DE2113690C3

DE2113690C3 - Vorrichtung zur Übertragung von Meßwerten aus oder von Steuerimpulsen in Maschinen bzw. Einrichtungen mit relativ zueinander rotierenden Teilen

Info

Publication number: DE2113690C3
Application number: DE2113690A
Authority: DE
Inventors: Mathias Dipl.-Ing. 4630 Bochum Uhle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-03-22
Filing date: 1971-03-22
Publication date: 1974-03-21
Also published as: DE2113690A1; DE2113690B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Meßwerten aus oder von Steuerimpulsen in Maschinen bzw. Einrichtungen mit relativ zueinander rotierenden Teilen, bei welcher dem einen Teil mindestens eine Strahlungsquelle und dem anderen Teil mindestens ein Strahlungsempfänger zugeordnet ist, mittels derer die als elektrische Signale vorliegenden Meßwerte oder Steuerimpulse während der relativen Rotationsbewegung beider Teile in Form modulierter elektromagnetischer Strahlung ununterbrochen zwischen diesen übertragbar sind.

Vorrichtungen dieser Gattung haben in der Technik vielfältige Bedeutung. Sie dienen z. B. dazu, auf möglichst einfache Weise von feststehenden Steuerständen oder Maschinenteilen aus Steuerimpulse auf rotierende oder sich in anderer Weise bewegende Maschinen bzw. Maschinenteile zu übertragen. In der Meßtechnik besteht außerdem häufig die umgekehrte Aufgabe, Meßsignale aus rotierenden Maschinenteilen auf ruhende Meßgeräte oder Meßdatenspeicher zu übertragen. Dabei kann es sich um die verschiedensten Meßwerte handeln, z. B. um gemessene Temperaturwerte oder mittels Dehnungsmeßstreifen erfaßte übertragene Drehmomente, wobei diese Meßwerte zum Zwecke ihrer Übertragung, ebenso wie die Steuerimpulse, in elektrische Signale umgesetzt werden.

In diesem Rahmen richtet sich die Erfindung insbesondere auf die Übertragung von Meßsignalcn aus rotierenden Maschinenteilen auf ruhende Meß-, Empfangs- oder Meßdatenspeicher-Geräte, bei welcher die von dem rotierenden Teil abgenommenen Meßwerte zunächst in elektrische Signale umgesetzt, diese von dem rotierenden auf den ruhenden Teil übertragen und von diesem an das Meß-, Empfangs- und/oder Speichergerät weitergcleitct werden.

Bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung ist es zum Zwecke der berührungslosen Übertragung solcher Signale zwischen den relativ zueinander rotierenden

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Teilen bekannt und vielfach üblich, mittels Funk- Von der zuvor beschriebenen Vorrichtung unterstrecken im Ultrakurzwellenbereich zu arbeiten, wo- scheidet sich eine ähnliche Vorrichtung Weutsciv' bei die in Form elektrischer Signale vorliegenden Ofienlegungsschrift 1939510) hauptsächlich dadurch, Meßwerte oder Steuerimpulse mittels der Strahlungs- da» bei ihr ein anderes Madulationsverfaluen angequelle des einen Teils in modulierte elektromagnet!- 5 wandt wird, das dazu führt* daß die Informationen sehe Strahlung umgewandelt und in dieser Form auf in Form von Lichtimpulsen Übertrager, werden. Fur den Strahlungsempfänger des anderen Teils über- die Signalübertragung zwischen relativ zueinander tragen werden, der sie in elektrische Signale rück- rotierenden Teilen im Sinne eines ständig ununterverwandelt, so daß sie von ihm in dieser Form weiter- brochenen Kontakts ist jedoch auch diese Vorrichgeleitet werden können. _l0 tung ungeeignet.

Die Anwendung des Funkverfahrens bringt jedoch Abgesehen von dem zuvor beschriebenen Fall der gerade für die hier in Rede stehenden Zwecke die Signal- oder Informationsübertragung zwischen rela-Schwierigkeit, daß es wegen des in Maschinenhallen tiv zueinander ruhenden Teilen, ist die Verwendung häufig hohen Funkstörpegels auf Schwierigkeiten von elektromagnetischer Strahlung im optischen Bestößt, und es infolge des Mangels an freien Funk- 15 reich schließlich auch bei solchen Vorrichtungen kanälen wegen der zu kleinen Bandbreite nur die bereits bekannt, die zwar relativ zueinander rotie-Übertragung sehr begrenzter Informationsmengen er- rende Teile aufweisen, bei denen aber der Rotationsmöglicht, zumal die Zurverfügungstellung solcher winkel selbst die zu messende. Größe verkörpert. Kanäle entsprechende behördliche Genehmigung Gemäß einer bekannten Vorrichtung dieser Gattung voraussetzt. _ao (USA.-Patentschrift 3 399 590), die insbesondere für

