DE8005990U1

DE8005990U1 - Digitale elektrische Winkelmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE8005990U1
Application number: DE8005990U
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1980-03-05
Publication date: 1982-06-24

Description

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH 28. Februar '

Digitale elektrische Winkelmeßeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine digitale elektrische Vinkelmeßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches Λ,

Derartige Vinkelraeßeinrichtungen sind bereits bekannt. In der DE-PS 23 06 752 ist beispielsweise eine kapazitiv arbeitende Längen— oder Winkelmeßeinrichtung beschrieben, bei der über einen festen Kontakt der Meßeinrichtung Spannung zugeführt wird und über einen Schleifkontakt eine von der Messung abhängige Ausgangsspannung abgegriffen wird. Die Spannungszuführung und der Spannungsabgriff erfolgt dabei jeweils über die Außenbereiche der relativ beweglichen Bauteile.

Ferner sind aus der Firmendruckschrift "Inductosyn" der Dr. Johannes Heidenhain GmbH vom Juli 1978 induktive Winkelmeßeinrichtungen der verschiedensten Bauformen bekannt, z.B.: "Schleppkabelausführungen" für begrenzte Drehwinkel von Rotor und Stator, "Schleifringausführun— gen" mit externer Zuführung und externem Abgriff sowie "Trafoausführungen" mit innenliegendem Transformator zur Übertragung der Meßspannung.

In der DE-AS 12 67 433 ist ebenfalls eine induktive Meßeinrichtung in "Trafoausführung" beschrieben, in der auf die Nachteile von Schleifringen und Bürsten verwiesen wird, ohne diese explizit zu beschreiben.

Diese Nachteile bestehen vor allem in der aufwendigen Anbauweise, die gesonderte Montageelemente erfordert

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sowie in dem Justieraufwand der — am Einsatzort während § der Montage, lagerichtig zu den Schleifringen — erforder— | lieh ist. Des weiteren ist durch die Anbringung der Kontakte und der Schleifringe an der Rotorrückseite ein größerer Einbauraum notwendig, als bei der "Schleppkabel-" und "Trafoversion".

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Nachteile der Schleifringausführung zu beseitigen, ohne jedoch die Nachteile der Trafoausführung (geringer Über— ^s tragungsfaktor) in Kauf nehmen zu müssen. g

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Unteransprüche geben die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung an, wobei die Vorteile darin bestehen, daß der Raumbedarf für die Meßeinrichtung nicht größer ist, als bei der Trafoausführung; die Schleifringe und die Kontaktbürsten erfordern keinen zusätzlichen Montage— und Justieraufwand; die Schleifringe und die Kontakt— bürsten sind durch die Lage im Inneren der Meßeinrichtung vor Verschmutzung und Beschädigung geschützt.

Mit Hilfe der Zeichnungen soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert und der Stand der Technik dargestellt werden.

Es zeigen

Figur 1a eine induktive Meßeinrichtung in Schleppkabel aus führung als Stand der Technik im Schnitt,

Figur 1b eine induktive Meßeinrichtung in Trafo— ausführung als Stand der Technik im Schnitt,

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Figur 1c eine induktive Meßeinrichtung in Schleif— ringausführung als Stand der Technik im Schnitt,

Figur 2 einen Teilschnitt durch eine Meßeinrichtung in erfindungsgemäßer Bauform,

Figur 2a ein vergrößert dargestellter Ausschnitt der Meßeinrichtung nach Figur 2,

Figur 3 eine Draufsicht auf einen Ring mit Mehr— fachkontaktfedern,

Figur 3a eine Seitenansicht auf einen Kontaktfeder— ring nach Figur 3 im Schnittverlauf X-X.

In der Figur 1a ist als Stand der Technik eine induktive Winkelmeßeinrichtung in Schleppkabelausführung gezeigt. Eine Versorgungsspannung für einen Stator 1, dem ein Rotor 2 konzentrisch gegenüberliegt, wird an Klemmen 1a angelegt. Aufgrund von elektrisch leitfähigen Rastern 1b und 2b wird im Raster 2b eine Spannung induziert, deren Verlauf ein Maß für eine Relativbewegung zwischen Stator und Rotor 2 darstellt und die durch ein Schleppkabel 2a aus dem Rotor 2 herausgeführt wird. Dieses Kabel 2a ist an einer Auswertebaueinheit 3 angeschlossen, die den überstrichenen Winkel digital anzeigt. Es ist durch die Bauweise mit Schleppkabel 2a bedingt, daß der relative Drehwinkel zwischen Stator 1 und Rotor 2 kleiner als 360° sein muß, da sonst das Schleppkabel 2a verdreht würde.

