DE3815074A1

DE3815074A1 - Messeinrichtung zur bestimmung des drehwinkels

Info

Publication number: DE3815074A1
Application number: DE3815074A
Authority: DE
Inventors: Peter Zieher; Claus Dipl Ing Dr Kramer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-05-04
Filing date: 1988-05-04
Publication date: 1989-11-16
Also published as: JPH03504158A; WO1989011077A1; KR900700848A; EP0414699A1; ES2014077A6; DE3815074C2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Meßeinrichtung zur Bestimmung des Drehwinkels nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Meßeinrichtung wird die Verdrehung einer Welle mit Hilfe zweier re lativ zueinander beweglicher Scheiben bestimmt. Die Scheiben weisen Schlitze auf, die den elektrisch nicht leitenden Bereich bilden. Ferner ist mindestens an der Stirnseite einer Scheibe im Bereich der Schlitze eine von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossene Spule angeordnet. Durch die relative Verschiebung der Scheiben zu einander wird die elektrisch nicht leitende Fläche der Scheiben, d.h. die Öffnungsfläche der Schlitze verändert, wodurch die Dämpfung der Spule variiert wird. Die Meßeinrichtung hat aber den Nachteil, daß die Achsen der Scheiben genau zueinander zentriert werden müs sen, so daß sich eventuelles Axialspiel als Meßfehler auswirken kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung mit den kennzeichnenden Merk malen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Einrich tung relativ klein baut. Sowohl das Radialspiel als auch das Axial spiel der Meßeinrichtung wird weitgehend kompensiert. Die Auflösung des Meßsignals ist sehr groß und dessen Linearität innerhalb des relativ großen meßbaren Winkelbereichs ist sehr gut. Die Spulen kön nen in Ätztechnik oder in Dickschichttechnik vorgefertigt werden und auf die Innenwand einer Hülse geklebt werden. Dadurch kann der Ab stand zwischen den Spulen und dem Stromleitstück minimiert werden und somit die Meßempfindlichkeit verbessert werden. Bei besonders kleiner Bauform sind relativ große Winkelbereiche meßbar. Das Strom leitstück wird senkrecht zur Meßspulenachse bewegt, wodurch sich ein besonders guter Meßeffekt ergibt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Meßeinrich tung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher beschrieben. Es zeigen je in perspektivischer Darstellung Fig. 1 eine Hülse mit aufgebrachten Spulen und Fig. 2 ein Stromleitstück.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein mit 10 bezeichneter, hülsenförmiger, aus elek trisch nicht leitendem Material hergestellter Träger angedeutet, auf dessen Innenwand vier Spulen 11, 12, 13, 14 angeordnet sind. Je zwei Spulen 11, 13 bzw. 12, 14 sind diametral gegenüberliegend angeord net. Durch die Größe der Spulen 11 bis 14 wird der Meßwinkel der Meßeinrichtung bestimmt. Die Spulen 11 bis 14 können mäanderförmig oder in Form eines Rechtecks angeordnet sein. Bevorzugt sind sie als Flachspulen ausgebildet und in Form von Folien auf die Innenwand des Trägers 10 aufgeklebt. Die Spulen 11 bis 14 können in bekannter Atz technik oder in Dickschichttechnik auf eine entsprechend ausgebilde te flexible Folie aufgebracht werden. Es ist aber auch möglich, die Trägerfolie auf der Außenwand des Trägers anzuordnen. Ferner können die Spulen auch mit Draht gewickelt werden.

In Fig. 2 ist ein Stromleitstück 20 dargestellt, das spiegelbild lich ausgebildet ist und zwei, den Spulen zugewandte, dem Radius des Trägers 10 angeglichene Bereiche 21, 22 aus elektrisch leitendem Ma terial aufweist. Zwischen den Bereichen 21, 22 befinden sich elek trisch nicht leitende Bereiche 23, 24. Dies kann durch eine Ausspa rung und dem dadurch entstehenden Luftspalt erreicht werden oder durch eine Oberfläche aus elektrisch nicht leitendem Material. Der Winkelbereich der Bereiche 21, 22 ist größer als der Winkelbereich der Spulen 11 bis 14, so daß die Bereiche 21, 22 jeweils immer zwei Spulen wenigstens teilweise überdecken. Das Stromleitstück 20 kann ganz aus elektrisch leitendem Material bestehen oder es genügt auch eine Schicht aus elektrisch leitendem Material auf der den Spulen zugewandten Oberfläche der Bereiche 21, 22. Das Stromleitstück 20 ist mit einem hier nicht dargestellten Bauteil verbunden, dessen Drehbewegung erfaßt werden soll.

