DE4413098C2 - Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen und Verwendung der Meßvorrichtung und eines Meßsensors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung zur Erfassung der Position eines bewegten Teiles, insbesondere für si­ cherheitsrelevante Anwendungen und die Verwendung der Meß­ vorrichtung und eines Meßsensors.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein bekanntes Meßsystem für Linear- oder Angularbewegungen, mit einem ersten Längen- oder Winkelaufnehmer, der nach einer ersten Meßmethode ar­ beitet und eine Eingangsgröße in Form einer Linear- oder Angularbewegung in eine elektrisch verarbeitbare erste Aus­ gangsgröße umsetzt.

Dies kann z. B. in Form eines Potentiometer realisiert sein, bei dem zur Umsetzung einer mechanischen Eingangsgröße, z. B. Wegstrecke oder Drehwinkel, in eine elektrische Aus­ gangsgröße, z. B. elektrische Spannung, ein Schleifkontakt auf einer Widerstandsbahn geführt ist, so daß eine Abhän­ gigkeit der Ausgangsgröße von der Position des Schleifkon­ taktes auf der Widerstandsbahn und damit von der Eingangs­ größe hergestellt wird.

Voraussetzung für das bestimmungsgemäße Eingangs-/Ausgangs­ signalverhalten des Potentiometers bildet dabei eine elek­ trisch einwandfrei leitende Verbindung zwischen dem Schleifkontakt und der Widerstandsbahn, die beispielsweise durch Ausbildung des Schleifkontaktes als Federhebel er­ reicht wird, so daß der Schleifkontakt permanent mit leich­ tem Druck auf die Oberfläche der Widerstandsbahn gepreßt wird.

Solche Potentiometer weisen vor allem den Nachteil auf, daß es unter Einwirkung der Anpreßkraft mit zunehmender Be­ triebszeit durch Reibung bedingt zum Verschleiß der Ober­ flächen des Schleifkontaktes und der Widerstandsbahn kommt, welcher sich als feiner Abrieb auf den Oberflächen des Schleifkontaktes und der Widerstandsbahn verteilt und eine Erhöhung des Übergangswiderstandes zur Folge hat, wodurch das Eingangs-/Ausgangssignalverhalten des Potentiometers negativ beeinflußt wird.

Insbesondere im Hinblick auf Verwendung in sicherheitskri­ tischen Systemen erweist sich als Nachteil, daß zur Über­ wachung der Potentiometerfunktion der Einsatz mehrerer pa­ rallel zueinander angeordneter Potentiometer erforderlich ist, so daß eine gemeinsame Eingangsgröße mehrfach erfaßt wird und durch Vergleichen der jeweiligen Ausgangsgrößen auf Funktionsstörungen zurückgeschlossen werden kann. Dies ist jedoch mit hohen Kosten verbunden und erfordert zusätz­ lichen Einbauraum.

Ferner besteht bei der redundanten Ausführung der Nachteil, daß sogenannte "common mode" Fehler nicht ausgeschlossen sind, da zum einen die einzelnen Potentiometer nach der­ gleichen Technologie gefertigt sind, zum anderen die Si­ gnalaufbereitung der einzelnen Ausgangsgrößen nach dem gleichen Verfahren erfolgt.

DE 90 17 451 U1 offenbart eine Lehr- und Demonstrations­ vorrichtung zum Veranschaulichen möglicher Fehler bei der Positionsmessung. In dieser Vorrichtung sind zwei Längen­ meßgeräte vorgesehen, um die lineare Position einer auf einer Spindel angeordneten Spindelmutter inkrementell oder absolut zu bestimmen.

DE-GM 69 15 696 zeigt einen Meßkopf mit einer Welle, die beidseitig aus einem Gehäuse des Meßkopfes herausragende Wellenenden mit je einem Flansch aufweist. Innerhalb des Meßkopfes sind ein Rotor eines Potentiometers sowie Codier­ scheiben drehfest mit der Welle verbunden.

US 4,693,111 offenbart einen Meßsensor für Linearbewegungen, der mehrere elektrische Meßbahnen aufweist. Die Meßbahnen haben entweder eine unterschiedliche Länge, oder sie sind gleich lang und gestaffelt angeordnet.

DE 30 46 363 A1 offenbart ein Positionsregelsystem mit einer digitalen inkrementellen Meßeinrichtung, das durch die Verwendung eines Diskriminators und eines Rechners die Erfassung von langen Wegen bei hoher Auflösung ermöglicht.

Aus der DE 39 30 571 A1 ist es bekannt, zur Überwachung einer Bremseinrichtung die Temperatur einer Bremstrommel zu messen, indem ein Überschreiten der zulässigen druckabhängigen Verformungskennlinie der Bremstrommel ermittelt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßsy­ stem der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß die vorgenannten Nachteile vermieden werden und eine erhöh­ te Funktionssicherheit des Meßsystems erreicht wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung mit den im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 4 und den nebengeordneten Ansprüchen 19 und 20 angegebenen Merkmalen.

