DE1163563B - Elektromechanischer Wandler zur Erfassung mechanischer Verschiebungen. - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G Ol d

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche KL: 42 d-1/12

C 18628 IXb/42 d

19. März 1959

20. Februar 1964

Es ist ein elektromechanischer Wandler bekannt, bei dem ein langgestreckter, drehbarer zylindrischer Teil, der eine schraubenförmige Primärwicklung trägt, von einem Abtastkörper mit einer schraubenförmigen Sekundärwicklung von gleicher Steigung umfaßt wird. Bei einer Verschiebung des Abtastkörpers gegen die stromdurchflossene Primärwicklung wird in der Sekundärwicklung ein Strom induziert, der jedesmal ein Maximum durchläuft, wenn sich die Windungen der beiden Wicklungen genau gegenüberstehen. Zwischen-Stellungen zwischen diesem Maxima können dadurch mit großer Genauigkeit erfaßt werden, daß der zylindrische Teil um einen meßbaren Winkel verdreht wird, bis ein Maximum bzw. ein Nulldurchgang des induzierten Stromes auftritt.

Wenn die meßbaren Verschiebungen große Längen, z. B. mehrere Meter, erfassen sollen, so wird aus Festigkeitsgründen eine Abstützung des zylindrischen Teils an einer oder mehreren Zwischenstellen unvermeidlich. Dadurch wird aber die Verschiebung des zylindrischen Abtastkörpers behindert.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines elektromechanischen Wandlers zur Erfassung ausgedehnter gegenseitiger Verschiebungen eines langgestreckten, drehbaren zylindrischen Teils, der eine schraubenförmige Primärwicklung trägt, und eines den Primärteil mit einer schraubenförmigen Sekundärwicklung von gleicher Steigung umfasenden Abtastkörpers.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwecks Abstützung des zylindrischen¹ Teils durch Rollen an mehreren Zwischenstellen der Abtastkörper Halb schalenform hat und eine mäanderförmige Sekundärwicklung trägt, deren Teilwindungen in Schraubenlinien verlaufen.

Obwohl also der Abtastkörper den Primärteil nur teilweise umfaßt, hat sich gezeigt, daß die Einstellgenauigkeit hierunter nicht leidet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin ist

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des erfindungsgemäßen Wandlers,

Fig. 1A ein Schnitt längs der Linie X-X in Fi g. 1,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht des Sekundärteils des Wandlers nach Fig. 1,

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer mögliehen gegenseitigen Verbindung der einzelnen Sekundärelemente und

F i g. 4 ein Blockschaltbild unter Verwendung des erfindungsgemäßen Wandlers.

Nachfolgend werden die beiden gegeneinander verschieblichen Teile des Wandlers stets als Primärteil und Sekundärteil bezeichnet. Dies bedeutet jedoch Elektromechanischer Wandler zur Erfassung
mechanischer Verschiebungen

Anmelder:

Canadian Westinghouse Company Limited,

Hamilton, Ontario (Kanada)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,

München 22, Widenmayerstr. 46

Als Erfinder benannt:

Frans Brouwer, Ancaster, Ontario (Kanada)

Beanspruchte Priorität:
Kanada vom 1. April 1958

nicht, daß der Primärteil nicht auch zur Abnahme von Spannungen dienen könnte.

In Fig. 1 ist ein zylindrischer Träger 10 dargestellt, der aus Isoliermaterial oder auch gegebenenfalls aus Metall bestehen kann. Statt des dargestellten Hohlzylinders könnte auch ein massiver zylindrischer Stab Verwendung finden. Auf der Oberfläche des Trägers 10 sind Leiter 11 angebracht, die z. B. doppelt schraubenförmig ausgeführt sein können, so daß Hin- und Rückleitung jeweils miteinander abwechseln.

Die Leiter 11 können entweder auf der Oberfläche des Trägers oder wie bei den Leitern 11^4 gezeigt, in einem Gewinde derselben angebracht sein. In beiden Fällen sind die Zwischenräume zwischen den Leitern und dem Teil 10 vorzugsweise mit einem Isoliermaterial ausgefüllt, um eine im wesentlichen glatte Oberfläche zu erzielen, so daß die Außenfläche des Primärteils des Wandlers glatt erscheint.

Unter dem langgestreckten Primärteil befindet sich eine Stütze in Form einer Rolle 12, die auf einer Achse 13 gelagert ist. Die Achse ihrerseits ist in nicht dargestellter Weise im Gestell des Wandlers angeordnet. Es können auch trogartige Lager Verwendung finden, die jedoch die Drehung des Primärteils gestatten müssen und die Bewegung des Sekundärteils nicht stören dürfen. Die Stellung der Achse 13 ist fest relativ zur Längs- und Vertikallage des Primärteils.

Der verschiebbare Sekundärteil 15 besitzt einen Träger 14, der aus Isoliermaterial bestehen kann. Von

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außen kann dieser Träger beliebige Querschnittsform haben, jedoch ist er innen so gestaltet, daß er teilweise den Primärteil umgibt, und zwar ist vorzugsweise die Innenfläche eine Rotationsfläche mit der gleichen Achse wie der Primärteil, aber mit etwas größerem Radius. Das Ausmaß, in welchem der Sekundärteil den Primärteil umfaßt, kann an sich beliebig gewählt werden. Da jedoch die Stärke der vom Wandler erzeugten Signale von der gegenseitigen Kopplung zwischen den beiden Teilen abhängt, soll vorzugsweise der Sekundärteil den Primärteil soweit wie möglich umfassen, ohne daß er mit den Rollen 12 in Berührung kommt. Auf der Innenseite des Sekundärteils sind Leiter 16 in gleicher Weise wie die Leiter 11 oder 11A an dem Träger 10 angebracht und mit Klemmen 21 verbunden.

