DE2428785C2 - Vorrichtung zur Ermittlung der Position einer in ihrer Längsrichtung verschiebbaren Stange - Google Patents

Description

daß eine gerade Zahl einzelner Polschuhe mit je Genauigkeit der PositionierunssermittluEg der

einem als magnetfeldabhängiger, elektrischer Wider- Stange," die für viele Anwendungsgebiete ausreicht,

stand oder als Diode ausgebildeten Fuhlerelement Bei robusten Zählern von etwa 20 kHz ist dabei eine

jeweils in einer gemeinsamen, zur Stangenachse maximale Verschiebungsseschwindiskeit der Stange

rechtwinklig verlaufenden Ebene in gleichen Ab- 5 von 2 m. sek möglich. Die"bekannieriZähler gestatten

ständen voneinander über dem Umfang der Stange eine Vorwahl der Impulse, nach deren Ablauf ein

verteilt sich gegenüberliegend angeordnet sind und Signal ausgeworfen wird, das je nach Wunsch visuell

daß Differenzwerte der Ausgangsspannung zweier sichtbar oder hörbar ist bzw eine Schaltung bewirkt,

sich gegenüberliegender Fühierclcmentc über eine Ein Zähler registriert Ereignisse und addiert jedes

Triggerstufe einem bekannten Vorwahlzähler als io neue Ereignis hinzu.

Zählimpulse zugeführt werden. Bei einem Vorwahlzähler wird ein vorgegriffenes

Auf diese Weise bedarf es der Drehung der Stange Zählergebnis vorgewählt. Ein Vergleicherbaustein nicht, und es werden mechanisch zählbar. Meß- wirft ein Signal aus. sobald der Zähler so viel aufimpulse uach Durchlauf einer wählbaren Zahl gleich addiert hat? wie dem Inhalt des Vorwählers entgroßer Maßeinheiten der Stange erzielt. Die Zahl der 15 spricht. Einem Zähler können mehrere Vorwahl-Maßeinheiten für die gewünschte Positionierung ist einheiten zugeordnet werden.

an dem Vorwahlzähler auch während des Betriebes Wird nur eine Vorwahl benötigt, benutzt man

mit einem Griff schnell einstellbar, und die Große Zähler mit Rückwärtszählung. Man setzt den Zähler-

der Maßeinheiten, die die Genauigkeit der Positionie- höchststand und subtrahiert die Ereignisse, beim

rung bestimmt, ist durch die Zahl der zweiten Pol- ao Stand Null wird ein Signal ausgegeben,

schuhe wählbar. Als Anwendungsbefspiel sei eine Cbergabevorrich-

In kinematischer bzw. mechanischer Umkehr kann tung beschrieben." Soll diese einen Gegenstand von selbstverständlich die Stange fest und der Meßkopf einer Maschine in eine andere übergehen, so wird beweglich sein bzw. können die magnetisch leitenden eine Spannzange benutzt, die den Gegenstand zu Meßstreifen in einzelnen, zur Stangenachse recht- 25 greifen hat. Sie sitzt auf einem Querschlitten, der winklig verlaufenden Ebenen und die zweiten Pol- dazu dient, den Gegenstand aus der Maschine herschuhe auf einer zur Stangenachse Schraubenlinien- auszuziehen. Der "Querschlitten seinerseits sitzt förmig verlaufenden Linie angeordnet sein. wieder auf einem Längsschlitten, der den Quer-

Auf diese Weise entsteht beim Sichgegenüber- schlitten, die Spannzange und den Gegenstand vor

stehen je eines zweiten Polschuhes mit dem magne- 30 die zweite Maschine fährt.

