DE3133033A1

DE3133033A1 - Stellungsfuehler

Info

Publication number: DE3133033A1
Application number: DE19813133033
Authority: DE
Inventors: Shinichiro 48057 Auburn Heights Mich. Iwasaki; Shinichiro Auburn Heights Mich. Iwasaki
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1980-08-29
Filing date: 1981-08-21
Publication date: 1982-04-22
Also published as: DE3133033C2; US4336657A; JPS57118109A; JPH0140925B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stellungsfühler und insbesondere auf einen Stellungsfühler, der eine Arbeitsverstellungslage einer Arbeitsvorrichtung in ein elektrisches Signal umsetzt.

Eine herkömmliche Anordnung eines Fühlers dieser Art ist mit einem Potentiometer versehen, dessen Schleifer mit einem im Betrieb verstellten Teil der Arbeitsvorrichtung verbunden ist. Bei dieser Anordnung gibt das Potentiometer eine der Arbeitsverstellungslage des verstellten Teils entsprechende Analogspannung ab. Bei diesem Stellungsfühler ist es erwünscht, daß ein das Potentiometer bildender Dünnfilm-Widerstand eine hohe Abriebfestigkeit zeigt und für eine gegebene Schleiferstellung eine gleichmäßige Abnahme einer Ausgangsspannung ergibt. Ferner ist anzustreben, daß das im Betrieb verstellte Teil und der Schleifer miteinander mechanisch mit einem geringen Spiel verbunden sind und daß bei Vorliegen von Schwingungen bzw. Vibrationen oder Stoßen ein gleichför-

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Deutsche Bank (München) Kto. S1/61070 Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Posischeck (München) Kto. Θ70-43-804

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miger Kontakt zwischen dem Schleifer und dem Dünnfilm-Widerstand aufrecht erhalten wird. Da jedoch der Schleifer
in dem Potentiometer mit Druck mit dem Dünnfilm-Widerstand in Kontakt gebracht wird, kann der Abrieb oder es können

Schwingungen bzw. Vibrationen die Erzeugung einer hinsichtlich einer Verstellungslage des im Betrieb verstellten Teils ungleichmäßigen bzw. unbeständigen Ausgangsspannung verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellungsfühler zu schaffen, der in einem mechanisch/elektrischen Umsetzungssystem, das eine mechanische Versetzung in ein elektrisches Signal umsetzt, eine hohe Stoßbelastbarkeit, eine hohe Abriebfestigkeit, eine große Bestän-

15 digkeit und eine hohe Dauerhaftigkeit zeigt.

Ferner soll mit der Erfindung ein Stellungsfühler geschaffen werden, bei dem nur eine verhältnismäßig einfache elektrische Verarbeitung eines Meßsignals für die Be-Stimmung der Arbeitsverstellung der Arbeitsvorrichtung notwendig ist.

Ferner soll der erfindungsgemäße Stellungsfühler eine Ab frage einer Arbeitsverstellung mittels einer verhältnismäßig einfachen Ausleselogik in der Form einer integrierten Schaltung mit hohem Integrationsgrad (LSI) wie eines Mikrocomputers ermöglichen.

Die Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Stellungsfühler mit einem bewegbaren Körper, der sich entsprechend dem Arbeiten einer Arbeitsvorrichtung bewegt, deren Verstellungslage zu messen ist, und einem Verstellungs/Impuls-Umsetzmechanismus gelöst, der einen magnetisch weichen, amorphen Metallteil, in dem entsprechend der Ver- ° Stellung des bewegbaren Körpers Spannungsbelastungsände-

-·β=_ er DE 1302

rungen hervorgerufen werden, und eine auf den Metallteil gewickelte elektrische Spule hat. Die elektrische Spule hat eine ausreichend große Windungsanzahl, so daß der magnetisch weiche, amorphe Metallteil mit einer verhält-

5 nismäßig niedrigen angelegten Spannung bzw. bei einer verhältnismäßig geringen Stromstärke magnetisch gesättigt werden kann.

Beim Anlegen einer Spannung an die auf dem magnetisch weichen, amorphen Metallteil gewickelte Spule kann eine Zeitdauer T, die von dem Moment des Anlegens der Spannung

bis zu dem Zeitpunkt notwendig ist, an dem der Strom in ' der elektrischen Spule einen vorbestimmten Wert erreicht,

folgendermaßen ausgedrückt werden: 15

r.*t (D

wobei E die angelegte Spannung ist, N die Windungsanzahl

der elektrischen Spule ist und φ die Größe der Änderung

von einer remanenten Magnetflußdichte zu einer Sätti-

gungs-Magnetflußdichte ist, die sich aus dem durch die vorbestimmte Stärke des Spulenstroms hervorgerufenen Magnetfeld ergibt. Die Größe φ ist direkt proportional zu der Permeabilität des magnetisch weichen, amorphen Metallteils. Wenn in dem magnetisch weichen, amorphen Me-• tallteil eine Spannungsbelastung wie beispielsweise eine Zugspannung hervorgerufen wird, wird die Permeabilität des Metällteils in Abhängigkeit von der Größe der Zugspannung vergrößert und daher die Größe φ dementsprechend

gesteigert. Wenn andererseits eine Druckspannung hervorgerufen wird, wird die Permeabilität des magnetisch weichen, amorphen Metallteils in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Druckspannung verkleinert und daher die Größe p dementsprechend vermindert. Auf diese Weise wird die Zeit-

dauer T von dem Anlegen einer Spannung an die Spule bis

O I O O U

-ST- r DE 1302

zum Erreichen einer vorgegebenen Spulenstromstärke entsprechend der in dem magnetisch weichen, amorphen Metallteil hervorgerufenen Zugspannung verlängert oder entsprechend.der Druckspannung verkürzt. Demgemäß ist bei dem erfindungsgemäßen Stellungsfühler eine elektrische Schaltung oder eine elektronische Halbleitereinrichtung dafür vorgesehen, den Wert von T zu bestimmen und zur Angabe dieses Werts ein elektrisches Signal in der Form eines Spannungspegels, eines digitalen Codes oder dergl. abzugeben.

Da ein magnetisch weicher, amorpher Metallteil durch Abschrecken aus einem Metall in der Flüssigphase hergestellt werden muß, hat der Teil die Form eines dünnen Blatts. · Magnetisch zeigt der Teil Ferromagnetismus mit einem hohen Wert der magnetischen Sättigung, hoher Permeabilität (,u ^> 10 ) und einer geringen Koerzitivkraft (-<: 1,0 Oe), während er mechanisch eine sehr hohe Bruchfestigkeit, eine hervorragende Elastizität und eine hervorragende Beständigkeit zeigt und bei Temperaturänderungen geringere Änderungen der Eigenschaften als ein Halbleiter ergibt. Einige magnetisch weiche Materialien sind in dem Artikel "Soft Magnetic Properties of Metallic Glasses - Recent Developments", J.Appl.Phys. 50(3), März 1979, Seiten 1551 - 1556 von Hasegawa u.a., beschrieben. Magnetisch weiche Materialien werden unter der Handelsbezeichnung METGLAS (TM) von der Allied Chemical Corp. vertrieben.

^ou Diese Eigenschaften eines metallisch weichen, amorphen Metallteils sind für die Anwendung bei dem erfindungsgemäßen Stellungsfühler sehr vorteilhaft. Die Anwendung erleichtert vorteilhafterweise die Signalverarbeitung und steigert die Genauigkeit hinsichtlich der Bestimmung des

Werts von T. Ferner wird in mechanischer Hinsicht die

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1 Herstellung vereinfacht, während sich eine höhere Haltbarkeit und eine verringerte Empfindlichkeit gegenüber Einflüssen durch Teniperaturschwankungen ergeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht eines Stellungsfüh-10 lers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

Fig. 2 a ist ein Schaltbild, das eine an eine elektrische Spule 8 des Stellungsfühlers angeschlossene elektrische Verarbeitungsschaltung 100 zur Abgabe einer Analogspannung mit einem Pegel zeigt, der der ermittelten Stellung entspricht.·

Fig. 2 b ist eine graphische Darstellung, die Kurvenformen von Eingangs- und Ausgangssignalen der in Fig. 2a gezeigten elektrischen Verarbeitungsschaltung 100 zeigt.