Statt dessen ist es für die berührungslose Über- Navigationszwecke bestimmt '*t, wird auf diese Weise

tragung elektrischer Signale zwischen relativ zuein- mit besonders hoher Genauigkeit die Nullstellung

ander rotierenden Teilen auch bekannt, induktiv im einer sich drehenden Welle zeitlich markiert. Die

Niederfrequenzbereich unter Verwendung von Dreh- berührungslose Übertragung von Signalen zwischen

transformatoren oder kapazitiv (vgl. Zeitschrift »Fein- _a5 relativ zueinander rotierenden Teilen ist mit dieser

werktechnik« 1969, Heft 10, S. 431/432) zu arbeiten. bekannten Vorrichtung jedoch nicht möglich.

Auch diese Verfahren haben jedoch nicht be- Nach einem ähnlichen Prinzip arbeitet eine weiterfriedigt. Das induktive Verfahren arbeitet zwar re- hin bekannte lichtelektrische Meßeinrichtung (österlativ betriebssicher, es gestattet jedoch nur die Über- reichische Patentschrift 268 713; deutsche OfTentragung sehr niederfrequenter Meßsignale, wodurch 30 legungsschrift 1 498 224), die unter Verwendung von der Informationsfluß ebenfalls begrenzt ist. Das optischen Bauelementen, insbesondere in Form von kapazitive Verfahren hat ebenfalls die Eigenschaft. Lichtleitbündeln, zum Bestimmen der Abweichung nur verhältnismäßig schmale Bandbreiten zuzulassen. der Winkelstellung eines Zeigers gegenüber der Nullist darüber hinaus aber weiter besonders empfindlich stellung dient und bei welcher mit Hilfe eines optigegenüber elektrischen Störfeldern. 35 sehen Bauelements, das auf der Welle eines mit kon-

Fur andere Zwecke als für die Signalübertragung stanter Drehzahl umlaufenden Motors angeordnet

zwischen relativ zueinander rotierenden Teilen ist ist. einerseits über ein die Meßstellung markierendes

es bereits bekannt, elektromagnetische Strahlung im optisches Bauelement und andererseits über ein die

optischen Bereich zu verwenden. Dabei handelt es Nullstellung festlegendes optisches Bauelement zwei

sich jedoch um die Übertragung von Signalen oder 4j aufeinander folgende Lichtimpulse erzeugt werden,

Informationen zwischen ruhenden Teilen. deren zeitlicher Abstand das direkte Maß für den

So ist bereits eine Strommeßvorrichtung für Hoch- gemessenen Winkel liefert. Zur Übertragung von spannungsnetze mit optischer Übertragung bekannt bereits in Form elektrischer Signale vorliegenden (deutsche Auslegeschrift 1 283 363). mittels welcher Meßwerten oder Steuerimpulsen zwischen relativ der Fluß eines polarisierten Lichtbündels moduliert 45 zueinander rotierenden Teilen ist auch diese bekannte wird, dessen Polarisationsebene unter dem Einfluß Einrichtung weder bestimmt noch geeignet, eines durch den zu messenden Strom erzeugten Ma- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gnetfelds gedreht wird und die sich dadurch kenn- Vorrichtung zu schaffen, die es mit Hilfe einfacher zeichnet, daß das polarisierte Lichtbündel durch eine mechanischer und elektrischer Mittel gestattet, auch einen Ausgleich bewirkende magnetische Dreh vor- 50 große Informationsmengen unter allen Umständen richtung hindurchgeht, welche sich in Erdnähe be- vtörsicher und vor allem ununterorochen zwischen findet und welche eine Drehung in der Gegenrichtung relativ zueinander rotierenden Teilen von Maschinen bewirkt, wodurch ein Ausgleich für die erste Drehung oder Einrichtungen zu übertragen, gegeben ist, daß ferner durch eine Meßvorrichtung Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung der die Ausgleichsdrehung verursachende Strom ge- 55 von der eingangs an erster Stelle als bekannt angegemessen wird und daß schließlich ein Mittel vorge- benen Vorrichtung aus, bei welcher die als elektrischen ist, mit dessen Hilfe das aus der zum Ausgleich sehe Signale vorliegenden Meßwerte oder Steucidienenden magnetischen Drehvorrichtung austretende impulse, wie im Falle der Funkübertragung, in Form Lichtbündel in zwei Teilbündel unterteilt wird, die modulierter elektromagnetischer Strahlung zwischen jeweils in zwei fotoelektrische Vorrichtungen ein- 60 den relativ zueinander rotierenden Teilen übertragen fallen, welche zu einer ausgeglichenen Schaltung ge- werden, kennzeichnet sich dieser gegenüber aber dahören. Dabei repräsentiert der Winkel der Polarisa- durch, daß se aus einem, die gemeinsame Rotationstionsebene gegenüber der der Referenzebene die je- achse ringförmig umgebenden Strahlungskanal beweilige Information. steht, der aus zwei Ringhälften gebildet ist, von denen