tische leitenden Meßstreifen ein erhöhter Magnet- Dort angekommen, fährt der Querschlitten den nuß. Dieser durchflutet das mit einer Stromquelle Gegenstand" mit der Spannzange in die zweite verbundene Fühlerelement und verändert dadurch Maschine ein, wo der Gegenstand von der zweiten dessen elektrischen Widerstand, so daß die Aus- Maschine gegriffen wird. Dann öffnet die Spanngangswerte der Fühlerelemente in Abhängigkeit von 35 zange und fährt denselben Weg zurück, um den den jeweils stattfindenden erhöhten magnetischen nächsten Gegenstand aus der ersten Maschine auf-Durchflutungen variieren. Diese dadurch ebenfalls zunehmen.

variierenden Spannungswerte werden zur Erzeugung Es ergeben sich bei diesem Vorgang verschiedene

von Zählerimpulsen umgeformt. Positionierungsaufgaben beim Einrichten. Es kann

Das wird durch einen Triggervorgang erreicht. 4° z.B. notwendig sein, daß der Gegenstand genau im

Triggern ist das Auslösen eines Schaltvorganges, Schwerpunkt gegriffen werden muß oder daß die sobald am Triggereingang eine bestimmte Spannung Endstellung in Maschine eins nicht gleich der Endentsteht. Die Auslöseschwelle ist einstellbar. stellung in Maschine zwei ist.

Da also auf dem ansteigenden Ast der sinus- Desgleichen kann es sein, daß die Übergabevor-

ähnlichen Spannungskurve je nach der wählbaren 45 richtung umstellbar sein muß auf ähnliche Gegen-

Auslöseschwelle geschaltet werden kann, ist auch stände unterschiedlicher Größe. Desgleichen kann es

der Weg, der dieser Stellung entspricht und damit erforderlich sein, die Schlitten langsam anzufahren

die Lage des Zählimpulses im Bereich des anstei- und zu bremsen.

genden Kurventeiles wählbar. Dasselbe gilt für den Der Erfindungsgegenstand würde erlauben, die

abfallenden Kurventeil und desgleichen für den 5° Positionierung am Schaltpult durch Bedienung von

negativen Teil der Kurve. Vorwahlzählern vorzunehmen.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist die Der Anzahl der Positionierungspunkte sind dabei

Erstreckung des magnetischen Meßstreifens in keine Grenzen gesetzt.

axialer Richtung gleich einem echten Bruchteil, ins- Die Positionierungsstange kann gesondert am besondere ein Viertel bis drei Viertel der Steigung 55 Schlitten angebracht sein, sie kann aber auch, sofern der schraubenförmigen Begrenzungslinien. Bei der der Schlitten mit einem Pneumatik- oder Hydraulikaxialen Verschiebung der Stange und beim Über- zylinder bewegt wird, gleichzeitig die Kolbenstange fahren eines magnetisch leitenden Meßstreifens dieses Zylinders sein. Die Genauigkeit der Positionsdurch ein Polschuhpaar werden somit jeweils zwei ermittlung steigt mit abnehmender Schraubenlinien-Zählimpulse gebildet, und zwar beim Austritt und 60 Steigung und mit der entsprechenden zunehmenden beim Wiedereintritt der Kurve der Differenzwerte der Anzahl der zweiten Polschuhe.
Ausgangsspannung zweier sich gegenüberliegender Die Herstellung der magnetischen Meßstreifen er-Fühlerelemente in einen wählbaren vorbestimmten folgt bei einer Stange aus magnetischem Stahl durch Spannungsbereich. Auf diese Weise kann z. B. bei Auskehlen der Zwischenräume in Form von Rillen einer Steigung der schraubenförmigen Begrenzungs- "5 und Anfüllen dieser Rillen mit nichtmagnetischem linien gleich 0,8 mm bei vier zweiten Polschuhen mit Metall, z. B. durch Spritzen, Galvanisieren oder vier Fühlerelementen in Abständen von 0,1 mm ein Löten. Dann wird die Stange zylindrisch nach-Zählimpuls gebildet werden. Das ist eine sehr große gearbeitet und erhält, falls erforderlich, eine Hart-

verchromung, insbesondere wenn sie gute Gleit- ihrem Umfang 11 mit schraubenlinienförmig verlaueigenschaften haben soll. Die Stange kann auch aus fenden in den Umfang 11 der Stange 1 eingeschnitnicht magnetischem Stahl sein. Dann ist das Material tenen Rillen 2 versehen, die mit einem magnetisch in den Rillen, die dann die Meßstreifen bilden, nichtleitenden Material gefüllt sind. Die Zwischenmaenetisch 5 räume zwischen den Rillen 2 bleiben als magnetisch

