DE1295204B

DE1295204B - Messeinrichtung zur Umformung mechanischer Verschiebungen in elektrische Groessen

Info

Publication number: DE1295204B
Application number: DES76768A
Authority: DE
Original assignee: SCULLY JONES CO
Current assignee: SCULLY JONES CO
Priority date: 1960-11-21
Filing date: 1961-11-20
Publication date: 1969-05-14
Also published as: GB1006691A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung mit F i g. 2 ist ein zusammen mit der Einrichtung nach

zwei relativ zueinander verschiebbaren Bauteilen, von F i g. 1 verwendbares Schaltbild, welches die Wirdenen das eine stabförmig ausgebildet ist und zwei kungsweise der Einrichtung nach Fig. 1 innerhalb Gruppen von unter sich gleich langen und sich in gewisser Grenzen beeinflußt; Verschiebungsrichtung abwechselnden Abschnitten 5 F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsform, die auf unterschiedlicher elektrischer oder magnetischer den magnetischen Eigenschaften eines Maßstabs beEigenschaften aufweist und das andere ein Meßkopf ruht;

mit mindestens einer Abfühlanordnung ist, die auf F i g. 4 ist ein Schaltbild für die Ausführungsform

die unterschiedlichen Eigenschaften anspricht. nach Fig. 3;

Bei einer aus der deutschen Patentschrift 872643 io Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, welche die bekannten Meßeinrichtung dieser Art besteht das Anwendung einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung stabförmige Bauteil aus einer Schraubenspindel, und nach Fig. 3 auf eine Werkzeugmaschine zeigt; der Meßkopf besteht aus einer schraubenmutterartig Fig. 6 dient zur Erläuterung der Wirkungsweise

ausgebildeten kapazitiven Elektrode. Die sich in Ver- der Anordnung nach F i g. 4; Schiebungsrichtung abwechselnden Abschnitte kön- 15 Fig. 7 zeigt eine ebenfalls auf dem magnetischen nen dabei aus den Zähnen der Schraubenspindel bzw. Prinzip beruhende Ausführungsform; den Zwischenräumen oder aus zwei schraubenförmi- Fig. 8 zeigt den Meßkopf für die Ausführungsgen, gegeneinander elektrisch isolierten Gewinden be- form nach F i g. 7;

stehen. Im letztgenannten Falle kann dann auch die Fig. 9 zeigt eine weitere auf dem magnetischen

Gegenelektrode zwei schraubenförmige Gewindeteile ao Prinzip beruhende Ausführungsform und enthalten. Die Abmessungen der Abf ühlanordnung Fig. 10 ein vereinfachtes Schaltbild für die Ein-

in Verschiebungsrichtung entsprechen also wenigstens richtung nach F i g. 9.

annähernd den entsprechenden Abmessungen der In Fig. 1 ist eine im ganzen mit 10 bezeichnete

Abschnitte der einen Gewindeteile. Präzisionsmeßeinrichtung gemäß der ersten Ausfüh-

Es sind auch schon entsprechend aufgebaute in- as rungsform der Erfindung dargestellt, deren Wirkungsduktive Geber mit Schraubenanker oder Zahn- weise darauf beruht, daß die elektrische Kopplung Stangenprofil und induktiver Abfühlanordnung be- von einzelnen Teilungselementen einer Maßstabkannt. anordnung 11 gemessen wird. Der Maßstab 11 ent-

Nachteilig an diesen bekannten Meßeinrichtungen hält ein zentrales Tragrohr 12, welches im vorliegenist, daß sich Schraubenspindeln, Zahnstangen u. dgl. 30 den Falle aus einem verhältnismäßig schweren Stahlnur unter erheblichem Aufwand mit solcher Genauig- rohr besteht. Der Körper 12 kann zwar auch massiv keit herstellen lassen, daß sie sich für Präzisionsmeß- ausgeführt werden, ist jedoch im vorliegenden Falle einrichtungen eignen. rohrförmig, um in seinem Inneren bestimmte elek-

Es ist ferner aus der USA.-Patentschrift 2614164 irische Leitungen unterzubringen, wie weiter unten eine induktive Gebereinrichtung bekannt, die einen 35 noch erläutert werden wird. Der Körper 12 verläuft in einer Spulenanordnung längsverschiebbaren Ma- größtenteils innerhalb einer isolierenden Hülse 13. gnetkern enthält. Um eine lineare Abhängigkeit der Der insgesamt mit 11 bezeichnete Maßstab enthält