Fig. 3 a ist ein Schaltbild, das eine weitere, an die elektrische Spule 8 des Stellungsfühlers angeschlossene elektrische Verarbeitungsschaltung 120 für die Abnahme von Impulsen zeigt, die eine der ermittelten Stellung entsprechende Verzögerungszeit darstellen.

Fig. 3 b ist eine graphische Darstellung, die Kurvenformen von Eingangs- und Ausgangssignalen der in Fig. 3a gezeigten elektrischen Verarbeitungsschaltung 120 zeigt.

^/ζ DE 1302

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild einer Zählerschaltung
140, die eine Verzögerungszeit zwischen einem
Eingangsimpuls und einem Ausgangsimpuls der in
Fig. 3a gezeigten elektrischen Verarbeitungs-

schaltung 120 in einen digitalen Code umsetzt.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das eine an die elektrische Spule des Stellungsfühlers angeschlossene elektronische Verarbeitungseinheit 160 zur Be-

Stimmung einer Verzögerungszeit der Anstiegsflanke eines über die elektrische Spule 8 des Stellungsfühlers fließenden Stromimpulses gegenüber einer an die Spule von einem Einzelbaustein-Mikrocomputer angelegten Impulsspannung zeigt.

15 '

Fig. 6 a ist eine perspektivische Ansicht eines Kerns 5 bei dem Zustand, bei dem eine Anzeigespannung Vx und eine Impuls-Verzögerungszeit td entsprechend der Verstellung eines Endes des Kerns 5 ex-

20 perimentell bestimmt werden.

Fig. 6 b ist eine Draufsicht auf den in.Fig. 6a gezeigten Kern, wobei zur klaren Darstellung eine elektrische Spule 8 weggelassen ist.
.

Fig. 6 c ist eine rechte Seitenansicht des in Fig. 6b gezeigten Kerns.

Fig. 6 d ist eine schematische Vorderansicht eines Ver-. suchsaufbaus, bei dem das rechte Ende des in den Fig. 6a bis 6c gezeigten Kerns 5 so versetzt
wird, daß in einem magnetisch weichen, amorphen Metallteil 7 eine Zugspannung hervorgerufen wird, wobei zur Verdeutlichung die elektrische Spule 8 nicht dargestellt ist.

-10*· Q DE 1302

Fig. 6 e ist eine graphische Darstellung, die Daten für die Spannung Vx, die sich entsprechend einer Versetzung bzw. Auslenkung χ ändert, bei Verwendung der in den Fig. 6a bis 6d gezeigten Abmessungen ■ und Anordnungen und dem Anschluß der elektrischen Spule 8 an die in Fig. 2a gezeigte elektrische Verarbeitungsschaltung 100 zeigt.

Fig. 6 f ist eine graphische Darstellung, die Daten für 10 die Verzögerungszeit td, die sich entsprechend der Auslenkung χ ändert., bei der Verwendung der Dimensionen .und der Anordnung, die in den Fig. 6a bis 6d gezeigt sind, und bei Anschluß der
elektrischen Spule 8 an die in Fig. 3a gezeigte 15 elektrische Verarbeitungsschaltung 120 zeigt.

Fig. 7 ist eine Längsschnittansicht eines Stellungsfühlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

20 Fig. 8 a ist eine perspektivische Ansicht eines Kerns 5, der zur experimentellen Bestimmung einer Anzeige-Spannung Vx und einer Zeitdifferenz verwendet wird, die einer Auslenkung eines Endes des Kerns 5 entsprechen.

Fig. 8 b ist eine Draufsicht auf den in Fig. 8a gezeigtten Kern, wobei zur Verdeutlichung eine elektrische Spule 8 weggelassen ist. "

Fig. 8 c ist eine rechte Seitenansicht des in der Fig, 8b gezeigten Kerns.

O IOOUOO

-ti- _Λ DE 1302

Fig. 8 d ist eine schematische Vorderansicht, die eine Anordnung zeigt, die experimentell zum Hervorrufen einer Druckbelastung in einem magnetisch weichen, amorphen Metallteil 7 durch Auslenkung des rechten Endes des in den Fig. 8a bis 8c gezeigten Kerns verwendet wird, wobei zur Verdeutlichung die elektrische Spule 8 nicht dargestellt ist.

Fig. 8 e ist eine graphische Darstellung, die Daten für die in Bezug auf die Auslenkung χ gemessene Span— • nung Vx bei Anschluß der elektrischen Spule 8 an die in Fig. 2a gezeigte elektrische Verarbeitungsschaltung und bei den Dimensionen und der Anordnung zeigt, die in den Fig. 8a. bis. 8d .ge—
zeigt sind.

Fig. 8 f ist eine graphische Darstellung, die Daten für die in Bezug auf eine Auslenkung χ gemessene
Zeitdifferenz bzw. Verzögerungszeit td bei Anschluß der elektrischen Spule 8 an die in Fig. 3a gezeigte elektrische Verarbeitungsschaltung 120 und bei den Dimensionen sowie der Anordnung zeigt, die in den Fig. 8a bis 8d gezeigt sind.

Fig. 9 ist eine Längsschnittansicht eines Stellungsfühlers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Fig. IO a ist ein Schaltbild einer an elektrische Spulen 8 und 18 des in Fig. 9 gezeigten Stellungsfühlers angeschlossenen elektrischen Verarbeitungsschaltung 180 zur Erzeugung einer Analogspannung mit einem Pegel, der der ermittelten Stellung entspricht.

35 · "

, Mä __ DE 1302

Fig. 1O!> ist ein Blockschaltbild einer an die elektrischen Spulen 8 und 18 des in Fig. 9 gezeigten Stellungsfühlers angeschlossenen elektrischen Verarbeitungsschaltung 200 zur Erzeugung eines digitalen Codes, der der ermittelten Stellung entspricht.

Fig. 10 c ist ein Blockschaltbild einer an die elektrischen Spulen 8 und 18 des in Fig. 9 gezeigten
10 Stellungsfühlers angeschlossenen elektronischen logischen Verarbeitungseinheit 220 zur Erzeugung eines Digitalcodes, der der ermittelten Stellung entspricht.

Fig. 11 bis 21 sind jeweils Längsschnittansichten von Stellungsfühlern gemäß einem vierten bis vierzehnten Ausführungsbeispiel.

In der Zeichnung sind durchgehend einander gleiche oder 20 einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet; im einzelnen wird anhand der Fig. 1 bis 6f der Zeichnung ein erstes Ausführungsbeispiel des Stellungsfühlers beschrieben.

Erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 1 bis 6f

Ein in Fig. 1 gezeigter Stellungsfühler 1 hat ein Gehäuse 4 aus einem Gehäusekörper 2 und einem mit diesem zu einer Einheit zusammengeklebten Gehäusekörper 3; an dem Gehäu-

30 sekörper 2 ist ein Kern 5 mit einem Ende fest angebracht. Der Kern 5 hat einen flachen, plattenartigen Federteil 6 aus Epoxyharz,· Vinylchloridharz oder Beryllkupfer und einen an der rechten Seite desselben zu einer Einheit angeklebten flachen, plattenartigen, magnetisch weichen,

amorphen Metallteil 7. Auf den (nachstehend als magne-

O.J

-Jiff- . DE 1302

tisch weicher Teil bezeichneten) magnetisch weichen,

amorphen Metallteil 7 des Kerns 5 ist eine elektrische Spule 8 gewickelt.

9 und 10 sind Anschlüsse der elektrischen Spule 8. 11 ist ein bewegbares Glied, das mit seinem rechten Ende über einen Verbindungsmechanismus 13 an eine Arbeitsvorrichtung 12 angeschlossen ist und das entsprechend einer Verstellung der Arbeitsvorrichtung 12 axial durch eine Führung des Gehäusekörpers 3 hindurch bewegbar ist.. An das linke Ende des bewegbaren Glieds 11 ist ein Koppelglied 14 für eine Verbindung mit dem Kern 5 angesetzt, das mit der rechten Seite des zweiten Endes des Federteils 6 in Eingriff steht.

