EP1098180B1 - Vorrichtung zur Wegmessung - Google Patents

Vorrichtung zur Wegmessung

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EP1098180B1
EP1098180B1 EP20000121126 EP00121126A EP1098180B1 EP 1098180 B1 EP1098180 B1 EP 1098180B1 EP 20000121126 EP20000121126 EP 20000121126 EP 00121126 A EP00121126 A EP 00121126A EP 1098180 B1 EP1098180 B1 EP 1098180B1
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EP
European Patent Office
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transmission
displacement
compression spring
sensing device
sensing
Prior art date
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EP20000121126
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English (en)
French (fr)
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EP1098180A1 (de
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Helmut Plener
Günter Eisermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAN Truck and Bus SE
Robert Seuffer GmbH and Co KG
Original Assignee
Robert Seuffer GmbH and Co KG
MAN Nutzfahrzeuge AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
    • H01H13/50—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a single operating member
    • H01H13/52—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a single operating member the contact returning to its original state immediately upon removal of operating force, e.g. bell-push switch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
    • H01H13/02—Details
    • H01H13/04—Cases; Covers
    • H01H13/06—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof or flameproof casings
    • H01H13/063—Casings hermetically closed by a diaphragm through which passes an actuating member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2239/00—Miscellaneous
    • H01H2239/052—Strain gauge

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring the distance according to the preamble of claim 1.
  • Such from the EP-A-0 440 011 known device serves as a force, in particular pressure measuring device and has a permanently connected to a piston sensing device, which acts on the force to be measured.
  • the resulting piston movement is transmitted via an elastomeric material, in which the piston is embedded in a cup-shaped housing, on the deformable bottom of the cup-shaped housing.
  • a sensor which provides an electrical signal proportional to the deformation.
  • the deformable bottom forms a sensor cooperating surface which extends transversely to the direction of translation transmitted by the transmission.
  • the bottom can be formed as a membrane and the sensor can be formed by one or more strain gauges.
  • a pressure measuring device in which the pressure to be measured acts on a piston surface and the piston is displaced against the biasing force of a spring proportional to the pressure to be measured.
  • the object of the invention is to provide a device of the type mentioned, with which a touched by the sensing device linear displacement with simple Means is transmitted to the sensor having deformable part.
  • a helical compression spring of the transmission device and the sensing device have a common linear or axial guide, said guide being rod-shaped and extending in the interior of the helical compression spring and a sleeve-shaped part of the sensing device.
  • the deformable member may have a deformable surface cooperating with the sensor which extends transversely to the direction of the transmission means stretching shift.
  • the deformable part can form the bottom of a measuring cell, in which the Obertragungs worn is used.
  • the transfer device can have a transfer foot, which covers substantially the entire bottom of the cup-shaped measuring cell and is convexly curved on its surface facing the deformable part.
  • the scanning device is guided in a preferred manner in an adapter displaceable.
  • the adapter can be connected by a plug or screw connection or other suitable connection with a component, against which a displacement movement of another component is to be measured.
  • the sensing device comes into contact with the component whose displacement is to be detected or measured.
  • This may be, for example, a transmission part of a motor vehicle. Frictional forces resulting from the linear or axial guidance of the sensing device do not affect the measured variable. For example, by self-calibration, the Reibungshimfte can be compensated.
  • the adapter is suitably connected to a housing, in which the electronic evaluation device is arranged, which serves for the evaluation of the sensor signals.
  • This housing forms at the same time a protection against high-frequency interference and is preferably designed as it is in the DE 198 12 296 A1 is described. As a result, when used in a transmission, a transmission switch can be formed.
  • the device has a sensing device 1, which is guided in an adapter 10 in the axial direction displaceable.
  • the sensing device 1 has a sleeve-shaped or cylindrical part, which extends in the axial direction in the adapter 10 and also a probe with a touch surface 13, which is brought to a component to be monitored for scanning system.
  • the lateral surface of the cylindrical part of the sensing device 1 can for this purpose abut against a corresponding guide surface of the adapter 10, as can be seen from the figure.
  • a sleeve 8 may be provided, which is provided between the probe and the adapter 10.
