DE2944692A1 - Lagenmesswertumwandler - Google Patents

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PnMM.'hcikkonin München Nr 1547 s<».81)1

7974/28/Ch/Ws Augsburg, den 24. Okt. 1979

Farrand Industries Inc. 115 Wall Street
Valhalla, N.Y. 10595 USA

Lagenmeßwertumwandler

Die Erfindung betrifft einen Lagenjneßwertumwandler mit zwei relativ zueinander beweglichen Wandlerelementen, die auf einander gegenüberliegenden Oberflächen elektrische Kopplungsteile tragen, welche die Wandlerelemente elektrisch miteinander koppeln und welche mit ihren Längsachsen in Sichtung der Relativbewegung verlaufen.

Meßwertumwandler mit zwei relativ zueinander beweglichen Wandlerelementen sind bekannt. Die beiden Wandlerelemente sind im Abstand zueinander angeordnet und über die elektrischen Kopplungsteile miteinander elektrisch gekoppelt, um die Relativlage der beiden Wandlerelemente zueinander zu messen. Bei ihrem Betrieb wird mindestens eines der

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beiden Kopplungsteile elektrisch bestromt, wobei dann die Ausgangssignale des Kopplungsteils am anderen Wandlerelement gemessen werden, die eine Anzeige für die Relativstellung der beiden Wandlerelemente ergeben.

Die auf den Wandlerelementen angeordneten Kopplungeteile können sowohl elektromagnetischer als auch elektrostatischer Art sein, wie in den US-PS 2 799 835 und 3 961 318 beschrieben. Sind die Kopplungsteile elektromagnetischer Art, dann handelt es sich bei dem Lagenmeßwertumwandler um einen Lagenmeßtransformator. Sind die Kopplungsteile elektrostatischer Art, dann liegt ein Lagenmeßkondensator vor. Die Relativbewegung zwischen den Wandlerelementen kann entweder linear oder drehend sein. Die vorliegende Erfindung bezieht sich jedoch auf Lagenmeßwertumwandler, deren Wandlerelemente lineare Relativbewegungen zueinander ausführen. _.

Die Kopplungsteile bestehen aus einem Muster von Leiter, wobei die Genauigkeit der Teilung der leiter und die Länge der Kopplungsteile von ausschlaggebender Bedeutung sind für eine genaue Messung der Relativlage der Wandlerelemente zueinander. Geringe Abweichungen von der Teilung oder der Länge haben beträchtliche Wirkung auf die Genauigkeit der Messung.

Üblicherweise weist eines der Wandlerelemente, welches Skala genannt wird, ein Muster einer rechteckigen periodischen Welle von durchgehend gleicher Teilung auf. Das andere Wandlerelement, welches Schieber genannt wird,

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weist zwei voneinander getrennte Muster einer jeweils rechteckigen periodischen Welle auf, welche phasenverschoben zueinander angeordnet sind. Üblicherweise wird das eine Muster als Sinuswindung, das andere als Kosinuswindung bezeichnet. Üblicherweise ist das eine Muster im Abstand von N +λ/4 zum anderen Muster angeordnet, wobei N eine ganze Zahl und Λ die Wellenlänge der beiden periodischen Schiebermuster bedeutet. Im Betrieb 1st zwischen den beiden Wandlerelementen ein luftspalt vorhanden und zwischen den Kopplungsteilen herrscht eine elektrische Kopplung. Zu diesem Zweck wird das Kopplungsteil der Skala an Wechselstrom angeschlossen. An den beiden Windungen des Schiebers werden zwei getrennte Sinus- und Kosinusspannungen abgegriffen, wobei diese Spannungen sich aufgrund der Helativlage der beiden Wandlerelemente zueinander ergeben. Die Sinus- und Kosinuswerte können bezogen werden auf eine Stellung innerhalb eines Kreises von 360 , wobei diese 360° repräsentativ sind für einen Meßzyklus des Lagenmeßwertumwandlers. Alternativ hierzu können die Sinus- und Kosinuswindungen des Schiebers bestromt werden und zwar mit Wechselstromsignalen, welche einer bestimmten Stellung der beiden Wandlerelemente zueinander entsprechen, wobei dann in der Windung des Skalenteils ein elektrisches Signal induziert wird, dessen Amplitude bestimmt wird durch den Unterschied der Iststellung von der Sollstellung, welche durch die Bestromung der Sinus- und Kosinuswindungen bestimmt ist.

