DE3218913A1 - Verfahren zur umformung einer bewegung in eine analoge oder digitale groesse und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur umformung einer bewegung in eine analoge oder digitale groesse und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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DE3218913A1
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Manfred Dipl.-Ing. Knetsch
Wolfgang 7000 Stuttgart Kühne
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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    • G01D5/2006—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils

Description

R. 1781 2
k.5.1982 Kh/Wl
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1
( Verfahren zur Umformung einer Bewegung in eine analoge oder digitale Größe und Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Anspruches 1 und einer Vorrichtung nach der
Gattung des Anspruches 16. Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art erfolgt die Erfassung eines Weges dadurch,
daß in einem elektrischen Auswertekreis eine Elektrospule angeordnet ist, in die mehr oder weniger in Abhängigkeit der Bewegung ein metallenes Glied eingreift und so zu einer Induktionsänderung führt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 16 haben demgegenüber den Vorteil einer einfachen und preiswerten Ausgestaltung und erlauben die Benutzung von Federelementen, die gleichzeitig noch andere Funktionen ausüben.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens und der im Anspruch 16 angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die Federelemente aus mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Federn auszubilden und diese entweder koaxial oder parallel zueinander anzuordnen.
Vorteilhaft ist es ebenfalls, durch die Ausbildung des Federelementes mit unterschiedlicher Steigung der Windungen oder mit einem kegelförmigen Verlauf die Kennlinie der Vorrichtung derart zu beeinflussen, daß eine bestimmte gewünschte Funktion zwischen der Bewegung und der Induktivitätsänderung besteht.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 2 ein Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung an einer Kraftstoffeinspritzpumpe, Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 1+ ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 5 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 7 bis 9 Ausgestaltungen der Federelemente der Vorrichtung zur Beeinflussung des Meßergebnisses .
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der Figur 1 ist eine beispielsweise als Schraubenfeder 1 ausgebildete Druckfeder dargestellt, deren eines Ende 2 an einer festen Anlage 3 und deren anderes Ende h an einer beweglichen Halterung 5 anliegt. Die erfindungsgemäß als Meßfederelement ausgebildete und aus elektrisch leitendem Material gefertigte Schraubenfeder 1 wirkt als aktiver induktiver Meßwiderstand in einer elektrischen Meßbrücke. Hierzu ist das Meßfederelement 1 zusammen mit einem Ergänzungswiderstand 7 in einem Brückenzweig angeordnet, der durch eine Trägerfrequenzmeßbrücke 8 bekannter Bauart (z.B, der Firma Hottinger) mit Strom versorgt wird. Hierfür liegt das Ende U des Meßfederelementes 1 über eine elektrische Leitung 9 und das dem Ende 2 des Meßfederelementes 1 abgewandte Ende des Ergänzungswiderstandes 7 über eine elektrische Leitung 10 an der Trägerfrequenzmeßbrücke δ, die beispielsweise mit 50 Khz arbeitet. Das Ende 2 des Meßfederelementes 1 und der in Reihe liegende Ergänzungswiderstand 7 sind mit einem Knotenpunkt 11 verbunden, der über eine Leitung 12 ebenfalls an der Trägerfrequenzmeßbrücke 8 liegt. Vorteilhafterweise wird der Ergänzungswiderstand 7 durch ein gestrichelt dargestelltes, mit dea Meßfederelement 1 baugleiches Ergänzungsfederelement gebildet. Eine axiale Verschiebung der beweglichen Halterung 5 führt zu einer Veränderung der Länge des Meßfederelementes 1 und somit zu einer Verstimmung des Meßkreises, da sich bei einer Veränderung des Windungsabstandes des Meßfederelementes 1 auch ihr induktiver Widerstand ändert. Die durch Pfeile angedeutete mechanische Wegänderung der Halterung 5 bewirkt somit durch Längenänderung des Meßfederelementes 1 eine Verstimmung des Meßkreises, die in Form einer elektrischen Spannung U als Maß für die Wee-
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änderung am Ausgang der Trägerfrequenzmeßbrücke 8 vorliegt. Das Meßfederelement 1 kann als Druck- oder als Zugfeder ausgebildet sein. Die Meßspannung U kann auch
als Maß für eine Kraft dienen, die an der Halterung 5 angreift und entsprechend der Federsteifigkeit eine bestimmte Veränderung der Länge des Meßfederelementes 1 bewirkt.
