DE3804934A1 - Positions-messanordnung, insbesondere fuer die kfz-technik - Google Patents
Positions-messanordnung, insbesondere fuer die kfz-technikInfo
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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.
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883804934 DE3804934A1 (de) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | Positions-messanordnung, insbesondere fuer die kfz-technik |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883804934 DE3804934A1 (de) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | Positions-messanordnung, insbesondere fuer die kfz-technik |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3804934A1 true DE3804934A1 (de) | 1989-08-31 |
Family
ID=6347586
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883804934 Withdrawn DE3804934A1 (de) | 1988-02-17 | 1988-02-17 | Positions-messanordnung, insbesondere fuer die kfz-technik |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3804934A1 (de) |
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Legal Events
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