DE3804934A1 - Positions-messanordnung, insbesondere fuer die kfz-technik - Google Patents

Description

Die Erfindung geht von der im Oberbegriff definierten Meßanord­ nung aus. Bekannte Beispiele davon, die jeweils noch eine wei­ tere Spule 2 S enthalten, sind schematisch in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Sinusspannungsquellen 1 G/2 G erzeugen unterschiedliche Spannungen an den beiden Spulen 1 S, 2 S, was durch den Meßemp­ fänger E gemessen wird. Die Induktivität der ersten Spule 1 S hängt nämlich von der jeweiligen Lage des zu beobachtenden Ob­ jektes ab, während die Induktivität der weiteren Spule 2 S auf einen festen, konstanten Wert einjustiert ist. Bisher verwende­ te man also bei solchen Meßanordnungen Sinusspannungsgenerato­ ren 1 G/2 G und verglich die Spannungen über den beiden Spulen 1 S/2 S miteinander, um die Lage des beweglichen Objektes zu be­ stimmen, wobei der vom Objekt mitbewegte magnetisierbare Körper die Induktivität der ersten Spule 1 S verändert.

Zusätzlich kann der in Fig. 2 gezeigte Gleichrichter GR, der hier aus einem Multiplizierer M und einem Schwellwertglied N besteht, sowie der Tiefpaß TP angebracht sein, damit dem Meß­ empfänger E ein Gleichspannungssignal zugeleitet wird, dessen Potential der Lage des beweglichen Objektes entspricht. Die Elektronik des in Fig. 2 gezeigten Beispiels ist übrigens, ab­ gesehen von dem Meßempfänger E und den beiden Spulen 1 S/2 S, zumindest im wesentlichen z. B. in dem integrierten Baustein NE5521 der Firma Philips/Valvo enthalten.

Die Erfindung wurde vor allem zur elektronischen Steuerung der Hinterachslenkung eins PKW entwickelt. Es zeigte sich jedoch, daß die Bedeutung der Erfindung weit darüber hinaus reicht. Sie eignet sich nämlich ebenso zur Fernmessung der Lage sonstiger verschiebbarer und/oder schwenkbarer Teile einer mechanischen Anordnung, ganz besonders zu Feinmessungen bei der Steuerung von Gangwechsel-Getrieben, Kupplungen, Manipulatoren bzw. Robo­ tern und Toren, aber ganz besonders eben auch zu Fernmessungen bei der Steuerung der Lenkung eines Fahrzeugs, nämlich z. B. ei­ nes Kfz oder Flugzeugs oder Schiffes.

Die Erfindung bietet nämlich einen grundsätzlich neuen Weg, um solche Meßanordnungen auf einfache Weise herzustellen. Man er­ hält dann einen neuen Typ solcher Meßanordnungen mit oft beson­ deren, bemerkenswerten Vorteilen.

Wenn man bei der bekannten Anordnung eine hohe, gleichmäßige Meßempfindlichkeit, also eine möglichst glatte Kurve im Körper­ stellungs-Meßempfängerausgangssignal-Diagramm erreichen will - genauer: wenn man eine weitgehend kontinuierliche Beziehung ohne starke Verzerrungen an einzelnen Meßpunkten zwischen ei­ nerseits der jeweiligen Stellung des Körpers (und damit der La­ ge des Objektes) und andererseits dem vom Meßempfänger gemesse­ nen Wert erreichen will - , stört bei den gezeigten bekannten Beispielen bei ganz speziellen Lagen des Objektes, also bei ganz speziellen Stellungen des Körpers, vor allem die ohm'sche Widerstandskomponente der betreffenden Spulen. In Wahrheit wird nämlich die Spannung über den Spulen 1 S, 2 S nach Betrag und Phase nicht durch deren induktiven Widerstand, sondern durch deren komplexen Scheinwiderstand bestimmt. Besonders in kriti­ schen Betriebszuständen, in denen die Spannung zwischen Masse und dem Knotenpunkt zwischen beiden Spulen 1 S/2 S nahezu NULL beträgt, wirken sich die ohm'schen Verluste bei den bekannten Beispielen sehr störend aus, weil sie besonders in diesen kri­ tischen Betriebszuständen unglatte Kurvenbereiche im Diagramm erzeugen, also die Kontinuität des Verlaufs dieser Kurve stö­ ren. Die Gleichmäßigkeit der Meßempfindlichkeit wird vor allem auch noch dadurch begrenzt, daß der Verlustwinkel der vom ma­ gnetisierbaren Körper beeinflußten ersten Spule 1 S zusätzlich abhängig von der Stellung dieses Körpers variiert - schon weil die in diesem Körper auftretenden Wirbelstromverluste abhängig sind von dem Ausmaß, wie stark jeweils der Körper auf das Ma­ gnetfeld der ersten Spule 1 S einwirkt. Die ohm'schen Verluste sind aber bisher mit einfachen Mitteln nur teilweise vermeidbar bzw. kompensierbar.

