DE3800887A1 - Einrichtung zur messung der lageveraenderung eines elements - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Mes­ sung der Lageveränderung eines Elements mit einem Auf­ nehmer mit Federeigenschaften, dessen Formänderung ein Sensor erfaßt.

Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise aus der DE- PS 32 05 705 bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung bildet eine Schraubenfeder, deren Induktivitätsänderung zur Bestimmung ihrer Verformung gemessen wird, den Aufneh­ mer und gleichzeitig den Sensor.

Eine weitere Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 ist beispielsweise aus der DE-OS 24 55 597 bekannt. Gemäß dieser Druckschriften wird als Aufnehmer eine Feder verwendet, die die Lageveränderung eines Ele­ ments auf einen Sensor überträgt, der aus einer vorge­ spannten Blende und einem Differential-Fotowiderstand besteht, dessen Ausgangssignal sich entsprechend der Verschiebung der Blende und damit entsprechend der Lage­ veränderung des Elements ändert.

Bei diesen bekannten Einrichtungen sowie auch bei anderen bekannten Einrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Schutz­ anspruchs 1 sind der Meßbereich sowie die erreichbare Auflösung einer Reihe von Einschränkungen unterworfen. Diese Einschränkungen ergeben sich bei der aus der DE-PS 32 05 705 bekannten Einrichtung z. B. aus dem Federmate­ rial sowie der Geometrie der Feder, deren Induktivität gemessen werden soll: Im Hinblick beispielsweise auf die Güte oder die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises, in den die Meßfeder als Induktivität eingesetzt ist, kann die Windungszahl der Feder häufig nicht frei gewählt und damit beispielsweise nicht so groß gemacht werden, wie es erfor­ derlich wäre um große Strecken zu messen.

Darüberhinaus ergeben sich Einschränkungen hinsichtlich des Temperaturbereichs, dem der Aufnehmer und der Sensor ausgesetzt sein dürfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Schutzanpruchs 1 derart weiter­ zubilden, daß die Messung der Lageveränderung eines Ele­ ments in einem weitgehend frei wählbaren Meßbereich mög­ lich wird, ohne daß Änderungen am Sensor notwendig würden.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Schutzansprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß zeichnet sich die Einrichtung dadurch aus, daß zur Anpassung des Federwegs des Aufnehmers an den Lageveränderungsbereich zwischen das Element und den Aufnehmer ein elastisch verformbarer Körper eingesetzt ist, dessen Federkonstante dem Lageveränderungs-Bereich des Elements und dem Federweg des Aufnehmers angepaßt ist.

Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen elastisch verform­ baren Körper erfolgt eine Bereichstransformation entspre­ chend dem Verhältnis der Federkonstanten des elastisch verformbaren Körpers und des Aufnehmers. Durch entsprechen­ de Wahl der Federkonstanten ist es damit beispielsweise möglich, mit einem Aufnehmer, beispielsweise einer "Meßfe­ der" gemäß Anspruch 10, deren Hub im cm-Bereich liegt, Bewegungen eines Kolbens von Kolben/Zylinder-Einheiten im m-Bereich zu erfassen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung hat darüberhinaus nicht nur den Vorteil, daß es mit einem gegebenen Sensor möglich ist, Lageveränderungen in den unterschiedlichsten Berei­ chen zu erfassen, sondern auch den Vorteil, daß eine "räumliche Entkoppelung" zwischen dem Element, dessen Lageveränderung gemessen werden soll, und dem Sensor gegeben ist: Damit ist es beispielsweise auch möglich, die erfindungsgemäße Einrichtung unter rauhen Umgebungsbedin­ gungen, wie hohen Temperaturen etc. einzusetzen, da durch den Abstand zwischen Element und Sensor, der im wesent­ lichen durch die Abmessungen des elastisch verformbaren Körpes gegeben ist, nicht notwendigerweise der Sensor die gleiche Temperatur wie das Element haben muß.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben:.

