DE3211425A1

DE3211425A1 - Frequenzmodulierender drehwinkelmesswandler

Info

Publication number: DE3211425A1
Application number: DE19823211425
Authority: DE
Inventors: Oskar Ing.(grad.) 7073 Lorch Mohilo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-03-27
Filing date: 1982-03-27
Publication date: 1983-09-29
Also published as: DE3211425C2

Description

Frequenzmodulierender Drehwinkelmeßwandler
Gegenstand der Erfindung ist ein frequenzmodulierender Drehwinkelmeßwandler, der einen aus einer Ubertragerspule und einem Kondensator bestehenden Schwingkreis enthält, welcher in den Rückkopplungskreis eines Verstärkers geschaltet ist, wobei im Innern der feststehenden Ubertragerspule ein ferromagnetisches Material enthaltender Körper untergebracht ist, der wenigstens zum Teil von einer verschiebbaren Abschirmung umgeben ist, deren Relativverschiebung zum ferromagnetischen Körper eine Änderung der Spuleninduktivität bewirkt. Diese Induktivitätsänderung wird in einer Auswerteschaltung erfaßt und für Meß-und/oder Regelzwecke ausgenutzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertwandler für die Drehwinkelübertragung durch Frequenzmodulation zu schaffen, der bei hoher Empfindlichkeit einfach im Aufbau ist und dessen träge Nasse nur sehr gering ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Innern des Spulenkörpers der Ubertragerspule zwei konzentrisch zueinander und konzentrisch zum Spulenkörper liegende Zylinder sowohl drehbar zur Ubertragerspule als auch relativ zueinander angeordnet sind, die auf ihren Mantelflächen jeweils eine Anzahl Segmente aus elektrisch gut leitendem Material enthalten, die in Umfan;srichtuJlg der Zylinder jeweils gleichmäßig verteilt angebracht sind, und daß der Zylinder mit dem geringeren Durchmesser zusätzlich mit aus ferromagnetischem Material bestehenden e£g.rnenten versehen ist, welche den Zwischenraum zwischen seinen Segmenten aus elektrisch gut leitendem Material ganz oder teilazei.se überbrücken, und daß, ausgehend von einer definierten Ausgangslage, die bei einer Relativverdrehung der beiden Zylinder zueizßtzncler auftretende Änderung des Ausmaßes der Überlappung der Segmente als Meß6rößc in Form einer Frequenzänderung des Schwingkreises dient.
Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Drehwinkelmeßwandlers werden im nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Anordnung zur Bestimmung der Frequenz- und Schwingungsamplitude einer elastischen Kupplung mit eingebauten DrehwinkelmeSwandler im Längsschnitt, Fig. 2 eine Ansicht längs des Schnittes A-B durch Fig. 1, Fig. 3 eine Abwicklung der beiden konzentrisch zueinander liegenden und relativ zueinander verdrehbaren Zylinder, Fig. 4 einen Querschnitt eines Drehwinkel-Meßwandlers, bei welchem im Innern des Zylinders mit kleinerem Durchmesser eine aus ferromagnetischem Material bestehende Buchse angeordnet und mit dem Zylinder mechanisch fest verbunden ist.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 besteht die elastische Supplung aus den Kupplungshälften 1 und 2, welche über die in der Kupplungshälfte 2 angebrachten Nitnehmerstifte 3 und die in der Kupplungshälfte 1 fest angeordnete elastische Scheibe 4 in kraftschlüssiger Verbindung stehen. Die Eupplungshalfte 2 sitzt fest auf der Abtriebswelle 5, während die Kupplungshälfte 1 fes-t auf der ,Mntrietswelle 6 angebracht ist.
Mit einem verdrehfest auf der Antriebswelle 6 angeordneten Flansch 7 ist der Zylinder 8 gekuppelt, der entlang seines Umfangs mit Segmenten q' aus Kupfer oder Aluminium sowie mit Segmenten 10 aus ferromagnetischem Material versehen ist (vergl. hierzu auch die Fig. 2 und 3), die abwechselnd aufeinanderfolgen. Mit der Kupplungshälfte 2 ist ein Gehäuseflansch 11 mechanisch fest verbunden. An den Gehäuseflansch 11 ist der Zylinder 12 angeschraubt, der an seinem Innenumfang ebenfalls aus Kupfer oder Aluminium bestehende Segmente 9 enthält, die im Abstand voneinander angeordnet sind.