Bei der Erfindung ist aber auf sehr einfache Weise bereits dann eine sehr hohe, nämlich vor allem gleichmäßige Meßempfindlich­ keit trotz restlicher ohm'scher Verluste in den Spulen erreich­ bar, und zwar selbst dann, wenn nur eine einzige Spule, nämlich alleine die erste Spule 1 S, angebracht wird. Die Erfindung läßt es aber zu, auch zwei Spulen ähnlich wie im beschriebenen Stand der Technik anzuwenden, um deren Spannungen zu vergleichen, wo­ durch die erfindungsgemäßen Schaltungen mitunter bemerkenswerte Eigenschaften aufweisen.

Die Aufgabe der Erfindung ist also, einen völlig neuen Weg zur Fernmessung der Lage des Objektes zu bieten, wodurch sich Chan­ cen eröffnen, mit einfachen Mitteln besondere Vorteile zu er­ reichen. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 defi­ nierte Meßanordnung gelöst.

Die Erfindung benutzt also nicht mehr Spannungsgeneratoren 1 G/ 2 G gemäß Fig. 1 und 2, sondern Konstantstromquellen, welche Wechselströme einer definierten Betriebsfrequenz oberwellenarm liefern, so daß die an den Spulen auftretenden Spannungen je­ weils unmittelbar als Maß für die Induktivität der durch den Körper beeinflußten Spule benutzt werden können, was ein eich­ bares Maß für die Lage des zu beobachtenden Objektes ist. Wie gezeigt werden wird, sind dadurch Schaltungen herstellbar, bei denen jene Kurve im Körperstellungs-Meßempfängerausgangssignal- Diagramm trotz der ohm'schen Verluste der Spule auch unter sol­ chen Betriebsbedingungen, die den Fig. 1 und 2 entsprechen, weitgehend glatt verläuft. Die Erfindung benutzt also ein Prin­ zip, das für sich bisher in diesem Zusammenhang noch nicht üb­ lich war.

Zusätzliche Vorteile werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen zusätzlichen Maßnahmen erreicht. Unter anderem ge­ stattet der Gegenstand gemäß Patentanspruch
2 einen besonders einfachen Aufbau trotz einer sehr glatten Kurven in jenem Diagramm zu erreichen, selbst falls die Po­ tentiale der Meßanordnung gegenüber dem Massepotential stark variabel sind, also z. B. sogar floaten,
3 die Temperaturempfindlichkeit der Meßanordnung stark zu verringern, indem selbsttätig Temperatureffekte weitgehend kompensiert werden,
4 eine besonders gute Temperaturkompensation und damit eine besonders große Meßempfindlichkeit zu erreichen,
5 die Ansprechempfindlichkeit der Meßanordnung deutlich zu er­ höhen im Vergleich zu einer Meßanordnung, bei welcher der Körper die Induktivitäten beider Spulen mehr oder weniger gleichsinnig beeinflußt,
6 mit wenig Aufwand eine hohe Ansprechempfindlichkeit der Meßanordnung besonders auch bei mittleren Lagen des Objek­ tes zu erreichen, also mehr oder weniger in der Mitte zwi­ schen den extremen Endlagen dieses Objektes, wenn die Dif­ ferenz der Spannungen angenähert NULL beträgt,
7 nahe der mittleren Lage, bei der jene vom Meßempfänger ge­ messene Differenz der Spannungen NULL beträgt, eine sehr glatte Kurve/Abhängigkeit zwischen Stellungsänderungen des Körpers/Lageänderungen des zu beobachtenden Objektes und den korrespondierenden Änderungen der gemessenen Diffe­ renz zu erreichen, sowie einen konventionellen Gleichspan­ nungs-Differenzverstärker als Meßempfänger verwenden zu können,
8 die Meßempfindlichkeit dadurch weiter zu steigern, daß die Welligkeit der von den Gleichrichtereinheiten gelieferten Signale zuverlässig (weiter) gedämpft bzw. unterdrückt werden,
9 eine solche erste Spule auch zur Steuerung der Objektbewe­ gungen verwenden zu können und/oder einen besonders kom­ pakten, robusten Aufbau zu erreichen, so daß auch beim Ein­ satz dieser ersten Spule unter sehr rauhen Betriebsbedin­ gungen, z. B. in der Kraftfahrzeugtechnik, eine hohe Zuver­ lässigkeit erreichbar ist,
10 eine andere, besonders robuste, sehr einfache Anordnung für rauhe Betriebsbedingungen zu erreichen, und
11 bis 15 Anwendungen anzubieten, bei denen die Vorteile der Erfindung und ihrer Weiterbildungen besonders zur Geltung kommen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen, wie oben bereits angegeben wurde, vor­ bekannte Beispiele. Die Erfindung und ihre Weiterbildungen wer­ den anhand der in den übrigen Figuren gezeigten Beispiele wei­ ter erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 3 ein grobes Schema eines Anwendungsbeispiels, bei welchem der Schwenkwinkel eines Rades eines PKW mittels der ersten Spu­ le gemessen werden soll;