Die Leiter der Kopplungsteile, d.h. deren Muster werden mittels eines Potoatzverfahrens hergestellt. Dieses

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Verfahren umfaßt üblicherweise folgende Schritte:

1. Herstellung einer Fotomaske des Musters auf Glas.

2. Aufbringen einer Metallfolie auf dem Wandlerelement.

3. Sensibilisieren der Metallfolie mittels einer lichtempfindlichen Schicht.

4. Belichten der lichtempfindlichen Schicht unter Verwendung der Maske.

5. Entwickeln der lichtempfindlichen Schicht und

6. ätzen der Metallfolie.

Jeder dieser Verfahrensschritte kann mit Fehlern behaftet - sein, Insbesondere was die Länge oder die Teilung des Musters betrifft.

Es besteht daher die Aufgabe, die Wandlerelemente so auszubilden, daß Abweichungen von der Länge und bei der Teilung der Muster der Kopplungsteile kompensiert werden können.

/ Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar .

Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeich-

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nungen näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine perspektivische Ansicht eines

ersten Ausführungsbeispiels eines Wandlerelements;

Pig. 2 einen Schnitt durch das Wandlerelement nach Pig. 1 in einer ersten Arbeitsweise;

Pig. 3' eine Seitenansicht auf das Element

nach Pig. 2;

Pig. 4 einen Schnitt durch das Wandlerelement

nach Pig. 1 bei einer zweiten Arbeitsweise;

Pig. 5 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wandlerelements;

Pig. 6 eine Seitenansicht des Wandlerelemente

nach Pig. 5;

Pig. 7 eine rückseitige Ansicht des Wandlerelements nach Pig. 5»

• - Pig. 8 einen Schnitt längs der linie VIII-VIII

in Pig. 7;

· 9 eine Darstellung eines in die Bohrung

des Wandlerelements nach den P^g. 5 bis

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8 einsetzbaren Teils zum Zwecke der Verkleinerung des Wandlerelemente und

Pig. 10 die Ansicht eines weiteren Einsatzteils für das Wandlerelement nach den Pig. 5 bis 8.

Pig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbelepiels, bei welchem es sich um das Skalenteil eines Lagenmeßtransformators handelt. Dieses Wandlerelement besteht aus einem Block 10 mit einer Länge von 76,2 mm, einer Breite von 25,4 mm und einer Dicke von 9,5 mm. Durch den Block gehen zwei Befestigungsbohrungen 12,13 hindurch, mittels denen der Block 10 beispielsweise an einem Maschinenbett befestigt werden kann. An einer Stirnfläche des Blocks ist ein Leitungsmuster 16 auf einer Isolierschicht angeordnet. Dieses Leitungsmuster wird drucktechnisch hergestellt. Das Muster 16 besteht aus parallel zueinander verlaufenden Leitern, welche eine Rechteckwelle bilden, deren Zyklus 5,08 mm beträgt. An jedem' Ende des Musters ist ein Anschluß 18, 20 vorgesehen, welche zur Wechselstromeinspeisung oder zum Abgriff von Signalen dienen. Das Muster weist eine Längsachse 22 längs der Länge des Blocks 10 auf.

"Parallel zur Längsachse 22 weist der Block 10 eine zylindrische Durchgangsbohrung 24 auf, welche einen Durchmesser von 4,22 mm aufweist. Das linksseitige Ende 38 der Bohrung 24 ist vergrößert auf einen Durchmesser von 6,3 mm über eine Länge von 9,5 mm. Dieser Bohrungsteil

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ist mit einem Gewinde versehen, in welches eine Schraube einschraubbar ist. Die Fig. 2 und 3 zeigen die Bohrung 24 in Einzelheiten. Das rechte Ende 40 der Bohrung 24 ist ebenfalls mit einem Gewinde zur Aufnahme einer Schraube versehen.

Die Fig. 1 zeigt weiterhin einen Stahlgewindebolzen 26, der dazu dient, die Länge des Blocks 10 zu vermindern, wobei gleichzeitig das Leitermuster 16 an der Oberfläche des Blocks 10 'bezüglich seiner Länge verringert wird. Der Bolzen 26 weist einen Kopf 28 von 6,3 mm und einer Länge von 7,4 mm aui". Weiterhin ist eine Schulter 32 vorgesehen, welche 1,8 mm lang ist und einen Durchmesser von 4,16 xm aufweist. Im übrigen weist der 3olzen einen Durchmesser in seinem zylindrischen Bereich 34 von 4,16 mm auf. Am rechten Ende 36 ist der Bolzen 26 mi-£_einem Gewinde versehen und zwar über eine Länge von 8,8 mm . Am Bolzenkopf 28 ist weiterhin eine Sechskantbohrung 30 vorhanden.

