NL7908848A - Inrichting voor het bepalen van de positie van een beweegbaar orgaan ten opzichte van een vast ondersteuningsorgaan. - Google Patents

Description

4- E.O. 28.518 - 1 -

Inrichting voor het bepalen van de positie van een "beweegbaar orgaan ten opzichte van een vast ondersteuningsorgaan.

Be uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het bepalen van de positie aangenomen door een beweegbaar orgaan ten opzichte van een vast onders teunings orgaan.

In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een inrich-5 ting voor het bepalen van de positie aangenomen door een beweegbare slede van een gietmachine voor kunststof,, een machine gereeds chap of een hydraulische pers enz., ten opzichte van een vast op de machine aangebracht ondersteuning-sonderdeel.

Bij het uitvoeren van de bovengenoemde positiebepaling moeten 10 bepaalde problemen in het algemeen worden opgelost,, die niet strikt genomen verband houden met de nauwkeurigheid waarmee de bepaling moet worden uitgevoerd, maar daarentegen zijn ontleend aan de werkomstandigheden waaronder de inrichting moet werken. In dit verband zijn zulke inrichtingen voortdurend onderworpen aan aanzienlijke trilling 15 en moeten dikwijls werken bij aanwezigheid van stof en/of vloeibare verspoten smeermiddelen.

Optische meetinrichtingen zijn thans in de handel verkrijgbaar, bestaande uit fotodetektorelementen (fotodiodes, fototransistoren, enz.), die samenwerken met overeenkomstige lichtbanen. Deze elemen— 20 ten en lichtbanen zijn geplaatst op respektievelijk twee organen die ten opzichte van elkaar bewegen, en werken op een zodanige wijze samen, dat elektrische signalen worden opgewekt, die evenredig zijn aan de relatieve positie van de twee genoemde organen.

Er zijn eveneens volgens het principe van een potentiometer 25 werkende inrichtingen bekend, waarbij de bewegingen van het beweegbare orgaan worden overgebracht op een loper van de potentiometer en derhalve signalen opwekken met een amplitude, die evenredig is aan de grootte van de bewegingen.

De bovengenoemde optische inrichting of op basis van een poten-50 tiometer werkende inrichting hebben bepaalde nadelen, waardoor hun kontinu gébruik in een fabriek niet bijzonder voordelig is. In dit verband zijn de elementen, die de elektrische signalen opwekken, in het geval van beide typen steeds in beweging (fotodiodes, enz., of de loper van de potentiometer), aangezien zij op het beweegbare or-55 gaan zijn gemonteerd. Zij zijn derhalve onderhevig aan slijtage en vereisen daarom een kontinu onderhoud, hetgeen wordt verergerd door het feit, dat de invloed van stof of vloeibare smeermiddelen hun 79 0 8 84 8.

·Α - 2 - technische karakteristieken kan wijzigen. Voorts is zulk een inrichting steeds duur, zodat een gebruik op grote schaal daarvan niet mogelijk is.

De bovengenoemde nadelen zijn gedeeltelijk vermeden door een 5 andere meetinrichting, die in beginsel bestaat uit een differentials transformator, waarvan de primaire en sekundaire wikkelingen zijn verbonden met een vast onderdeel van de machine, en uit een ferro-magnetische kern, die met het mobiele orgaan is verbonden. Deze kern koppelt de transformatorwikkelingen zodanig, dat een uitgangs-10 signaal wordt geleverd, dat afhankelijk is van de positie van het mobiele orgaan tën opzichte van het vaste onderdeel. In zulk een geval moet de transformator echter een lengte hebben die gelijk is aan tweemaal de te meten slag, op grond waarvan de transformator-konstruktie een aanzienlijke afmeting heeft, wanneer de slag in de 15 orde van grootte van 1 of 2 m ligt.

De uitvinding heeft ten doel te voorzien in een inrichting voor het bepalen van de positie van een beweegbaar orgaan ten opzichte van een vast ondersteuningsorgaan, die vrij is van de bovengenoemde nadelen van de bekende inrichtingen.

20 De uitvinding voorziet in een inrichting voor het bepalen van de positie van een beweegbaar orgaan ten opzichte van een vast onder steuningsorgaan, gekenmerkt door een transformator, die respek-tievelijk omvat een beweegbare ferromagnetisehe kern, die vast is ten opzichte van het beweegbare orgaan, een primaire wikkeling die 25 met een voedingseenheid kan worden verbonden en een sekundaire wikkeling, die met een verwerkingseenheid is verbonden, welke primaire en sekundaire wikkelingen mechanisch stijf zijn gemonteerd ten opzichte van het vaste ondersteuningsorgaan, koaxiaal ten opzichte van elkaar zijn opgesteld en als een solenolde zijn gewikkeld, ten 30 einde in de inwendige ruimte daarvan een buisvormige leiding te definiëren, die de beweegbare kern kan opnemen, waarbij elke positie van het beweegbare orgaan ten opzichte van het vaste orgaan een overeenkomstige koppelfaktor tussen de primaire en sekundaire wikkelingen bepaalt en waarbij een resulterend spanningsignaal uit de 35 sekundaire wikkeling kan worden verkregen, dat recht evenredig is aan de relatieve positie.

