DE2515258A1

DE2515258A1 - Induktiver weggeber

Info

Publication number: DE2515258A1
Application number: DE19752515258
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Ing Dr Zabler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-04-08
Filing date: 1975-04-08
Publication date: 1976-10-21
Also published as: US4080592A

Description

11.2.1975 Kh/Kb

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart 1 Induktiver Weggeber

Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Weggeber zur Umformung einer mechanischen Bewegung in eine analoge oder digitale Größe, insbesondere eine elektrische Spannung, welche nach einer willkürlich vorgebbaren, insbesondere linearen Punktion von der Bewegung des Meßobjektes abhängt, mit einer auf einem Kern aus ferromagnetischem Material aufgebrachten Magnetspule, deren Induktivität durch einen auf dem Kern in Abhängigkeit von der Bewegung des Meßobjektes verschiebbaren Kurzschlußring änderbar ist.

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Ein bekannter induktiver Weggeber ist der Tauchankergeber. Dabei wird in eine Spule ein freibeweglicher, ferromagnetischer Kern eingeschoben, wodurch die Induktivität L veränderbar ist. Da der Zusammenhang zwischen dem Weg und der Induktivität hierbei nicht linear ist, muß die Linearisierung durch einen ziemlich großen Aufwand an Elektronik erfolgen. Die Empfindlichkeit ist gering. Außerdem weist der Tauchankergeber eine große mechanische Baulänge im Verhältnis zum ausnutzbaren Arbeitsbereich auf. Ein weiterer Nachteil ist die relativ große Masse des ferromagnetischen Kerns und das Auftreten von Anzeigefehlern bei in Meßrichtung wirkenden Beschleunigungskräften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Weggeber zu entwickeln, dessen beweglicher Teil eine möglichst geringe Masse aufweist, um auch für dynamische Messungen gut geeignet zu sein und bei dem durch Beschleunigungskräfte hervorgerufene Meßfehler verhindert werden. Außerdem soll der induktive Weggeber möglichst einfach und billig aufgebaut und somit für eine Massenproduktion geeignet sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Magnetspule auf dem Kern derart angeordnet ist, daß sich der magnetische Kraftfluß durch den Kern beiderseits der Magnetspule erstrecken kann und einerseits durch die Stellung des Kurzschlußringes und andererseits durch die Stellung eines Kompensationskurzschlußringes begi'enzbar ist und die Verschiebung von Kurzschlußring und Kompensationskurzschlußring entgegen einer Rückstellkraft erfolgt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Rückstellkraft auf den Kurzschlußring und den Kompensationskurzschlußring durch Federn mit flach verlaufender Charakteristik erzeugt und die Masse des Kompensationskurzschlußringes entspricht der Summe der Massen aus Kurzschlußring und beweglichen Teilen des Meßobjektes.

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Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Kurzschlußring und der Kompensationskurzschlußring durch Beschleunigungskräfte auf dem Kern in der gleichen Richtung verschiebbar sind, so daß bei einer Beschleunigung der magnetische Gesamtkraftfluß durch den Kern gleichbleibt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Magnetspule auf dem Joch eines H-förmig ausgebildeten Kerns angeordnet und der Kurzschlußring entlang der beiden Schenkel einerseits des Jochs und der Kompensationskurzschlußring auf den beiden Schenkeln, andererseits des Jochs bewegbar ist.

Nach einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Magnetspule auf dem Joch eines kreisförmig ausgebildeten Kerns angeordnet und der Kurzschlußring entlang der beiden Schenkel einerseits des Jochs und der Kompensationskurzschlußring auf den beiden Schenkeln andererseits des Jochs bewegbar.

Eine weiterhin vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Kern aus zwei sich an ihren Jochflächen berührenden Schalenkernen gebildet wird und auf dem Innenkern des einen Schalenkernes der Kurzschlußring und auf dem Innenkern des anderen Schalenkernes der Kompensationskurzschlußring bewegbar und am Boden jedes Schalenkernes eine Magnetspule angeordnet ist.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines induktiven

Weggebers mit einem H-förmigen Kern, Pig. 2 ein-zweites Ausführungsbeispiel eines induktiven Weggebers mit einem kreisförmig ausgebildeten Kern,

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Pig. 3 und 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines

'induktiven Weggebers unter Verwendung von Schalenkernen.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zur Erzielung einer veränderlichen Induktivität eine Magnetspule 1 auf dem Joch 2 eines H-förmig ausgebildeten Kerns 3 aus ferromagnetische!!! Material aufgebracht. Einerseits des Jochs ist auf den Schenkeln des Kerns ein Kurzschlußring 4 mit öffnungen 5 und 6 und andererseits des Jochs ein Kompensationskurzschlußring 7 mit öffnungen 8 und 9 angeordnet. Kurzschlußring 4 und Kompensationskurzschlußring 7 sind parallel zu den Schenkeln des Kernes beweglich. Der Kurzschlußring 4 wird dabei in Meßrichtung durch die Bewegung des Meßobjektes verschoben. Die Bewegung des Kurzschlußringes 4 und des Kompensationskurzschlußringes 7 erfolgt entgegen einer Rückstellkraft, die durch Federn 10 mit flach verlaufender Charakteristik erzeugt wird. Die Federn 10 sind an ihrem einen Ende am Kurzschlußring 4 bzw. Kompensationskurzschlußring 7 und an ihrem anderen Ende an gehäusefesten Aufhängungen 11 befestigt.