In der Fig. 1 ist die Lage des bewegbaren Glieds 11 bei einer nicht verstellten Lage der Arbeitsvorrichtung 12 gezeigt. Bei diesem Zustand ist das Koppelglied 14 so angeordnet, daß es nur gegen den Federteil 6 stößt, jedoch keine Biegung bzw. Auslenkung des Kerns 5 ergibt. Demzufolge wird in dem magnetisch weichen Teil keine Spannungsbelastung hervorgerufen. Daher wird bei einer Linksbewegung der Arbeitsvorrichtung 12 zu einer Verstellungslage hin das bewegbare Glied 11 entsprechend der Arbeite— vorrichtung 12 nach links zu versetzt, wodurch das zweite Ende des Kerns 5 mittels des Koppelglieds 14 entsprechend der Versetzung des bewegbaren Glieds 11 versetzt wird, d.h., eine Auslenkung hervorgerufen wird. Als Folge davon wird entsprechend der Versetzung des bewegbaren Glieds ii in dem einstückig an den Federteil 6 angeklebten mag-, netisch weichen Teil 7 eine Zugspannung hervorgerufen, die in Abhängigkeit von der Linksversetzung des zerlegbaren Glieds zunimmt. Die in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Zugspannung wird mittels einer elektri-

^OJ sehen Verarbeitungsschaltung oder einer elektronischen

->r- ._n DE 1302

- /is -

1 logischen Verarbeitungseinheit erfaßt.

Die Fig. 2a zeigt als eine Ausführungsform eine elektrische Verarbeitungsschaltung 100. An einen Konstantspannungs-Versorgungsanschluß 101 der Schaltung 100 wird ein
Gleichspannung Vcc' mit einem konstanten Pegel von beispielsweise+5V angelegt. Die Schaltung 100 hat ferner einen Eingangsanschluß 102, an den Spannungsimpulse mit einer Frequenz in der Größenordnung von beispielsweise 5 bis 25 kHz angelegt werden. Ein NPN-Transistor 103 wird während der Zeit durchgeschaltet, während der die Impulsspannung positiv bleibt, und gesperrt, wenn die Impulsspannung Massepegel annimmt. Ein PNP-Transistor 104 wird durchgeschaltet bzw. gesperrt, wenn der Transistor 103 durchgeschaltet bzw. gesperrt wird. Daher wird während der Zeit, während der die an den Eingangsanschluß 102 angelegte Impulsspannung positiv bleibt, die Konstantspannung Vcc an die elektrische Spule 8 angelegt, während an diese keine Spannung angelegt wird, solange die Impuls-

2.0 spannung auf dem Massepegel verbleibt. An einem Widerstand 105 entsteht eine zu dem durch die Spule 8 fließenden Strom proportionale Spannung, die mittels eines Integrators aus einem Widerstand 106 und einem Kondensator 107 integriert wird, wobei die integrierte Spannung an

25 einem Ausgangsanschluß 108 auftritt.

Die Fig. 2b zeigt auf graphische Weise die Kurvenformen der Eingangs- und Ausgangsspannung der in Fig. 2a gezeigten Schaltung. Die Zeit td vom Anstieg der Eingangs-¹^ .spannung IN bis zum Übersteigen eines vorgegebenen Pegels durch die Spannung an dem Widerstand 105 sowie die integrierte Spannung Vx, die ein Integral der Spannung a an dem Widerstand 105 darstellt, hängen beide von der in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufenen Spannungsbelastung ab.

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Die Fig. 3a zeigt eine weitere elektrische Verarbeitungsschaltung. 120. In diesem Fall werden ein NPN-Transistor 103 und ein PNP-Transistor 104 während der Zeit durchgeschaltet, während der die Eingangsspannung IN positiv
bleibt, so daß daher während des Durchschaltens des Zeitgeber-Transistors 103 eine Konstant spannung Vcc an die Spule 8 angelegt wird. Während der Dauer des Massepegels der Eingangsspannung IN sind die Transistoren 103 und 104 gesperrt. Wenn der Transistor 104 durchgeschaltet ist, bildet ein Paar von N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren FETl und FET2 eine Konstantstromquelle, die einen konstanten Stromfluß über die Spule aufrecht erhält. Die Stärke des über den Feldeffekttransistor FET2 fließenden Stroms kannmitteIs eines veränderbaren Widerstands 122 eingestellt werden,-Die an dem mit den Feldeffekttransistoren FETl und FET2 verbundenen Anschluß der Spule entstehende Spannung wird mittels eines Paars von invertierenden Verstärkern INI und IN2 verstärkt und geformt.

Die Fig. 3b zeigt graphisch die Kurvenformen der Eingangs- und Ausgangsspannung der Schaltung nach Fig. 3a. Die Schaltung 120 gibt ein Ausgangssignal OUT in Form von Spannungsimpulsen ab, die in Bezug auf Eingangsimpulse IN jeweils um eine Verzögerungszeit td verzögert sind, welche von der in dem magnetisch weichen Teil hervorgerufenen Spannungsbelastung abhängt. Die Länge der Verzögerungszeit td wird mittels einer in Fig. 4 gezeigten Zählerschaltung 140 in der Form eines digitalen Codesignals wiedergegeben. Bei der Schaltung 140 setzt die Anst.iegs-

30 -

flanke einer Eingangsspannung IN ein Flipflop Fl, wodurch dessen Q-Ausgangssignal auf hohen Pegel "1" wechselt,
durch den ein UND-Glied Al zum Durchlaß von mittels eines Taktimpulsoszillators 141 erzeugten Impulsen zu einem
Taktimpulseingangsanschluß CK eines Zählers 142 durchgeschaltet wird.. Ein Ausgangs impuls OUT und das Q-Ausgangs-

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.1 signal des Flipflops Fl werden an ein UND-Glied A2 angelegt, das bei dem Anstieg des Ausgangsimpulses OUT auf hohen Pegel ein Signal mit dem hohen Pegel "1" abgibt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Flipflop Fl zurückgesetzt, wodurch das Q-Ausgangssignal auf niedrigen Pegel "0" zurückkehrt. Hierdurch wird das UND-Glied Al gesperrt und damit die Zufuhr von Taktimpulsen zu dem Zähler 142 unterbrochen. Während der Abgabe eines Ausgangssignals "1" durch das UND-Glied A2 wird ein den Zählstand des Zählers 142 darstellender Code in einem Zwischenspeicher 143 gespeichert. Nach dem Rücksetzen des Flipflops Fl und dem Beschicken des Zwischenspeichers 143 mit dem Zählstandcode läßt ein UND-Glied A3 einen Taktimpuls zum Löschen des Zählers 142 durch. Ein Codeausgangssignal bzw. Datenaus-

'5 gangssignal des Zwischenspeichers 143 gibt die Anzahl der während des Zeitintervalls der Zeit td durchgelassenen Taktimpulse an und stellt somit die Länge der Verzögerungszeit td dar.

^ίυ Eine in Fig. 5 gezeigte elektronische Verarbeitungseinheit 160 weist einen Einzelbaustein-Mikrocomputer (integrierte Halbleitereinheit mit hohem Integrationsgrad,
LSI), 161, einen Verstärker 162, einen N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistor FETl, der als Konstantstrom-Steuervorrichtung wirkt, einen Widerstand 163, einen Kondensator 164, einen Verstärker 165 und einen Taktimpulso'szillator 166 auf. Die Zusammenschaltung aus dem Widerstand 163 und dem Kondensator 164 bildet ein Filter, das Spannungsschwingungen mit Frequenzen abfängt, die höher

als die Frequenz der Eingangs- und Ausgangsimpulse sind.

. Der Mikrocomputer 161 bildet im Ansprechen auf die eingegebenen Taktimpulse Impulse mit einer vorgegebenen Frequenz in einem Bereich von 5 bis 30 kHz und führt sie dem Verstärker 162 zu. Andererseits überwacht der Mikrocomputer 161 die an dem Verbindungspunkt zwischen dem N-Kanal-

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Feldeffekttransistor FETl und einem Wicklungsende der

Spule 8 entstehende Spannung bzw. die Ausgangsspannung des Verstärkers 165 und zählt die Taktimpulse, die während der Verzögerungszeit td vom Anstieg des vom Mikrocomputer selbst abgegebenen Impulses bis zum Anstieg der Ausgangsspannung des Verstärkers 165 auf einen vorgegebenen Pegel erzeugt werden; dadurch bildet der Mikrocomputer ein Ausgangscodesignal, das die Länge der Verzögerungszeit td angibt.