Damit können zwei Signale unterschiedlicher Herkunft, die als erste und zweite Ausgangsgröße für die gleiche mechani­ sche Eingangsgröße charakteristisch sind, verarbeitet und zur Auswertung herangezogen werden.

Wegen der (physikalisch bzw. prinzipiell) unterschiedlichen Meßmethoden können Fehler oder Defekte, die bei dem einen Längen- oder Winkelaufnehmer auftreten, durch die Ausgangs­ größe des anderen Längen- oder Winkelaufnehmers erkannt und berichtigt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, bei Erkennen eines Fehlers der einen Ausgangsgröße nur noch die andere Ausgangsgröße zur Auswertung und Weiterverarbei­ tung heranzuziehen.

Vorzugsweise arbeitet der erste Längen- oder Winkelaufneh­ mer nach einer analogen Meßmethode und der zweite Längen- oder Winkelaufnehmer nach einer digitalen Meßmethode. Dies hat den Vorteil, daß eine sehr gute Entkopplung der jewei­ ligen möglichen Störeinflüsse auf die beiden Längen- oder Winkelaufnehmer möglich ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind erste und zweite Umsetzer für die Umsetzung der ersten und der zweiten Aus­ gangsgröße in jeweilige erste und zweite miteinander ver­ gleichbare Meßwerte vorgesehen, und/oder die Meßwerte bzw. die Ausgangsgrößen werden in einer Verarbeitungs- und Aus­ gabeeinrichtung verarbeitet und anschließend ausgegeben.

Diese Umsetzer und/oder die Verarbeitungs- und Ausgabeein­ richtung können sehr dicht bei den beiden Längen- oder Win­ kelaufnehmern angeordnet sein (ggf. auch auf dem gleichen Substrat), um für die weitere Signalverarbeitung ein mög­ lichst weitgehend aufbereitetes Signal zur Verfügung stel­ len zu können.

Vorzugsweise ist die erste Meßmethode für den ersten Län­ gen- oder Winkelaufnehmer eine Erfassung sich in Abhängig­ keit eines Weges oder eines Winkels kontinuierlich ändern­ der elektrischer Widerstands-, Kapazitäts-, Induktivitäts-, Lichtdurchlässigkeits-, oder Feldstärkewerte, und die zwei­ te Meßmethode für den zweiten Längen- oder Winkelaufnehmer eine Erfassung sich in Abhängigkeit eines Weges oder eines Winkels impulsförmig ändernder elektrischer Widerstands-, Kapazitäts-, Induktivitäts-, Lichtdurchlässigkeits-, oder Feldstärkewerte. Das heißt, daß grundsätzlich für beide Längen- oder Winkelaufnehmer die selben Meßprinzipien ver­ wendet werden können. Da bei einer konkreten Ausgestaltung der Meßvorrichtung jeweils zwei unterschiedliche Meßmethoden verwendet werden, und bei der Realisierung als sich konti­ nuierlich ändernder Werte einerseits und impulsförmig (di­ gital) ändernder Werte andererseits jeweils auch unter­ schiedliche Erfassungs- bzw. Auswertevorrichtungen zum Ein­ satz kommen, können spezifische Störanfälligkeiten der ei­ nen Art von Längen- oder Winkelaufnehmer durch die Resi­ stenz des anderen Längen- oder Winkelaufnehmer in dieser Hinsicht ausgeglichen werden, und umgekehrt.

Um bei Ausfall der Versorgungsspannung nach deren Wieder­ herstellen eine absolute Position der Eingangsgröße ermit­ teln zu können, ohne die Meßvorrichtung zuerst wieder auf eine definierte Anfangsposition (smin, smax) bringen zu müssen, ist es vorteilhaft, wenn der erste und/oder der zweite Län­ gen- oder Winkelaufnehmer ein codierter Aufnehmer ist, der eine von dem Weg oder Winkel abhängige absolute Ausgangs­ größe ausgibt.

Für einige Anwendungen kann es jedoch ausreichend oder gar von Vorteil sein, daß der erste und/oder der zweite Längen- oder Winkelaufnehmer ein inkrementaler Aufnehmer ist, der eine von einem vorbestimmten Wegabschnitt oder Winkelab­ schnitt abhängige relative Ausgangsgröße ausgibt. Dies er­ möglicht nämlich eine sehr einfache Auswertung (durch Zäh­ len der abgegebenen Impulse).

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Längen- oder Winkelaufnehmer als Potentiometer ausgebildet und der zweite Längen- oder Winkelaufnehmer ist als mechanisch ab­ tastbares Raster ausgebildet. Dabei ist das Raster vorzugs­ weise als äquidistantes Streifenmuster ausgebildet und ein­ zelne Streifen des Rasters sind elektrisch miteinander ver­ bunden. Insbesondere bei inkrementalen oder codierten Auf­ nehmern besteht auch die Möglichkeit einer optischen Abta­ stung.