Die Wirkungsweise des in Fig. 1 dargestellten induktiven Weggebers besteht darin, daß die Magnetspule 1 zwischen den Schenkeln des Kerns 3 ein homogenes magnetisches Wechselfeld mit Feldlinien 12 erzeugt. Der Kurzschlußring 4 und der Kompensationskurzschlußring 7 stellt für jeden Schenkel eine Kurzschlußwindung dar, so daß kein magnetisches Wechselfeld durch den Kurzschlußring 4 oder den Kompensationskurzschlußring 7 hindurchtreten, kann. Der magnetische Gesamtkraftfluß wird somit in guter Näherung proportional begrenzt. Nach dem Induktionsgesetz wird dadurch die Induktivität der Magnetspule 1 ebenfalls wegproportional verändert. Durch das Meßobjekt wird der Kurzschlußring 4 in Pfeilrichtung verschoben, wodurch die Induktivität der Magnetspule 1 verändert wird. Ist nun der induktive Weggeber in Meßrichtung Beschleunigungskräften

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ausgesetzt, so erfolgt unter der Voraussetzung, daß die Masse des Kompensationskurzschlußringes 7 der Summe der Massen aus Kurzschlußring 4 und beweglichen Teilen des Meßobjektes entspricht₉ eine Parallelverschiebung von Kurzschlußring 4 und Kompensationskurzschlußring 7 in Beschleunigungsrichtung. Dadurch ergibt sich jedoch keine Veränderung des von der stromdurehflossenen Magnetspule erzeugten magnetischen Gesamtkraftflusses, der sich aus einem rechts- und linksseitigen Anteil zusammensetzt und somit unabhängig von Beschleunigungsbewegungen des Kurzschlußringes 4 ist.

Selbstverständlich kann das Aufbringen der Magnetspule 1 sowie die Einführung der Kurzschlußringe 4 und 7 dadurch erleichtert werden, daß man den Kern 3 an zweckmäßigen Stellen schneidet und aus Einzelteilen zusammensetzt.

Vorteilhafterweise wird der Kurzschlußring 4 und der Kompensationskurzschlußring 7 eine möglichst geringe Masse aufweisen. Ein erfindungsgemäßer induktiver Weggeber kann z.B. bei Luftmenge nmessungen im Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine Verwendung finden. Dort kann eine Stauscheibe mit dem Kurzschlußring 4 gekuppelt sein, oder der Kurzschlußring kann selbst die Stauscheibe darstellen. Die Auslenkung der Stauscheibe durch den Luftstrom entgegen einer Rückstellkraft ist dann ein Maß für den Luftmengendurchsatz. Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen induktiven Weggebers ist dabei, daß das Ausgangssignal wahlweise als digitales oder analoges Signal der Auswertung zugeführt werden kann. Die elektronische Auswertschaltung läßt sich aus Operationsverstärkern einfach aufbauen, so daß die ganze Schaltung durch einen integrierten Schaltkreis realisiert werden kann.

In Pig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen induktiven Weggebers dargestellt, der eine auf dem Joch 20 eines kreisförmig ausgebildeten Kerns 21 angeordnete Magnetspule 22 aufweist und auf dessen kreisförmig gebogenen Schenkeln einerseits ein Kurzschlußring 23 und andererseits ein Kompensationskurzschlußring 24 beweglich angeordnet ist. Die Bewegung von Kurzschlußring

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und Kompensationskurzschlußring 24 erfolgt dabei wie beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 entgegen der Kraft nicht dargestellter Federn mit flach verlaufender Charakteristik. Der vorzugsweise als Winkelgeber einsetzbare induktive Weggeber entsprechend Fig. 2 hat die gleiche Wirkungsweise wie der in Fig. 1 dargestellte induktive Weggeber, wobei eine Änderung des magnetischen Kraftflusses infolge einer Verschiebung des Kurζschlußringes 23 durch Beschleunigungskräfte von dem Kompensationskurzschlußring 24 ausgeglichen werden. Zweckmäßigerweise kann der Kern auch aus Einzelteilen zusammengesetzt sein. i