Verschiedene Möglichkeiten der Ausgestaltung des elastisch verformbaren Körpers sind in den Ansprüchen 2 bis 5 ange­ geben.

Die im Anspruch 2 als elastisches Element gekennzeichnete Schraubenfeder hat insbesondere in der Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 den Vorteil, daß sie einen großen Hub und ein großes Verhältnis maximale Länge/minimale Länge aufweist, während die im Anspruch 4 gekennzeichnete Möglichkeit den Vorteil einfachsten Aufbaus hat.

Die in den Ansprüchen 2 bis 4 gekennzeichneten Ausbildun­ gen des elastisch verformbaren Körpers sind insbesondere zur Messung translatorischer Lageveränderungen geeignet, während die im Anspruch 5 beanspruchte Ausbildung insbe­ sondere zur Messung rotatorischer Lageveränderungen be­ nutzt werden kann.

In den Ansprüchen 6, 7 und 10 sind beispielhaft Möglich­ keiten für Aufnehmer mit Federeigenschaften gekennzeich­ net, wie sie bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ver­ wendbar sind. Ferner sind in den Ansprüchen 8 und 9 Senso­ ren angegeben, mit denen sich in besonders vorteilhafter Weise die Formänderungen der in den Ansprüchen 6 und 7 gekennzeichneten Aufnehmer erfassen lassen. Ausdrücklich soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß die Angabe in den Ansprüchen 6 bis 9 keine Beschränkung, sondern viel­ mehr eine Angabe vorteilhafter Ausführungsformen dar­ stellt, und daß selbstverständlich zur Realisierung der Erfindung beliebige Aufnehmer mit Federeigenschaften in Kombination mit entsprechenden Sensoren einsetzbar sind.

Im Anspruch 10 ist eine besonders vorteilhafte Ausfüh­ rungsform gekennzeichnet, bei der eine Schraubenfeder, deren Induktivitätsänderung zur Bestimmung ihrer Verfor­ mung gemessen wird, den Aufnehmer und den Sensor bildet. Hinsichtlich von Einzelheiten der Ausbildung der Schrau­ benfeder und der Messung der Induktivität dieser Feder wird auf die bereits erwähnte DE-PS 32 05 705 sowie auf Veröffentlichungen und Schutzrechtsanmeldungen des Anmel­ ders verwiesen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 kann für eine Reihe von Einsatzfällen verwendet werden.

Beispielsweise kann das Element, dessen Lageveränderung ge­ messen werden soll, eine Kolben/Zylinder-Einheit sein, die u. a. Teil einer Hebebühne, eines Theateraufzugs oder einer Deckenabstützung ist. Ferner kann das Element auch eine Mem­ bran sein, beispielsweise die Membran eines Druckaufnehmers, aber auch eine Wand eines Behälters. sein, deren Durchbiegung erfindungsgemäß erfaßt wird. Dabei ist die Verwendung des erfindungsgemäß vorgesehenen elastisch verformbaren Körpers von besonderem Vorteil, da es durch diesen möglich ist, den Sensor auf einer anderen Temperatur als die Behälterwand zu halten, was insbesonde­ re bei sehr heißen bzw. kalten Behältern von besonderem Vorteil ist. Auch kann durch eine Temperaturstabilisierung des Sensors der Einfluß von Temperaturdriften etc. umgan­ gen werden.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung der Allgemeinheit anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigen:

Fig. 1 eine Einrichtung zur Messung der Verschiebung eines Kolbens,

Fig. 2 eine Einrichtung zur Messung eines Drehwinkels mit einer Formfeder, und

Fig. 3 eine Einrichtung zur Messung der Verlagerung einer Membran.