De uitvinding zal hierna nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: fig. 1 een doorsnede van het detëktorelement van de inrichting ..... 40 volgens de uitvinding voorstelt; 7908848 ί s? - 3 - fig· 2 op vergrote schaal een detail van fig. 1 illustreertj en fig. 3 het elektrisch schema van een inrichting volgens de uitvinding toont.

3?ig. 1 toont een vaste plaat 11 en een "beweegbare plaat 12, die 5 op niet getoonde wijze respectievelijk zijn verbonden met een onder-steuningsorgaan en een beweegbare slede van een gietmachine.

De beweegbare plaat 12 kan loodrecht op de plaat 11 bewegen en ondersteunt een buisvormig ferromagnetisch element 13, dat loodrecht op de plaat 12 is gemonteerd aan de zijde die naar de plaat 11 is 10 toegekeerd, welk element 13 een lengtespleet 14 heeft. Gedurende de beweging van de plaat 12 ten opzichte van de plaat 11 verschuift het buisvormige element 13 in een doorgaande boring 16 in de plaat 11 en in een buisvormig orgaan 17 dat bijvoorbeeld van bakeliet is ge-konstrueerd en waarvan een uiteinde aan de plaat 11 is bevestigd op 15 een niet getoonde wijze.

Een sekundaire wikkeling 19 en een primaire wikkeling 20 zijn koaxiaal om het buisvormige orgaan 17 gewikkeld, zodat zij onderling worden gekoppeld teneinde een transformator 21 te vormen. De sekundaire wikkeling 19 is uniform gewikkeld van het eerste einde tot het 20 tweede einde van het buisvormig orgaan 17, terwijl de primaire wikkeling 20 beginnend bij het eerste einde van het buisvormige orgaan 17 een eerste gedeelte 22 omvat, dat in een eerste richting is gewikkeld, bijvoorbeeld in de richting van de wijzers van de klok, en voorts een tweede gedeelte 23, dat elektrisch in serie is geschakeld 25 met het gedeelte 22, maar in de tegengestelde richting is gewikkeld.

De sekundaire wikkeling 19 en de primaire wikkeling 20 van de transformator 21 worden magnetisch gekoppeld door middel van het buisvormige element 13, dat een beweegbare kern omvat en zodanig kan bewegen, dat de koppeling plaats vindt slechts tussen het deel 30 22 van de primaire wikkeling 20 en een overeenkomstig ernaar toegekeerd gedeelte van de sekundaire wikkeling 19· Bovendien hebben de gedeelten 22 en 23 een aantal windingen zodanig, dat in de lucht twee respektievelijke magnetische fluxen van tegengestelde waarde worden opgewekt. Tenslotte heeft het gedeelte 22 een wikkelspoed, 35 die elke niet-uniforme responsie van de transformator 21 kompenseert en een hoofdzakelijk lineaire overdrachtsfunktie (beweging van de kern 13, spanning geïnduceerd over de sekundaire wikkeling 19) tussen de primaire wikkeling 20 en de sekundaire wikkeling 19·

Rondom het buisvormige orgaan 17, de sekundaire wikkeling 19 en 40 de primaire wikkeling 20 is een mantelkern 24 aangebracht, die door 7908848 .-4- β· middel van zijn flensdeel 2$ met de plaat 11 is verbonden en die vervaardigd is uit een ferromagnetisch materiaal, teneinde uitwendig de door de transformator 21 opgewekte magnetische flux te sluiten. Een schroef 27 is in de eindwand 26 van de mantelkern 24 ge-5 schroefd aan het andere einde van het flensdeel 25 en ondersteunt aan een einde een magnetische hulpkern 28. Deze laatstgenoemde is in het tweede einde van het buisvormige orgaan 17 geplaatst in een positie, die overeenkomt met het tweede gedeelte 25 van de primaire wikkeling 20 en de positie daarvan kan in axiale richting worden 10 ingesteld door de schroef 27 teneinde een over een groot gebied instelbare koppelkoëfficiënt tussen het gedeelte 25 en het ernaartoe gekeerde gedeelte van de sekundaire wikkeling 19 te verkrijgen.