Außerdem sind der erste und der zweite Längen- oder Winkel­ aufnehmer parallel bzw. koaxial zueinander angeordnet und neben ihnen ist wenigstens eine elektrisch leitende Lei­ tungsspur als Betriebsspannungszufuhr oder zur Meßgrößenab­ leitung angeordnet.

Wenn einer der Längen- oder Winkelaufnehmer eine Ausgangs­ größe bereitstellt, die eine Information über die Absolut­ position enthält, z. B. ein Potentiometer, ein Drehkondensa­ tor oder dergl., kann diese Ausgangsgröße auch als Ein­ gangsgröße für den anderen Längen- oder Winkelaufnehmer dienen, wenn dieser lediglich eine Relativbewegung erfassen kann. Auf diese Weise wird der (lediglich eine relative Größe wiedergebende) Ausgangsgröße des anderen Längen- oder Winkelaufnehmers eine Information über die Absolutposition aufgeprägt. Damit sind die beiden Längen- oder Winkel­ aufnehmer zwar in ihrer Wirkungsweise nicht mehr vollstän­ dig entkoppelt, aber für einige Anwendungen kann diese Aus­ führungsform ausreichend oder gar von Vorteil sein.

Bei höheren Anforderungen an die Sicherheit kann es jedoch erforderlich sein, die Ausgangsgröße des einen Längen- oder Winkelaufnehmers von der Ausgangsgröße des anderen Längen- oder Winkelaufnehmers unabhängig zu halten. Zwar sind die beiden Ausgangsgrößen über die Eingangsgröße verknüpft. Aber ein Einfluß auf die eine Meßmethode aufgrund von Stö­ rungen oder Defekten hat keinen Einfluß auf die andere Aus­ gangsgröße, wenn die eine Meßgröße nicht zur Gewinnung der anderen Ausgangsgröße herangezogen wird, d. h. nicht in sie eingeht.

Um eine möglichst hohe Sicherheit bei dem für die nachfol­ gende Signalverarbeitung bereitgestellten Meßwert zu er­ zielen, ist es vorteilhaft, wenn die Verarbeitungs- und Ausgabeeinrichtung dazu eingerichtet ist, einen zu erwar­ tenden Wert der Ausgangsgröße des einen Längen- oder Win­ kelaufnehmers aus der Ausgangsgröße des anderen Längen- oder Winkelaufnehmers zu ermitteln, den Erwartungswert mit der tatsächlichen Ausgangsgröße zu vergleichen, und im Fall einer Abweichung um einen vorbestimmten Wert ein Fehlersig­ nal zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch eine direkte Korrektur des abgegebenen Meßwertes direkt durch die Verarbeitungs- und Ausgabeeinrichtung erfolgen.

Die Verarbeitungs- und Ausgabeeinrichtung kann auch aus dem zeitlichen Verlauf der ersten und/oder der zweiten Aus­ gangsgröße unter Zugrundelegung deren zeitlichem Verlauf ermitteln, ob die jeweilige Ausgangsgröße einen möglichen korrekten Wert aufweist und im Falle einer Abweichung um einen vorbestimmten Wert vom Erwartungswert ein Fehler­ signal erzeugen und/oder den Fehler korrigieren.

Eine Variante der Ermittlung eines Erwartungswertes besteht darin, daß die Verarbeitungs- und Ausgabeeinrichtung einen Zeitgeber aufweist, der ein Zeitsignal liefert, das für ei­ ne Überprüfung einer oder beiden Ausgangsgrößen unter Zu­ grundelegung vorherbestimmter Weg/Winkel-Zeit-Beziehungen verwendet wird. Z. B. kann bei einem Inkrementalgeber als Längen- oder Winkelaufnehmer durch den Zeitgeber eine mini­ male und/oder eine maximale Pulsdauer vorgegeben werden, die die Ausgangsgröße bzw. das Ausgangssignal des Längen- oder Winkelaufnehmers haben kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, aus einer Widerstands-, Kapazitäts- oder dergl. Änderungsgeschwindigkeit auf die zu erwartende Puls­ dauer eines Inkrementalgebers zu schließen.

Falls für die weitere Signalverarbeitung weitere Informa­ tionen über die Eingangsgröße erforderlich sind, kann in vorteilhafter Weise die Verarbeitungs- und Ausgabeeinrich­ tung aus der ersten und/oder der zweiten Ausgangsgröße und dem Zeitsignal unter Zugrundelegung vorherbestimmter Weg/­ Winkel-Zeit-Beziehungen abgeleitete Größen, nämlich Ge­ schwindigkeit und/oder Beschleunigung der Eingangsgröße er­ mitteln.