Fig. 4 ein besonders einfach aufgebautes erfindungsgemäßes Bei­ spiel mit nur einer Spule, nämlich mit nur der ersten Spule;

Fig. 5 und 6 Beispiele mit zwei Spulen, wobei die Differenz der Spannungen über diesen Spulen gemessen wird; in bestimmten Objektlagen können hierbei sehr kleine Differenzen dieser Spannungen auftreten; das in

Fig. 6 gezeigte Beispiel ent­ hält zusätzlich zwei Gleichrichtereinheiten und zwei Tief­ pässe, wodurch eine besonders hohe, vor allem aber auch gleichmäßige Meßempfindlichkeit, also eine sehr glatte Kur­ ve in jenem Diagramm, selbst dann erreicht werden kann, wenn beide Spulen unterschiedliche Verlustwinkel aufweisen und gleichzeitig die Spannungen über beiden Spulen angenä­ hert gleich groß ist - also die vom Meßempfänger gemessene Differenz der Spannungen über den Spulen nahezu NULL be­ trägt.

Bei dem in Fig. 3 sehr schematisch gezeigten Anwendungsbeispiel ist ein Rad RA schwenkbar an einem Gestänge L angebracht. An einer Buchse H über der Radachse ist - im gezeigten Beispiel ebenfalls schwenkbar - ein magnetisierbarer Körper D angebracht, welcher mehr oder weniger tief in das Magnetfeld der - hier im Beispiel um den Punkt C schwenkbaren - ersten Spule 1 S ein­ taucht und damit deren Induktivität abhängig vom Schwenkwinkel des Rades RA beeinflußt.

Die Fig. 3 zeigt grob skizziert nur ein einziges spezielles derartiges Beispiel. Es sind viele Abwandlungen davon zur Mes­ sung des Schwenkwinkels möglich, z. B. indem der Körper D starr an der Buchse H über der Radachse befestigt ist, wobei dieser Körper D dann kreisförmig statt geradegebogen sein kann, damit er in eine räumlich starre erste Spule 1 S mit kreisförmigem statt geradem Innenloch hineinbewegt werden kann. Außerdem kann der magnetisierbare Körper D z. B. auch an einer anderen Stelle der Lenkung angebracht sein, also z. B. an einer die Lenkung steuernden Zahnstange. Außerdem kann die Lenkung völlig anders aufgebaut sein. Wesentlich ist bei der Erfindung allein, daß durch die Hin- und Herbewegung und/oder durch das Verschieben eines beweglichen Objektes - hier Schwenkung der Radachse um die Stange L - mittelbar oder unmittelbar ein magnetisierbarer Körper - hier D - bewegt wird, welcher seinerseits die Indukti­ vität einer ersten Spule - hier 1 S - mehr oder weniger beein­ flußt. Bei der Erfindung korreliert also die Stellung des Kör­ pers - hier D - deutlich jeweils mit der Lage des zu beobach­ tenden Objektes - hier RA - .