Fig. 5 toont een schema dat betrekking heeft op de voeding van de transformator 21 en de verwerking van de elektrische signalen 15 die daardoor worden opgewekt. Een signaal wordt aan de verbindings-klemmen 51 en 32 van de primaire wikkeling 20 toegevoerd uit een oscillator 53» bij voorkeur een sinusoscillator met een uitgangs-frequentie in de orde van grootte van enige kHz. De verbindings-klemmen 34 en 55 van de sekundaire wikkeling 19 zijn respektieve-20 lijk verbonden met een eerste ën een tweede ingang van een gelijk-richtketen 36, waarvan een eerste uitgang met aarde is verbonden, terwijl een tweede uitgang met de ingang van een versterker 57 is gekoppeld, in het bijzonder een gelijkspanningsversterker die van een middel is voorzien voor het instellen van de versterking en het 25 nulniveau van het' uitgangssignaal. De versterker 57 is eveneens verbonden met aarde en zijn uitgang is verbonden met een verbindings-klem 59» waarmee een eerste klem van een gelijkspanningsindikator is gekoppeld, bijvoorbeeld een voltmeter met beweegbare spoel, waarbij de tweede klem daarvan met aarde is verbonden.

30 De transformator 21, oscillator 33» gelijkrichtketen 56, ver sterker 37 en indikator 40 vormen tezamen een inrichting 44 voor het bepalen en weergeven van de positie aangenomen door de beweegbare plaat 12 ten opzichte van de vaste plaat 11. De werking van de inrichting 44 is als volgt.

35 De inrichting wordt eerst gekalibreerd om een relatie tot stand te brengen tussen de posities aangenomen door de plaat 12 ten opzichte van de plaat 11, en de bijbehorende gelijkspanningen gemeten aan de klem 39 door de indikator 40· Dit. wordt uitgevoerd door het trekken van de plaat 12 van de plaat 11, zodat het vrije einde van de 40 buisvormige kern 13 zich in de boring 16 in de plaat 11 bevindt in 7908848 t '* - 5 - een zodanige positie, dat geen magnetische invloed op de primaire wikkeling 20 en de sekundaire wikkeling 19 van de transformator 21 aanwezig is. Deze wikkelingen zijn derhalve via de lucht gekoppeld en elk signaal dat door de oscillator 53 aan de primaire wikkeling 5 20 wordt toegevoerd induceert in de gedeelten 22 en 25 van de primaire wikkeling twee bijbehorende magnetomotorische krachten van gelijke en tegengestelde waarde. De door de primaire wikkeling 20 opgewekte flux is derhalve nul en daardoor wordt geen elektrisch signaal aan de klemmen 54 en 55 van de sekundaire wikkeling 1$ door 10 het instrument 40 gemeten. Indien dit elektrische signaal niet precies nul is, kan de aflezing op het instrument 40 nul worden gemaakt door het instellen van de axiale positie van de magnetische kern 28 door middel van de ondersteuningsschroef 27· Deze varieert de koppel-koëfficiënt tussen het gedeelte 25 van de primaire wikkeling 20 en 15 het overeenkomstige gedeelte van de sekundaire wikkeling 19, totdat de twee genoemde magnetomotorische krachten volledig zijn gekompen-seerd.

Indien de plaat 12 thans de plaat 11 nadert, wordt de beweegbare kern 15 ingebracht tot in het buisvormige orgaan 17» waardoor 20 een nauwere koppeling tussen een deel van het gedeelte 22 van de primaire wikkeling 20 en een overeenkomstig deel van de sekundaire wikkeling 19 ontstaat door middel van de buisvormige kern I5. Derhalve wordt de magnetomotorische kracht afgeleid van het gedeelte 22 groter dan die wordt afgeleid van het gedeelte 23 en aldus is 25 een wisselend elektrisch signaal beschikbaar aan de klemmen 34 en 35 van de sekundaire wikkeling 19, welk signaal een amplitude heeft die evenredig is aan het axiale gedeelte van de kern 13» dat in het buisvormige orgaan 17 is ingebracht. Dit signaal wordt gelijkgericht en versterkt in de gelijkrichtketen 36 respektievelijk de versterker 30 en wordt aan de klem 39 toegevoerd en door de indikator 40 gemeten, waarvan de schaal direkt kan worden gekalibreerd in mm of cm beweging van de plaat 12 ten opzichte van de plaat 11. Aangezien het gedeelte 22 van de primaire wikkeling 20 een spoed heeft waardoor een lineaire overdrachtsfunktie tussen de primaire klemmen 51 en 32 en de sekun-35 daire klemmen 34 en 35 wordt verkregen wanneer de axiale positie van de buisvormige kern 50 varieert, varieert de aan de klem 39 gemeten spanning lineair van nul tot een maximumwaarde, bijvoorbeeld 10 V, wanneer de beweegbare plaat 12 van een maximum afstand naar een minimum afstand tot de vaste plaat 11 beweegt.

