DE3101314A1 - "signalumformer" - Google Patents

Description

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Anmelder: LUCAS INDUSTRIES LIMITED, Great King Street, Birmingham, B19 2XF, England

Bezeichnung der Erfindung; Signalumformer

Beschreibungseinleitung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Signalumformer zur Erzeugung von Signalen zur Anzeige der axialen Stellung einer in Umfangsrichtung bewegbaren Komponenten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen solchen Signalumformer in einfacher und zweckmäßiger Weise auszugestalten.

Gemäß der Erfindung weist ein solcher Signalumformer für den genannten Zweck und zur Lösung der gestellten Aufgabe ein im wesentlichen zylindrisches Bauteil auf, das im Betriebszustand mit der genannten Komponenten gekuppelt ist, um mit dieser in axialer Richtung und in Umfangsrichtung bewegbar zu sein, wobei mehrere in Umfangsrichtung mit Abstand aufeinanderfolgende Bereiche an der Außenfläche des Bauteiles vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung gleiche Breite haben und sich von einem Ende des Bauteiles bis in eine Radialebene zwischen den beiden Enden des Bauteiles erstrecken, wobei weiter eine Fühlvorrichtung mit einer Fühlfläche vorgesehen ist, die unter Einhaltung eines

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Abstandes der Außenfläche des Bauteiles gegenüberliegt, die einen bestimmten, feststehenden Flächenbereich hat und ihrer Beschaffenheit nach auf die erwähnten aufeinanderfolgenden Bereiche an der Außenfläche des vorerwähnten Bauteiles anspricht, so daß die Fühlvorrichtung ein fluktuierendes elektrisches Signal erzeugt, das Indikativ ist für die Teilbereiche der Bereiche des Bauteiles, die sich unter der Fühlfläche vorbeibewegen und so die relative Stellung des Bauteiles gegenüber der feststehenden Fühlvorrichtung in axialer Richtung anzeigt.

Beispiele für erfindungsgemäße Signalumformer sind nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Signalumformers,

Fig. 2 eine Abwicklung eines Teiles der Außenfläche des Signalumformers gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Veränderung eines Signales, wie es von einem Signalumformer gemäß Fig. 1 erzeugt wird,

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Fig. 4 in perspektivischer Darstellung ein anderes Beispiel eines erfindungsgemäßen Signalumformers,

Fig. 5 in einer Fig. 2 entsprechenden Darstellung den Signalumformer gemäß Fig. 4,

Fig. 6 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung für das Beispiel gemäß Fig. 5 und

Fig. 7 und 8 den Figuren 1 und 2 entsprechende Darstellungen eines weiteren Beispieles für einen erfindungsgemäßen Signalumformer.

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Figurenbeschreibung

Gemäß Fig. 1 der Zeichnung weist der Signalumformer ein im wesentlichen zylindrisches Bauteil 10 aus einem Metall auf, das mit einer Komponenten gekoppelt ist oder Teil einer solchen Komponenten ist, die drehbar ist und deren Stellung während des Betriebes in axialer Richtung veränderbar ist. Der Signalumformer ist dazu bestimmt, Signale zu erzeugen, aus denen auf die axiale Stellung der Komponente in einem Gehäuse geschlossen werden kann.

Die Außenfläche des Bauteiles 10 ist mit mehreren leistenförmigen VorSprüngen versehen, die zweckmaßigerweise in zwei Gruppen aufgeteilt sind. Die Vorsprünge der ersten Gruppe sind mit 11, die Vorsprünge der zweiten Gruppe mit bezeichnet. Sie bilden entsprechende Bereiche 11 und 12. In jeder Gruppe bestehen auf diese Weise drei Bereiche, die mit Buchstaben gekennzeichnet sind (Fig. 2).

Die Bereiche 11 erstrecken sich von einem Ende des Bauteiles 10 bis in eine Radialebene in der Mitte zwischen beiden Enden des Bauteiles. Länge und Breite der Bereiche sind gleich, d.h. alle Bereiche 11 haben untereinander einerseits die gleiche Länge und andererseits die gleiche Breite. Entsprechend sind auch die Zwischenräume zwischen

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den Bereichen 11 gleich, im Beispiel erstrecken sie sich in Umfangsrichtung über je 60°.