Gemäß den vorangehenden Ausführungen kann der in Fig. 1 gezeigte Stellungsfühler mit vielerlei elektrischen Verarbeitungsschaltungen oder einer elektronischen logischen . Verarbe'itungseinheit verbunden werden, um ein elektri-

' sches Signal zu schaffen, das die in dem magnetisch weichen Teil 7 des Stellungsfühlers 1 hervorgerufene Spannungsbelastung darstellt. Die. Verwendung des in Fig. 1 gezeigten Stellungsfühlers 1 in Verbindung mit den elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100, 120 und 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 zur Abnahme eines der ermittelten Stellung entsprechenden elektrischen Signals wird nachstehend beschrieben.

Zunächst setzt das bewegbare Glied 11 des Stellungsfühlers 1 die im Betrieb verstellte Lage der Arbeitsvorrichtung 12 in eine in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Spannungsbelastung um. Die Umsetzung der in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufenen ,Zugspannung in ein elektrisches Signal wird nun anhand von in den Fig. ^ou 6e bis 6f dargestellten Versuchsdaten beschrieben. Gemäß der Darstellung in den Fig. 6a bis 6d werden zwei magnetisch weiche Teile 7 mittels eines Epoxy-Klebmittels zu einer Einheit zusammengeklebt. Ferner werden zwei Sätze dieser magnetisch weichen Teile parallel zueinander zu

einer Einheit auf ein Substrat bzw. einen Federteil 6 aus

r- αλ DE 1302

Epoxyharz aufgeklebt, um damit einen Kern 5 zu bilden. Der Kern 5 wird an seinem linken Ende an einer Zwinge 81 festgelegt, wobei der magnetisch weiche Teil 7 an der
Oberseite des Kerns gehalten wird. An eine Stelle, die von dem rechten Ende des Kerns 5 einen Abstand von 5 mm hat, wird eine (nicht gezeigte) Meßuhr angesetzt. Danach werden die Werte von Vx und td in Bezug auf eine Auslenkung χ des Kerns 5 in der X-Richtung bestimmt. Die einzelnen Werte der Dimensionen a bis e in den Darstellungen und das Material des magnetisch weichen, amorphen Metallteils sowie die Bezeichnungen der Figuren, die die erzielten Daten darstellen, sind in der nachstehenden Tabelle 1 als Fälle Nr. 1 und 2 aufgelistet.

co
cn

ω
ο

cn

ιο
ο

Tabelle 1

Fall
Nr.

Teil aus amorphem,magnetisch weichem Material '

Material
A torn-Gew.-%

Dicke

rrrn

a mm.

mni

Blattanzahl

Federteil

Spule 8

mm

um

mm

rt/indungs
anzahl

Meßvorrichtung
und Eingangs-Impulsfrequenz Daten

^Fe40^Ni40^P14^B6

0,058

80

1.8

95

0.6

2Ό0Ο

Schaltung 1(X) Fi g. 60
5 kHz

Schaltung 120 & ^ Synchroskop \ oo

100 Hz ^FiS- of <α$__Λ

■ ι co

Schaltung 100 "" ö ^. 5 kHz FiS- 8c W O

8 co

Schaltung 120 &
Syrichroskop
100 Hz

Fig. 8f ',-, ';

t I I ( '

χ, DE 1302

- A3 -

1 Aus den in Fig. 6e gezeigten Daten ist ersichtlich, daß bei dem Fall Nr. 1 eine Spannung Vx hoher Genauigkeit für eine Auslenkung χ von O bis 1,8 mm erzielbar ist. Aus den in der Fig. 6f gezeigten Daten ist ersichtlich,

daß bei dem Fall Nr. 2 eine Verzögerungszeit td mit guter Linearität und hoher Änderung für Auslenkungen χ von O bis 0,9 mm sowie von 1,0 bis 1,8 mm erzielt wird.

Zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 7 bis 8f 10

Ein in der Fig. 7 gezeigter Stellungsfühler unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten Stellungsfühler dadurch, daß der magnetisch weiche, amorphe. Metallteil 7 zu einer Einheit auf die linke Seite des Federteils 6 aufgeklebt '5 ist, um damit den Kern 5 zu bilden. Wenn bei dieser Anordnung das bewegbare Glied 11 nach links zu versetzt wird, wird das mit dem Koppelglied 14 in Eingriff stehende untere Ende des Kerns 5 entsprechend der Versetzung des bewegbaren Glieds 11 nach links zu versetzt, d.h.,

■*■" eine Auslenkung hervorgerufen. Demgemäß wird entsprechend der Versetzung des bewegbaren Glieds 11 in dem magnetisch weichen Teil 7 eine Druckspannung hervorgerufen, die sich in Abhängigkeit von der Linksversetzung des bewegbaren

Glieds 11 ansteigend ändert. Die Verwendung des in Fig. 95

7 gezeigten Stellungsfühlers 1 in Verbindung mit der elektrischen Verarbeitungsschaltung 100, 120 oder 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 zur Abnahme eines der ermittelten Stellung entsprechenden elektrischen Signals wird im folgenden beschrieben: zunächst

setzt das bewegbare Glied 11 des Stellungsfühlers 1 die ermittelte Stellung in eine Druckspannung in dem magnetisch weichen Teil 7 um. Die Umsetzung der Druckspannung in dem magnetisch weichen Teil 7 in ein elektrisches Signal wird anhand von in den Fig. 8e bis 8f gezeigten Versuchsdaten erläutert. Gemäß der Darstellung in den Fig. 8a bis 8d werden zwei magnetisch weiche Teile 7 mittels eines Epoxy-Klebstoffs zu einer Einheit zusammengeklebt.

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Ferner werden zwei derartiger Sätze von magnetisch weichen' Teilen parallel zueinander zu einer Einheit auf ein Substrat bzw. einen Federteil 6 aus Epoxyharz aufgeklebt, um einen Kern 5 zu bilden. Der Kern 5 wird an seinem linken Ende an einer Zwinge 81 festgelegt, wobei die magnetisch weichen Teile 7 an der Oberseite des Kerns bleiben. An einer Stelle, die von dem rechten Ende des Kerns 5 einen Abstand von 5 mm hat, wird eine (nicht gezeigte) Meßuhr angesetzt. Danach werden die Werte von Vx und td in Bezug auf eine Auslenkung χ des Kerns 5 in der X-Richtung bestimmt. Die einzelnen Werte der verschiedenen Dimensionen a bis e in den Fig. und das Material des magnetisch weichen Teils sowie die Bezeichnungen der Figuren, in denen die erzielten Daten dargestellt sind, sind in der vorangehenden 'Tabelle 1 als Fälle Nr. 3 und 4 aufgelistet. -

Aus den in Fig. 8e gezeigten Daten ist ersichtlich, daß bei dem Fall Nr. 3 eine Spannung Vx hoher Genauigkeit für eine Auslenkung von O bis 3 mm erzielbar ist. Aus den in Fig. 8f gezeigten Daten ist ersichtlich, daß eine Verzögerungszeit td mit guter Linearität und hoher Änderung für Auslenkungen von O bis 0,8 mm und von. 0,9 bis 2 mm erzieltwird (Fall Nr.4).

Drittes Ausführungsbeispiel·, Fig. 9 bis IQc

Bei dern in Fig. 9 gezeigten Stellungsfühler 1 ist zusätzlich zu·dem Kern 5., der dem des in Fig. 1 gezeigten Stel-

lungsfühlers gleichartig ist, ein weiterer Kern 15 vorgesehen. Zur Bildung des Kerns 15 ist ein magnetisch weicher, amorpher Metallteil 17 zu einer Einheit auf die linke Seite eines Federteils 16 aufgeklebt, der aus einem Epoxyharz, Vinylchloridharz, Berylkupfer oder dergl. ge-

formt ist und bei einem freien bzw. unbelasteten Zu-

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^tand ebene Form hat. Auf den magnetisch weichen, amorphen Metallteil bzw. den magnetisch weichen Teil 17 des Kerns 15 ist eine elektrische Spule 18 gewickelt. 19 und 20 sind Anschlüsse der elektrischen Spule 18. Gleichartig wie der Kern 5 ist der Kern 15 mit seinem Federteil 16 an einem Ende an dem Gehäusekörper 3 festgelegt. An den anderen Enden der Kerne 5 und 15 ist ein einstückig mit einem bewegbaren Glied 11 ausgebildetes Koppelglied 14 so angeordnet, daß es eine Biegung an den anderen Enden der Kerne 5 und 15 herbeiführt. Gemäß der Darstellung in Fig.9 wird bei der mittigen Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 in jedem der magnetisch weichen Teile 7 und 17, die mit den Federteilen 6 bzw. 16 jeweils zu einer Einheit zusammengeklebt sind, eine Anfangszugspannung hervorgerufen. Wenn das bewegbare Glied 11 aus der in Fig. 9 gezeigten Stellung nach links zu versetzt wird, wird die Biegung in dem Kern 5 verstärkt, während der Kern 15 zu seinem ebenen Zustand hin zurückgeführt wird. Demgemäß wird die in dem magnetisch weichen Teil 7 des Kerns 5 hervorgerufene Zugspannung über die Anfangszugspannung hinaus entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt, während andererseits die in dem magnetisch weichen Teil 17 des Kerns 15 hervorgerufene Zugspannung entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verringert wird. Wenn im Gegensatz dazu das bewegbare Glied 11 aus der in Fig. 9 gezeigten Stellung nach rechts zu versetzt wird, wird die in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Zugspannung vermindert, während die andere, in dem magnetisch weichen