Die Ermittlung der abgeleiteten Größen kann auch in der Weise erfolgen, daß die Verarbeitungs- und Ausgabeeinrich­ tung aus der ersten und/oder der zweiten Ausgangsgröße un­ ter Zugrundelegung deren zeitlichen Verlaufs die abgelei­ teten Größen ermittelt.

Im übrigen gibt es eine Reihe von Anwendungssituationen, in denen eine Relativbewegung um eine bestimmte Strecke oder Relativdrehung um einen bestimmten Winkel zu messen ist. In diesen Fällen ist es nicht unbedingt erforderlich, eine Ab­ solutposition zu erfassen, sondern es ist ausreichend, die Relativbewegung zu erfassen. Auch hierfür ist der Erfin­ dungsgegenstand, wie er vorstehend beschrieben ist, ein­ setzbar.

Gemäß einer bevorzugten Verwendung der vorstehend beschrie­ benen Meßvorrichtung, wird dieses in einer elektronischen Bremsanlage mit einem elektronisch einstellbaren Brems­ kraftverstärker für Kraftfahrzeuge eingesetzt, wobei eine Betätigung eines mit dem Bremskraftverstärker gekoppelten Bremspedals eine Linear- oder Angularbewgung (s, alpha) hervorruft, die durch die an geeigneter Stelle in der An­ lage angeordnete Meßvorrichtung erfaßt wird, wobei der Meßwert und ein ggf. erzeugtes Fehlersignal aus der Verarbeitungs- und Ausgabeeinrichtung in der elektronischen Bremsanlage zur Erzeugung eines Ansteuersignals für den Bremskraftver­ stärker herangezogen wird.

Weitere ausgestaltende Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform des Potentiometersystems, welche vorzugsweise der Erfassung einer geradlinigen Bewegung dient,

Fig. 2 einen möglichen, hier linearen Verlauf der analogen Ausgangsgröße in Abhängigkeit von der Eingangsgröße,

Fig. 3 einen möglichen, hier linearen Verlauf der impulsförmigen Ausgangsgröße in Abhängigkeit von der Eingangsgröße,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer möglichen Auswerteeinheit,

Fig. 5 schematisch eine weitere Ausführungsform des Potentiometersystems,

Fig. 6 den Verlauf der impulsförmigen Ausgangsgröße in Abhängigkeit der Eingangsgröße, der sich gemäß der Ausführung nach Fig. 5 ergibt,

Fig. 7 schematisch eine Ausführungsform, welche vorzugsweise der Erfassung einer Drehbewegung dient, und

Fig. 8 ein Blockschaltbild des Meßsystems.

Fig. 1 zeigt auf einem elektrisch isolierenden Substrat 9 drei langgestreckte, parallel zueinander angeordnete Schleifbahnen in Form einer kammförmigen (elektrisch lei­ tenden) Schleifbahn 1, einer Widerstandsbahn 3 sowie einer homogenen (elektrisch leitenden) Schleifbahn 4, auf denen die Schleifkontakte 5a, 5c und 5d in s-Richtung im Bereich von smin bis smax gleiten. Über ein quer zu den Schleifbah­ nen 1, 3, 4 angeordnetes und mit den Schleifkontakten starr verbundenes Verbindungsteil 6 besteht zwischen den Schleif­ kontakten 5a, 5c und 5d eine starre und vor allem elek­ trisch einwandfrei leitende Verbindung. Die zu erfassende Eingangsgröße s wird in geeigneter Form über das Verbin­ dungsteil 6 eingeleitet, was hier nicht näher auszuführen ist.

Die kammförmige Schleifbahn 1 ist aus einem durchgehenden Abschnitt 1a gebildet, an dem in einem in s-Richtung äqui­ distanten Raster seitlich Vorsprünge 1b angeformt sind, über die die Schleifkontakte 5a gleiten.

Die positive und negative Betriebsspannung, UB+ bzw. UB-, wird jeweils an Endpunkten 3a und 3b der Widerstandsbahn 3 eingespeist. Die von der Eingangsgröße s abhängige Poten­ tiometerspannung UPOT wird über den Schleifkontakt 5c an der Widerstandsbahn 3 abgegriffen, über den Schleifkontakt 5d auf die homogene Schleifbahn 4 übertragen und kann an Punkt 4a zur weiteren Signalverarbeitung abgenommen werden.

In Fig. 2 ist der Verlauf der Potentiometerspannung UPOT für den Fall dargestellt, daß das Verbindungsteil 6 und da­ mit die Schleifkontakte 5a, 5c und 5d in s-Richtung im Be­ reich von smin nach smax gleichförmig bewegt werden. Demge­ mäß wird jeder Position s ein eindeutiger Spannungswert UPOT zugeordnet.

Bei Verschiebung des Verbindungsteils 6 längs der s-Rich­ tung wird über den Schleifkontakt 5a, der ebenfalls die Po­ tentiometerspannung UPOT führt, die Unterbrecherseite 1b der kammförmigen Schleifbahn 1 abgetastet, so daß an dem Punkt 1c ein impulsförmiger Spannungsverlauf UPULS abgenom­ men werden kann.