Die Bereiche 12 sind in den Zwischenräumen zwischen den Bereichen 11 angeordnet und erstrecken sich über die gesamte Länge des Bauteiles 10. Die Breite der Bereiche in der umfangsrichtung des Bauteiles 10 ist jedoch unterschiedlich.

Dem Bauteil 10 gegenüberliegend ist eine Fühlvorrichtung angeordnet, die im Ausführungsbeispiel eine Platte eines Kondensators ist. Die Fühlvorrichtung bildet eine Fläche 14, die der Außenfläche des Bauteiles 10 zugekehrt ist und eine dieser Oberseite entsprechende Kontur hat, dieser gegenüber jedoch einen vorbestimmten Abstand einhält. Die Fühlvorrichtung 13 ist in ihrer Betriebsstellung in einem Gehäuse befestigt, das das Bauteil 10 in der aus Fig. 2 sich ergebenden Stellung aufnimmt, in der die Fühlvorrichtung 13 die Bereiche 11 der ersten Gruppe teilweise überdeckt.

Wenn das Bauteil 10 um seine Längsachse umläuft, so verändert sich der Wert der zwischen dem Bauteil 10 und der Fühlvorrichtung 13 gemessenen Kapazität. Werden zunächst die Bereiche 12 der zweiten Gruppe außer acht gelassen, so wird der Wert der Kapazität von einem Minimum, in der

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Praxis im allgemeinen Null, zu einem Maximum ansteigen, wenn die Fläche 14 die Bereiche 11 der ersten Gruppe in Umfangsrichtung voll überdeckt, wie es durch den gestrichelten Linienzug in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Werte werden für jeden Bereich 11 der ersten Gruppe die gleichen sein vorausgesetzt, daß sich der Abstand zwischen den Bereichen 11 und der Fläche 14 nicht verändert. Wird die Stellung des Bauteiles 10 in dessen axialer Richtung verändert, so wird sich der Wert der Kapazität ändern, und je größer die überdeckung in axialer Richtung ist, desto größer wird der Wert der Kapazität sein. Durch Kalibrieren kann der Wert der Kapazität in eine Beziehung zur überdeckung in axialer Richtung gebracht werden und damit die relative axiale Stellung der Fühlvorrichtung 13 und des Bauteiles und damit die axiale Stellung der rotierenden Komponenten in dem Gehäuse.

Verändert sich die Dielektrizität zwischen der Fühlvorrichtung 13 und dem Bauteil 10, so ändert sich der Wert der Kapazität, und die Kalibrierung muß neu festgelegt werden.

Darüber hinaus wird ein Abfall in den elektronischen Kreisen erfolgen, die zum Messen verwendet werden und eine Anzeige des Wertes der Kapazität ergeben. Die Bereiche 12

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sind zu dem Zweck vorgesehen, Kalibrierpunkte zu ergeben.

Wie bereits erwähnt, haben die Bereiche 12 ungleiche Breite in der Umfangsrichtung. Die Breite des mit B bezeichneten Bereiches 12 ist zweckmäßigerweise so bemessen, daß, wenn sich dieser Bereich unter der Fläche 14 befindet, der Wert der Kapazität kleiner ist als der Minimumwert, der möglich ist, wenn die Fläche 14 die Bereiche 11 überdeckt. Der mit F bezeichnete Bereich 12 ist so ausgelegt, daß sich mit ihm der Maximalwert der Kapazität ergibt. Zweckmäßigerweise hat er eine Breite in Umfangsrichtung, die im wesentlichen der Breite der Fläche 14 entspricht. Der mit D bezeichnete Bereich 12 hat eine solche Breite in Umfangsrichtung, daß sich mit ihm ein Zwischenwert der Kapazität ergibt.

In Fig. 3 ist die Veränderung des Wertes der Kapazität während einer Umdrehung des Bauteiles 10 dargestellt, wie sie sich bei einer bestimmten axialen Stellung von Bauteil 10 und Fühlvorrichtung 13 relativ zueinander ergibt. Die relativen Kapazitätswerte werden gleich bleiben, selbst wenn sich die Dielektrizität zwischen Bauteil 10 und Fühlvorrichtung 13 ändert. Die Kapazitätswerte, wie sie sich aus den Bereichen 12 ergeben, ermöglichen eine Selbstkalibrierung der elektronischen Kreise, die für das Messen

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der Kapazitätswerte und das Erzeugen der Stellungssignale verwendet werden.