Wenn die Rillen in einzelnen, zur Stangenachse leitende Streifen 9 stehen, die der Messung der rechtwinklig verlaufenden Ebenen und die zweiten Position der Stange 1 dienen und daher als Meß-Polschuhe auf einer schraubenlinienförmig verlau- streifen bezeichnet werden.

fenden Linie angeordnet sind, soll, wie bereits auf- Zwischenräume und Meßstreifen der nun wieder

geführt wurde, der axiale Abstand der einzelnen io zylindrischen Stange 1 sind zwecks besserer Gleit-Rillen ein echter Bruchteil der Steigung der Schvau- fähigkeit mit einem Hartchromüberzug 3 versehen, benlinie der zweiten Polschuhe sein. Gegebenenfalls können in einer Stange aus magne-

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der tisch nicht leitendem Material Rillen mit einer Fülmit dem magnetischen Meßstreifen der Stange zu- lung aus magnetisch leitendem Material vorgesehen sammenwirkende Querschnitt der zweiten Polschuhe 15 werden.

quadratische oder rechteckige Form aufweisen, deren Die Steigung der auf dem Umfang 11 der

längere Seite in Umfangsrichtung der Stange ver- Stange 1 schraubenlinienförmig verlaufenden Meßläuft. Dadurch ist ein ausreichender Magnetfluß ohne streifen 9 ist mit »/« bezeichnet. Links in der Fi g. 1 Beeinträchtigung der Genauigkeit der Positions- sind die jeweiligen Stellungen eines angenommenen bestimmung gesichert. ²° Endes der Stange 1 angedeutet, wenn die Stange 1

Ferner können die zweiten Polschuhe paarweise, mittels einer nicht dargestellten Einrichtung im Verd. h., je zwei der zweiten Polschuhe können als Pol- hältnis zu dem feststehenden Meßkopf 8 in der schuhpaar auf ein und demselben Stangendurch- Zeichnung nach links um je ein Viertel der Steimesser angeordnet sein. Es können mehrere Paare gung t verschoben wird.

in dem Meßkopf vorgesehen sein. *5 Der in diesem Fall feststehende Meßkopf 8 hat

Wenn die Fühlerelemente der gegenüberliegenden die Form einer die Stange 1 mit Abstand umschlie-Polschuhe eines Polschuhpaares mit zwei festen und ßenden Hülse. Innerhalb der Hülse ist ein erster gleichen Widerständen zu einer Brücke zusammen- Polschuh 4 in der Form eines Ringes, ferner ein geschaltet sind, ergeben sich bei Stromzuführung und Permanentmagnet 5 mit den Polen S und N in Ringaxialer Verschiebung der Stange unterschiedliche 3° form, mehrere Fühlerelemente 6 und mehrere zweite sinus-kurvenähnlich verlaufende Spannungen. Die Polschuhe 7 angedeutet. An Stelle des ringförmigen Größe der Widerstände der Brücke soll vorzugsweise Magneten 5 können auch Einzelmagnete, und zwar gleich dem Widerstandswert der Fühlerelemente des je einer für jedes Fühlerelement 6 mit Polschuh 7, Polschuhpaares bei gleicher magnetischer Durch- vorgesehen sein. Sich auf ein und demselben Durchflutung sein. Unter festen Widerständen sind auch 35 messer gegenüberliegende, ein Paar bildende Pol-Trimmwiderstände, d. h. justierbare Widerstände. schuhe mit ihren dazugehörigen Fühlerelementen und Kombinationen von Trimmwiderständen und sind mit 7 und 7', Ta und Ta' bzw. 6 und 6' und 6 a' festen Widerständen zu verstehen. bezeichnet. Die Stromeinspeisung zu den Fühler-