Die Fig. 2 zeigt, wie der Bolzen 26 in die Bohrung 24 des Blocks 10 eingesetzt ist, um dessen Länge zu verringern. In dieser Betriebsart wird der Bolzen 34 in das Gewindeende 40 mittels eines in die Bohrung 30 eingesetzten Schraubschlüssels eingeschraubt. Eine Metalldruckscheibe 42 wird vorteilhafterweise zwischen dem Bolzenkopf 28 'und dem inneren Ende des verbreiterten Eingangs 38 der Bohrung 24 angeordnet. Wird der Bolzen fest in die Bohrung 24 eingeschraubt, dann wird die Länge des Blocks 10 zwischen dem Eingangsteil 24 und dem Endteil 40 zusammengepreßt. Das Leitermuster 16 auf der Oberfläche des Blocks

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wird bezüglich seiner Länge ebenfalls vermindert, wobei gleichzeitig der Zyklus des Musters verringert wird, der nominal 5»08 mm beträgt.

Flg. 4 stellt eine weitere Betriebsweise dar. Der Aufbau des Blocks 10 ist hierbei identisch wie derjenige, wie er in Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde. Anstelle eines Schraubbolzens 26 werden jedoch drei verschiedene Teile in die Bohrung 24 des Blocks eingesetzt, welcher hierbei verlängert wird. In das mit einem Gewinde versehene Endteil 40 der Bohrung 24 ist eine Schraube 44 eingeschraubt. Das Einschrauben erfolgt unter Verwendung eines Schraubschlüssels, welcher in die sechseckige Bohrung 45 der Schraube 44 einsetzbar ist. Das innere Ende der Schraube 44 ist vorzugsweise muldenförmig ausgebildet.

Als nächstes wird eine zylindrische Stange 46 in die Bohrung 24 eingesetzt. Das rechte Ende der Stange 46 ist verrundet und paßt in das vertiefte Ende der Schraube Letztlich wird eine Schraube 48 mit einer sechseckigen Bohrung 49 in den erweiterten Teil 38 der Bohrung 24 eingeschraubt. Werden die beiden Schrauben 44 und 48 festgeschraubt, dann drücken sie gegen die Enden der Stange 46. Auf diese Weise wird die Stange 46 in der Bohrung 24 zusammengepreßt, was dazu führt, daß die Längsabmessung des Blocks 10 vergrößert wird, was wiederum bedeutet, daß die Länge und die Teilung des Skalenmusters 16 auf der Oberfläche des Blocks 10 verlängert wird.

Die Fig. 5 bis 10 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel.

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Im gezeigten Beispiel handelt ee sich bei dem Wandlerelement um einen Schieber. In einer ersten Betriebsweise ist es möglich, die Länge und die Teilung der Windungen auf der Oberfläche des Schiebers zu verkürzen. In einer zweiten Betriebsweise ist eine Verlängerung möglich. Da bei einem Schieber zwei Wicklungen angeordnet sind, ist es bei diesem Ausführungsbeispiel angestrebt, die Phasenverschiebung zwischen den beiden Windungen zu verändern.

Der Schieber 100 ist quadratisch mit einer Kantenlänge von 38,1 mm und einer Dicke von 7,87 mm. Er ist mit zwei Befestigungsbohrungen 102 und 104 versehen, mit denen er an einem beweglichen Teil, beispielsweise an einem Maschinenwerkzeug befestigbar ist. Auf der Oberfläche des Schiebers 100 sind zwei getrennte Leitermuster 106 und 108 angeordnet, welche sich auf einer Isolierklebeschicht befinden. Das Sinusleitermuster besteht aus zwei rechteckigen Leiterabschnitten 106 und 106¹, welche verschachtelt angeordnet sind zu einem Kosinusleitermuster, bestehend aus den beiden rechteckigen Leiterabschnitten 108 und 108'. Die Leiter dieser Leiterabschnitte haben jeweils den gleichen Zyklus von 5»08 mm, jedoch sind die Sinus- und Kosinusleiterabschnitte 106,106' und 108,108' relativ zueinander versetzt um N +λ /4 in horizontaler Richtung. Das Sinusleitermuster weist Anschlüsse 110 und 110' auf, über 'die das Leitermuster an einen äußeren Schaltkreis anschließbar ist. Das Kosinusleitermuster weist entsprechende Anschlüsse 112 und 112' auf.