  • a rod-shaped guide 5 extends inside the sensing device 1, a rod-shaped guide 5.
  • a helical compression spring 6 is wound.
  • the helical compression spring 6 is supported at its one end on a collar 14 of the sensing device 1 from.
  • the helical compression spring 6 is supported on a transmission foot 7.
  • the transfer foot 7 and the rod-shaped guide 5 are connected to each other firmly or with positive engagement.
  • a bias voltage is generated, with which the sensing device is biased in the axial direction.
  • a stop 17 may be provided on the inner wall of the measuring cell 9 for the collar 14.
  • the helical compression spring 6 and the transmission foot 7 form a transmission device 3, with which the axial displacement of the sensing device 1 is transmitted to a sensor 2.
  • the measuring transducer 2 has the deformable part 4, for example in the form of a disk or membrane.
  • a sensor On the side facing away from the support foot 7 surface of the deformable part 4 is a sensor, for example in the form of one or more resistance elements of semiconductor material, such as strain gauges, which connects to a measuring bridge could be.
  • the sensor can also interact capacitively with the deformable part 4. With an axial displacement of the sensing device 1, this is transmitted to the deformable part 4 via the compression spring 6 and the transfer foot 7.
  • the deformation is detected by the sensor of the encoder 2 and delivered a signal proportional to the deformation.
  • the deformation corresponds to the axial displacement of the sensing device 1.
  • a non-compressible medium such as a hydraulic fluid can be used, which forwards the axial displacement of the sensing device 1 and deforms the deformable part 4.
  • a friction force can, for. B. be compensated by self-calibration using a transmitter 12. The frictional forces then have no influence on the measuring signal.
  • the deformable part 4 may form the bottom surface of a cup-shaped measuring cell 9.
  • the measuring cell 9 has a circular cylindrical recess into which the transmission foot 7 is inserted.
  • the outer diameter of the transmission foot 7 can correspond approximately to the inner diameter of the recess in the measuring cell 9.
  • the deformable part 4 and the side wall of the measuring cell 9 can be made in one piece.
  • the deformable part 4 and the measuring cell 9 is made of a ceramic material.
  • the output from the encoder 2 sensor signals are evaluated by the transmitter 12 and can be forwarded via an electrical connector 15.
  • Der Sensor 2 own von der Meßgeber 2 mit dem Meßgeber 2sky.
  • the transmitter and also the measuring cell 9 with the encoder 2 are located in a housing 11 which may be formed in the manner as in the DE 198 12 296 A1 is described. This housing is a perfect dissipation of high-frequency interference without affecting the sealing effect of seals 16, which serve to seal the housing achieved.
  • the adapter 10 is, as in the DE 198 12 296 A1 described, tightly inserted into the housing. By plug or screw, the adapter 10 can be firmly connected to a component against which the displacement of another component by means of the sensing device 1 is to be detected. In this case, evenly distributed on a circumference connecting means, which ensure a derivative of high-frequency electrical currents from the housing 11 to the adapter 10 may be provided, as shown in the DE 198 12 296 A1 is described.
  • various functions such as switching functions, can be effected by the sensor signals generated thereby according to their evaluations.

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wegmessung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
    • [Stand der Technik]
  • Eine derartige aus der EP-A-0 440 011 bekannte Vorrichtung dient als Kraft-, insbesondere Druckmesseinrichtung und besitzt eine fest mit einem Kolben verbundene Tasteinrichtung, auf welche die zu messende Kraft einwirkt. Die hieraus resultierende Kolbenbewegung wird über ein elastomeres Material, in welches der Kolben in einem topfförmigen Gehäuse eingebettet ist, auf den verformbaren Boden des topfförmigen Gehäuses übertragen. Am verformbaren Boden befindet sich ein Sensor, welcher ein der Verformung proportionales elektrisches Signal liefert. Der verformbare Boden bildet eine mit dem Sensor zusammenwirkende Fläche, die sich quer zur Richtung der von der Übertragungseinrichtung übertragenen Verschiebung erstreckt. Ferner kann der Boden als Membran ausgebildet sein und der Sensor von einem oder mehreren Dehnungsmessstreifen gebildet werden.