Auf diese Weise wird neben der eigentlichen Ausgangsgröße des Potentiometers UPOT, die als analoges Signal die abso­ lute Position des Schleifkontaktes 5c auf der Widerstands­ bahn 3 wiedergibt, eine weitere Ausgangsgröße UPULS bereit­ gestellt, die als Impulsfolge relative Positionsänderungen des Schleifkontaktes 5c auf der Widerstandsbahn 3 anzeigt.

Bei gleichförmiger Bewegung des Verbindungsteils 6 in s- Richtung ergibt sich der in Fig. 3 gezeigte impulsförmige Spannungsverlauf UPULS. Dabei stellt sich in den Bereichen, wo eine Kontaktierung zwischen Unterbrecherseite 1b und Schleifkontakt 5a auftritt, für UPULS stets dergleiche Ver­ lauf wie bei UPOT ein, ansonsten fällt UPULS auf einen Wert in der Größenordnung Null ab.

Befindet sich das Verbindungsteil 6 in einer Ruheposition, die stets nicht vorherbestimmt ist, so nimmt UPULS entweder den aktuellen Wert von UPOT oder den Wert nahe Null an.

Damit ergibt sich der Vorteil, daß einer nachgeschalteten Auswerteeinheit 20 voneinander unabhängige Ausgangsgrößen UPULS, UPOT zugeführt werden können, wodurch die bei si­ cherheitskritischen Systemen geforderte Überwachung sowohl der Potentiometerfunktion als auch der Anschlußleitungen zur Auswerteeinheit möglich ist.

Im Hinblick auf den bevorzugten Einsatz von Mikroprozesso­ ren oder Microcontrollern als Auswerteeinheit erweist sich als Vorteil, daß auch der Mikroprozessor oder Microcon­ troller überwacht wird, da die Ausgangsgrößen UPOT, UPULS in voneinander unabhängigen analogen sowie digitalen Sig­ nalwegen innerhalb der Auswerteeinheit 20 verarbeitet wer­ den.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die von der kamm­ förmigen Schleifbahn 1 abgegriffene Impulsfolge UPULS mit zunehmender Betriebszeit keiner negativen Beeinflussung durch erhöhte Übergangswiderstände bedingt unterliegt, und damit gegebenenfalls zur Korrektur des an der Widerstands­ bahn 3 abgegriffenen analogen Signales UPOT herangezogen werden kann.

Eine mögliche Form der Weiterverarbeitung der Potentiome­ terspannung UPOT und des impulsförmigen Spannungsverlaufs UPULS wird anhand von Fig. 4 erläutert.

Hierbei wird UPOT einem Analog-/Digital-Umsetzer 12 zuge­ führt, dem als Schutzmaßnahme üblicherweise ein Spannungs­ begrenzer und Impulsformer- oder Filterbaustein 10 vorge­ schaltet ist. Der digitalisierte Wert ADPOT wird dann über einen Kanal 13 einer Rechen- und Vergleichereinheit 14 zu­ geführt, so daß dort unter Zugrundelegung des Eingangs- /Ausgangssignalverhaltens des verwendeten Potentiometersy­ stems die absolute Position s bestimmt werden kann. Die Steuerung des Analog-/Digital-Umsetzers 12 erfolgt durch die Rechen- und Vergleichereinheit 14 über einen Kanal 15.

UPULS wird über Baustein 11 in geeigneter Weise verstärkt und gefiltert, um als rechteckförmige Impulsfolge dem Im­ pulszähler 16 zugeführt zu werden. Der Zählerstand NPULS wird als Digitalwert über Kanal 17 an die Rechen- und Ver­ gleichereinheit 14 übermittelt, so daß beim Verfahren des Verbindungsteils 6 in s-Richtung mit Kenntnis der Abmessung d2 der Vorsprünge 1b in s-Richtung und des Abstandes d1 zweier aufeinanderfolgender Vorsprünge 1b in s-Richtung an der Schleifbahn 1 relative Positionsänderungen delta-s be­ stimmt werden können. Die notwendigen Steuerungsaufgaben, wie zum Beispiel das Zurücksetzen des Zählerstandes NPULS, werden auch hier von der Rechen- und Vergleichereinheit 14 über einen Kanal 18 übernommen.

Überwachungs- und/oder Korrekturaufgaben könnten innerhalb der Rechen- und Vergleichereinheit 14 beispielsweise über einen Algorithmus ausgeführt werden, derart, daß stets die letzte absolute Postion s(n - 1) zwischengespeichert wird, nach Verfahren in eine neue absolute Position s(n) die Dif­ ferenz s(n) - s(n - 1) gebildet wird, die dann mit der unabhän­ gig bestimmten relativen Positionsänderung delta-s vergli­ chen wird.

