ausführungsformen das Skalenband rund angeordnet sein, so daß sich ein runder Lagenmeßumformer ergibt. Außerdem kann, obwohl das Skalenteil als an seinem einen Ende fest mit der Werkzeugmaschine und an seinem anderen Ende unter Zug montiert beschrieben wurde, das Zug-Montageglied nach dem endgültigen Einbau durch ein festes Montageglied ersetzt werden, da die geeignete Spannung durch das Zug-Montageglied aufgebracht worden ist. In diesem Fall würde, weil die Skala unter geeigneter Spannung mit beiden Ender an die Werkzeugmaschine montiert wäre, die Länge der Skala direkt der Ausdehnung oder Kontraktior der Werkzeugmaschinen-Achse folgen.

Die Lagenmeßumformer werden auch als Transfer matoren zur Stellungsanzeige bezeichnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Lagenmeßumformer mit relativ zueinander beweglichen, induktiv gekoppelten Transformatorteilen, wobei einer der Transformatorteile aus einem Grundteil besteht, welches eine kontinuierliche elektrische Windung trägt, die aus vielen in gleichen Abstünden nebeneinander angeordneten aktiven Leiterteilen besteht, die quer zur Längsachse des Grundteils verlaufen und für entgegengesetzte Richtungen des Stromflusses in benachbarten aktiven Leiterteilen in Serie geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundteil (9,19) aus elastischem Material besteht und Mittel (26) zum Strecken des Grundteils (9,19) in Richtung der Längsachse vorgesehen sind, so daß der Abstand zwischen benachbarten aktiven Leiterteilen (43) der Windung (10,21) und somit die induktive Kopplung zwischen dieser Windung (10,21) und den zugehörigen Windungen (49) des anderen Transfunnatortcils veränderbar sind.

2. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundteil (9, 19) ein Stahlband ist und Mittel (36, 36') zum Aufbringen einer einstellbaren Federspannung auf das Band vorgesehen sind.

3. Umformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Transformatorteil die Form eines Schiebers (18) aufweist, der induktiv mit der kontinuierlichen Windung (10,21) gekoppelte Windungen (49) besitzt, so daß der Schieber (18) gegenüber dem Grundteil (9,19) gleitbar angeordnet ist, derart, daß ein gleichmäßiger Luftspalt (56) zwischen der kontinuierlichen Windung (10,21) während der Bewegung des Schiebers (18) in Bezug auf die kontinuierliche Windung (10,21) aufrechterhalten wird.

4. Umformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitverbindung die Form von Schlitzen (55,55^ an gegenüberliegenden Kanten des Schiebers für die korrespondierenden Kanten des Bandes (9,19) besitzt.

5. Umformer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (55,55^ an jeder Kante die Form eines V aufweisen.

6. Umformer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberwindungen (49) in Form von phasenverschobenen Sinus- und Kosinuswindungen mit einem Polzyklus der kontinuierlichen Windung (10,21) angeordnet sind.

einander angeordneten, aktiven Leiterteilen besteht. wobSl die Leiterteile quer zur Längsachse der Trans-Katorteile verlaufen und in Sere geschaltet sind, be its bekannt und werden im wetesen Um-