  • Aus der FR-A-2,558,256 ist eine Druckmesseinrichtung bekannt, bei welcher der zu messende Druck auf eine Kolbenfläche wirkt und der Kolben gegen die Vorspannkraft einer Feder proportional zum zu messenden Druck verschoben wird.
  • Aus der DE-C-198 12 296 ist es bekannt, einen Drucksensor und die dazugehöriges Abtasteinrichtung in einem Adapter anzuordnen.
    • [Aufgabe der Erfindung]
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher eine von der Tasteinrichtung berührend erfasste lineare Verschiebung mit einfachen Mitteln auf das den Sensor aufweisende verformbare Teil übertragen wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Eine Schraubendruckfeder der Übertragungseinrichtung und die Tasteinrichtung haben eine gemeinsame lineare bzw. axiale Führung, wobei diese Führung stabförmig ausgebildet ist und sich im Innern der Schraubendruckfeder und eines hülsenförmigen Teils der Tasteinrichtung erstreckt. Das verformbare Teil kann eine mit dem Sensor zusammenwirkende verformbare Fläche besitzen, die sich quer zur Richtung der von der Übertragungseinrichtung zu übertragenden Verschiebung ausdehnt. Das verformbare Teil kann dabei den Boden einer Meßzelle bilden, in die die Obertragungseinrichtung eingesetzt ist. Die Übertragungseinrichtung kann hierzu einen Übertragungsfuß aufweisen, welcher im wesentlichen den gesamten Boden der becherförmigen Meßzelle bedeckt und an seiner dem verformbaren Teil zugewandten Fläche konvex gekrümmt ist. Die Abtasteinrichtung ist in bevorzugter Weise in einem Adapter verschiebbar geführt. Der Adapter kann durch eine Steck- oder Schraubverbindung oder andere geeignete Verbindung mit einem Bauteil verbunden werden, gegenüber welchem eine Verschiebbewegung eines anderen Bauteils zu messen ist. Dabei kommt die Tasteinrichtung mit dem Bauteil in Berührung, dessen Verschiebung erfaßt bzw. gemessen werden soll. Es kann sich hierbei beispielsweise um ein Getriebeteil eines Kraftfahrzeugs handeln. Aus der linearen bzw. axialen Führung der Tasteinrichtung resultierende Reibungskräfte wirken sich nicht auf die Meßgröße aus. Beispielsweise durch Selbstkalibrierung können die Reibungskäfte kompensiert werden.
  • Der Adapter ist in geeigneter Weise mit einem Gehäuse verbunden, in welchem die elektronische Auswerteeinrichtung angeordnet ist, die zur Auswertung der Sensorsignale dient. Dieses Gehäuse bildet gleichzeitig einen Schutz gegen hochfrequente Störungen und ist in bevorzugter Weise so ausgebildet, wie es in der DE 198 12 296 A1 beschrieben ist. Hierdurch kann beim Einsatz in ein Getriebe ein Getriebeschalter gebildet werden.
    • [Beispiele]
  • Anhand der Figur wird an einem Ausführungsbeispiel die Erfindung noch näher erläutert.
  • Die Vorrichtung besitzt eine Tasteinrichtung 1, welche in einem Adapter 10 in axialer Richtung verschiebbar geführt ist. Die Tasteinrichtung 1 besitzt ein hülsenförmiges bzw. zylindrisches Teil, welches sich in axialer Richtung im Adapter 10 erstreckt und ferner einen Tastkopf mit einer Tastfläche 13, die an ein zu überwachendes Bauteil zur abtastenden Anlage gebracht wird. Die Mantelfläche des zylindrischen Teils der Tasteinrichtung 1 kann hierzu an einer entsprechenden Führungsfläche des Adapters 10 anliegen, wie es aus der Figur erkennbar ist. Zum Schutz gegen Verschmutzung kann eine Manschette 8 vorgesehen sein, welche zwischen dem Tastkopf und dem Adapter 10 vorgesehen ist.