Induktivitätsänderung von der Verschiebung des Ma- eine erste Gruppe von Teilungselementen 21 bis 29, gnetkernes bezüglich der Spulenanordnung zu er- die über die Hülse 13 geschoben sind und vorzugsreichen, ist der verschiebbare Magnetkern aus Schei- 40 weise alle aus dem gleichen Material bestehen. Diese ben aufgebaut, die abwechselnd aus magnetischem Elemente müssen praktisch gleiche Feldkopplungsund nichtmagnetischem Material bestehen. Irgend- eigenschaften besitzen. Die Elemente 21 bis 29 bewelche Maßstabsfunktionen haben diese Scheiben je- stehen alle aus einem gut isolierenden Werkstoff. Die doch nicht. Dielektrizitätskonstante dieser Teilungselemente muß

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- 45 also hoch sein. Diese Elemente haben durchweg gründe, eine Meßeinrichtung der eingangs genannten gleiche Abmessungen. Sie bestehen in Wirklichkeit Art anzugeben, die sehr genau ist und trotzdem mit aus einer Reihe von Ringen. Beispielsweise können geringem Aufwand hergestellt werden kann. sie aus Steatit oder aus Glas gefertigt werden, und

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch vorzugsweise wird ein Werkstoff für diese Ringe gegelöst, daß die Abschnitte aus zwei Gruppen von 50 wählt, welcher eine Wärmedehnungszahl gleich der-Ringen bestehen, die abwechselnd auf einen Träger- jenigen des Körpers 12 besitzt. Der Maßstab 11 kann kern aufgereiht sind. natürlich auch mehr als neun Teilungselemente der

Die einzelnen Ringe können leicht mit der erfor- ersten Gruppe enthalten.

derlichen Genauigkeit hergestellt werden, außerdem Weiterhin enthält der Maßstab 11 eine zweite

ist es nur erforderlich, daß jeweils ein Paar von Rin- 55 Gruppe von Teilungselementen 31 bis 39, die zwigen aus den beiden Gruppen eine vorgegebene Ab- sehen den Elementen 21 bis 29 der ersten Gruppe messungstoleranz hat. Durch Verspannen der Ringe liegen. Auch die Elemente der zweiten Gruppe beauf einem Trägerstab können außerdem geringe sitzen gleiche Feldkopplungseigenschaften, die jedoch Übertoleranzen ausgeglichen werden. Auch eine Tem- erheblich verschieden von den Eigenschaften der EIeperaturkompensatibn ist relativ einfach durchzufüh- 60 mente der ersten Gruppe sein müssen. Die Elemente ren, wie noch erläutert wird. der zweiten Gruppe bestehen aus elektrisch leitendem

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Material. Die Abmessungen der Elemente 31 bis 39 Unteransprüchen gekennzeichnet. sind ebenfalls wieder alle gleich. Vorzugsweise wer-

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher den die Abmessungen der Elemente der zweiten erläutert. 65 Gruppe gleich denjenigen der Elemente der ersten

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Aus- Gruppe gewählt, jedoch ist dies nicht unbedingt erführungsform, die auf Grund der elektrostatischen forderlich, solange die axialen Längen der Elemente Feldkopplungseigenschaften eines Maßstabs arbeitet; annähernd gleich sind.

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Auf dem Maßstab 11 liegen die Elemente 21 bis letzteren Ringen Signale entgegengesetzten Vorzei-29 und 31 bis 39, vorzugsweise unter einer erheb- chens auftreten. Der Wagen bleibt also in seiner in liehen Druckkraft aneinander an. Es sind zwei Halte- F i g. 1 dargestellten Lage.

ringe 41 und 42 an den beiden Enden vorhanden, Um eine Änderung in einer Richtung hervorzu-

welche unmittelbar auf dem Rohr 12 aufsitzen und 5 bringen, kann man das Potentiometer 56 so verstellen, die Elemente 21 und 39 berühren. Auf den beiden daß es ein wesentlich kleineres Ausgangssignal liefert Enden des Rohres 12 befindet sich ein Gewinde, auf als das Potentiometer 58. Der Servomotor 61 wird welches zwei Muttern 43 und 44 aufgeschraubt sind. dann über dem Verstärker 59 von der Differenz der Die Länge des Maßstabes 11 kann also durch die an seinem Eingang liegenden Signale erregt. Infolge-Schrauben, durch welche die Elemente beider Grup- io dessen dreht sich die Spindel 55 mit einer von der pen mehr oder weniger zusammengedrückt werden, Phasenlage am Eingang des Verstärkers gegebenen eingeregelt werden. Richtung. Der Wagen 54 bewegt sich in F i g. 1 nach