^O Teil 17 hervorgerufene Zugspannung verstärkt wird. Die Anwendung des in Fig. 9 gezeigten Stellungsfühlers in Verbindung mit einer elektrischen Verarbeitungsschaltung 81 und 200 oder einer logischen Verarbeitungseinhe.it 220, die in den Fig. 10a, 10b und 10c gezeigt sind, ergibt ein elektrisches Signal, das der -ermittelten Stellung entspricht.

** _β * " -- ~ '■»SS- DE 1302

' Die in Fig. 10a gezeigte elektrische Verarbeitungsschaltung 180 ergibt eine Analogspannung Vx, die der Versetzung des bewegbaren Glieds 11 des in Fig. 9 gezeigten Stellungsfühlers 1 entspricht. In der Schaltung 180 ist der NPN-Transistor 103 während der Zeit durchgeschaltet, während der die Impulsspannung positiv bleibt, und wird gesperrt, wenn die Impulsspannung Massepegel annimmt. Die Kollektorspannung des Transistors 103 wird durch ein Paar von invertierenden Verstärkern IN3 und IN4 verstärkt und geformt, wonach sie an die Basis eines NPN-Transistors 121 angelegt wird. Demzufolge wird während der
Zeit, während der die Eingangsimpulsspannung IN positiv bleibt, der Transistor 103 durchgeschaltet und der Transistor 121 gesperrt, während der PNP-Transistor 104 ge-

'5 sperrt wird. Demgemäß wird durch eine der Funktion der Schaltung 120 gemäß Fig. 3a gleichartige Funktion eine Impulsspannung an die Spule 8 angelegt, wodurch an dem Widerstand 105 ein Spannungsimpuls entsteht, der mit einer der in dem magnetisch weichen Teil hervorgerufenen

™ Spannungsbelästung entsprechenden Verzögerungszeit td von der - abfallenden Flanke der Eingangsimpulsspannung IN an ansteigt.

An die andere elektrische Spule 18 wird eine konstante ^ Spannung über einen PNP-Transistor 181 angelegt. Während der Zeit, während der die Eingangsimpulsspannung IN positiv bleibt und der Transistor 103 durchgeschaltet ist, hat das Ausgangssignal eines invertierenden Verstärkers IN5 positiven Pegel, so daß ein NPN-Transistor 182 durch-

geschaltet wird und daher der Transistor 181 durchgeschaltet wird. Andererseits ist der Transistor 181 während der Zeit gesperrt, während der die Eingangsimpulsspannung IN Massepegel hat. Somit wird die Konstantspannung Vcc an die zweite elektrische Spule 18 angelegt,

wenn an die erste elektrische Spule 8 keine Spannung an-

DE 1302

1 gelegt wird, während an die zweite elektrische Spule

18 keine Spannung angelegt wird, wenn an die erste elektrische Spule die Konstantspannung Vcc angelegt wird.
D.h. , die Konstantspannung wird entsprechend der Eingangsimpulsspannung IN- abwechselnd an die erste Spule 8 und die zweite Spule 18 angelegt. An die zweite elektrische Spule 18 ist ein Widerstand 183 angeschlossen. An dem Widerstand 183 entsteht jeweils ein- Spannungsimpuls, der mit einer der in dem magnetisch weichen Teil hervorgerufenen Spannungsbelastung entsprechenden Verzögerungszeit tdp von der ansteigenden Flanke der Eingangsimpulsspannung IN an ansteigt. Die Spannung Vx. an dem Widerstand 105 wird an eine der Elektroden eines Kondensators 184 angelegt, an dessen andere Elektrode die Spannung Vx an dem Widerstand 183 angelegt wird. Die in den magnetisch weichen Teilen 7 und 17 hervorgerufenen Spannungsbelastungen werden jeweils mit x- bzw. ^Xp bezeichnet, wobei X₁ + x_ = K (Konstante) gilt; die Spannungen Vx. und Vx_? sind zu x. bzw. x„ proportional, so daß daher die Potentialdifferenz an dem Kondensator 184 der Größe Cx₁-Xp) entspricht. Der Kondensator 184 bildet zusammen mit einem Widerstand 185 einen Integrator, so daß sich an dem Kondensator eine Spannung ergibt, die der größe (x. - x„) entspricht. Da x. = K - x, gilt,

gilt x.-Xp = 2X₁-K. Daher entspricht die Spannung an dem Kondensator 184 der Größe 2X₁. D.h., bezüglich■des magnetisch weichen Teilri 7 des Kerns 5 wird eine Analogspannung erzielt, die dem doppelten der in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufenen Spannungsbelastung X₁

entspricht. Die gegenpoligen Anschlüsse des Kondensators 184 sind mit den Eingängen eines Rechenverstärkers 186 verbunden, der als Differenzverstärker geschaltet ist. Der Verstärker 186 gibt eine Analog-Ausgangsspannung

Vx ab, die 2X₁ entspricht.
35

-9·5- DE 1302

Die Fig. 10b zeigt die weitere elektrische Verarbeitungsschaltung 200, bei der in einem ' Paar von Schaltungen 120 ein Paar von Impulsen gebildet wird, die jeweils der Anstiegsflanke des Eingangsimpulses um Zeitintervalle td₁ und td_p nachfolgen. Diese Impulse werden jeweils an ein Paar von Zählerschaltungen 140 angelegt, wo sie in ein Paar von Codesignalen S7 und S17 umgesetzt werden, die die Werte der Verzögerungszeiten td^ bzw. td_? darstellen. Diese Codesignale werden an einen Substrahierer 201 angelegt, der unter Verwendung der Codesignale S7 - S17 = Sx bzw. (td - tdp errechnet, was 2x entspricht.

Die Fig. 10c zeigt eine elektronische logische Verarbeitungseinheit 220, die einen Einzelbaustein-Mlcrocomputer 221 aufweist, welcher einen Einzelimpuls an die mit der elektrischen Spule 8 verbundene Schaltung 120 anlegt, während er von der Anstiegsflanke dieses Impulses an einen Zeitzählvorgang beginnt, um einen Datenwert S7 für die Zählung der Verzögerungszeit td₁ ■ zu erhalten_r

der gespeichert wird. Darauffolgend legt der Microcomputer einen Einzelimpuls an die mit der elektrischen Spule 18 verbundene Schaltung 120 an, während er von der Anstiegsflanke des Impulses an einen ZeitzählVorgang beginnt, um einen Datenwert S17 für die Zählung der Verzögerungszeit td_? zu erhalten. Danach rechnet der Mikrocomputer die Differenz (td..-tdp) aus, und gibt ein entsprechendes Ausgangscodesignal Sx=S7—S17 ab. Solange ein Meßbefehlssignal vorliegt, setzt der Mikrocomputer diesen

Funktionsvorgang fort.
30

Viertes Ausführungsbeispiel, Fig. 11

Der in Fig. 11 gezeigte Stellungsfühler unterscheidet sich von dem in Fig. 9 gezeigten Stellungsfühler 1 darin, daß bei ersterem zur Bildung der Kerne 5 und 15 die mag-