  • Ferner erstreckt sich im Innern der Tasteinrichtung 1 eine stabförmige Führung 5. Um diese stabförmige Führung 5 ist eine Schraubendruckfeder 6 gewickelt. Die Schraubendruckfeder 6 stützt sich an ihrem einen Ende an einem Bund 14 der Tasteinrichtung 1 ab. An ihrem anderen Ende stützt sich die Schraubendruckfeder 6 an einem Übertragungsfuß 7 ab. Der Übertragungsfuß 7 und die stabförmige Führung 5 sind fest oder mit Formschluß miteinander verbunden. Durch die Feder wird eine Vorspannung erzeugt, mit welcher die Tasteinrichtung in axialer Richtung vorgespannt wird. Für den Bund 14 kann beispielsweise ein Anschlag 17 an der Innenwand der Meßzelle 9 vorgesehen sein. Hierdurch wird eine Axialverschiebung bis auf Blockstellung der Schraubendruckfeder 6 und damit eine mögliche Zerstörung oder überproportionale Verformung eines noch zu erläuternden verformbaren Teils 4 verhindert.
  • Die Schraubendruckfeder 6 und der Übertragungsfuß 7 bilden eine Übertragungseinrichtung 3, mit welcher die axiale Verschiebung der Tasteinrichtung 1 auf einen Meßgeber 2 übertragen wird. Der Meßgeber 2 besitzt das verformbare Teil 4, beispielsweise in Form einer Scheibe oder Membran. Auf der vom Stützfuß 7 abgekehrten Fläche des verformbaren Teils 4 befindet sich ein Sensor, z.B. in Form von einem oder mehreren Widerstandselementen aus Halbleitermaterial, beispielsweise Dehnungsmeßstreifen, die zu einer Meßbrücke verschaltet sein können. Der Sensor kann auch kapazitiv mit dem verformbaren Teil 4 zusammenwirken. Bei einer axialen Verschiebung der Tasteinrichtung 1 wird diese über die Druckfeder 6 und den Übertragungsfuß 7 auf das verformbare Teil 4 übertragen. Die Verformung wird vom Sensor des Meßgebers 2 erfaßt und ein der Verformung proportionales Signal geliefert. Die Verformung entspricht der axialen Verschiebung der Tasteinrichtung 1. Für die Übertragungseinrichtung 3 kann auch ein nichtkompressibles Medium, beispielsweise eine Hydraulikflüssigkeit verwendet werden, welche die Axialverschiebung der Tasteinrichtung 1 weiterleitet und dabei das verformbare Teil 4 verformt. Bei der axialen Verschiebung sich ergebende Reibungskräfte können z. B. durch Selbstkalibrierung mit Hilfe einer Auswerteelektronik 12 kompensiert werden. Die Reibungskräfte haben dann keinen Einfluß auf das Meßsignal.
  • Das verformbare Teil 4 kann die Bodenfläche einer becherförmigen Meßzelle 9 bilden. Die Meßzelle 9 besitzt eine kreiszylindrische Ausnehmung, in welche der Übertragungsfuß 7 eingesetzt ist. Der Außendurchmesser des Übertragungsfußes 7 kann dabei etwa dem Innendurchmesser der Ausnehmung in der Meßzelle 9 entsprechen. Das verformbare Teil 4 und die Seitenwandung der Meßzelle 9 können aus einem Stück hergestellt sein. In bevorzugter Weise besteht das verformbare Teil 4 und die Meßzelle 9 aus einem Keramikmaterial.
  • Die vom Meßgeber 2 abgegebenen Sensorsignale werden von der Auswerteelektronik 12 ausgewertet und können über eine elektrische Steckverbindung 15 weitergeleitet werden. Die Auswerteelektronik und auch die Meßzelle 9 mit dem Meßgeber 2 befinden sich in einem Gehäuse 11, welches in der Weise ausgebildet sein kann, wie es in der DE 198 12 296 A1 beschrieben ist. Durch dieses Gehäuse wird eine einwandfreie Ableitung hochfrequenter Störungen ohne Beeinträchtigung der Dichtwirkung von Dichtungen 16, welche zur Abdichtung des Gehäuses dienen, erreicht.