40 ïïit een onderzoek van de eigenschappen van de uitvinding is 7908848 - 6 -

Jr het duidelijk dat de meet- en indikatie-inrichting 44 de bovengenoemde doelstellingen bereikt.

In dit verband is het indien wordt aangenomen dat de frequentie van het door de oscillator 35 toegevoerde signaal 1 kHz is en de 5 plaat 12 ten opzichte van de plaat 11 een snelheid heeft van 1 m per sekonde, mogelijk om de bewegingen van de plaat 12 te bepalen met een nauwkeurigheid in de orde van grootte van 0,5 mm, die overeenkomt met de gemiddelde nauwkeurigheid vereist voor de machines, waarbij de inrichting 44 kan worden toegepast.

10 In vergelijking met een bekende inrichting bestaande uit een differentiale transformator, strekt de mantelkern 24 van de transformator 21 zich in lengterichting uit slechts hoofdzakelijk over ' dezelfde lengte als de te meten slag, waardoor de totale afmeting is gereduceerd tot de helft van die van de genoemde inrichting. ~-15 Behalve het sluiten van de magnetische flux opgewekt door de primaire wikkeling 20, funktioneert de kern 24 ook als een scherm tegen elke elektrische storing die zou kunnen worden opgepikt door de wikkelingen van de transformator 21 en meetfouten zou kunnen introduceren. Tenslotte biedt de mantelkern 24 een goede mechanische 20 bescherming voor de wikkelingen van de transformator 21 tegen elke slag, die de transformator zou kunnen ontvangen tijdens normaal gebruik van de machine, waaraan deze is bevestigd.

De buisvormige kern 13 kan elke lengte hebben en kan bijvoorbeeld van normaal week ijzer zijn, zodat de kosten daarvan zeer 25 laag zijn. De lengtespleet 14 verlaagt aanzienlijk de verliezen als gevolg van parasitaire stromen in de kern en verbetert het totale rendement.

Wanneer de te meten relatieve bewegingen in lengte toenemen van enkele tientallen centimeters tot enkele meters, zijn geen aan-30 zienlijke modifikaties aan het wikkelingsstelsel nodig voor de primaire wikkeling 20 en de sekundaire wikkeling 19 van de transformator 21 of voor de diverse bijbehorende elektronische voeding- en meetinrichtingen. Dit is het gevolg van het feit, dat wanneer de te • meten bewegingslengte wordt gewijzigd, de diameter en aantal windin- 35 gen van de geleidende draden voor de genoemde wikkelingen zodanig kunnen worden gewijzigd, dat op de klemmen 31 en 52 van:de primaire wikkeling 20 steeds dezelfde ingangsimpedantie aanwezig is en op de klemmen 34 en 35 van de sekundaire wikkeling 19 steeds dezelfde uitgangsimpedantie aanwezig is, maar dat er steeds een spanning is 40 die wanneer gelijkgericht en versterkt, steeds varieert tussen de- 7908848 ' 5. ·& - 7 - zelfde minimum, waarde ("bijvoorbeeld nul Tolt) en dezelfde maximum waarde (bijvoorbeeld 10 Tolt). Op deze wijze is het mogelijk hetzelfde type van oscillator, gelijkrichtketen, versterker en indika-tor te gebruiken voor elke bewegingslengte van de inrichting 44· 5 ¥anneer de versterker 37 een instelbare versterking heeft en ook kan worden voorzien van een middel voor het instellen van het nulniveau, is het mogelijk een meetinrichting aan te passen voor het meten van een bepaalde beweging, bijvoorbeeld 1 meter, zodat deze een kleinere bewegingslengte kan meten, bijvoorbeeld een halve 10 meter, of kan de meetinrichting worden gebruikt bij voorkeur in het middengedeelte van de overdrachtsfunktie voor het meten van bewegingen, die bijvoorbeeld liggen tussen 20 cm en 80 cm. Door het juist instellen van de versterking van de versterker 37 en het nulniveau van het uitgangssignaal daarvan te kompenseren is het mogelijk op 15 de klem 39 een elektrisch gelijkspanningssignaal te verkrijgen met een waarde, die steeds ligt tussen dezelfde minimale en maximale waarden, welk signaal door de indikator 40 meetbaar is.