Alle in den Fig. 4 bis 6 gezeigten erfindungsgemäßen Beispiele enthalten jeweils die erste Spule 1 S, deren Induktivität von der Stellung des Körpers D abhängt. Diese erste Spule 1 S hat eine hohe Güte, so daß ihr Wechselstromwiderstand bei der Be­ triebsfrequenz der Meßanordnung angenähert gleich dem Schein­ widerstand dieser Spule 1 S ist.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen außerdem jeweils einen ersten Generator 1 G, welcher eine Konstantstromquelle darstellt und sinusförmig Wechselströme der Betriebsfrequenz oberwellenarm durch die er­ ste Spule 1 S leitet.

In den gezeigten erfindungsgemäßen Beispielen messen die Meß­ empfänger E am Ausgang der Meßanordnungen jeweils Spannungen, welche von der hier stets variablen Induktivität der ersten Spule 1 S abhängen, indem der betreffende Meßempfänger E jeweils unmittelbar (Fig. 4 und 5) oder mittelbar (Fig. 6) an die erste Spule 1 S angeschlossen ist. Der Meßempfänger mißt hierbei je­ weils, bezogen auf ein Bezugspotential - z. B. Masse oder 2 U - , die Spannung an einem nicht auf Massepotential liegenden An­ schluß der ersten Spule 1 S bzw. einen von dieser Spannung 1 U irgendwie abhängigen Wert - der Meßempfänger E mißt also z. B. nur einen durch einen ihm vorschaltbaren Spannungsteiler re­ duzierten Wert oder z. B. einen durch einen Spannungsbegrenzer begrenzten Wert.

Das in Fig. 4 gezeigte Beispiel hat einen ganz besonders einfa­ chen Aufbau, indem hier der Meßempfänger E unmittelbar die Spannung über der ersten Spule 1 S mißt, was ein eichbares Maß für die jeweilige Lage des Objektes RA ist.

Bei den in Fig. 5 und 6 gezeigten Beispielen ist die Tempera­ turunabhängigkeit der Meßergebnisse dadurch erhöht, daß eine weitere Spule 2 S so angebracht ist, daß sie zumindest angenä­ hert dieselbe Betriebstemperatur wie die erste Spule 1 S auf­ weist. Dazu können bei Bedarf zusätzlich die in den Fig. 5 und 6 gezeigten zwei Spulen 1 S und 2 S jeweils thermisch so gut lei­ tend miteinander verbunden sein - z. B. indem beide Spulen 1 S/2 S gemeinsam auf einem thermisch gut leitendem Träger z. B. aus Metall angebracht werden und/oder indem sie zumindest geschützt vor Wind und anderen Umwelteinflüssen in einem gemeinsamen Ge­ häuse angebracht werden - , daß sie auch im rauhen Betrieb zu­ mindest angenähert jeweils dieselben Betriebstemperaturen auf­ weisen.

Darüber hinaus weisen die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Bei­ spiele einen weiteren Wechselstrom der Betriebsfrequenz erzeu­ genden Generator 2 G vom Konstantstromquellentyp zur Erzeugung eines durch die weitere Spule 2 S fließenden konstanten Wechsel­ stromes auf.

Ferner hat in beiden Beispielen der den beiden Spulen 1 S, 2 S nachgeschaltete Meßempfänger E zwei Meßeingangsanschlüsse, von denen der eine mit der ersten Spule 1 S und der andere mit der weiteren Spule 2 S so verbunden ist, daß der Meßempfänger E die Differenz der über den beiden Spulen auftretenden Spannungen 1 U - 2 U mißt - bzw. von dieser Differenz 1 U - 2 U jeweils abhängige Werte. Weil hier der Meßempfänger E die Differenzen 1 U - 2 U der Spannungen 1 U, 2 U über den Spulen 1 S, 2 S mißt, die jeweils mit eigenen Konstantstromquellen gespeist sind, kompensieren sich hier mehr oder weniger die Temperatureinflüsse besonders auf die (ohm'sche Eigenwiderstände der) Spulen, wodurch die Meß­ präzision dieser Meßanordnung besonders hoch ist. Zur Erhöhung der Meßempfindlichkeit können bei diesen in Fig. 5 und 6 gezeig­ ten Beispielen zusätzlich beide Spulen angenähert denselben Auf­ bau hinsichtlich Materialien, Form und Windungszahlen aufweisen und beide Generatoren 1 G, 2 G zumindest annähernd gleich starke Ströme durch die beiden Spulen 1 S, 2 S leiten, indem diese Gene­ ratoren an sich denselben Aufbau aufweisen. Im übrigen kann man durch eine solche Vereinheitlichung der verwendeten Bauteile die Typenvielfalt verringern, was für die Serienfertigung der Meßanordnung günstig ist, z. B. wenn die Meßanordnung in Fahrzeu­ gen, Werkzeugmaschinen und dergleichen eingebaut werden soll, also in hohen Stückzahlen gefertigt werden soll und trotz eines niedrigen Preises zuverlässig arbeiten soll.