Ein ununterbrochene Informationsübertragung 65 die eine Ringhälfte dem einen Teil und die andere zwischen zwei relativ zueinander rotierenden Teilen Ringhälfte dem anderen Teil der beiden relativ zuist mit Hilfe diese, Vorrichtung weder vorgesehen einander rotierenden Teile zugeordnet sind, wobei

noch möglich. der einen Ringhälfte mindestens eine, modulierte

elektromagnetische Strahlung im optischen Bereich Maschinenteil statt dessen über den jeweils ruhenin den Strahlungskanal abgebende Strahlungsquelle den Maschinenteil von außen Steuerimpulse zu überzugeordnet ist, während der anderen Hälfte ein die tragen.

reflektierte Strahlung aus dem Strahlungskanal auf- In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausnehmender Strahlungsempfänger zugeordnet ist, der- 5 führungsbeispiel erläutert,
art, daß die durch die Strahlungsquelle an beliebiger Es zeigt

Stelle in den Strahlungskanal eingebrachte und durch F i g. 1 das Anwendungsschema der Vorrichtung;

forlgesetzte Reflektion innerhalb des Strahlungskanals F i g. 2 die Übertragungsvorrichtung im Querschnitt

auf optischem Wege um die Rotationsachse geführte durch die Maschinenwelle, und

Strahlung ständig an beliebiger anderer Stelle des io F i g. 3 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung

Strahlungskanals von dem sich relativ zur Strahiungs- gemäß F i g. 2.

quelle bewegenden Strahlungsempfänger des anderen Das Anwendungsschema gemäß Fig. 1 veran-

Teils aufnehmbar ist. schaulicht eine Anordnung, bei welcher Meßsignalc

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat im Ge- aus einem rotierenden Maschinenteil auf ein ruhen-

gensatz zu berührungslos arbeitenden Übertragungs- 15 des Meßdaten-Speichcrgerät übertragen werden. Bei

vorrichtungen mittels Funkstrecken den erheblichen dem in F i g. 1 veranschaulichten Ausführungbeispiel

Vorteil, daß die Verwendung optischer Strahlung als handelt es sich um den Fall von Temperaturmessun-

Informationsträger wesentlich größere Informations- gen an mehreren Mcßstellcn 1 des Läufers 2 eines

flüsse zuläßt, ohne daß benachbarte Anlagen beein- Drehstrom-Asynchronmotors 3, wobei die auf üb-

trächtigt werden, und daß jede etwa störende Fremd- ao liehe Weise vom Läufer abgenommenen Meßwerte

strahlung leicht abgeschirmt werden kann, so daß ein in Form elektrischer Signale unter Vermittlung eines

äußerst hoher Grad an Störsicherheit gewährleistet Modulators 4 zunächst an eine batteriebetriebene

ist. Leuchtdiode 5 weitergeleitet werden, die an dem mit

Die zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehören- der Maschincnwcllc 6 rotierenden Innenteil 7 des

den mechanischen Bauteile sind verhältnismäßig as Strahl-ingskanals 8 befestigt ist. Im feststehenden

einfach und daher leicht herstellbar, wobei die Vor- Außenteil 9 des Strahlungkanals 8 befindet sich eine

richtung auch jederzeit nachträglich bei Maschinen Photodiode 10, die die von der Leuchtdiode 5 aus-

oder Einrichtungen eingebaut werden kann, ohne gesandte, im optischen Bereich liegende modulierte

daß damit ein allzu großer Aufwand verbunden wäre. elektromagnetische Strahlung aufnimmt und über

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist 30 einen Demodulator 11 auf ein als Meßdatenspeicher

der ringförmige Strahlungskanal einen kreisrunden dienendes Bandgerät 12 überträgt.