DE 1302

netisch weichen, amorphen Metallteile 7 bzw. 17 jeweils zu einer Einheit an die linke Seite des Federteils 6 bzw. an die rechte Seite des Federteils 16 angeklebt werden. Bei dieser Anordnung gemäß der Darstellung in Fig. 11 wird bei der mittigen Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 in jedem der jeweils zu einer Einheit mit dem Federteil 6 bzw. 16 zusammengeklebten magnetisch weichen Teile 7 bzw. 17 dieselbe' Anfangsdruckspannung hervorgerufen. Wenn das bewegbare Glied 11 aus der in Fig. 11 gezeigten Stellung heraus nach links zu versetzt wird, wird die Biegung des Kerns 5 verstärkt, während der Kern 15 zu seinem ebenen Zustand hin zurückgeführt wird. Demgemäß wird die in dem magnetisch weichen Teil 7 des Kerns 5 über die Anfangsdruckspannung hinaus entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt, während die zweite, in dem magnetisch weichen Teil 17 des Kerns 15 hervorgerufene Druckspannung von der Anfangsdruckspannung weg entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verringert wird.. Wßnn im Gegensatz dazu das bewegbare Glied 11 aus der in Fig. 11 gezeigten Stellung nach rechts zu versetzt wird, wird die in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene
Druckspannung vermindert und die zweite, in dem· magnetisch weichen Teil 17 hervorgerufene Druckspannung verstärkt. Die Verwendung des in Fig. 11 gezeigten Stellungsfühlers 1 in Verbindung mit der elektrischen Verarbeitungsschaltung 180 bzv;. 200 oder der logischen Verarbeitungseinheit ' 220, die in den Fig. 10a, 10b bzw. 10c gezeigt sind, ergibt ein elektrisches Signal, das der

30 Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht.

Fünftes Ausführungsbeispiel, Fig. 12

Bei dem in Fig. 12 gezeigten Stellungsfühler werden die einander gegenüberliegenden Enden des Kerns 5 an ihren

-¹ST- η, DE 1302

linken Seiten durch Messerschneiden-Halteteile 21 und 22 abgestützt, die in dem Gehäusekörper 2 ausgebildet sind. An dem mittleren Bereich des Kerns 5 greift ein Koppelglied 14 an. Auf den magnetisch weichen, amorphen Metallteil 7 des Kerns 5 ist eine Spule 8 gewickelt. Wenn das bewegbare Glied 11 in der in Fig. 12 gezeigten Lage steht, erzeugt das Koppelelement 14 an dem Kern

5 keinerlei Durchbiegung, so daß daher der Kern 5
eben ist, wobei in dem magnetisch weichen Teil 7 keiner-

10 lei Spannungsbelastung hervorgerufen wird.

Wenn das bewegbare Glied 11 nach links zu versetzt wird, wird der mittlere Bereich'des Kerns 5 mittels des Koppelglieds 14 nach links zu ausgebogen, wodurch in dem magnetisch weichen Teil 7, der einstückig mit dem Federteil

6 zusammengeklebt ist, entsprechend der LinksVersetzung des bewegbaren Glieds 11 eine Zugspannung hervorgerufen wird. Die Verwendung des Stellungsfühlers 1 in Verbindung mit den elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100, 120 und ■ 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 ergibt ein elektrische Signal, das der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht.

Sechstes Ausführungsbeispiel, Fig. 13 25

Der in Fig. 13 gezeigte Stellungsfühler 1 unterscheidet sich von dem in Fig. 12 gezeigten Stellungsfühler 1 dadurch, ,daß zur Bildung des Kerns 5 der magnetisch weiche, amorphe Metallteil 7 an der rechten Seite des Federteils 6 zu einer Einheit mit diesem gestaltet ist. Wenn bei dieser Anordnung das bewegbare Glied nach links zu versetzt wird, wird mittels des Koppelglieds 14 der mittlere Bereich des Kerns 5 nach links zu durchgebogen, wodurch in dem zu einer Einheit mit dem Federteil 6 zusämmenge-

^Owl klebten magnetisch weichen Teil 7 eine der Linksverset-

₉ DE 1302

zung des bewegbaren Glieds entsprechende Druckspannung hervorgerufen wird. Die Verwendung des in Fig. 13 gezeigten Stellungsfühlers 1 in Verbindung mit der elektrischen Verarbeitungsschaltung 100, 120 oder 140 oder der logisehen Verarbeitungseinheit 160 ergibt ein elektrisches Signal, das der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht.

Siebentes Ausführungsbeispiel, Fig. 14

Bei dem in Fig. 14 gezeigten Stellungsfühler 1 stützen Halteteile 21 und 22, die einstückig mit dem Gehhuno 4 ausgebildet sind, die einander gegenüberliegenden Enden des Kerns 5. Der magnetisch weiche, amorphe Metall teil 7 ist an der Unterseite des Federteils 6 zu einer Einheit mit diesem gestaltet. .Auf den magnetisch weichen Teil

7 des Kerns 5 ist eine Spule 8 gewickelt. An der Unter-

■ seite des bewegbaren Glieds 11 ist eine Nockenfläche

23 ausgebildet. Ein Koppelglied 14 greift an dem mittle-

20 ren Bereich des Kerns 5 an. Das Koppelglied 14 ist mittels einer in dem Gehäuse 4 ausgebildeten Führung 24
auf- und abwärfrsbewegbar geführt. Wenn das bewegbare Glied 11 aus der in Fig. 14 gezeigten Lage heraus nach links zu versetzt wird, wird entsprechend der Versetzung

25 das Koppelglied 14 durch die"Nockenfläche 23 nach unten zu versetzt, wodurch der mittlere Bereich des Kerns 5 nach unten zu durchgebogen wird. Dementsprechend wird eine in dem mit dem Federteil 6 zu einer Einheit gestalteten magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Zugspan-

30 nung entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt. Die Verwendung dieses Stellungsfühlers 1 in Verbindung mit den elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100, 120 und 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 ergibt ein elektrisches Signal, das

der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht.

3-13-3-013-

-.29- O<j ^ DE 1302 1 ' Achtes Aunführungsbeispiel, Fig. 15

Der in Fig. 15 gezeigte Stellungsfühler 1 unterscheidet sich von dem in Fig. 14 gezeigten Stellungsfühler darin, daß zur Bildung des Kerns 5 der magnetisch weiche, amorphe Metallteil 7 an die Oberseite des Federteils 6 zu einer Einheit mit diesem angeklebt ist. Wenn bei dieser Anordnung das bewegbare Glied 11 aus der in Fig. 15 gezeigten Stellung heraus nach links zu versetzt wird, wird entsprechend der Versetzung das Koppelglied 14 durch die Nockenfläche 23 nach unten zu versetzt, wodurch der mittlere Bereich des Kerns 5 nach unten zu durchgebogen wird. Dementsprechend wird die Druckspannung, die in dem zu einer Einheit mit dem elastischen Teil 6 zusammengeklebten magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufen wird, entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt. Die Anwendung dieses Stellungsfühlers 1 in Verbindung mit den elektrischen Verarbeitungsschaltunf.ori 100 , 120 und 140 ©.der der logischen Verarbeitungs-

einheit 160 ergibt ein elektrisches Signal, das der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht.

Neuntes Ausführungsbeispiel·, Fig. 16

Bei dem in Fig. 16 gezeigten Ste^ungsfühler 1 ist zur Bildung eines Kerns 5 ein magnetisch weicher, amorpher Metallteil 7 desselben zu einer Einheit auf die konkave linke Seite eines Federteils 6 geklebt, _v der in seinem freien Zustand eine stärker gekrümmte Form als die in

Fig. 16 gezeigte hat. Auf den magnetisch weichen Teil 7 des Kerns 5 ist eine Spule 8 gewickelt. Wenn das b.ewegbare Glied 11 in der in Fig. 16 gezeigten Stellung steht, ist der mittlere Bereich des Kerns 5 aus seinem freien bzw. unbelasteten Zustand heraus mittels des Koppelglieds

14 nach links zu versetzt und zu der flachen Form hin

^3U- η DE 1302

' durchgebogen, wie es in Fig. 16 gezeigt ist. Demzufolge wird in dem magnetisch weichen Teil eine Anfangszugspannung hervorgerufen. Wenn das bewegbare Glied 11 nach links zu versetzt wird, wird der Kern 5 zu seinem flachen Zustand hin durchgebogen, wodurch die in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Zugspannung von der Anfangszugspannung aus entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt wird. Die Verwendung des in Fig. 16 gezeigten Stellungsfühlers 1 in Verbindung mit den elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100, 120 und 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 ergibt ein elektrisches Signal, das der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht.