Bei den in Fig. 5 und 6 gezeigten Beispielen unterscheidet sich also die Induktivität der ersten Spule 1 S von der der zweiten Spule 2 S je nach der Lage des Objektes RA mehr oder weniger. Deswegen sollte sich nicht dann nur die Induktivität der ersten Spule 1 S schon bei relativ geringen Änderungen der Stellung des Körpers D möglichst stark ändern, sondern auch die Induktivität der weiteren Spule 2 S sollte sich zumindest nicht gleichsinnig wie die Induktivität der ersten Spule 1 S ändern, sobald sich die Stellung des Körpers D ändert. Daher wird in diesen Bei­ spielen bevorzugt

• - die Induktivität der weiteren Spule 2 S zumindest fest ju­ stiert, also unabhängig von der Stellung des Körpers D ge­ macht, indem sie z. B. zusätzlich magnetisch abgekapselt wird, oder
• - die räumliche Lage und der Wicklungssinn der weiteren Spule 2 S so gewählt, daß sich bei Änderungen der Stellungen des Körpers D die Induktivität der ersten Spule 1 S sogar gegen­ sinnig zur Induktivität der weiteren Spule 2 S ändert.

Im letzteren Fall hat also die jeweilige Stellung des Körpers D sehr wohl einen Einfluß auf die Induktivität der weiteren Spule 2 S; wenn dann durch Änderung der Stellung des Körpers D die In­ duktivität der ersten Spule 1 S größer (kleiner) wird, wird die Induktivität der weiteren Spule 2 S gleichzeitig kleiner (größer). Auf diese Weise ist mit elektrischen bzw. magnetischen Mitteln eine besonders große Ansprechempfindlichkeit der Meßanordnung für Änderungen der Lage des Objektes RA erreicht.

Einen besonders einfachen Differenzverstärker als Meßempfänger E bei hoher Ansprechempfindlichkeit dieses Meßempfängers E kann man besonders dann anbringen, wenn die Induktivität der weite­ ren Spule 2 S - und/oder evtl. auch der ersten Spule 1 S - zusätz­ lich so justiert werden kann, daß die vom Meßempfänger E gemes­ sene Differenz 1 U - 2 U der Spannungen bei einer mittleren der mög­ lichen Lagen des Objektes RA zumindest angenähert NULL beträgt. Sobald dann nämlich das Objekt RA nach links oder rechts aus dieser mittleren Lage heraus bewegt wird, ist diese Differenz 1 U - 2 U positiv oder negativ und weist überdies relativ kleine Beträge auf, welche sich prozentual sehr stark ändern, selbst wenn das Objekt RA nur relativ schwach bewegt wurde.