Durch die paarweise Anordnung wird eine Ver- elementen 6 und 6' ist bei a, b und c, d dargestellt, minderung der Abhängigkeit von Spannungs- und 40 Der erste Polschuh 4 erstreckt sich in axialer Temperaturkonstanz erzielt. Richtung wenigstens über die Länge »/«, während

Schließlich werden die Spannungssignale einem die axiale Erstreckung »g« jedes einzelnen zweiten Verstärker, einer Triggerstufe, einer Impulsformer- Polschuhes 7 höchstens gleich der axial gemessenen stufe, einer Umkehrstufe und dann einem Vorwahl- Breite »B« des Meßstreifens 9 ist. Die zweiten Polzähler zugeführt. 45 schuhe 7 sind in einer Stangenachse l'-l' recht-Die Stange kann lediglich der Positionsermittlung winklig verlaufenden Ebene 10—10 angeordnet. Die dienen. Sie kann aber auch gleichzeitig andere Funk- Polschuhe 7, T und Ta, Ta' überfahren beim Vertioneri ausüben. Sie kann z. B. als Kolbenstange einer schieben der Stange 1 mit ihren Flächen »F« — beKolben-Zylinder-Einheit fungieren, da die Stange ge- stimmt durch die axiale Erstreckung »g« und die maß der Erfindung der Funktion einer Kolbenstange 50 Breite »z« — zeitlich nacheinander die Meßstreifen 9. keineswegs einschränkt. Dadurch kommt es zu einer anschwellenden und Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der wieder abflauenden magnetischen Durchflutung zuZeichnung veranschaulicht und wird daher an Hand nächst des einen 7 und dann des anderen T zweiten dieser Zeichnung nachstehend im einzelnen beschrie- Polschuhes und des dazugehörigen Fühlerelementes ben. Es zeigt 55 und dadurch zu positiven 7 und negativen T Span-F i g. 1 eine Stange und einen Meßkopf gemäß der nungswerten an den Anschlüssen a, b, c und d dei Erfindung im Längsschnitt, beiden Fühlerelemente 6 und 6' eines Polpaares Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Dasselbe gilt für das Polschuhpaar Ta und Ta' und Fig. 1, deren FühleTelemente 6a und 6a'. Die zweiten Pol· Fig. 3 eine Schaltung der Fühlerelemente, 60 schuhe 7 werden zweckmäßig dünn gehalten, damii F i g. 4 und 5 Umformung der Spannungswerte zu möglichst wenig Masse der fortwährenden Magneti· Zählerimpulsen und sierungsänderung unterworfen wird. Das Materia F i g. 6 eine diagTammatische Darstellung der Aus- der zweiten Polschuhe soll, falls erforderlich Wirkungen der Maßnahmen gemäß Fig. 3 bis 5. Dynamoblech oder Ferritmaterial sein oder au! In Fig. 1 und 2 ist mit 1 eine Stange bezeichnet, 65 einer Legierung aus z. B. Eisen, Nickel, Kobalt unc die in ihrer Achsrichtung l'-l' verschiebbar ist. Die Fe₂O₃ bestehen. Die Abmessungen »z« und »g« dei zylindrische Stange 1 besteht im vorliegenden Fall Fläche »F« der zweiten Polschuhe sollen feiner, wi< aus einem magnetisch leitenden Material und ist auf die Position »Y« der zweiten Polschuhe Ta zeigt, in

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Verhältnis zur Steigung der Meßstreifen 9 und deren Breite »ß« so gewählt werden, daß eine maximale und eine minimale Durchflutung gesichert ist.