Ein Anwendungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur 2 schematisch dargestellt. Dabei greift an einer Regelstange 13 einer bekannten Kraftstoffeinspritzpumpe lh über einen Hebel 15 ein Regler bekannter Bauart an. Beispielsweise zum Spielausgleich ist auf der Regelstange eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder 1 angeordnet, die sich mit ihrem einen Ende 2 an dem Gehäuse der Einspritzpumpe 11* abstützt und mit ihrem anderen Ende k an einer Halterung 5, die an der Regelstange 13 befestigt ist und die Verschiebebewegung der Regelstange 13 mitmacht. Wie bei 1' gestrichelt dargestellt ist, könnte ebenfalls eine Zugfeder einerseits am Gehäuse der Einspritzpumpe lh befestigt sein und andererseits an dem Hebel 15 angreifen, insbesondere als sogenannte Leerlauffeder. Wird nun das Meßfederelement 1 oder 1· entsprechend der Ausführung nach Figur 1 an einen elektrischen Meßkreis angeschlossen, so erfolgt bei einer Verschiebebewegung der Regelstange 13 eine Induktivitätsänderung des Meßfederelementes 1, 1' und am Ausgang der Trägerfrequenzmeßbrücke 8 kann eine Meßspannung U abgenommen werden, die in einem bestimmten Verhältnis zur Stellung der Regelstange steht.
Um eine Verstärkung des Meßsignales durch Erhöhung der Windungszahl zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, das Meßfederelement aus mindestens zwei elektrisch in Reihe
geschalteten Meßfedern zu bilden. Wie in Figur 3 dargestellt ist, können koaxial zueinander ein Meßfederelement 17 und ein Meßfederelement 18 angeordnet sein, wobei sich das eine Ende jedes Meßfederelementes 17, 18 an einer beweglichen, elektrisch leitenden Halterung 5 und das andere Ende an einer mit einer Isolierung 19 versehenen Anlage 3 abstützt. Die Meßfederelemente 17, 18 werden dann anstelle des Meßfederelementes 1 in den elektrischen Meßkreis nach Figur 1 eingeschaltet.
Das Meßfederelement kann ebenfalls dadurch gebildet werden, daß mindestens zwei Meßfederelemente 20, 21 elektrisch leitend in Reihe räumlich parallel zueinander verlaufend angeordnet sind, die sich einerseits an der elektrisch leitenden beweglichen Halterung 5 und andererseits über eine Isolierung 19 an der festen Anlage 3 abstützen und anstelle des Meßfederelementes 1 in einen elektrischen Meßkreis entsprechend Figur 1 eingeschaltet sind. Die Ergänzungswiderstände 7 sind dann .in vorteilhafterweise den Meßfederelementen entsprechend baugleich als Ergänzungsfederelemente ausgebildet.
Eine weitere Steigerung der Meßempfindlichkeit kann beispielsweise durch das in Figur 5 dargestellte Ausführungsbeispiel erzielt werden. Hierbei greifen parallel zueinander liegend ein beispielsweise als Druckfeder ausgebildetes Federelement 23 und ein ebenfalls als Druckfeder ausgebildetes Federelement 2k über eine Isolierung 19 an einer festen Anlage 3 an, während die Federelemente 23, 2k mit ihren anderen Enden an der beweglichen Halterung 5 angreifen, die elektrisch leitend ausgebildet ist. Den Federelementen 23, 2k abgewandt greifen an der Halterung 5 zwei parallel zueinander angeordnete und als Zugfedern
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ausgebildete Federelemente 25» 2β an, deren andere Enden beispielsweise über eine Isolierung 27 an einer festen Anlage 28 angreifen und mit der Leitung 10 verbunden sind. Dabei dienen die Federelemente 23, 2k als MeSfederelemente und die Federelemente 25, 26 als Ergänzungsfederelemente oder umgekehrt. Das der Halterung 5 abgewandte Ende des Federelementes 23 steh-c mit der Leitung 9 und das der Halterung 5 abgewandts Ende des Federelementes 2k mit der Leitung 12 in Verbindung oder umgekehrt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Figur 6 ist ein Meßfederelement 30 und ein Ergänzung3federelement 31 jeweils als Spiralfeder ausgebildet. Das eine Ende des Meßfederelementes 30 ist dabei an einer festen Anlage 32 befestigt, während an dem anderen Ende des Meßfederelementes 30 eine verdrehbare Halterung 33 angreift. Es kann zweckmäßig sein, zu einer Verdoppelung der Empfindlichkeit und zu einer Linearisierung des Meßsignales U das Ergän-
zungsfederelement 31 baugleich aber gegenläufig gewickelt wie das Meßfederelement 30 auszuführen und das eine Ende des Ergänzungsfederelementes 31 mit der Halterung 33 und das andere Ende mit einer festen Anlage 3^ zu verbinden. Bei einer Drehbewegung der Halterung 33 in Richtung eines Spannens des Meßfederelementes 30 würde sich dabei das Ergänzungsfederelement 31 entspannen und umgekehrt. Bei einer Anordnung des Meßfederelementes 30 bzw. Ergänzungsfederelementes 31 in einem Meßkreis nach Figur 1 würde somit das Meßsignal U ein Maß für eine Winkelbewegung (Drehbewegung) darstellen. Bei einer gegenläufigen Anordnung von Meßfederelement 30 und Ergänzungsfederelement auf der Halterung 33 kann die Halterung 33 elektrisch leitend ausgebildet sein.