Der restliche Einfluß der ohm'schen Verluste innerhalb der bei­ den Spulen 1 S, 2 S der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Beispiele auf die Glattheit der Kurve des oben diskutierten Diagrammes kann weiter dadurch verringert werden, daß zwischen den Spulen 1 S, 2 S einerseits und den zugehörenden Eingängen des Meßempfän­ gers E andererseits jeweils eine Gleichrichtereinrichtung 1 GR, 2 GR sowie diesen Gleichrichtereinrichtungen nachgeschaltete Tiefpässe 1 TR, 2 TR eingefügt werden. Die Gleichrichtereinrich­ tungen 1 GR, 2 GR sollten eingangsseitig möglichst hochohmig sein, damit sie nur einen vernachlässig kleinen Wechselstrom von den Spulen 1 S, 2 S abzweigen, d. h. die Gleichrichtereinrich­ tungen 1 GR, 2 GR sollten möglichst keine Rückwirkungen auf die Größe und Phase der Spannungen über den Spulen 1 S, 2 S aufwei­ sen. Im übrigen kann der innere Aufbau der Gleichrichterein­ richtungen 1 GR, 2 GR im Prinzip beliebig sein, z. B. Dioden und Kondensatoren in solcher Weise enthalten, daß diese Gleichrich­ tereinrichtungen nur während der Maximalamplituden der Spulen­ spannungen kurzzeitig geringe Ströme aufnehmen (Spitzengleich­ richtung). Die nachgeschalteten Tiefpässe 1 TP, 2 TP beseitigen weitgehend die (restlichen) Welligkeiten der Ausgangsspannungen der Gleichrichtereinheiten 1 GR, 2 GR, so daß den Eingängen des Meßempfängers E stark geglättete analoge Gleichspannungssignale zugeleitet werden, deren Differenz 1 U - 2 U sehr präzise mit der jeweiligen Lage des zu beobachtenden Objektes RA korreliert.

Dadurch, daß diese Gleichrichtereinheiten 1 GR, 2 GR zwischen die Spulen 1 S, 2 S und den Meßempfänger E eingefügt sind, vgl. Fig. 6 mit Fig. 5, ist jene Kurve bei der in Fig. 6 gezeigten Meßan­ ordnung vor allem dann glatter als die entsprechende Kurve bei der in Fig. 5 gezeigten Meßanordnung, wenn bei der betreffenden kritischen Lage des Objektes RA die jeweilige Spannung über der ersten Spule 1 S nahezu gleich groß wie über der zweiten Spule 2 S ist. In diesem kritischen Falle wirken sich nämlich die ohm'schen Verluste der Spulen besonders stark aus: Diese Ver­ luste werden, wie bereits oben angedeutet, teils durch die ohm'schen Verluste im Wicklungsdraht, teils durch induzierte Wirbelströme in der Umgebung, z. B. im beweglichen Körper D, bzw. durch magnetisch an die Spulen gekoppelte Verlusterzeuger D verursacht und überdies sind diese Verluste auch noch von der jeweiligen Stellung des Körpers D abhängig. Die Verlustwinkel beider Spulen 1 S, 2 S sind also nicht präzise definierbar und mehr oder weniger von der jeweiligen Lage des Objektes RA ab­ hängig. Sobald die Spannungsdifferenz 1 U - 2 U nahezu NULL be­ trägt, weist also jene Kurve des Diagrammes eine unglatte Stel­ le auf, wenn bei dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel nicht zusätz­ lich - z. B. gemäß Fig. 6 - Gleichrichtereinheiten 1 GR, 2 GR zwi­ schen die Spulen 1 S, 2 S und dem Empfangsverstärker E eingefügt sind. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Beispiel wird hingegen wegen der Gleichrichtung der Spannungen 1 U, 2 U der Einfluß der ohm' schen Komponenten des Scheinwiderstandes dieser Spulen so stark unterdrückt, daß die Kurve auch in diesem kritischen Betriebs­ fall glatt bleibt.

Die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Beispiele, welche zwei Kon­ stantstromquellen 1 G, 2 G enthalten, können - vgl. Fig. 6 - ei­ nen Sinusoszillator OS enthalten, der gemeinsam beide Generato­ ren 1 G, 2 G als Taktgeber steuert, um auf einfache Weise eine hohe Konstanz der von diesen beiden Generatoren gelieferten Be­ triebsfrequenzen zu erreichen.