Um auch Winkel von mehr als 360° digital messen zu können, sind die Meßeinrichtungen gemäß der Figuren 1b und 1c vorgesehen. Bei der Ausführung gemäß Figur 1b sind im Stator 1,. sowie im Rotor 2>. Nuten 1c und 2c vorgesehen, in denen jeweils eine Transformatorwicklung 1d, 2d eingebracht ist. Bei dieser Ausführung ist die Versorgungsspannung an einen Anschluß 1a,. angelegt, um von dort in ein elektrisch leitendes Raster Ib_x. zu gelangen.

Auch hier wird im elektrisch leitenden Raster 2b^ des Rotors eine Meßspannung induziert. Mit diesem Raster 2b^ ist die Transformatorwicklung 2d verbunden, die in der Nut 2c des Rotors 2* eingebettet und vergossen ist. Der Transforms torwicklung 2d liegt in geringem Abstand die zweite Transformatorwicklung 1d gegenüber, die in einer Nut 1c des Stators Λ* eingebettet und vergossen ist. Über diesen Transformator 1d, 2d wird die Meßspannung vom Rotor 2. in den Stator Λλ übertragen und von der Transfonaatorwicklung 1d zum Rotoranschluß 2a,. — der sich jedoch im Stator Λ* befindet — geführt, der mit einer Auswerteeinheit — wie in Figur 1a — verbunden ist. Durch diese Maßnahmen kann der Rotor 2y. beliebig viele Umdrehungen machen. Die Kabel sind alle statorseitig angebracht. Die hier beschriebene Ausführung benötigt den geringsten Einbauraum und ist sehr wenig störanfällig, jedoch ist durch die Transformation der Meßspannung der Ubertragungsfaktor wesentlich geringer, als bei anderen Ausführungsarten.

In der Figur 1c ist eine Bauform mit Schleifringen 2e und Bürsten 2f dargestellt, bei der eine beliebig hohe Anzahl von Rotorumdrehungen zulässig ist, ohne daß der geringe Ubertragungsfaktor der Trafoausführung berücksichtigt werden muß. An einem Kontakt 1ao befindet sich der Anschluß für die Versorgungsspannung. Wie bei den Ausführungen gemäß der Figuren 1a und 1b wird mittels elektrisch leitender Raster Λ\>^ und 2b ρ eine Meßspannung erzeugt. In einem Adap— terring 4 an der Rückseite des Rotors 22 sind die Schleifringe 2e eingebracht, denen die Meßspannung zugeführt wird. Der Abgriff der Meßspannung erfolgt mittels Bürsten 2f, die auf den Schleifringen 2e unter Federeinwirkung aufliegen. Die Anbringung dieser Bürsten 2f erfolgt durch den Anwender, so daß die Montage und Justierung der Bürsten 2f in einem

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separaten Halter an die Schleifringe 2e erst am Einsatzort vorgenommen werden kann. Der Einbauraum für diese Ausführung muß größer sein als bei den vorbeschriebenen Versionen. Die Gefahr der Beschädigung und Verschmutzung der Kontakte ist durch deren exponierte Lage relativ hoch.

In der Figur 2 ist die erfindungsgemäße Ausführung schema tisch dargestellt. Ein Stator S weist an seinem Außenbereich einen Anschlußkontakt A für eine Versorgungsleitung auf, über die eine Statorteilung ST mit Spannung versorgt wird. In einer konzentrischen Nut SN ist ein Isolierung IS befestigt. Der Isolierring IS, der auch in den Figuren 3 mid 3a dargestellt ist, trägt Bürsten B,.,. bis Bp^, die als Kontaktfedern ausgebildet sind. Zur Erhöhung der Kontaktsicherheit sind pro Schleifringbahn vier Kontaktbürsten B₁₁ bis B^ unterschiedlicher Länge vorgesehen. Dem Stator S liegt mit einem geringen Luftspalt ein Rotor E gegenüber, der lagerichtig zur Statornut SN ebenfalls eine Nut RN aufweist. In der Rotornut RN sind auf einem Isolierring IR Schleifringbahnen BS₁ und BS2 angeordnet. Der Luftspalt zwischen Stator S und Rotor R ist so auf die Kontaktfederlängen abgestimmt, daß die Kontakt— bürsten B₁₁, B₁₂, B₁₅, B₁₄, B₂₁, B₂₂, B₂₅ und B₂₄ ständig mit den Schleifringbahnen BS₁ und BS₂ in Berührung stehen. Durch die Mehrfachkontaktierung ist gewährleistet, daß auch bei mangelhaftem Kontakt einer Kontaktbürste die Übertragung einer Spannung fehlerfrei erfolgen kann, was durch die unterschiedliche i'ederkonstante aufgrund der verschiedenen Längen noch begünstigt wird.