Durch den Schieber 100 verläuft eine zylindrische Bohrung

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116 mit einer Längsachse 114. Die Bohrung 116 weist einen Eingangsteil 118 auf, der einen JDruchmesser von 5,31 mm und eine Länge von 9,52 mm hat und mit einem Gewinde versehen ist. Der zentrale zylindrische Teil 120 der Bohrung 116 ist 19,05 nun lang mit einem Durchmesser von 4,2 mm. Der Endteil 122 ist ebenfalls 9,52 mm lang und mit einem Gewinde versehen. An der Unterseite des Schiebers sind in Höhe der Leitermuster drei Schlitze 124,126 und 128 vorgesehen. Diese Schlitze 124,126 und 128 verlaufen quer zur Längsachse 114 und sind jeweils angeordnet zwischen zwei benachbarten Leiterabschnitten, d.h. der Schlitz 124 liegt zwischen dem ersten Leiterabschnitt 106 des Sinusmusters und dem ersten Leiterabschnitt 108 des Kosinusmusters. Der Schlitz 126 liegt zwischen dem ersten Leiterabschnitt 108 des Kosinusmusters und dem zweiten Leiterabschnitt 106* des Sinusmusters. Der Schlitz 128 liegt zwischen dem zweiten Leiterabschnitt 106* des Sinusmusters und dem zweiten Leiterabschnitt 108' des Kosinusmusters. Die Schlitze 124, 126 und 128 sind 1,6 mm breit und sind, wie die Fig. 5 bis 8 zeigen, halb so tief wie die Dicke des Schiebers 100. Alternativ können die Schlitze auch komplett durch die Dicke des Schiebers hindurchgehen, wodurch der Aufbau des Schiebers an diesen Stellen geschwächt wird.

In einer ersten Betriebsweise gemäß Pig. 9 wird ein erster •Teilesatz 130 in die Bohrung 116 des Schiebers 100 eingesetzt, um den Abstand zwischen den Leiterabschnitten zu vermindern. Der erste Teilesatz besteht aus einem Bolzen 132 mit einem Bolzenkopf 134, welcher 7,52 mm lang ist und einen Durchmesser von 5,38 mm aufweist. Dieser Kopf

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134 weist kein Gewinde auf. Weiterhin ist eine Schulter vorgesehen, welche 7.62 mm lang ist und einen Durchmesser von 4,16 mm aufweist. Der mittlere Teil HO des Bolzens hat einen Durchmesser von 4,H mm. Am rechten Ende ist der Bolzen 132 mit einem Gewindeteil 142 versehen, welches 9,52 mm lang ist. letztlich ist ein Klemmring 144 vorhanden, welcher über das Ende des Bolzens geschoben werden kann und gegen die Schulter 138 des Kopfes 134 anliegt.

Der Druckbolzen 132 wird mit dem Klemmring 144 in die Bohrung 116 gesteckt und durch Einstecken eines Schraubschlüssels in die Bohrung 136 festgeschraubt, d.h. der Gewindeteil 142 wird in den Gewindeteil 122 der Bohrung 116 festgeschraubt. Beim Pestziehen des Bolzens 132 wird der Block 100 längs der Achse 114 zusammengedrückt. Da der Block 100 durch die Schlitze 124,126 und 128 geschwächt ist, wird der Abstand zwischen den Leiterabschnitten 106,106', 108,108' vermindert.

Die Fig. 10 zeigt einen zweiten Teilesatz H6 zum Einsetzen in die Bohrung 116, um den Abstand zwischen den einzelnen Leiterabschnitten zu vergrößern. Dieser Teilesatz weist auf eine Schraube H8 mit einem Durchmesser von 6,35 mm und einer Länge von 7,92 mm. Diese Schraube ist mit einer sechseckigen Bohrung 150 versehen. Weiterhin ist eine zylindrische Druckstange 152 mit einer Länge von 21,8 mm und einem Durchmesser von 4,16 mm vorhanden. Diese Stange 152 ist vorzugsweise an einem Ende verrundet. Letztlich ist eine Schraube 154 vorhanden, die 9,52 mm lang ist und einen Durchmesser von 4,16 mm aufweist. Auch

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diese Schraube 154 ist an einem Ende mit einer sechseckigen Sackbohrung 156 versehen. Bas andere Ende der Schraube 156 weist eine verrundete Vertiefung auf.