Innenquerschnitt auf, wobei der Strahlungskanal Wie F i g. 2 und 3 deutlicher veranschaulichen,

zweckmäßig koaxial zur Rotationsachse geteilt ist. besteht die Vorrichtung aus einem mit der Maschi-

Es ist jedoch auch möglich, den Strahlungskanal nenwelle 6 drehfest verbundenen und daher zusam-

statt dessen quer zur Rotationsachse zu teilen. In 35 men mit dieser rotierenden Innenteil 7 sowie einem

jedem Falle bildet die Teilungsebene dss Strahlungs- den Innenteil 7 außen umgebenden, feststehenden

kanals bevorzugt eine Symmetrieebene des lichten Außenteil 9, die gemeinsam einen die Welle 6 ring-

Kanalquerschnitts. förmig umgebenden Strahlungskanal 8 umschließen.

Der aus Metall oder anderem Werkstoff, z. B. Der Strahlungskanal 8 hat einen kreisrunden Innen-

Kunststoff, bestehende Strahlungskanal ist an den 40 querschnitt und ist an seinen Innenwänden verspie-

Tnnenwänden zweckmäßig verspiegelt. gelt. Wie ersichtlich, ist der Strahlungskanal 8 koaxial

Zur Übertragung der Strahlung zwischen der Strah- zur Rotationsachse χ symmetrisch geteilt, so daß lungsquelle und dem Strahlungsempfänger können sich zwei Ringhälften 8 α und 8 b ergeben, von denen gegebenenfalls zusätzlich Umlenkspiegel vorgesehen die Ringhälfte 8 α mit der Welle 6 drehfest verbunden sein, die entweder in der Nähe der Strahlungsquelle 45 ist, während die ihr gegenüberliegende äußere Ringoder in der Nähe des Strahlungsempfängers angeord- hälfte 8 b Bestandteil des feststehenden Außenteils 9 net sind. ist.

Die Strahlungsquelle besteht aus mindestens einer Um die beiden Ringhälften 8 α und 8 b jederzeit

Leuchtdiode und der Strahlungsempfänger aus einer leicht auch nachträglich anbringen oder auswechseln Photodiode. 5° zu können, sind diese einschließlich der ihnen jeweils Eine besonders zweckmäßige Vorrichtung zur zugeordneten Innen- und Außenteile 7 und 9 zusätz- Übertragung von Meßsignalen aus rotierenden Ma- Hch auch radial geteilt, wobei der Innenteil 7 aus den

schinenteilen auf außerhalb der Maschine angeord- zwei Halbschalen 7 α und 7 b zusammengesetzt ist.

nete Empfangsgeräte über den jeweils ruhenden die mittels Spannringen 15 auf der Welle 6 festge-

Maschinenteil kennzeichnet sich erfindungsgemäß 55 klemmt sind. Die Halbschale 7 α des Innenteils 7

schließlich dadurch, daß sie aus einem, die Maschi- trägt in einem Halter 16 zwei batteriegespeiste

nertwelie ringförmig umgebenden Strahlungskanal Leuchtdioden 5,5 a, und zwar derart, daß diese un-

besteht, dessen kreisrunder Innenquerschnitt koaxial mittelbar in den Strahlungskanal 8 hineinragen,

zur Welle symmetrisch geteilt ist, wobei der Innenteil Der gleichfalls radial geteilte Außenteil 9 mit dei

mit der Welle drehfest verbunden ist, während der 60 äußeren Ringhälfte 8 6 des Strahlungskanals 8 be

Außenteil relativ feststeht, und daß der Innenteil die steht einerseits aus dem Fußteil 9 α und andererseit

in den Strahlungskanal hinein strahlende Strahlungs- aus dem Deckelteil 9 b, die bei 17 und 17 α mittel:

quelle trägt, wohingegen am feststehenden Außenteil in der Zeichnung nicht aargestellter Schrauben mit

der die reflektierte Strahlung gegebenenfalls mittelbar einander verbunden sind. Am Deckelteil 9 6 des fest

über einen Umlenkspiegel aufnehmende Strahlungs- 65 stehenden Außenteils 9 ist — gleichfalls in dei

empfänger befestigt ist Querschnitt des Strahlungskanals 8 hineinragend —

Selbstverständlich ist die Anordnung umgekehrt, ein Umlenkspiegel 18 derart befestigt und dieser zu

wenn es sich darum handelt, auf den rotierenden gleich so ausgebildet, daß er die im Strahlungskanal!

reflektierte Strahlung auf eine mittels Klemmschraube 19 gleichfalls im feststehenden Deckelteil 9 b befestigte Photodiode 10 als Strahlungsempfänger richtet.