Die Fig. 3 und 4 zeigen die Verwendung von Schalenkernen als Kern für einen induktiven Weggeber. Dabei können handelsübliche Schalenkerne', z.B. 126 von Siemens, Verwendung finden. Durch die wesentlich größeren Polflächen ergeben sich größere Variationsverhältnisse der Induktivität als bei anderen Kernformen. Erfindungsgemäß ordnet man die Jochflächen zweier Schalenkerne 30 und 31 so an, daß sie sich berühren. Herkömmliche Ferritschalenkerne stellen konzentrische magnetische Kreise dar. Der Innenkern 32,33 wird am Boden jedes Schalenkernes von einer Magnetspule 34,35 umschlossen. Das Magnetfeld des Innenkerns schließt sich normalerweise über den Außenmantel. Ein den Innenkern 32 bzw. 33 umschließender kreisscheibenförmiger Kurzschlußring 36 bzw. Kompensationskurzschlußring 37 verhindert ein axiales Durchtreten des magnetischen Kraftflusses durch den Innenkern und zwingt es sich radial über den freien, mit Luft oder nichtferromagnetischem Medium gefüllten Raum zwischen Innenkern und Außenmantel zu schließen. Das Feld im freien Zwischenraum ist in hohem Maße homogen bezüglich der Achsrichtung, so daß durch Verschieben des Kurzschlußringes die Induktivität der Magnetspule 34,35 sehr linear beeinflußt werden kann. Die Bewegung von Kurzschlußring 36 bzw. Kompensationskurzschlußring 37 erfolgt wie bereits bei Fig. 1 beschrieben entgegen der Kraft von hier nicht dargestellten Federn. Wie zu Fig. 1 bereits beschrieben, ergibt sich auch bei diesem Ausführungsbeispiel bei einer Beschleunigungsverschiebung des Kurzschlußringes 36 eine parallele Verschiebung des Kompensationskurzschlußringes 37,

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so daß keine Änderung des magnetischen Gesamtkraftflusses erfolgt. Versieht man den Innenkern 32,33 mit einer Quernut 38, so kann der Kurzschlußring 36 bzw. der Kompensationskurzschlußring 37 mittels eines darin laufenden Querstegs 39 axial . befestigt und geführt werden.

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Claims

Ansprüche

. - 1.J Induktiver Weggeber zur Umformung einer mechanischen Bewegung in eine analoge oder digitale Größe, insbesondere eine elektrische· Spannung, welche nach einer willkürlich vorgebt» ar en, insbesondere linearen Punktion von der Bewegung des Meßobjektes abhängt, mit einer auf einem Kern aus ferroanagnetisehern Material aufgebrachten Magnetspule, deren Induktivität durch einen auf dem Kern in Abhängigkeit von der Bewegung des Meßobjektes verschiebbaren Kurζschlußring änderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (1,22,34,35) auf dem Kern (3,21,30,31) derart angeordnet ist, daß sieh der magnetische Kraftfluß durch den Kern (3₃21,30₃31) beiderseits der Magnetspule (1,22,34,35) erstrecken kann und einerseits durch die Stellung des Kurzscfalußringes (4,23,36) und andererseits durch die Stellung eines Kompensationskurzschlußringes (7,24,37) begrenzbar ist und die Verschiebung von Kurzschlußring (4,23,36) und löaDi»ensationskurzschlußring (7,24,37) entgegen einer Rückstellkraft (10) erfolgt.
2. Induktiver Weggeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eüekstellkraft (10) auf den Kurzschlußring (4,23,36) und den Eompensationskurzschlußring (7,24,37) durch Federn (10) mit flach verlaufender Charakteristik erzeugt wird.
3. Induktiver Weggeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Kompensationskurzschlußringes (7,24,37) der Summe der Massen aus Kurzschlußring (4,23,36) und beweglichen Teilen des Meßobjektes entspricht.
4. Induktiver Weggeber nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (4,23*36) und der Kompensationskurzschlußring (7s24,37) durch Beschleunigungskräfte auf dem Kern (3_S21,30,31) in der gleichen Richtung verschiebbar sind, so daß bei einer Beschleunigung der magnetische Gesamtkraftfluß durch den Kern (3,21,30,31) gleichbleibt.
5· Induktiver Weggeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (1) auf dem Joch (2) eines H-förmig ausgebildeten Kerns (3) angeordnet und der Kurzschlußring (4) entlang der beiden Schenkel einerseits des Jochs (2) und der Kompensationskurzschlußring (7) auf den beiden Schenkeln andererseits des Jochs (2) bewegbar ist.
6. Induktiver Weggeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspule (22) auf dem Joch (20) eines kreisförmig ausgebildeten Kerns (21) angeordnet und der Kurzschlußring (23) entlang der beiden Schenkel einerseits des Jochs (20) und der Kompensationskurzschlußring (24) auf den beiden Schenkeln andererseits des Jochs (20) bewegbar ist.

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7· Induktiver Weggeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus zwei sich an ihren Jochflächen berührenden Schalenkern (30,31) gebildet wird und auf dem Innenkern (32) des einen Schalenkernes (30) der Kurzschlußring (36) und auf dem Innenkern (33) des anderen Schalenkerns (31) der Kompensationskurzschlußring (37) bewegbar und am Boden jedes Schalenkernes eine Magnetspule (3^,35) angeordnet ist.

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