F i g. 3 zeigt die Schaltung der Anschlüsse α bis d zwecks Bildung der Differenzspannung der beiden Fühlerelemente eines Polschuhpaares in einer Brücke, bei der die Stromzufuhr mit 12 und zwei feste Widerstände mit 16 und 17 bezeichnet sind. Während Fig. 4 einen der Brücke mit ihren Ausgängen e und / nachgeschalteten Verstärker 13 und eine Triggerstufe 14 zeigt, sind in Fig. 5 die Impulsformung 18 zu Zählimpulsen und die Umkehrstufe 19 zur Erzeugung von Impulsen gleicher Polarität dargestellt.

In der F i g. 6 oben sind die bei e und / entstandenen Spannungswerte über die Strecke χ — χ auf

gezeichnet. Sie ergeben, wie ersichtlich, sinus kurvenähnlich verlaufende Linien mit positiven un< negativen Ästen, je nachdem, welches der beidei Fühlerelemente in der Spannungsgröße überwiegt Die elektrischen Vorgänge an der Brücke verlaufei proportional zum Stangenvorschub.

Legt man nun einen der vorstehend erwähntei Auslöseschwelle entsprechenden wählbaren Span nungsbereich fest, wie er in F i g. 6 für die Ausbil dung gemäß Fig. 1 und 2 mit +SpB₀ oder -SpB₁₁ oberhalb und unterhalb der Nullinie χ — χ bezeich net ist, so bilden der Austritt und der Wiedereintritt z. B. der Spannungskurve 7, T aus und in dieser Bereich Signale, die als Zählimpulse benutzt werden wie das in den mittleren und unteren Teilen de; Diagramms der F i g. 6 dargestellt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (1) als Patentansprüche: Kolbenstange einer Kolben-Zylinder-Einheit dient.

1. Vonichtung zur Ermittlung der Stellung
einer in ihrer Längsrichtung relativ zu einem 5

Gegenstand verschiebbaren Stange, die in ab-

wechselnder Folge magnetisch leitende und
magnetisch nichtleitende Abschnitte aufweist,
deren Begrenzungslinien auf dem Umfang der

Stange schraubenlinienförmig und zueinander io . parallel verlaufen und zwischen magnetisch Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nicht leitenden magnetisch leitende Meßstreifen zur Ermittlung der Position einer in ihrer Längsncheinschließen, und bei der die Stange von einem, tung relativ zu einem Gegenstand verschiebbaren an dem Gegenstand befestigten, mit elektrischem Stange, die in abwechselnder Folge magnetisch lei-Strom gespeisten, mit den unterschiedlichen 15 tende und magnetisch nichtleitende Abschnitte auf-Stangenabschnitten zusammenarbeitenden und so weist, deren Begrenzungslinien auf dem Umfang der die Anzeigesigniale bewirkenden Meßkopf um- Stange schraubenlinienförmig und zueinander parschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, allel verlaufen und zwischen magnetisch nicht leidaß der Meßkopf (8) miteinander magaetisch tenden magnetisch leitende Meßstreifen einschließen, leitend verbunden einen Magneten (5), Fühler- 20 und bei der die Stange von einem., an dem Gegenelemente (6) und Polschuhe (4 und 7) aufweist, stand befestigten, mit elektrischem Strom gespeisten, von denen in jeder Stangenlage der erste Pol- mit den unterschiedlichen Stangenabschnitten zuschuh (4) wenigstens, die zweiten Polschuhe (7) sammenarbeitenden und so die Anzeigesignale bejeweils höchstens einen magnetischen Meßstreifen wirkenden Meßkopf umschlossen ist. in Stangenachsrichtung überdecken und daß eine 25 Bei einer bekannten Vorrichtung der vorstehend gerade Zahl einzelner Polschuhe (7', la, la') beschriebenen Art weist der Meßkopf zwei fonnmit je einem als magnetfeldabhängiger elek- gleiche, in Längsrichtung der Stange hintereinander trischer Widerstand oder als Diode ausgebildeten angeordnete, jeweils mehrere Meßstreifen überdek-Fühlerelement (6', 6 a, 6 a') jeweils in einer ge- kende Pcischuhe auf, die mittels eines Innengewindes meinsamen, zur Stangenachse (l'-l') rechtwinklig 3° gleicher Steigung nur eine der Zahl der durchlaufenen verlaufenden Ebene (10) in gleichen Abständen Schraubenliniensteigungen entsprechende Zahl von voneinander über den Umfang (11) der Stange Impulsen ergeben, während zur Feineinstellung die (1) verteilt sich gegenüberliegend angeordnet sind Stange um den Teilbetrag einer Steigung von Hand und daß Differenzwerte der Ausgangsspannung gedreht werden muß. Es werden also zwei unterzweier sich gegenüberliegender Fühlerelemente 35 schiedliche Maßeinheiten, nämlich die Schraubenüber eine Triggerstufe einem bekannten Vor- liniensteigung und deren jeweils erforderlicher Teilwahlzähler als Zählimpulse zugeführt werden. betrag für die Positionierung benutzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Die Drehung der Stange ist in vielen Fällen, z. B. kennzeichnet, daß die Erstreckung (ft) des magne- wenn es sich um eine Kolbenstange handelt, nicht tisch !eilenden Meßstreifens (9) in axialer Rieh- 40 oder nur unter einem nicht vertretbaren Aufwand tung gleich einen? echten Bruchteil der insbeson- möglich, und die Wahl anderer Positionierungsdere ein Viertel bis drei Viertel der Steigung (r) punkte ist besonders während des Betriebes der schraubenförmigen Begrenzungslinien ist. schwierig und zeitraubend und beeinträchtigt dahei