Auf Grund dieser Anordnung wird erreicht, daß die als Informationsträger für die Signalübertragung zwischen den relativ zueinander rotierenden Teilen dietwade, von der mit der Welle 6 umlaufenden Leuchtdiode 5 im optischen Bereich ausgesandte

modulierte elektromagnetische Strahlung unabhängig von der jeweiligen Stellung der Leuchtdiode 5 infolge der mehrfachen Reflektion im Strahlungskanal 8 jederzeit unter Vermittlung des Umlenkspiegels 18 von der feststehenden Photodiode 10 aufgenommet und gemäß dem Schema nach F t g. 1 über den Demodulator 11 an das Band-Speichergerät 12 weitergeleitet weiden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

40961:2

Claims

, 2 Patentansprüche;

1. Vorrichtung zur Übertragung von Meßwerten aus oder von Steuerimpulsen in Maschinen bzw. Einrichtungen mit relativ zueinander rotierenden Teilen, bei welcher dem einen Teil mindestens eine Strahlungsquelle und dem anderen Teil mindestens ein Strahlungsempfänger zugeordnet ist, mittels derer die als elektrische Signale vorliegenden Meßwerte oder Steuerimpulse während der relativen Rotationsbewegung beider Teile in Form modulierter elektromagnetischer Strahlung ununterbrochen zwischen diesen übertragbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem, die gemeinsame Rotationsachse (x) ringförmig umgebenden Strahlungskanal (8) besteht der aus zwei Ringhälften (8 α und 8 b) gebildet ist, von denen die eine Ringhälfte (8 a) dem einen Teil und die andere Ringhälfte (8 b) dem anderen Teil der beiden relativ zueinander rotierenden Teile (7 und 9) zugeordnet ist, wobei der einen Ringhälfte (z. B. 8 a) mindestens eine, modulierte elektromagnetische Strahlung im optischen Bereich in den Strahlungskanal (8) ab- as gebende Strahlungsquelle (5) zugeordnet ist, während der anderen Ringhälfte (z. B. 8 b) ein die reflektierte Strahlung aus dem Strahlungskanal (8) aufnehmender Strahlungsempfänger (10) zugeordnet ist, derz -t, daß die durch die Strahlungsquelle (5) an beliebiger Stelle in den Strahlungskanal (8) eingebrachte jnd ci^rch fortgesetzte Reflektion innerhalb des S.rahlurgskanals (8) auf optischem Wege um die Rotationsachse (.ϊ) geführte Strahlung ständig an beliebiger anderer Stelle des Strahlungskanals (8) von dem sich relativ zur Strahlungsquelle (5) bewegenden Strahlungsempfänger (10) des anderen Teils aufnehmbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Strahlungskanal (8) einen kreisrunden Innenquerschnitt aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskanal (8) koaxial zur Rotationsachse (x) geteilt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskanal (8) quer zur Rotationsachse (x) geteilt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungsebene des Strahlungskanals (8) eine Symmetrieebene des lichten Kanalquerschnitts bildet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwände der zwei Ringhälften (8 α und 8 b) des Strahiungskanals (8) verspiegelt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Strahlung zwischen der Strahlungsquelle (5) und dem Strahlungsempfänger (10) mindestens ein Umlenkspiegel (18) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (5) aus mindestens einer Leuchtdiode besteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem

der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsempfänger (10) aus einer Photodiode besteht.

JO, Vorrichtung zur Übertragung von Meßsignalen aus rotierenden Maschinenteilen auf außerhalb der Maschine angeordnete Empfangsgeräte über den jeweils ruhenden Maschinenteil nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem, die Maschinenwelle (6) ringförmig umgebendeu Strahlungskanal (8) besteht, dessen kreisrunder Innenquerschnitt koaxial zur Welle (6) symmetrisch geteilt ist, wobei der Innenteil (7) mit der Welle (6) drehfest verbunden ist, während der Außenteil (9) relativ fest steht, und daß der Innenteil (7) die in den Strahlungskanal (8) hinein strahlende Strahlungsquelle (S) trägt, wohingegen am feststehenden Außenteil (9) der die reflektierte Strahlung gegebenenfalls mittelbar über einen Umlenkspiegel (18) aufnehmende Strahl ungsempfängei (10) befestigt ist.