Bei der Lösung gemäß Fig. 4 weist das Bauteil 15 an der Stelle der leistenförmigen Vorsprünge bei der Anordnung gemäß Fig. 1 Schlitze in der Außenfläche auf, die die Zwischenräume zwischen den Bereichen bilden. Gemäß Fig. 4 hat das Bauteil 15 zylindrische Form und ist mit einem radial durchgehenden Querschlitz 16 versehen, der mit einem geeigneten zerspanenden Werkzeug, insbesondere einem Fräser hergestellt worden ist. Die Außenkanten des Schlitzbodens liegen in der im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnten Querebene, in der dort die die Bereiche 11 bildenden Vorsprünge enden. Die Füh!vorrichtung 17 der Anordnung gemäß Fig. 4 ist entsprechend der Fühlvorrichtung 13 bei der Anordnung gemäß Fig. 1 angeordnet, wobei sie in ümfangsrichtung des Bauteiles 15 schmaler als der Schlitz 16 in der Querrichtung lang ist. Werden zunächst noch die übrigen Schlitze des Bauteiles 16 unberücksichtigt gelassen, so wird der Wert der Kapazität zwischen der Fühlvorrichtung 17 und dem Bauteil 15 von einem maximalen Wert aus auf einen Wert abfallen, der sich aus der axialen Stellung des Bauteiles bestimmt, wenn die Fühlvorrichtung 17 teilweise den Schlitz 16 überdeckt. In die Außenfläche des Bauteiles 15 sind zwei weitere Längsschlitze 18,19 eingeschnitten, die gemäß Fig.

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in der Umfangsrichtung des Bauteiles 15 unterschiedlich breit sind. Die Breite des Längsschlitzes 18 in Umfangsrichtung des Bauteiles 15 ist wesentlich kleiner als die in dieser Richtung gegebene Breite der Fühlvorrichtung 17, während die Breite des Schlitzes 19 in Umfangsrichtung des Bauteiles 15 nur geringfügig kleiner ist als die entsprechende Breite der Fühlvorrichtung 17. Darüber hinaus sind die Schlitze 18,19 über die Querebene hinaus verlängert, in der der Boden des Querschlitzes 16 liegt. Wenn das Bauteil 15 sich um seine Längsachse dreht, liegt die Fühlvorrichtung abwechselnd einem der Schlitze 18,19 gegenüber, um hohe und niedrige Werte der Kapazität zu ergeben. Der hohe Kapazitätswert stellt sich ein, wenn die Fühlvorrichtung dem Schlitz 18 gegenüberliegt, während der niedere Kapazitätswert sich einstellt, wenn die Fühlvorrichtung 17 dem Schlitz 19 gegenüberliegt. Die erreichten Kapazitätswerte entsprechen denen, die bei der Lösung gemäß Fig. 1 erhalten werden.

In Fig. 6 sind die Veränderungen der Kapazitätswerte aufgetragen, wie sie sich ergeben, wenn sich die Fühlvorrichtung 17 relativ zu den Schlitzen usw. bewegt.

Bei dem Signalumformer gemäß Fig. 7,8 ist das hier mit 20 bezeichnete Bauteil wiederum zylinderförmig, es ist jedoch

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mit einem Paar Stufen 22,23 versehen. Auch diese können sehr genau spanabhebend, beispielsweise durch einen Fräser erzeugt werden. Die Endfläche im Bereich der Stufen ist mit 25 bezeichnet, und es sind die in Fig. 7 und 8 aufscheinenden Teile jeweils mit ihren Bezugszeichen versehen. Die Fühlvorrichtung 21 hat eine Breite in Umfangsrichtung des Bauteiles 20, die geringer ist als die Breite der durch die Stufe 23 gegebenen Aussparung und als der Bauteilabschnitt zwischen der Endfläche 25 und der Stufe 22. Dabei geht der Wert der Kapazität von einem dem Bauteilabschnitt zwischen der Endfläche 25 und der Stufe 22 entsprechenden Maximalwert über einen von der relativen axialen Stellung des Bauteiles, insbesondere der stufe 22, zu der Fühlvorrichtung abhängigen gemessenen Wert auf einen der Stellung des Bauteiles gemäß Fig. 8 entsprechenden Minimalwert zurück.