Die einzelnen Leiter sind gemäß F i g. 2 angeordnet, wo sie eine bifilare Wicklung bilden. Selbstverständlich soll ihre Steigung und Ganghöhe derjenigen der Leiter auf dem Teil 10 entsprechen. Es braucht nicht die gleiche Anzahl von Leitern je Längeneinheit vorhanden sein, aber das Verhältnis dieser Anzahl zu derjenigen der Leiter je Längeneinheit des Primärteils soll konstant sein.

Eine andere Wicklungsart ist in Fig. 3 gezeigt. Hier hat die bei der Klemme 17 beginnende Wicklung eine durch die Pfeile angegebene Wicklungsrichtung und ist an ihrem Ende mit einer an der Klemme 18 endenden Rücklaufwicklung verbunden. Eine zweite Wicklung ist so angeordnet, daß ihre Leiter jeweils zwischen den Leitern der ersten und zweiten Wicklung liegen. Diese Wicklung beginnt bei der Klemme 19 und endet bei der Klemme 20. Wenn z. B. ein Leiter des Primärteils längs der Linie A-A in Fig. 3 verläuft, so hat ein in der Sekundärwicklung induzierter Strom unter Annahme eines endlichen Abschlußwiderstandes zwischen den Klemmen 17 und 18 für eine bestimmte Richtung der Stromänderung in der Primärwicklung die durch die Pfeile angegebene Richtung.

Im Betrieb ist der Wandler so angeordnet, daß eine Drehung des Primärteils möglich ist. Ein Durchhang des Primärteils wird durch die Rollen 12 verhindert, die ihn von unten unterstützen und doch seine Drehung mit minimaler Reibung gestatten. Zwar ist nur ein Rollenpaar 12 gezeigt, aber weitere Rollen oder andere Stützen können je nach der Länge des Wandlers über dieselbe verteilt sein. Ferner kann im Betrieb der Sekundärteil axial zum Primärteil verschoben werden. Wie erwähnt, soll die Form dieses Sekundärteils so gewählt sein, daß eine solche Verschiebung ohne Störung durch die Rollen 12 oder andere Stützen des Primärteils möglich ist.

Im Betrieb kann ein Wechselstrom den Leitern 11 des Primärteils zugeführt und der im Sekundärteil 15 induzierte Strom gemessen werden. Es kann aber auch der Sekundärteil mit Strom versorgt und die Ausgangsspannung oder der Ausgangsstrom des Primärteils zur Messung verwendet werden.

Eine weitere Betriebsweise, die insbesondere an die Anordnung nach Fig. 3 angepaßt ist, ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Hier wird der Primärteil von einer Wechselstromquelle 22 über Bürsten 23 und 24 und Schleifringe 25 und 26 gespeist. Die Ausgangsspannung an den Sekundärklemmen 19 und 20 wird über Leiter 27 einem Komparator 28 zugeführt. Ferner erhält der Komparator 28 ein Bezugssignal von einer Bezugsquelle 29 über Adern 30. Die Ausgangsspannung des Komparators wird über Adern 31 einem Verstärker 32 zugeführt. Der Ausgangsstrom

ίο dieses Verstärkers gelangt über Adern 33 auf die Stromquelle 22.

Diese Schaltung ist so angeordnet, daß das Signal von den Klemmen 19 und 20 verwendet wird, das seinen Größtwert erreicht, wenn das Signal an den Klemmen 17 und 18 verschwindet. Dieses Maximalsignal soll unabhängig von der Nullstellung konstant sein. Da es mit einem konstanten Bezugssignal im Komparator 28 verglichen wird, erzeugen Änderungen des Signals an den Klemmen 19 und 20 Ände-

ao rungen der Ausgangsspannung des Komparators. Diese Änderungen können durch Ungleichförmigkeiten des Wandlers oder andere Ursachen erzeugt werden, sind jedoch in jedem Falle unerwünscht.
Die Ausgangsspannung des Komparators wird deshalb verstärkt und auf die Stromquelle 22 rückgekoppelt. Diese Stromquelle ist so angeordnet, daß ein Spannungsanstieg an den Klemmen 19 und 20 bewirkt, daß die Stromquelle ihre Ausgangsamplitude verringert und umgekehrt.

Das an den Klemmen 17 und 18 abgenommene Signal ist dagegen für kleine Verschiebungen aus einer Nullstellung proportional zu dieser Verschiebung. Der Proportionalitätsfaktor ist nun wegen der geschilderten Gegenkopplung konstant und durch Ungleichförmigkeiten des Wandlers nicht beeinflußt. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn der Wandler für Interpolationszwecke zwischen Nullstellen verwendet werden soll, indem die Amplitude des an den Klemmen 17 und 18 abgenommenen Signals gemes-

sen wird.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektromechanischer Wandler zur Erfassung ausgedehnter gegenseitiger Verschiebungen eines

   langgestreckten, drehbaren zylindrischen Teils, der eine schraubenförmige Primärwicklung trägt, und eines den Primärteil mit einer schraubenförmigen Sekundärwicklung von gleicher Steigung umfassenden Abtastkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Abstützung des zylindrischen Teils (10) durch Rollen (12) an Zwischenstellen der Abtastkörper (14) HaIbschalenform hat und eine mäanderförmige Sekundärwicklung (16) trägt, deren Teilwindungen in Schraubenlinien verlaufen.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschrift Nr. 2 650 352;
   Feinwerktechnik, Jg. 62 (1958), Heft 7, S. 227 bis 232.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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