Mit 13 ist eine räumlich fest angeordnete Ubertragerspule bezeichnet, die auf einen Spulenkörper 14 aufgewickelt ist.
Die Ubertragerspule 13 ist konzentrisch zu den beiden ebenfalls konzentrisch zueinander liegenden Zylindern 8 und 12 angeordnet. Tritt nun während des Rotationsvorgangs der beiden miteinander gekuppelten Wellen 5 und 6 eine Schwingung auf, so ändert sich die Relativlage der beiden Zylinder 8 und 12 zueinander. Dadurch werden je nach Verdrehrichtung die Flächen 10 aus ferromagnetischem Material (z.B. Fe-Flächen) und die Flächen 9 aus elektrisch gut leitendem Material (z.B. Cu-Flächen) mehr oder weniger überdeckt. Die Folge davon ist eine Änderung der Induktivität der Ubertragerspule 13 und zugleich eine Änderung der Frequenz des aus der Ubertragerspule 13 und dem Kondensator 15 gebildeten es, Schwingkrei Durch Veränderung der eingekoppelten Kurzschlußwindungen wird der Schwingkreis zusätzlich in die gleiche Richtung verstimmt. Der Schwingkreis 13,15 liegt im Rückkopplungskreis des Verstärkers 16 (Kondensator 17).
Die Winkeländerungen der beiden Wellen zueinander werden somit in Frequenzänderungen einer Wechselspannung umgesetzt, die am Ausgang des Verstärkers 16 abgenommen und einer nicht dargestellten Auswerteeinheit zugeführt werden können.
Der Drehwinkelmeßwandler nach der Erfindung ist also sowohl ein Frequenzmodulator als auch ein induktiver Meßwertübertrager für Winkeländerungen einer rotierenden oder stehenden Welle.
Bei dem in den Fig. 2 und 3 schematisch veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist der äußere der beiden konzentrisch zur Ubertragerspule 13 angeordneten Zylinder 8 sechs gleichmäßig am Umfang des Zylinders angebrachte Kupfersegmente 9 auf, die als rechteckförmige Flächenelemente ausgebildet und jeweils einen ihrer Breite entsprechenden Abstand voneinander, also hier 1/12 des Zylinderumfangs, aufweisen.
Der innere Zylinder 12 ist sowohl mit Cu-Segmenten 9' als auch mit Segmenten 10 aus ferromagnetischem Material versehen, wobei die letzteren jeweils den Zwischenraum zwischen zwei Cu-Segmenten vollständig überbrücken, also ebenfalls Rechteckform aufweisen. Die Cu-Segmente 9'und die Fe-Segmente 10 besitzen etwa dieselbe Stärke d.
Die beiden Zylinder 8 und 12 sind in der Ausgangslage um einen solchen Winkel gegeneinander verdreht, daß sich die bezogen auf den Gesamtumfang von 3600 300 breiten Segmente 9 und 10 bzw. 9 des Zylinders 8 und diejenigen des Zylinders 12 um ca. 15<'% überlappen. Diese lage der beiden Zylinder ist in Fig. 3 veranschaulicht.
Die Zylinder 8 und 12 bestehen zweckmäßigerweise aus einem Kunststoff.
Wird die Anzahl der aus gut leitendem Material bestehenden Segment 9 am Umfang jedes der beiden Zylinder 8 und 12 gleich ii gewählt, so hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Segmentbreite jeweils 1/2n des jeweiligen Zylinderumfangs zu bemessen und die Anzahl der Segmente 10 aus fexromagnetischeD Material am Umfang des Zylinders 8 mit geringerem Durchmesser ebenfalls gleich n und deren Breite gleich 1/2n zu wahlen.