Der mechanische Aufbau der durch den magnetisierbaren Körper D beeinflußbaren Spule - also vor allem der Aufbau der ersten Spule 1 S - kann im Prinzip beliebig sein. Besonders günstig er­ wies sich eine Anordnung, bei welcher der Körper D, vgl. Fig. 3, zumindest teilweise im Kolben eines hydraulischen oder pneuma­ tischen Zylinders untergebracht wird oder bei welchem der Kol­ ben selbst den Körper D bildet. Die Wicklung der ersten Spule 1 S kann dann am Zylindergehäuse befestigt sein, und zwar mehr oder weniger die Kolbenbahn so umgreifen, daß bei Veränderungen der Kolbenlage die Induktivität dieser ersten Spule 1 S deutlich geändert wird. Ein solcher Aufbau der ersten Spule 1 S eignet sich ganz besonders nicht nur zur Messung der jeweiligen Lage des beweglichen Objektes RA, vgl. RA in Fig. 3. Sie eignet sich darüber hinaus auch zur Steuerung der Lage dieses Objektes RA, weil hier eine hydraulische oder pneumatische Bewegung des Kol­ bens mit hydraulischen oder pneumatischen Mitteln möglich ist. Ein solcher Aufbau der ersten Spule 1 S ist überdies besonders kompakt und kann so robust gemacht werden, daß sie auch einem sehr rauhen Betrieb, z. B. in Kraftfahrzeugen oder Baggern zu­ verlässig bleibt.

Eine ähnlich kompakte und zuverlässige Steuerung ist mit einer ersten Spule 1 S möglich, bei welcher der magnetisierbare Körper D selbst eine Zylinderbuchse ist, in welche die Wicklung der ersten Spule 1 S je nach Lage des Objektes RA mehr oder weniger tief eintaucht. Hierbei kann die Wicklung der ersten Spule 1 S an einem Kolben so angebracht werden, daß die Buchse zusammen mit dem Kolben einen hydraulischen oder pneumatischen Antrieb zur Steuerung des beweglichen Objektes RA darstellt.

Wie bereits erwähnt, ist die Erfindung auf vielen technischen Gebieten anwendbar, nämlich z. B. in der Fahrzeugtechnik, auch bei Werkzeugen einschließlich Baggern und Planierraupen, auch bei technischen Gebäuden, z. B. Toren und Schleusen. Das beweg­ liche Objekt kann also z. B. ein Teil in einem Gangwechsel-Ge­ triebe oder in einer Kupplung oder in einer Werkzeugmaschine sein, also z. B. in einem Manipulator oder Roboter, aber auch in der Lenkung eines Fahrzeugs, also z. B. eines Kraftfahrzeugs oder Flugzeugs oder Schiffes.

Die Meßanordnung eignet sich sowohl zur Messung von linear be­ wegten Objekten - vgl. das seitliche Verschieben von Rädern in Gangwechsel-Getrieben - , als auch zur Messung von Schwenkungen, vgl. das in Fig. 3 grob dargestellte Prinzip, angewendet auf Tore, gelenkte Räder und dergleichen.

Claims (16)

1. Positions-Meßanordnung - insbesondere für die KFZ-Technik - zur Messung der Lage eines beweglichen Objektes (RA in Fig. 3), z. B. des Lenkwinkels eines schwenkbaren Rades (RA), mit

• - einem magnetisierbaren Körper (D), der mit dem zu beobachten­ den Objekt (RA), z. B. über die Radaufhängung, unmittelbar oder mittelbar so verbunden ist, daß die Lage des Objektes (RA) deutlich mit der Stellung des Körpers (D) korreliert,
• - einer ersten Spule (1 S), deren Induktivität von der jeweiligen Stellung des Körpers (D) abhängt und deren Güte so hoch ist, daß der Wechselstromwiderstand dieser Spule (1 S) bei einer Betriebsfrequenz zumindest angenähert gleich dem Scheinwider­ stand dieser Spule (1 S) bei dieser Betriebsfrequenz ist,
• - einem Wechselstrom bzw. Wechselspannung der Betriebsfrequenz oberwellenarm erzeugenden ersten Generator (1 G) zur Erzeugung eines durch die erste Spule (1 S) fließenden konstanten Wech­ selstromes, und
• - einem Meßempfänger (E), der unmittelbar oder mittelbar an die erste Spule (1 S) angeschlossen ist, also dieser Spule (1 S) nachgeschaltet ist und eine von der Induktivität dieser Spule (1 S) abhängige Größe mißt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Generator (1 G) eine Konstantstromquelle (1 G, Fig. 4-6) ist, und
• - der Meßempfänger (E), bezogen auf ein Bezugspotential (Masse oder 2 U), die Spannung (1 U) an einem nicht auf Massepotential liegenden Anschluß der ersten Spule (1 S) oder einen von dieser Spannung (1 U) abhängigen Wert mißt.

2. Meßanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Bezugspotential das Potential an dem anderen Anschluß der ersten Spule (1 S) ist, so daß der Meßempfänger (E) die Span­ nung über der ersten Spule (1 S) mißt.

3. Meßanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine weitere Spule (2 S) so angebracht ist, daß sie zumindest angenähert dieselbe Betriebstemperatur wie die erste Spule (1 S) aufweist,
• - ein weiterer Wechselstrom bzw. Wechselspannung der Betriebs­ frequenz erzeugender Generator (2 G) vom Konstantstromquellen­ typ (2 G) zur Erzeugung eines durch die weitere Spule (2 S) fließenden konstanten Wechselstromes angebracht ist, und
• - der den beiden Spulen (1 S, 2 S) nachgeschaltete Meßempfänger (E) zwei Meßeingangsanschlüsse hat, von denen unmittelbar oder mittelbar der eine mit der ersten (1 S) und der andere mit der weiteren Spule (2 S) verbunden ist, um die Differenz der über den Spulen auftretenden Spannungen (1 U - 2 U) oder von dieser Differenz abhängige Werte zu messen.

4. Meßanordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die erste (1 S) und die weitere Spule (2 S) thermisch gut lei­ tend über einen gemeinsamen, gut wärmeleitenden Träger mecha­ nisch verbunden sind.

5. Meßanordnung nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die weitere Spule (2 S) nicht - oder höchstens entgegengesetzt zur ersten Spule (1 S) - von der Bewegung des Körpers (D) be­ einflußt wird,
• - also die Induktivität der weiteren Spule (2 S) entweder fest, also von der Stellung des Körpers (D) unabhängig ist, oder von der Bewegung des Körpers (D) entgegengesetzt wie die In­ duktivität der ersten Spule (1 S) beeinflußt wird (z. B. von 1 S vergrößert und von 2 S verkleinert).

6. Meßanordnung nach einem der Patentansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Induktivität der weiteren Spule (2 S) so justierbar ist, daß die vom Meßempfänger (E) gemessene Differenz (1 U - 2 U) der Spannungen bei einer der mittleren möglichen Lagen des Objek­ tes (RA) zumindest angenähert NULL beträgt, so daß - nach einer Bewegung des Objektes (RA) nach der einen oder anderen Richtung heraus aus dieser mittleren Lage - jene Differenz (1 U - 2 U) je nach der eingetretenen Richtung positiv oder nega­ tiv ist.

7. Meßanordnung nach einem der Patentansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zwischen den Spulen (1 S, 2 S) und dem Meßempfänger (E) jeweils eine Gleichrichtereinheit (1 GR, 2 GR) mit hochohmigem Eingangs­ widerstand zur Gleichrichtung der von der betreffenden Spule (1 S, 2 S) erhaltenen Spannung eingefügt ist, so daß der nachge­ schaltete Meßempfänger (E) die Differenz (1 U - 2 U) der gleichge­ richteten Spannungen mißt.

8. Meßanordnung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zwischen den Gleichrichtereinheiten (1 GR, 2 GR) und dem Meßemp­ fänger (E) jeweils ein Tiefpaß (1 TP, 2 TP) mit solcher Grenzfre­ quenz eingefügt ist, daß die Betriebsfrequenz zumindest weit­ gehend gedämpft wird.

9. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Körper (D) zumindest Teile (D) des Kolbens in einem hydraulischen oder pneumatischen Zylinder enthält, und
• - die erste Spule (1 S) am Kolbengehäuse befestigt ist und zumin­ dest teilweise die Kolbenbahn umgreift.

10. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Körper (D) zumindest Teile einer Buchse enthält, in die die Wicklung der ersten Spule (1 S) je nach Lage des Objektes (RA) mehr oder weniger tief eintaucht.

11. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Objekt (RA) ein Teil in einem Gangwechsel-Getriebe ist.

12. Meßanordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Objekt ein Teil in einer Kupplung ist.

13. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Objekt ein Teil in einer Werkzeugmaschine ist.

14. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Objekt ein Teil in einem Manipulator bzw. Roboter ist.

15. Meßanordnung nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Objekt (RA) ein Teil in einer Lenkung (RA, L) eines Fahrzeuges, also z. B. eines KFZ oder Flugzeugs oder Schiffes ist.