In vergelijking met optische of uit een potentiometer bestaande meetinrichting omvat de meetinrichting 44 volgens de uitvinding geen 20 elementen voor het opwekken van een elektrisch signaal, die voortdurend in beweging zijn. Daardoor ontstaat geen slijtage, waardoor een specifiek onderhoud nodig zou zijn.

Aangezien het stelsel volgens welke de primaire wikkeling 20 en de sekundaire wikkeling 19 zijn gewikkeld, wezenlijk dezelfde zijn 25 onafhankelijk van de te meten bewegingslengte en aangezien het niet nodig is elk onderdeel van de meetinrichting 44 met een hoge mate van nauwkeurigheid te konstrueren, zijn de kosten van de meetinrichting 44 laag.

Tenslotte zijn binnen het kader van de uitvinding diverse vari-30 anten mogelijk.

7908848

Claims (12)

1. Inrichting voor het bepalen van de positie van een beweegbaar orgaan ten opzichte van een vast ondersteuningsorgaan, gekenmerkt door een transformator bestaande uit een 5 ferromagnetische beweegbare kern, die vast is ten opzichte van het beweegbare orgaan, een primaire wikkeling die met een vqedingseen-heid kan worden verbonden, en . een sekundaïre wikkeling die met een verwerkingseenheid kan worden verbonden, welke primaire en sekun-daire wikkelingen mechanisch stijf ten opzichte van het vaste onder-10 steuningsorgaan zijn gemonteerd en koaxiaal ten opzichte van elkaar zijn geplaatst en in de vorm van een solenoïde zijn gewikkeld, ten einde in hun inwendige ruimte een buisvormige leiding te definiëren voor het opnemen van de beweegbare kern, waarbij elke positie van het beweegbare orgaan ten opzichte van het vaste orgaan een bijbe-15 horende koppelfaktor tussen de primaire en sekundaire wikkeling bepaalt, en waarbij een resulterend spanningssignaal uit de sekundaire wikkeling kan worden verkregen, dat rechtevenredig is aan de relatieve positie.

2. Inrichting volgens conclusie 1,met het kenmerk, 20 dat de primaire wikkeling van de transformator een eerste en een tweede gedeelte heeft, die in tegengestelde richtingen zijn gewikkeld ' en in axiale richting aan elkaar grenzen, welk eerste gedeelte is gewikkeld met een spoed, die wezenlijk kleiner is dan die van het tweede gedeelte en welke beweegbare kern kan worden ingébracht tot in de 25 buisvormige leiding slechts over een eerste lengte, die overeenkomt met de axiale afmeting van het eerste gedeelte.

3. Inrichting volgens conclusie 2, m e t h e t k e n m er k, dat het eerste en tweede gedeelte via de lucht magnetomotorische krachten opwekken, die gelijk zijn en tegengesteld teken hebben, 30 en dat het spanningssignaal, dat uit de sekundaire wikkeling kan worden verkregen, wezenlijk nul is wanneer de beweegbare kern zich buiten het eerste gedeelte van de primaire wikkeling bevindt.

. 4· Inrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat een ferromagnetische hulpkern met een in axiale rich-35 ting instelbare positie in de buisvormige leiding is geplaatst in een positie die overeenkomt met die van het tweede gedeelte van de. primaire wikkeling.

5· Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de beweegbare kern een buisvormige kon-4Ö struktie heeft. 7908848 - 9 -

6. Inrichting volgens conclusie 5» m e t liet kenmerk, dat de genoemde tuisvormige kern een axiale spleet heeft.

7· Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de volgens een solenolde gewikkelde pri-5 maire en sekundaire wikkeling binnen een ferromagnetische buisvormige mantelkern zijn opgesteld.

8. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de voedingseenheid voor de primaire wikkeling bestaat uit een oscillatorketen. 10

9· Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de oscillatorketen aan zijn uitgang een elektrisch signaal levert, dat een frequentie heeft in de orde van grootte van enkele kHz.

10. Inrichting volgens conclusie 8 of 9, m e t het k e n-m e r k, dat de oscillator een sinusvormig signaal afgeeft. 15

11* Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies^ met het kenmerk, dat de verwerkingseenheid een gelijkrichtketen voor het spanningssignaal omvat, dat uit de sekundaire wikkeling wordt verkregen.

12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, 20 dat de verwerkingseenheid een versterkerketen voor gelijkspannings-signalen omvat, die in serie is geschakeld met de uitgang van de gelijkrichtketen en die een instelmiddel voor' de versterking bevat. 15* Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de versterkerketen is voorzien van een middel voor het instellen 25 van het spanningsniveau van het uitgangssignaal. 7908848