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der ferromagnetische Teil des Zylinders 8 durch eine geschlitzte Buchse 18 verkörpert (Schlitz 19), die im Inaern des Zylinders 8 vorgesehen und mit diesem mechanisch fest vereinigt ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü'c h e S Frequenzmodulierender Drehwinkelmeßwandler, der einen aus einer Übertragerspule und einem Kondensator bestehenden Schwingkreis enthält, welcher in den Rückkopplungskreis eines Verstärkers geschaltet ist, wobei im Innern der feststehenden Ubertragerspule ein ferromagnetisches Material enthaltender Körper untergebracht ist, der wenigstens zum Teil von einer verschiebbaren Abschirmung umgeben ist, deren Relativverschiebung zum ferromagnetischen Körper eine Änderung der Spuleninduktivität bewirkt, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß im Innern des Spulenkörpers (14) der Übertragerspule (13) zwei konzentrisch zueinander und konzentrisch zum Spulenkörper liegende Zylinder (12,8) sowohl drehbar zur Übertragerspule als auch relativ zueinander angeordnet sind, die auf ihren Mantelflächen jeweils eine Anzahl Segmente (9,9') aus elektrisch gut leitendem Material enthalten, die in Umfangsrichtung der Zylinder jeweils gleichn!ef'ig vertei.lt angeordnet sind, und daß der Zylinder (8) mit dem geringeren Durchmesser zusätzlich mit aus ferromagnetischem Material bestehenden Segmenten (10,18) versehen ist, welche den Zwichenraum zwischen seinen Segmenten (9') aus elektrisch gut leitendem Material ganz oder teilweise überbrticken, und daß, ausgehend von einer definierten Ausgangslage, die bei einer Relati.vverdrehung der beiden Zylinder zueinander auftretende Änderung des Ausmaßes der Uberlappung der Segmente (9,9',1o,19) als größe in Form einer Frequenzänderungdes SchzEi.nE,kreises dient.
2. Drehwinkelmeßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden konzentrisch zueinander angeordneten und relativ zueinander verdrehbaren Zylinder (12,8) auf seiner Mantelfläche n Segmente (9,9') aus elektrisch gut leitendem Material enthält, die sich parallel zur Zylinderlängsachse erstrecken und eine Breite von 1/2n des jeweiligen Zylinderumfangs aufweisen, und daß der Zylinder geringeren Durchmessers weitere n Segmente (10) aus ferromagnetischem Material enthält, deren Breite ebenfalls 1/2n des Zylinderumfangs beträgt.
3. Drehwinkelmeßwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zylinder (12,8) mit sechs Segmenten (9,9') aus elektrisch gut leitendem Material versehen sind, deren Breite 1/12 des jeweiligen Zylinderumfangs beträgt, und daß der Zylinder (8 ) kleineren Durchmessers sechs Segmente (10) aus ferromagnetischem Material enthält, deren Breite ebenfalls 1/12 des Zylinderumfangs beträgt.
4. Drehwinkelmeßwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der aus ferromagnetischem Material bestehenden Segmente ( 10) des Zylinders von geringerem Durchmesser angenähert gleich der Schichtdicke der Segmente (9,9') aus elektrisch gut leitendem Material gewählt ist.
5. Drehwinkelmeßwandler nach den Ansprüchen 1 bis-lS, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zylinder (12,8) in der Ausgangs lage einander so zugeordnet sind, daß sich ihre Segmente um ca. 1 überlappen.
G. »reIjw:inI:eimeßwandlcr nach den Ansprüchen 1 bis l;, dadurch gekenn£''eichnet, daß die Segmente (9,9') aus elektrisch gut leitendem Material Kupfel-oder Aluminiumsegmente sind.
7. Drehwinkelmeßwandler nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstimmung der Ubertragerspule (13) bei relativer Verdrehung der beiden Zylinder (12,8). zueinander durch die elektrisch gut leitenden Segmente (9,9') im gleichen Sinne erfolgt wie durch die ferromagnetischen Segmente (10).
8. Drehwinkelmeßwandler nach Anspruch 1 und den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aus ferromagnetischem Material bestehenden Segmente des Zylinders ( 8) geringeren Durchmessers durch eine geschlitzte Buchse (18) aus ferromagnetischem Material verkörpert sind, die im Innern des Zylinders angeordnet und mit diesem mechanisch fest verbunden ist.