Zehntes Ausführungsbeispiel, Fig. 17

Der in Fig. 17 gezeigte Stellungsfühler 1 unterscheidet sich von dem in Fig. 16 gezeigten Stellungsfühler darin, daß zur Bildung des Kerns 5 bei dem ersteren der magne-

tisch weiche, amorphe Metall teil 7 an die konvexe rechte Seite des Federteils 6 geklebt ist, um mit diesem eine Einheit zu bilden. Wenn bei dieser Anordnung das bewegbare Glied 11 in der in Fig. 17 gezeigten Stellung steht, ist der mittlere Bereich des Kerns 5 aus seinem freien,

bzw. unbelasteten Zustand heraus nach links zu versetzt und zu seinem flachen Zustand hin gebogen, wie es in der Fig. 17 gezeigt ist. Demgemäß wird in dem magnetisch weichen· Teil 7 im Voraus eine Anfangsd.ruekspannung her-

or, vorgerufen. Wenn das bewegbare Glied 11 nach links zu versetzt wird, wird der Kern 5 zu seinem flachen Zustand hin gebogen, wodurch die in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Druckspannung von der Anfangsdruckspannung aus entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren

or Glieds 11 verstärkt wird. Die Verwendung des in Fig. 17 gezeigten Stellungsfühlers 1 in Verbindung mit dem

lT- «-ν DE 1302

elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100,120 und 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 ergibt ein elektrisches Signal, das der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht.

Die in den Fig. 16 und -17 gezeigten Druckfühler sind dafür geeignet, in dem magnetisch weichen, amorphen Metallteil eine Anfangsspannungsbelastung hervorzurufen und damit für das der ermittelten Stellung entsprechende elektrische Signal einen Bereich hoher Linearität zu verwenden, um dadurch ein elektrisches Signal hoher Genauigkeit zu erhalten. .

Elftes Ausführungsbeispiel·, Fig. 18

15 ."

Bei dem- in Fig. 18 gezeigten Steilungsfühler 1 wird ein Paar von Kernen 5 und 15 verwendet. Diese Kerne 5 und 15 haben Federteile 6 und 16 aus Epoxyharz, Vinylchloridharz, Beryüikupfer oder dergl., die in ihrem freien bzw. unbelasteten Zustand eine Form haben, die stärker als die in Fig. 18 gekrümmt ist. Mit den konkaven Seiten der Federteile 6 bzw. 16 sind zu einer Einheit magnetisch weiche, amorphe Metallteile 7 bzw. 17 zusammengeklebt. Die Kerne 5 und 15 sind gemäß der Darstellung in Fig.

ie an dem linken Ende des bewegbaren Glieds 11 festgelegt, wobei die mittleren Bereiche der Federteile 6 und ■ 16 miteinander in Berührung stehen. Die einander gegenüberliegenden Enden des Kerns 5 werden mit Messerschneiden-Halteteilen 21 und 22 abgestützt, die in dem Gehäuse-

körper 2 ausgebildet sind, während die einander gegenüberliegenden Enden des Kerns 15 mit Messerschneiden-Halteteilen 25 und 26 abgestützt werden, die in dem Gehäusekörper 3 ausgebildet sind. Da die beiden Kerne 5 und l'j be: I der in Fi«. 18 gezeigten mittleren Versetzungslage

des bewegbaren Glieds 11 auf gleichartige Weise in der

DE 1302 -

Abflachungsrichtung gebogen sind, wird in jedem der magnetisch weichen Teile 7 und 17 die gleiche Anfangszugspannung hervorgerufen. Auf den Kern 5 ist eine Spule 8 gewickelt, die aus einer.Spule 8a und einer Spule 8b besteht, welche über einen Anschluß 27 zueinander in Reihe geschaltet sind. Die beiden Spulen 8a und 8b sind in der gleichen Richtung gewickelt. Auf den Kern 15 ist eine Spule 18 gewickelt, die eine Spule 18a und eine Spule 18b enthält, welche zueinander in Reihe geschaltet sind. Die beiden Spulen 18a und 18b sind in der gleichen Richtung gewickelt. Wenn das bewegbare Glied 11 aus der in Fig. 18 gezeigten Stellung heraus nach links zu versetzt wird, wird der Kern 5 zu seinem flachen Zustand hin gebogen, während der Kern 15 zu seinem freien Zustand

'5 hin zurückgeführt wird. Dementsprechend wird die in dem magnetisch weichen Teil 7 des Kerns 5 hervorgerufene Zugspannung von der Anfangszugspannung aus entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt, während die in dem magnetisch weichen Teil 17 hervorgerufene Zugspannung von der Anfangszugspannung aus entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verringert wird. Wenn im Gegensatz dazu das bewegbare Glied 11 aus der in Fig. 18 gezeigten mittleren Stellung heraus nach rechts zu versetzt wird, wird die in dem magnetisch

^ZJ v/eichen Teil 7 hervorgerufene Zugspannung von der- Anfangszugspannung ausgehend verringert, während die indem' magnetisch weichen Teil 17 hervorgerufene Zugspannung von der,. Ausgangszugspannung weg verstärkt'wird.

Die Verwendung des in Fig. 18 gezeigten Stellungsfühlers

in Verbindung mit den elektrischen Verarbeitungsschaltungen 180 und 200 oder der elektronischen Verarbeitungseinheit 220 ergibt ein elektrisches Signal, das der Versetzungslage des bewegbaren Glieds 11 entspricht.
35

"* ^{DE 1302}

1 Zwölftes Ausführungsbeispiel, Fig. 19

Der in Fig. 19 gezeigte Stellungsfühler 1 unterscheidet sich von dem in Fig. 18 gezeigten Stellungsfühler 18 darin, daß bei ersterem zur Bildung der Kerne 5 und 15 die magnetisch weichen, amorphen Metallteile 7 und 17 jeweils zu einer Einheit an die konvexen Seiten der Federteile 6 und 16- geklebt sind. Wenn bei dieser Anordnung das bewegbare Glied 11 in der in Fig. 19 gezeigten Mittelstellung steht, wird in jedem der metallisch weichen Teile 7 und 17 die gleiche Anfangsdruckspannung hervorgerufen. Wenn das bewegbare Glied 11 aus der in Fig. 19 gezeigten Stellung heraus nach links zu versetzt wird, wird der Kern 5 zu seinem flachen Zustand hin gebogen, während der Kern 15 zu seinem unbelasteten Zustand hin zurückgeführt wird. Dementsprechend wird die in dem magnetisch weichen Teil 7 des Kerns 5.hervorgerufene Druckspannung von der .Anfangsdruckspannung weg entsprechend der Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt, während die in dem magnetisch weichen Teil 17 des Kerns 15 hervorgerufene Druckspannung von der Anfangsdruckspannüng weg entsprechend de Linksversetzung verringert wird. Wenn im Gegensatz dazu das bewegbare Glied 11 aus der in Fig. 19 gezeigten mittleren Stellung nach rechts versetzt wird, wird die in dem magnetisch weichen Teil 7 hervorgerufene Druckspannung von der Anfangsdruckspannung weg herabgesetzt, während die in dem magnetisch weichen "Teil 17 hervorgerufene Druckspannung von der Anfangsdruckspannung weg verstärkt wird.

Die Verwendung des in Fig. 19 gezeigten Stellungsfühlers in Verbindung mit den elektrischen- Verarbeitungsschaltungen 180 und 200 oder der logischen Verarbeitungseinheit 220, die in den Fig. 10a, 1Ob bzw. 1Oc gezeigt sind,

ergibt ein elektrisches Signal, das der Versetzungslage

des bewegbaren Glieds 11 entspricht.

no De 1302

Bei dem in den fig. 9, 11, 18 und 19 gezeigten Stellungsfühlern wird jeweils ein Paar von Kernen mit jeweils -einem magnetisch weichen, amorphen Metallteil verwendet, wobei in einem der Teile entsprechend der zu ermittelnden Versetzungslage eine verstärkte Spannungsbelastung hervorgerufen wird, während in dem anderen -Teil entsprechend der zu ermittelnden Versetzungslage eine verminderte Spannungsbelastung erzeugt wird, um damit die Differenz der durch die Änderungen der Spannungsbelastungen in den beiden magnetisch weichen, amorphen Metallteilen hervorgerufenen Änderungen der Permeabilität zu erfassen, wodurch entsprechend den Änderungen der Permeabilität ein Signal verstärkt wird. Selbst wenn ferner während des Meßvorgangs ein äußeres Magnetfeld angelegt wird, geben die durch das äußere Magnetfeld hervorgerufenen Änderungen hinsichtlich der Permeabilität der magnetisch weichen Teile einander auf, so daß daher durch das äußere Magnetfeld keine Beeinflussung verursacht wird.