Fig. 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Einrichtung eine Einrichtung zur Messung der Verschiebung eines Kolbens 1, wie er beispielsweise in Theaterbühnen Verwendung findet. In dem als Teleskopkolben ausgebildeten Kolben 1 ist eine Feder 2 angeordnet, die einerseits mit dem Kolbenboden und andererseits mit einer Membran 3 verbunden ist, deren Durchbiegung beispielsweise mit einer Spiralinduktivität 4, die gemäß der DE-PS 32 05 705 ausgebildet sein kann, gemessen werden kann. Ferner kann in den ortsfesten Membranträger eine Auswerteelektro­ nik 5 integriert sein.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung untersetzt große Wege des Kolbens in vergleichsweise kleine Membranauslenkungen.

Weitere Anwendungen der Einrichtung gemäß Fig. 1 sind beispielsweise die Messung in Hydrauliksystemen, Kranaus­ legern, Hebebühnen, Pneumatiksystemen, wie KFZ-Federungen, pneumatischen Stellantrieben usw.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Auslenkung einer Membran 21 gemessen wird. Mit 22 sind ein Überlastbett und mit 23 das Gehäuse der Einrichtung be­ zeichnet. Die Membran 21 ist über eine Schraubenfeder 24 mit einer weiteren Membran 25 verbunden, die mittels eines weiteren Gehäuses 27 in dem Gehäuse 23 angeordnet ist. Die Auslenkung der Membran 25 wird mittels einer Spiralinduk­ tivität 11 und einer Elektronik 10 gemessen. Ferner sind mit 6 und 8 Druckausgleichs-Öffnungen, mit 9 und 13 ein Kühlmittel-Zu- bzw. Abfluß und mit 12 ein elektrischer An­ schluß bezeichnet.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein großer Weg in eine kleine Auslenkung umgesetzt zusätzlich hat man noch den Vorteil, daß eine Entkoppelung von "ursächlich" ausge­ lenkter Membran und eigentlicher Meßmembran beispielsweise gegen Umwelteinflüsse (Temperatur, aggressive Medien usw.) gegeben ist. Darüberhinaus kann der eigentliche Meßort gekühlt (oder geheizt) werden

Mögliche Anwendungen sind Druckmessungen bei hohen Temperaturen, Füllstandsaufnehmer, wobei es beispielsweise möglich ist, direkt die Durchbiegung eines Behälterbodens, eines Balkens oder dgl. zu erfassen.

Fig. 3 zeigt als drittes Ausführungsbeispiel eine Anord­ nung, bei der die Drehung einer Meßwelle 31 mittels einer Spiralfeder 32 in die Auslenkung einer Formfeder 33 umge­ setzt wird, deren Auslenkung ein Sensor 34 mißt, der auf einer Sensorhalterung 35 angebracht ist.

Dieses Ausführungsbeispiel kann beispielsweise zur Drehmo­ ment-Messung oder zur Messung der Stellung einer Drossel­ klappe, eines Ventils oder dgl. verwendet werden.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Messung der Lageveränderung eines Ele­ ments mit einem Aufnehmer mit Federeigenschaften, dessen Formänderung ein Sensor erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung des Federwegs des Aufnehmers an den Lageveränderungsbereich zwischen das Element und den Aufnehmer ein elastisch verformbarer Kör­ per eingesetzt ist, dessen Federkonstante dem Lageverän­ derungs-Bereich des Elements und dem Federweg des Aufneh­ mers angepaßt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch verformbare Kör­ per eine Schraubenfeder ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur der Schrauben­ feder konisch ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch verformbare Kör­ per aus einem gummielastischem Material besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung von Drehbewegungen der elastisch verformbare Körper eine Spiralfeder ist, deren eines Ende an einer drehbaren Welle und deren ande­ res Ende an dem Aufnehmer befestigt ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmer eine Formfeder ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmer eine Membran ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine Spiralinduk­ tivität ist, die gegenüber der Membran bzw. der Formfeder angeordnet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Dehnungsmeß­ streifen ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schraubenfeder, deren Induktivitätsänderung zur Bestimmung ihrer Verformung gemessen wird, den Aufnehmer und den Sensor bildet.