Durch den Zeitgeber 19 ist es der Rechen- und Vergleicher­ einheit 14 möglich die Signale ADPOT und NPULS in Abhängig­ keit der Zeit zu erfassen und damit unter Anwendung bekann­ ter Längen-Zeit-Beziehungen auch Größen wie bespielsweise Geschwindigkeit oder Beschleunigung zu bestimmen.

Da die Funktionsblöcke Analog-/Digital-Umsetzer 12, Rechen- und Vergleichereinheit 14, Impulszähler 16 sowie Zeitgeber 19 auf handelsüblichen Mikrorechnern bereits serienmäßig bereitgestellt werden, kann die Auswerteeinheit 20 unter Verwendung eines solchen Mikrorechners besonders einfach und kostengünstig ausgeführt werden.

Fig. 5 zeigt eine Weiterbildung der Ausführung nach Fig. 1, bei der eine weitere homogene Schleifbahn 2 angeordnet ist, auf der ein weiterer Schleifkontakt 5b in s-Richtung im Be­ reich von smin bis smax gleitet. An Punkt 2a der homogenen Schleifbahn 2 wird die positive Betriebsspannung UB+ einge­ speist. Eine starre Verbindung zwischen den Schleifkontak­ ten 5a-d wird hier ebenfalls durch ein Verbindungsteil 7 hergestellt, allerdings besteht eine elektrisch einwandfrei leitende Verbindung nur zwischen den Schleifkontakten 5a und 5b, sowie zwischen den Schleifkontakten 5c und 5d.

Erfolgt hier bei Verschiebung des Verbindungsteils 7 in s- Richtung durch Schleifkontakt 5a eine Abtastung der Unter­ brecherseite 1b, so kann am Punkt 1c ein impulsförmiger Spannungsverlauf UPULS abgenommen werden, der eine kon­ stante Amplitude aufweist.

Der Spannungsverlauf für UPULS, der sich für diese Ausfüh­ rung bei gleichförmiger Bewegung des Verbindungsteils 7 in s-Richtung ergibt, ist in Fig. 6 dargestellt.

Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung erweist sich zum einen, daß Baustein 11 zur Signalaufbereitung von UPULS einfacher und damit kostengünstiger ausgeführt werden kann, zum anderen, daß die Ausgangsgrößen Potentiometerspannung UPOT und impulsförmiger Spannungsverlauf UPULS vollständig voneinander entkoppelt sind.

In Fig. 7 ist eine Ausführungsform der Erfindung darge­ stellt, wie sie vorzugsweise bei Erfassung einer Drehbewe­ gung zum Einsatz kommt. Hierbei sind die homogene Schleif­ bahn 4, die Widerstandsbahn 3 sowie die kammförmige Schleifbahn 1 koaxial zum Mittelpunkt M des Systems ange­ ordnet.

Die Schleifkontakte 5d, 5c und 5a sind starr und elektrisch einwandfrei leitend über das Verbindungsteil 8, welches eine drehbare Aufnahme im Mittelpunkt M besitzt, miteinan­ der verbunden, so daß bei Einleitung der Eingangsgröße al­ pha die Schleifkontakte 5d, 5c und 5a radial zum Mittel­ punkt M im Bereich von alphamin bis alphamax auf den zuge­ hörigen Schleifbahnen (4, 3 und 1) geführt werden.

Die Einspeisung der Betriebsspannungen UB+ und UB- erfolgt an den Endpunkten 3a und 3b der Widerstandsbahn 3, die Ab­ nahme von UPOT erfolgt an Punkt 4a der homogenen Schleif­ bahn 4, UPULS wird am Punkt 1c der kammförmigen Schleifbahn 1 abgenommen.

Erfolgt eine gleichförmige Drehbewegung des Verbindungs­ teils 8 um den Mittelpunkt M im Bereich von alphamin bis alphamax, so stellt sich für den Fall einer linearen Wider­ standsbahn 3 für UPULS der gleiche wie in Fig. 3 gezeigte Verlauf ein.

In Fig. 8 ist ein Blockschaltbild des Meßsystems veran­ schaulicht, das die prinzipielle Funktionsweise verdeut­ licht. Die Eingangsgröße s oder alpha wird parallel dem er­ sten und dem zweiten Längen- oder Winkelaufnehmer 3, 1 zuge­ führt. Die strichlierte Verbindung von dem ersten Längen- oder Winkelaufnehmer 3 zu dem zweiten Längen- oder Winkel­ aufnehmer 1 veranschaulicht die in den Fig. 1 und 7 ge­ zeigte Variante, daß die eine Ausgangsgröße (hier UPOT) durch die andere Ausgangsgröße (hier UPULS) moduliert wird, um in beiden Ausgangsgrößen eine Information über die Abso­ lutposition s, alpha zu haben.