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Zur Beeinflussung des Meßsignales U können verschiedene
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Formen von Meßfederelementen bzw. Ergänzungsfederelenenten gewählt werden. So kann beispielsweise entsprechend Figur das Meßfederelement 1 progressiv gewickelt werden, so daß die Windungen unterschiedliche Steigungen aufweisen. Entsprechend der Ausbildung nach Figur 8 konnte das Meßfederelement 1 weiterhin kegelförmig gewickelt sein.
Die in Figur 9 dargestellte Ausführung zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, bei der sich das Meßfederelement 1 einerseits an der festen Anlage 3 abstützt und andererseits an der beweglichen, elektrisch leitenden Halterung, an der andererseits das Ergänzungsfederelement T angreift, das mit seinem anderen Ende an der festen Anlage 35 befestigt ist. Dabei ist jeweils eines der Federelemente 1, 7 als Druckfeder und das andere Federelement 1, 7 als Zugfeder ausgebildet.

Claims (1)

Il I · · t I I • I I · ti · · 173 !2' 2. U.5. 1982 Kh/Wl ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1 Ansprüche
1. JVerfahren zur Umformung einer Bewegung in eine analoge oder digitale Große, instesondere in eine elektrische Spannung, welche nach einer willkürlich vorgebbaren Funktion von der Bewegung abhängt, mittels mindestens eines in einem elektrischen Stromkreis liegenden veränderlichen induktiven Meßwiderstandes, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Meßwiderstand als mindestens ein aus elektrisch leitendem Material gefertigtes , Windungen aufweisendes Meßfederelement (1, 1',17, 18, 20, 21, 23, 2U1 30) ausgebildet ist, das durch die Bewegung verformt wird und dabei seinen induktiven Widerstand ändert, der als ein Maß für die Bewegung diect.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfederelement (1, 1', 17, 18, 20, 21, 23, 2U, 30) als aktiver Meßwiderstand in einer elektrischen Meßbrücke (7, 8) angeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das als aktiver Meßwiderstand dienende aktive Meßfederelement aus mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Meßfedern (17, 18, 20, 21, 23, 2k) gebildet wird.
k. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Meßfederelemente (17, 18) koaxial zueinander angeordnet sind,
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5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Meßfederelemente (20, 21, 23, 2h) parallel zueinander verlaufend angeordnet sind.
6. Verfahren nach einem der vorhergeh«snden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des Meßfederelementes (1) unterschiedliche Steigungen aufweisen.
7. Verfahren nach ainem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfederelement (1) kegelförmig gewickelt ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfederelement (30) spiralförmig gewickelt ist.
9· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem aktiven Meßfederelement (1, 1·, 17, 18, 20, 21, 23, 2U, 30) baugleiches Ergänzungsfederelement (7, 25, 2β, 31) als Ergänzungswiderstand dienend elektrisch in Reihe mit dem aktiven Meßfederelement im gleichen Brückenzweig angeordnet ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Ende des Meßfederelementes (1, 11, 17, 18, 20, 21, 23, 2U, 30) und des Ergänzungsfederelementes (7, 25t 26, 31) unbeweglich eingespannt ist und das andere Ende von Meßfederelement und Ergänzungsfederelement an einer Halterung (5) in entgegengesetzten Kraftrichtungen angreift, so daß bei einer Bewegung der Halterung (5) das eine Federelement entspannt und das andere Federelement gespannt wird.