Wie im Zusammenhang mit den Vorrichtungen 13,17 und 21 beschrieben, sind diese Vorrichtungen im Ergebnis Platten eines Kondensators, und es wird der Wert der Kapazität eines Kondensators gemessen. Alternativ hierzu können die Bereiche magnetische Bereiche sein, wobei die Fühlvorrichtungen auf ein magnetisches Feld ansprechen, das in den Bereichen erzeugt wird, wobei selbstverständlich zu beachten ist, daß die Vorrichtung einen finiten Bereich

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haben muß/ um ein Signal zu erzeugen, das charakteristisch für die relative Stellung von Bauteil und Fühlvorrichtung ist. Die Pühlvorrichtungen können leicht sensitiv sein, wobei die Bereiche unterschiedliche Dichte haben können.

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Claims (6)

L 66 P 250 Anmelder; LUCAS INDUSTRIES LIMITED, Great King Street, Birmingham, B19 2XF, England Bezeichnung der Erfindung: Signalumformer Patentansprüche

1. Signalumformer zur Erzeugung eines Signales zur Kennzeichnung der axialen Stellung einer in Umfangsrichtung winkelverstellbaren Komponenten mit einem zylindrischen Bauteil, das in der Betriebsstellung mit der winkelverstellbaren Komponenten mit dieser gekoppelt ist, um mit dieser axial und in Umfangsrichtung bewegbar zu sein, gekennzeichnet durch mehrere in Umfangsrichtung mit Abstand aufeinanderfolgende Bereiche (A,C,E) auf der Außenfläche des Bauteiles (10), ' die in Umfangsrichtung im wesentlichen die gleiche Breite haben und die sich vom einen Ende des Bauteiles aus bis in eine Querebene des Bauteiles zwischen seinen beiden Enden erstrecken, wobei in einem vorgegebenen Abstand der Außenfläche des Bauteiles eine Fühlvorrichtung (13) mit einer Fühlfläche (14) gegenüberliegt, wobei die Fühlvorrichtung in axialer Richtung festgelegt ist, während die Fühlfläche einen definierten Bereich hat und auf die Bereiche auf der Außenfläche des Bauteiles ansprechbar ist, wobei schließlich

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die Füh!vorrichtung ein fluktuierendes elektrisches Signal erzeugt, das für die unter der Fühlfläche vorbeibewegten Teilbereiche der Bereiche der Außenfläche des Bauteiles und die relative Stellung des Bauteiles gegenüber der Fühlvorrichtung in axialer Richtung Indikativ ist.

2. Signalumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Bereichen (A,C,D) je ein weiterer Bereich (B,D,F) angeordnet ist und diese weiteren Bereiche ebenfalls mit jeweils Teilbereichen der Fühlfläche (14) zugekehrt sind, wobei die der Fühlfläche zugekehrten Teilbereiche der weiteren Bereiche im wesentlichen unabhängig von der axialen Stellung des Bauteiles (10) gegenüber der Fühlvorrichtung (13) gleich ist.

3. Signalumformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zuerst genannten Bereiche (A,C,E) und die weiteren Bereiche (B,D,F) von Vorsprüngen (11,12) der Außenfläche des Bauteiles (10) gebildet werden, wobei die zuerst genannten Bereiche gleichen Abstand in ümfangsrichtung voneinander haben und die weiteren Bereiche zwischen den zuerst genannten Bereichen angeordnet sind und unterschiedliche Breite in ümfangsrichtung haben.

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4. Signalumformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (15) mit einem durchgehenden Querschlitz (16) versehen ist, sowie mit einem Paar Längsschlitzen (18,19) mit in ümfangsrichtung unterschiedlicher Breite, die um 90° gegenüber dem Querschlitz versetzt sind und die in axialer Richtung über die Querebene des Bauteiles hinausgehen, in der der Boden des Querschlitzes liegt.

5. Signalumformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (20) mit einem Paar axial versetzter Stufen (22,23) versehen ist.

6. Signalumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (10;15;20) aus Metall besteht und die eine Platte eines Kondensators ist, dessen andere Platte die Fühlvorrichtung (13;17) ist.

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