In der zweiten Betriebsweise wird die Stange 152 in die Bohrung 116 eingesetzt, derart, daß das verrundete Ende in den Bereich des Eingangeteils 118 ragt. Sodann werden die Schrauben 148 und 154 in die Gewindeteile 118 und 122 der Bohrung 116 eingeschraubt. Das Einschrauben der Schrauben 148 und 154 erfolgt so lange, bis die inneren Enden der Schrauben gegen die Stange 152 drücken, wodurch eine Zugkraft im Schieber 100 längs der Achse erzeugt wird. Sa der Schieber 100 durch die Schlitze 124» 126 und 128 geschwächt ist, findet in diesem Bereich eine Vergrößerung der Abstände zwischen den Leiterabschnitten 106,106', 108,108· statt.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann ein Skalenteil in Verbindung mit einem Schieber geprüft werden, um die Genauigkeit des Lagenmeßwertumwandlers zu testen. Abhängig von der Art irgendeines beobachteten Fehlers kann die Länge oder die Teilung des Skalenleitermusters 16 eingestellt werden, d.h. mittels eines Gewindebolzens 26 ist es möglich, eine Verkürzung vorzunehmen und mittels der drei Teile 44,46 und 48 ist es möglich, ent-, sprechend zu verlängern.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach den fig. 5 bis 10 ist es möglich, bei einem Schieber die Genauigkeit der Lagemessung zu überprüfen. In Abhängigkeit eines festgestellten Fehlers ist es dann möglich, "den

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Abstand zwischen den Leiterabschnitten des Sinus- und Kosinusleitermusters einzustellen, d.h. es ist möglich, diese Abstände zu verkleinern oder zu vergrößern durch Einsatz der Teile 130 und 146.

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Leerseite

Claims (8)

Patentanwalt Rchlingcnstraße 8 Postfach 260 D-8900 Augsburg 31 Telefon 0821/36015+36016 i . :!?,.«*..«,«*, Anm.: Parrand Industries Inc. 7974/28/ChAe Augeburg, den 24. Okt. 1979 Pat entansprüche

1. 'Lagenmeßwertumwandler mit zwei relativ zueinander - beweglichen Wandlerelementen, die auf einander gegenüberliegenden Oberflächen elektrische Kopplungsteile tragen, welche die Wandlerelemente elektrisch miteinander koppeln und welche mit ihren Längsachsen in Richtung der Relativbewegung verlaufen, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eines der Wandlerelemente eine Bohrung aufweist, die in Richtung der Längsachse verläuft und in welche Teile einsetzbar sind, die eine Veränderung der Länge des Wandlerelements in Richtung der Längsachse bewirken.

2. Lagenmeßwertumwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Wandlerelement mindestens zwei Leitermuster aufweist und ein Schlitz quer zur Längsachse zwischen den Leitermustern verläuft.

3. Lagenmeßwertumwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die in die Bohrung einsetzbaren Teile ein Zusammenpressen und Verkürzen des Wandlerelements längs der Längsachse bewirken.

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4. Lagenmeßwertumwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die in die Bohrung eineetzbaren Teile ein Auseinanderziehen und Verlängern des Wandlerelements längs der Längsachse bewirken.

5. Lagenmeßwertumwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die in die Bohrung einsetzbaren Teile ein Auseinanderziehen oder Zusammenpressen des Wandlerelements längs der Längsachse bewirken.

6. Lagenmeßwertumwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Bohrung an einem Ende mit einem Gewinde versehen ist, das andere Ende mit einer Schulter versehen ist und der dort einsetzbare Teil ein Gewindebolzen ist, dessen Gewindeendcn einerseits mit dem einen Gewindeende verschraubbar ist und dessen Kopf gegen die Schulter am anderen Ende anliegt.

7. Lagenmeßwertumwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Bohrung an beiden Enden mit einem Gewinde versehen ist, und in die Bohrung ein Bolzen einsetzbar und in die Gewindeenden je eine Schraube einschraubbar ist, deren innere Enden gegen den Bolzen pressen.

8. Lagenmeßwertumwandler nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schulter

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aufweisende Bohrungsende einen gegenüber dem übrigen Bohrungsdurchmesser größeren Durchmesser aufweist und mit einem Gewinde versehen ist.

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