20 Dreizehntes Ausführungsbeispiel, Fig. 20

Bei einem Stellungsfühler nach Fig. 20 sind Federteile 6a und 6b symmetrisch angeordnet und jeweils mit einem Ende an den Gehäusekörper 2 festgelegt. Ein magnetisch weicher, amorpher Metallteil 7 besteht aus einem Paar magnetisch weicher, amorpher Metallteile 7a und 7b, die jeweils zu einer Einheit an die Unterseite des Federteils 6a bzw, die Oberseite des Federteils 6b „ geklebt sind, um dadurch einen Kern 5 zu bilden. Eine Spule 8 besteht aus einem Paar aus Spulen 8a und 8b. Die Spule 8a ist auf den magnetisch weichen Teil 7a gewickelt, während die Spule 8b auf den magnetisch weichen Teil 7b gewickelt ist. Die Spule 8b ist über -den Anschluß 27 zu der Spule 8a in Reihe geschaltet und gegensinnig zu der Spule 8a gewickelt. An den zweiten Enden der Federteile 6a und 6b ist ein an dem bewegbaren Glied 11 befestigtes Koppel-

-35- DE*"l302

glied 14 so angebracht*, daß die beiden zweiten Enden der Federteile 6a und 6b voneinander weg jeweils in eine Richtung gebogen sind, bei der sie auseinandergehen. Demgemäß wird in jedem der magnetisch weichen Teile 7a und 7b eine Zugspannung hervorgerufen.. Die Zugspannung wird entsprechend einer Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt. Auf diese Weise sind die Spulen 8a und 8b, die auf die hinsichtlich der Spannungsbelastung veränderten magnetisch weichen amorphen Metallteile gewickelt sind, in der Weise angeordnet, daß eine der Spulen mit der zu ihr gegensinnig gewickelten anderen j Spule in Reihe geschaltet ist, so daß selbst bei Anlegen

J eines äußeren Magnetfelds dieses aufgehoben wird, wodurch

entsprechend der ermittelten Stellung ein elektrisches. Signal hoher Genauigkeit erzielt wird. Die Verwendung f des in Fig. 20 gezeigten StellungsfUhlers 1 in Verbindung

J mit den elektrischen Verarbeitungsschaltungen 100, 120

und 140 oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 ergibt ein elektrisches Signal, das der ermittelten Stel-

20 lung entspricht.

Vierzehntes Ausführungsbeispiel, Fig. 21

j Der in Fig. 21 gezeigte Stellungsfühler 1 unterscheidet

■ 25 sich von dem in Fig. 20 gezeigten Stellungsfühler darin,

daß bei ersterem zur Bildung des Kerns 5 die magnetisch weichen, amorphen Metallteile 7a und 7b jeweils zu einer Einheit an die Oberseite des Federteilp 6a bzw. an die Unterseite des Federteils 6b geklebt sind. Bei dieser

! ^ov Anordnung wird in jedem der magnetisch weichen Teile

7a und 7b eine Druckspannung hervorgerufen, die entspre

chend einer Linksversetzung des bewegbaren Glieds 11 verstärkt wird. Die Verwendung des in Fig. 21 gezeigten

Stellungsfühlers 1 in Verbindung mit den elektrischen

35
' ■ Verarbeitungsschaltungen 100, 120 und 140 oder der logi-

de 1302

1 sehen Verarbeitungseinheit 160 ergibt ein elektrisches Signal, das der ermittelten Stellung entspricht. Die mit dem bewegbaren Glied bei jedem der vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele verbundene Arbeitsvor-

5 richtung kann ein im Betrieb versetztes Glied wie eine Ausgabestange eines Betätigungsorgans haben.

Es wird ein Stellungsfühler angegeben, der ein funktionell "mit einer Arbeitsvorrichtung verbundenes bewegbares Glied, das sich entsprechend einer Lageversetzung der Arbeitsvorrichtung bewegt, und eine Versetzungs/Impulsphasen-Umsetzeinheit mit einem magnetisch weichen, amorphen Metallteil, der durch die Versetzung des bewegbaren
Glieds einer Spannungsbelastungsänderung ausgesetzt ist, und einer elektrischen Spule aufweist, die auf den magnetisch weichen, amorphen Metallteil aufgewickelt ist. Zine Impulsspannung wird an ein Wicklungsende der elektrischen Spule angelegt, deren anderes Wicklungsende in Reihe zu einem Widerstand geschaltet ist. An dem Widerstand wird eine Spannung ermittelt, deren ein Maß für die Versetzung darstellende Verzögerungszeit in Bezug auf die Impulsspannung in Form einer Analogspannung oder eines digitalen Codes abgegeben wird.

Leerseite

Claims

Tiedtke - Bühling - Kinne

GrUPE - PeLLMANN .-...:. _Drp_L_c5fi_em. _G. Bühling

Dipi.-Ing. R. Kinne

3133033 ^Dipl--^|n9·^{R Grupe}

Dipl.-lng. B. Pellmann

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.:089-539653

Telex: 5-24 845 tipat

cable: Germaniapatent München

21.August 1981 DE 1302 case W-1629

Patentansprüche

1/ Stellungsfühler zum Messen der Versetzung einer Arbeitsvorrichtung, gekennzeichnet durch ein mit der Arbeitsvorrichtung (12) verbundenes bewegbares Glied (11), eine Kernvorrichtung (5;5,15) mit einem magnetisch weichen, amorphen Metallmaterial (7;7,17), in dem eine der ~ψ

Versetzung des bewegbaren Glieds entsprechende Spannungs-

belastung hervorgerufen wird,.und eine auf die Kernvor- *

richtung mit dem magnetisch weichen, amorphen Metallmaterial gewickelte elektrische Spulenanordnung (8;8,18) zum Ermitteln einer durch die von der Versetzung hervorgerufenen Spannungsbelastung herbeigeführten Änderung der Permeabilität des magnetisch weichen, amorphen Metallmaterials.

2. Stellungsfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernvorrichtung (5;5,15) einen Fe.derteil (6;6,16) und einen einstückig an die Oberfläche des Federteils angeklebten magnetisch weichen, amorphen Metallteil (7;7,17) aufweist.

3. Stellungsfühler nach Anspruch 1 oder 2, gekenn- -^ zeichnet durch ein an dem bewegbaren Glied (11) befestig- ;

tes Koppelglied (14), das mit der Kernvorrichtung (5;5, *»

VI/22

Deutsche Bank (München) Kto 51/61070 Dresdner Bank (München) KIo. 3939 844 Postscheck (München) Kto 670-43-804

ο DE 1302

15) mit dem magnetisch weichen, amorphen Metallmaterial (7;7,17) in Verbindung steht.

4. Stellungsfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Glied (11) eine Nockenfläche (23) aufweist, die mit dem magnetisch weichen, amorphen Material (7;7,17) der Kernvorrichtung

(5;5,15) in kraftschlüssiger Verbindung steht.

5. Stellungsfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Glied (11) eine Vorrichtung (14) zur Erzeugung einer Vorspannungsbelastung in dem magnetisch weichen, amorphen Metallmaterial (7;7,17) der Kernvorrichtung (5;5,15) aufweist.

6. Stellungsfühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernvorrichtung (5,15) ein Paar von
Teilen (7,17) aus dem magnetisch weichen, amorphen Metallmaterial aufweist, die einander entgegengesetzt angeordnet sind, wobei entsprechend der Versetzung des bewegbaren Glieds (11) eines der magnetisch weichen, amorphen ■ Metallmaterialien einer gesteigerten Spannungsbelastung ausgesetzt ist, während das andere einer verminderten
Spannungsbelastung ausgesetzt ist.

25 -