Die beiden Ausgangsgrößen UPOT, UPULS werden dann der Aus­ wertungs- und Verarbeitungseinheit 20 zugeführt, die dann beide Ausgangsgrößen verarbeitet und einen Meßwert sowie ggf. ein Fehlersignal ausgibt.

Als entscheidender Vorteil bleibt jedoch hervorzuheben, daß bei Ausgestaltung der Meßvorrichtung als Po­ tentiometeranordnung mit einem parallel angeordneten Inkre­ mentalgeber neben allen bereits angeführten Vorteilen eine einfache und kostengünstige Herstellung möglich und vor al­ lem sehr wenig Einbauraum benötigt wird.

Die bisher betrachtete Ausführung, bei der zur Generierung der Impulsfolge zusätzlich zur Widerstandsbahn eines Poten­ tiometers eine kammförmige Schleifbahn aufgebracht wird, stellt eine fertigungstechnisch günstige Form dar, aber auch der Einsatz optoelektrischer, induktiver oder kapazi­ tiver Verfahren ist für die Erzeugung der Ausgangsgröße in Betracht zu ziehen.

Claims (20)

1. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen, mit

• - einem ersten Längen- oder Winkelaufnehmer (3), der nach einer ersten Meßmethode arbeitet und eine Eingangsgröße (s, alpha) in Form einer Linear- oder Angularbewegung in eine elektrisch verarbeitbare erste Ausgangsgröße (UPOT) umsetzt,
• - einem mit dem ersten Längen- oder Winkelaufnehmer (3) mecha­ nisch gekoppelten zweiten Längen- oder Winkelaufnehmer (1), der nach einer von der ersten Meßmethode unterschiedlichen Meßmethode arbeitet und die Linear- oder Angularbewegung (s, alpha) in eine elektrisch verarbeitbare zweite Ausgangsgröße (UPULS) umsetzt, wobei
• - die erste und die zweite Ausgangsgröße (UPOT, UPULS) für eine nachfolgende Verarbeitung und Auswertung bereitstehen, dadurch gekennzeichnet, daß
• - eine Verarbeitungs- und Ausgabeeinrichtung (20) vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, die beiden Ausgangsgrößen zu verarbeiten und einen Meßwert sowie gegebenenfalls ein Fehler­ signal auszugeben.

2. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße (UPOT) des einen Längen- oder Winkelaufnehmers (3) auch als Eingangsgröße für den anderen Längen- oder Winkelaufnehmer (1) dient.

3. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße des einen Längen- oder Winkelaufnehmers von der Ausgangsgröße des anderen Längen- oder Winkelaufnehmers unabhängig ist.

4. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen, mit

• - einem ersten Längen- oder Winkelaufnehmer (3), der nach einer ersten Meßmethode arbeitet und eine Eingangsgröße (s, alpha) in Form einer Linear- oder Angularbewegung in eine elektrisch verarbeitbare erste Ausgangsgröße (UPOT) umsetzt,
• - einem mit dem ersten Längen- oder Winkelaufnehmer (3) mecha­ nisch gekoppelten zweiten Längen- oder Winkelaufnehmer (1), der nach einer von der ersten Meßmethode unterschiedlichen Meßmethode arbeitet und die Linear- oder Angularbewegung (s, alpha) in eine elektrisch verarbeitbare zweite Ausgangsgröße (UPULS) umsetzt, wobei
• - die erste und die zweite Ausgangsgröße (UPOT, UPULS) für eine nachfolgende Verarbeitung und Auswertung bereitstehen, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Ausgangsgröße (UPOT) des einen Längen- oder Winkelauf­ nehmers (3) auch als Eingangsgröße für den anderen Längen- oder Winkelaufnehmer (1) dient.

5. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Längen- oder Winkelaufnehmer (3) nach einer analogen Meßmethode arbeitet und der zweite Längen- oder Winkelauf­ nehmer (1) nach einer digitalen Meßmethode arbeitet.

6. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Umsetzer (10, 12; 11, 16) für die Umsetzung der er­ sten und der zweiten Ausgangsgröße (UPOT, UPULS) in jeweilige erste und zweite miteinander vergleichbare Meßwerte (ADPOT, NPULS) vorgesehen sind, die in einer Verarbeitungs- und Ausgabeeinrichtung (20) verarbeitet und ausgegeben werden.

7. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die erste Meßmethode für den ersten Längen- oder Winkelauf­ nehmer (3) eine Erfassung sich in Abhängigkeit eines Weges (s) oder eines Winkels (alpha) kontinuierlich ändernder elektri­ scher Widerstands-, Kapazitäts-, Induktivitäts-, Lichtdurch­ lässigkeits-, oder Feldstärkewerte umfaßt, und
• - die zweite Meßmethode für den zweiten Längen- oder Winkel­ aufnehmer (1) eine Erfassung sich in Abhängigkeit eines Weges (s) oder eines Winkels (alpha) impulsförmig ändernder elektri­ scher Widerstands-, Kapazitäts-, Induktivitäts-, Licht­ durchlässigkeits-, oder Feldstärkewerte umfaßt.

8. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder der zweite Längen- oder Winkelaufnehmer (1) ein codierter Aufnehmer ist, der eine von dem Weg oder Winkel (s, alpha) abhängige absolute Ausgangsgröße ausgibt.

9. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder der zweite Längen- oder Winkelaufnehmer (1) ein inkrementaler Aufnehmer ist, der eine von einem vorbestimmten Wegabschnitt oder Winkelabschnitt abhängige relative Ausgangs­ größe ausgibt.

10. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Längen- oder Winkelaufnehmer (3) als Potentiometer ausgebildet ist und der zweite Längen- oder Winkelaufnehmer (1) als mechanisch abtastbares Raster (1b) ausgebildet ist.

11. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster (1b) als äquidistantes Streifenmuster ausgebildet ist.

12. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Streifen des Rasters (1b) elektrisch miteinander verbunden sind.

13. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Längen- oder Winkelaufnehmer (3, 1) par­ allel oder koaxial zueinander angeordnet sind, neben denen wenigstens eine elektrisch leitende Leitungsspur (2, 4) als Betriebsspannungszufuhr oder zur Meßgrößenableitung angeordnet ist.

14. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungs- und Ausgabeeinrichtung (20) dazu eingerichtet ist, einen zu erwartenden Wert der Ausgangsgröße des einen Längen- oder Winkelaufnehmers aus der Ausgangsgröße des an­ deren Längen- oder Winkelaufnehmers zu ermitteln, den Erwar­ tungswert mit der tatsächlichen Ausgangsgröße zu vergleichen, und im Fall einer Abweichung um einen vorbestimmten Wert ein Fehlersignal (Fehler) zu erzeugen.

15. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungs- und Ausgabeeinrichtung (20) einen Zeitgeber (19) aufweist, der ein Zeitsignal liefert, das für eine Über­ prüfung einer oder beider Ausgangsgrößen (UPOT, UPULS) unter Zugrundelegung vorherbestimmter Weg/Winkel-Zeit-Beziehungen verwendet wird.

16. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungs- und Ausgabeeinrichtung (20) aus der ersten und/oder der zweiten Ausgangsgröße (UPOT, UPULS) und dem Zeitsignal unter Zugrundelegung vorherbestimmter Weg/Winkel- Zeit-Beziehungen abgeleitete Größen, nämlich Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der Eingangsgröße ermittelt.

17. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungs- und Ausgabeeinrichtung (20) aus der ersten und/oder der zweiten Ausgangsgröße (UPOT, UPULS) unter Zu­ grundelegung deren zeitlichem Verlauf abgeleitete Größen, nämlich Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung der Eingangsgröße (s, alpha) ermittelt.

18. Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungs- und Ausgabeeinrichtung (20) aus dem zeitlichen Verlauf der ersten und/oder der zweiten Ausgangsgröße unter Zugrundelegung deren zeitlichem Verlauf ermittelt, ob die jeweilige Ausgangsgröße einen möglichen korrekten Wert auf­ weist.

19. Verwendung eines Meßsensors für Linear- oder Angular­ bewegungen, mit einem ersten Längen- oder Winkelaufnehmer (3), der nach einer ersten Meßmethode arbeitet und eine Eingangs­ größe (s, alpha) in Form einer Linear- oder Angularbewegung in eine elektrisch verarbeitbare erste Ausgangsgröße (UPOT) um­ setzt, und einem mit dem ersten Längen- oder Winkelaufnehmer (3) mechanisch gekoppelten zweiten Längen- oder Winkelaufneh­ mer (1), der nach einer von der ersten Meßmethode unterschied­ lichen Meßmethode arbeitet und die Linear- oder Angularbewe­ gung (s, alpha) in eine elektrisch verarbeitbare zweite Aus­ gangsgröße (UPULS) umsetzt, wobei die erste und die zweite Ausgangsgröße (UPOT, UPULS) für eine nachfolgende Verarbeitung und Auswertung bereitstehen, zum Aufbau einer Meßvorrichtung für Linear- oder Angularbewegungen nach einem der Ansprüche 1 bis 18.

20. Verwendung einer Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 in einer elektronischen Bremsanlage mit einem elektronisch einstellbaren Bremskraftverstärker für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß eine Betätigung eines mit dem Bremskraft­ verstärker gekoppelten Bremspedals eine Linear- oder Angular­ bewegung (s, alpha) hervorruft, die durch die Meßvorrichtung erfaßt wird, wobei der Meßwert und ein Fehlersignal aus der Verarbei­ tungs- und Ausgabeeinrichtung (20) in der elektronischen Bremsanlage zur Erzeugung eines Ansteuersignals für den Brems­ kraftverstärker herangezogen wird.