Die Meßeinrichtung arbeitet nach dem induktiven oder nach dem Wir belstrommeßprinzip. Beim Wirbelstrommeßprinzip werden die Spulen von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossen. Zur Messung wird das Stromleitstück 20 im Träger 10 gedreht. An den Spulen entsteht ein magnetisches Wechselfeld, das auf der metallischen Oberfläche des Stromleitstücks 20 Wirbelströme bewirkt. Je größer dabei die vom Ma gnetfeld durchsetzte Fläche des Stromleitstücks 20 ist, desto mehr Wirbelströme werden erzeugt. Ferner ist die Größe der erzeugten Wir belströme abhängig vom verwendeten Material des Stromleitstücks, insbesondere dessen Oberfläche, sowie vom Abstand der Spulen zu den Oberflächen des Stromleitstücks. Durch die erzeugten Wirbelströme wird der Spulen-Wechselstromwiderstand verringert, was eine Verklei nerung der an den Spulen anliegenden Spannungen bewirkt. Bei der Drehbewegung des Stromleitstücks 20 wird jeweils die den jeweiligen Spulen zugeordnete Größe der Oberfläche der Bereiche 21, 22 des Stromleitstücks 20 verändert. Bei jeweils zwei nacheinanderfolgenden Spulen wird die den Spulen zugeordnete Oberfläche des Stromleit stücks je um denselben Betrag erhöht, wie er in der anderen Spule verringert wird. Da das Stromleitstück spiegelbildlich ausgebildet ist, wird die Änderung des Wirbelstromwiderstandes auch, wie oben beschrieben, zwischen den gegenüberliegenden Spulen 12, 14 bewirkt. Die diametral gegenüberliegenden Spulen sind dabei so verschaltet, daß ihre Feldrichtungen gleichgerichtet sind, d.h. daß beide Feld richtungen von der Sensorachse wegzeigen bzw. auf sie zeigen, wobei aber die auf dem Träger 10 nacheinanderfolgenden Spulen so gewickelt sind, daß ihre Feldrichtungen entgegengerichtet sind. Zur Fehlereli minierung werden die Spannungen der jeweils gegenüberliegenden Spu len addiert und anschließend die Summen gleichgerichtet und vonein ander subtrahiert. Fallen z. B. bei der Montage die Achsen des Trä gers 10 und des Stromleitstücks 20 nicht exakt zusammen, so weist die Meßeinrichtung ein gewisses Radialspiel auf. Durch die achssym metrische Anordnung sowohl des Stromleitstücks 20 als auch der Spu len, wird die auf einer Seite bewirkte Erhöhung der Spannung durch die entsprechende Erniedrigung der Spannung auf der anderen Seite kompensiert. Ist ferner die Breite der Spulen größer oder auch klei ner als die Breite des Stromleitstücks, so kann auch ein durch den Einbau bewirktes Axialspiel kompensiert werden. Auch in diesem Fall kompensieren sich die diametral gegenüber entstehenden Meßfehler.

Selbstverständlich ist es auch möglich, statt vier Spulen eine grö ßere Anzahl von Spulen zu verwenden, wodurch kleine Meßwinkel be stimmt werden können. Das Stromleitstück kann eine Drehbewegung um 360 Grad ausführen. Der eigentliche Meßbereich ist aber auf die Län ge der Spulen begrenzt und wiederholt sich abhängig von der Anzahl der Spulen immer wieder.

Claims

1. Meßeinrichtung zur berührungsfreien Bestimmung eines Drehwinkels mit Hilfe von auf einem Träger (10) aus elektrisch nicht leitendem Material aufgebrachten Sensorspulen (11 bis 14), deren Dämpfung durch die relative Veränderung der Größe der den Spulen (11 bis 14) zugeordneten Bereiche (21, 22) aus elektrisch leitendem Material ei nes Stromleitstücks (20) variiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (11 bis 14) auf einem hohlzylinderförmigen Träger (10) aufgebracht sind und daß das Stromleitstück (20) im Träger (10) an geordnet ist und relativ zu ihm bewegt wird.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei diametral gegenüberliegende Spulen (11 bis 14) am Körper (10) ange ordnet sind.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeich net, daß auf dem Körper (10) vier Spulen (11 bis 14) angeordnet sind, daß die jeweils gegenüberliegenden Spulen (11, 14) in ihrer Feldrichtung gleichgerichtet sind, daß die in Drehrichtung nachein ander folgenden Spulen in den Feldrichtungen entgegengerichtet sind, so daß bei Bewegung des Stromleitstücks (20) die einen Spulen je weils zuerst stark und die anderen schwach bedämpft werden.

4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das Stromleitstück (20) gegenüberliegende, gebogene, der Krümmung des Körpers (10) entsprechende Bereiche (21, 22) aus elektrisch leitendem Material aufweist und daß das Stromleitstück (20) zwischen diesen Bereichen (21, 22) Bereiche (23, 24) mit ge ringer elektrischer Leitfähigkeit hat.

5. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Meßspannung der Spulen (11 bis 14) gleichgerichtet werden und die Meßspannung nacheinanderfolgender Spulen voneinander subtrahiert werden.

6. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spulen (11 bis 14) auf einer Trägerfolie aufge bracht sind, die auf der Innenseite oder auf der Außenseite des Körpers (10) angeordnet ist.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (11 bis 14) auf der Trägerfolie in Ätztechnik hergestellt sind.

8. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspulen (11 bis 14) auf der Trägerfolie in Dickschichttechnik her gestellt sind.