- 3 - 178
ι 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfederelement (Ί) als Druckfeder und das Ergänzungsfederelemer.t (T) als Zugfeder ausgebildet ist oder umgekehrt.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Meßfederelement (30) und Ergänzungsfederelement (31) als Spiralfedern mit gegenläufiger Wicklung ausgebildet sind.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (5» 33), an der Meßfederelement (30) und Ergänzungsfederelement (31) angreifen, elektrisch leitend ausgebildet ist.
1U. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Meßbrücke, in der Meßfederelement (1, 1', 17, 18, 20, 21, 23, 2k, 30) und Ergänzungsfederelement (7. 23» 25, 26, 30 angeordnet sind, mit einer Trägerfrequenz betrieben wird.
15· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßfederelement (1, 1', 17, 18, 20, 21, 2U, 23, 30) eine Rückstellfeder eines Elementes (13) dient, dessen Lage durch die Bewegung änderbar ist.
16. Vorrichtung zur Umformung einer Bewegung in eine analoge oder digitale Große, insbesondere in eine elektrische Spannung, welche nach einer willkürlich vorgebbaren Funktion von der Bewegung abhängt, mittels mindestens eines in einem elektrischen Stromkreis liegenden veränderlichen induktiven Meßwiderstandes, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens zur Umformung einer Bewegung
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in eine analoge oder digitale Größe nach einem der Ansprüche 1 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß al3 induktiver Meßwiderstand mindestens ein aus elektrisch leitendem Material gefertigtes Meßfederelement (1, 1', 17, 18, 20, 21, 23, 2k, 30) dient, das mit Windungen versehen durch die Bewegung verformbar ist.
17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfederelement (1, 1', 17, 18, 20, 21, 23, 2k, 30) als aktiver Meßwiderstand in einer elektrischen Meßbrücke (7, 8) angeordnet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das als aktiver Meßwiderstand dienende aktive Meßfederelement aus mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Meßfedern (17, 18, 20, 21, 23, 2k) gebildet wird.
19· Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Meßfederelemente (17, 18) koaxial zueinander angeordnet
20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Meßfederelemente (20, 21, 2o, 2U) parallel zueinander verlaufend angeordnet sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des Meßfederelementes (1) unterschiedliche Steigungen aufweisen.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfederelement (1) kegelförmig gewickelt ist.
23· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfaderelement (30) spiralförmig gewickelt ist.
2k. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem aktiven Meßfederelement (1, 1', 17, 18, 20, 21, 23, 21», 30) baugleiches Ergänzungsfederelement (7, 25, 26, 31) als Ergänzungswiderstand dienend elektrisch in Reihe mit dem aktiven Meßfederelement im gleichen Brückenzweig angeordnet ist.
25· Vorrichtung nach Anspruch 2k, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Ende des Meßfederelementes (1, 1', 17, 18, 20, 21, 23, 2k, 30) und des Ergänzungsfederelementes (7, 25, 26, 31) unbeweglich eingespannt ist und das andere Ende von Meßfederelement und Ergänzungsfederelement an einer Halterung (5) in entgegengesetzten Kraftrichtungen angreift, so daß bei einer Bewegung der Halterung (5) das eine Federelement entspannt und das andere Federelement gespannt wird.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfederelement (1) als Druckfeder und das Ergänzungsfederelement (7) als Zugfeder ausgebildet ist oder umgekehrt.
27· Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß Meßfederelement (30) und Ergänzungsfederelement (31) als Spiralfedern mit gegenläufiger Wicklung ausgebildet sind.
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28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (5, 33), an der Meßfederelement (30) und Ergänzungsfederelement (31) angreifen, elektrisch leitend ausgebildet ist.
29· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Meßbrücke, in der Meßfederelement (1, 1', 17, 18, 20, 21, 23, 2U, 30) und Ergänzungsfederelement (7, 25» 26, 31) angeordnet sind, mit einer Trägerfrequenz betrieben wird.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßfederelement (1, 1', 17, 18, 20, 21, 23, 2k, 30) eine Rückstellfeder eines Elementes (13) dient, dessen Lage durch die Belegung änderbar ist.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1, 1', 7, 8, 17, 18, 20, 21, 23, 2k, 25, 26, 30, 31) als Wegmesser dient.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1, 1', 7, 8, 17, 18, 20, 21, 23, 2U, 25, 26, 30, 31) als Kraftmesser dient.
33· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1, 1', 7, 8, 17, 18, 20, 21, 23, 2k, 25, 26, 30, 3D als Winkelmesser dient.
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