  • An dem der elektrischen Steckverbindung 15 entgegengesetzten Ende des Gehäuses 11 befindet sich der Adapter 10. Der Adapter 10 ist, wie in der DE 198 12 296 A1 beschrieben, dicht in das Gehäuse eingesetzt. Durch Steck- oder Schraubverbindung kann der Adapter 10 fest mit einem Bauteil verbunden werden, gegenüber welchem die Verschiebung eines anderen Bauteils mittels der Tasteinrichtung 1 erfaßt werden soll. Hierbei können gleichmäßig auf einem Umfang verteilte Verbindungsmittel, welche eine Ableitung hochfrequenter elektrischer Ströme vom Gehäuse 11 zum Adapter 10 gewährleisten, vorgesehen sein, wie es in der DE 198 12 296 A1 beschrieben ist. In Abhängigkeit von der Verschiebung der Tasteinrichtung 1 können durch die dabei erzeugten Sensorsignale nach deren Auswertungen verschiedene Funktionen, z.B. Schaltfunktionen, bewirkt werden.
    • [Bezugszeichenliste]
    • 1
    Tasteinrichtung
    2
    Meßgeber
    3
    Übertragungseinrichtung
    4
    verformbares Teil
    5
    Führung
    6
    Druckfeder
    7
    Übertragungsfuß
    8
    Manschette
    9
    Meßzelle
    10
    Adapter
    11
    Gehäuse
    12
    Auswerteelektronik
    13
    Tastfläche
    14
    Bund
    15
    elektrische Steckverbindung
    16
    Dichtung
    17
    Anschlag

Claims (17)

  1. Vorrichtung zur Wegmessung mit einer mechanischen Tasteinrichtung (1), einer Übertragungseinrichtung (3), welche eine Verschiebung der Tasteinrichtung (1) überträgt, einem Messgeber (2), welcher ein durch die Verschiebung der Übertragungseinrichtung (3) verformbares Teil (4) mit einem Sensor aufweist, der ein der Verformung proportionales elektrisches Signal liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die Tasteinrichtung (1) ein hülsenförmiges Teil mit einer Tastfläche (13) aufweist, welches von einer Schraubendruckfeder (6) mit einer zur zu messenden Verschiebung entgegengesetzten mechanischen Vorspannung beaufschlagt ist, und dass das hülsenförmige Teil und die Schraubendruckfeder (6) eine gemeinsame stabförmige Führung (5) aufweisen, welche im Inneren der Schraubendruckfeder (6) und dem hülsenförmigen Teil liegt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Teil (4) eine mit dem Sensor zusammenwirkende Fläche aufweist, die sich quer zur Richtung der von der Schraubendruckfeder (6) übertragenen verschiebung erstreckt.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Teil (4) als dünne Scheibe oder Membran ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung (3) einen am verformbaren Teil (4) anliegenden Übertragungsfuß (7) aufweist, der an der dem verformbaren Teil (4) zugewandten Seite eine konvex gekrümmte Fläche besitzt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung (3) ein die Verschiebung der Tasteinrichtung (1) auf den Übertragungsfuß (7) übertragendes kompressibles oder imkompressibles Medium aufweist
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das imkompressible Medium eine Hydraulikflüssigkeit ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das kompressible Medium von der Schraubendruckfeder (6) gebildet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubendruckfeder (6) zwischen den Übertragungsfuß (7) und das hülsenförmige Teil der Tasteinrichtung (1) gespannt ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Teil (4) den Boden einer Meßzelle (9) bildet, in die der Übertragungsfuß (7) und die Übertragungseinrichtung (3) eingesetzt sind.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Meßzelle (9) und das verformbare Teil (4) aus einem Formstück gebildet sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück der Meßzelle (9) aus einem Keramikmaterial gebildet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Verschiebung der Tasteinrichtung (1) vor einer Blockstellung der Schraubendruckfedee (6) angehalten ist
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Verschiebung der Tasteinrichtung (1) durch einen Anschlag (17) angehalten ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor von einem oder mehreren Dehnungsmeßstreifen gebildet ist
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasteinrichtung (1) in einem Adapter (10) verschiebbar geführt ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß durch Kalibrierung aus der Linearverschiebung der Tasteinrichtung (1) resultierende Reibungskräfte kompensierbar sind.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Getriebeschalter ausgebildet ist.
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