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, auch die Durchlaufgeschwindigkeit der Stange dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem magne- 45 (DT-AS 1168 098).

tisch leitenden Meßstreifen (9) der Stange (1) Andere bekannte Vorrichtungen arbeiten mit einer

zusammenwirkende Querschnitt (F) der zweiten Kombination von zwei Differential transformatoren,

Polschuhe (7) quadratische oder rechteckige deren Ausgangsspannungen über einen elektro-

Form aufweist, deren längere Seite in Umfangs- magnetischen Geber eine visuelle Positionsanzeige

richtung der Stange verläuft. 50 der Stange ermöglichen. Solche Vorrichtungen sind

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, nur brauchbar, wenn die Meßstrecke und die Zahl dadurch gekennzeichnet, daß mehrere zweite der zu ermittelnden Positionen klein, ihr Abstand Polschuhe (7) als Polschuhpaare (7,7'—Ια,ΐα') voneinander groß und die Lage der Positionierungsauf ein und demselben Stangendurchmesser in punkte im voraus bekannt sind und nachher nichi deiriMeikopf (18) angeordnet sind. 55 geändert zu werden brauchen.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, Diese Nachteile mit einfachen und wenig stör· dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerelemente anfälligen und von der Durchlaufgeschwindigkeit dei (6) der gegenüberliegenden Polschuhe (7, 7') Stange durch den Meßkopf unabhängigen Mitteln zi eines Polschuhpaares mit zwei festen und glei- vermeiden, ist die der Erfindung zugrunde liegend« chen Widerständen (16, 17) zu einer Brücke 60 Aufgabe.

zusammengeschaltet sind. Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der ein-

6. Verrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- gangs aufgeführten Art erfindungsgemäß dadurcr kennzeichnet, daß die Spannungssignale (e, f) gelöst, daß der Meßkopf miteinander magnetiscl einem Verstärker (13), einer Triggerstufe (14), leitend verbunden einen Magnete«,, Fühlerelement« einer Inipulsfoimerstufe (18), einer Umkehrstufe 65 und Polschuhe aufweist, von denen in jeder Stangen (19) und dann einem Vorwahlzähler zugeführt lage der erste Polschuh wenigstens, die zweiten Pol werden. schuhe jeweils höchstens einen magnetisch leitendei

7. Verrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, Meßstreifen in Stangenachsrichtung überdecken, um