Die Schleifringbahnen BS₁ und BS₂ stehen mit einem elektrisch leitfähigen Raster in Form einer Rotorteilung RT in Verbindung. In der Rotorteilung RT wird, wie bereits beschrieben, eine Meßspaiürong induziert, zu den Schleifringbahnen BS₁ und BS₀ geleitet, dort von den Kon-aktbürsten B₁₁ und B₂₄ abge—

griffen und über einen Anschluß M einer Auswertebauein— heit AE zugeführt, in der die digitale Anzeige oder eine beliebige andere Auswertung erfolgen kann.

Durch die Anordnung der Übertragungselemente B^, B^₂, B^, B^, B_2/), B₂₂, B₂^, Β_2Ζμ, BS^ und BS₂ zwischen dem Stator S und dem Rotor R ist eine Beschädigung und Verschmutzung der genannten Übertragungselemente nahezu ausgeschlossen. Der erforderliche Einbauraum ist nicht größer als bei anderen Baufonnen, der Übertr&gungsfaktor jedoch größer als bei der Trafoausführung und der zulässige Drehwinkel beliebig.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Schleifringe BSy. und BS₂ und der Kontaktbürsten Β.,, bis B₂^ in den konzentrischen Nuten SN und EN des Stators S und des Rotors R ist für alle drei Bauformen (Schleppkabel—, Trafo— und Schleifringversion) eine einheitliche Lagerhaltung für die Statoren S und Rotoren R möglich, da die Transformatorennuten auch zur Aufnahme der Iso— lierringe IS und IR für die Kontaktbürsten B^ bis B₂^ und die Schleifringe BS_x. und BS₂ geeignet sind.

Besonders wirtschaftliche Ergebnisse werden erzielt, wenn die Kontaktbürsten als Stanz—Biegeteil ausgeführt werden. Ist die erforderliche Stückzahl zu gering für die dazu erforderlichen hohen Werkzeugkosten, sind sehr gute Ergebnisse durch die Herstellung im Ä'tz—Biegeverfahren zu erzielen.

Die Herstellung der Schleifringe BS^ und BS₂ erfolgt vorzugsweise in Leiterplattenätztechnik.

Claims

* U till ·■ ·!■· • I I t · ■ • I DR. JOHANNES HEIDENfeAtNfÖMlte·' '··' '."..' 28. Februar 1980 Ansprüche

1.) Digitale elektrische Winkelmeßeinrichtung mit zwei relativ zueinander beweglichen Bauteilen — in Form

eines Stators und eines Rotors — die jeweils elektrisch

leitfähige Raster als Meßteilung bzw. Abtastfeld auf— weisen, die sich mit geringem Luftspalt konzentrisch

₍ gegenüberliegen, wobei die Versorgungsspannung und die von den beiden leitfähigen Rastern erzeugte Meßspannung über Kabel bzw. Schleifringe und Bürsten den Rastern zugeführt bzw. entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringe (BS^, BS₂) und die Bürsten (B,^,

^B12' ^B13' ^B14' ^B21' ^B22' ^B23' ^B24^ Jeweils rasterseitig konzentrisch an den relativ zueinander beweglichen

Bauteilen (S, R) angeordnet sind.

2.) Digitale elektrische Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringe (BS,-, BSp) auf der Oberfläche des Rotors (R) oder des Stators (S) und die Bürsten (B,.,. bis %οΐι) ^^{n e}i^ner konzentrischen Nut (SN oder RN) im Stator (S) oder im Rotor (R) angeordnet sind.

3.) Digitale elektrische Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringe (BS^, BS₂) in einer konzentrischen Nut (RN) im Rotor (R) und die Bürsten (B,.,. bis B₂^) in einer konzentrischen Nut (SN) im Stator (S) angeordnet sind.

4-.) Digitale elektrische Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringe (BS^, BS₂) in einer konzentrischen Nut (SN) im Stator (S) und die Bürsten (B,,,, bis B₂^) in einer konzentrischen Nut (RN) im Rotor (R) angeordnet sind.

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5·) Digitale elektrische Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten (B,.,. bis Bp.) als Mehrfachkontaktfedern ausgeführt sind.

6.) Digitale elektrische Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern (B,,,. bis Bp^i) unterschiedliche Längen aufweisen.

7·) Digitale elektrische Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehr— fachkontaktfedern (B,,,. bis BpO im Ätz—Biegeverfahren oder im Stanz—Biegeverfahren hergestellt sind.

8.) Digitale elektrische Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringe (BS,. und ) in Leiterplattenatztechnik ausgeführt sind.

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