Die Meßeinrichtung 10 enthält ferner Meßmittel rechts, so daß das von dem Ring 51 gelieferte Signal zur Lieferung von elektrischen Signalen, welche die und somit das von dem Potentiometer 56 gelieferte Feldkopplungseigenschaften der Teilungselemente 15 Signal sich verkleinert, jedoch das Ausgangssignal wiedergeben. Diese Meßmittel bestehen aus drei elek- von dem mittleren Ring 52 und dem zugehörigen Potrisch leitenden Ringen 51, 52 und 53. Die Meß; tentiometer 57 steigt. Man kann zur Erzielung deselemente 51 bis 53 sind auf einem Wagen 54 be- selben Ergebnisses auch das Potentiometer 58 entfestigt, der auf einer Führungsspindel 55 ruht. Die sprechend einregeln. Es läßt sich also die endgültige leitenden Ringe 51 bis 53 berühren die Teilungs- 20 Lage des Wagens mit diesen Potentiometern sehr geelemente des Maßstabes 11 nicht, sondern es besteht nau einstellen. Der Wagen 54 wandert jeweils in eine ein kleiner Zwischenraum zwischen dem Maßstab 11 Lage, in welcher die Eingangsspannung des Verstär- und den Meßringen. Die Meßringe umschließen den kers 59 annähernd Null ist.

Maßstab 11, um Verschiedenheiten der Lage der Tei- Eine Bewegung des Wagens in umgekehrter Rich-

lungselemente in radialer Richtung oder eine even- 35 tung läßt sich jedenfalls durch Einregelung der Potuelle Neigung zur Achse des Rohres 12 auszukom- tentiometer 56 bis 58 erzielen, pensieren. Die axiale Länge der einzelnen Meß- Es läßt sich also eine sehr genaue Einstellung der

elemente 51 bis 53 soll gleich groß sein und etwa Meßmittel auf dem Wagen 54 und daher auch des gleich den axialen Längen der Teilungselemente des Wagens selbst erreichen. Zu diesem Zweck braucht Maßstabes 11. 30 auch nicht der Maßstab 11 sehr genau hergestellt zu

Der Ring 51 ist elektrisch an eine Klemme eines werden. Es werden also beispielsweise die Ringe mit Potentiometers 56 angeschlossen, dessen andere einer Dicke von 2,5 mm gewählt, und es gelingt dann, Klemme an Erde liegt. Ebenso liegt der Ring 52 an die Stellung des Wagens bis auf 2,5 · 10~³ cm genau einem Potentiometer 54 und der Ring 53 an einem vorherzubestimmen. Mit sehr genauer Voreinstellung Potentiometer 58. Die Schleifkontakte dieser Poten- 35 und geeignet gewählten Teilungselementen läßt sich tiometer liegen am Eingang eines Verstärkers 59, der selbst noch eine höhere Auflösung oder Empfindlichauf einem Servomotor 61 arbeitet. Der Motor 61 keit von etwa 2,5 · 10~⁵ cm erreichen, dreht die Spindel 55 und bewegt somit den Wagen 54 In dem Maßstab 11 ist die axiale Länge der Tei-

längs dem Maßstab 11. lungselemente nicht der wichtigste Faktor. Weiterhin

Die Meßeinrichtung 10 enthält ferner Mittel zur 40 ist es nicht erforderlich, daß die leitenden Elemente Zuführung von Signalen an die Elemente 31 bis 39. 31 bis 39 dieselbe kritische Länge wie die isolieren-Dieser Teil der Einrichtung enthält eine Wechsel- den Elemente 21 bis 29 haben. Die leitenden EIespannungsquelle 62. Ihre eine Klemme 63 liegt an je mente 31 bis 39 können z. B. etwas langer als die zwei leitenden Teilungselementen, die durch ein wei- isolierenden Elemente 21 bis 29 gewählt werden. Der teres leitendes Teilungselement getrennt sind, d. h., 45 wichtigste Punkt ist die Länge jedes Paares von Rindie Klemme 63 liegt an den Elementen 31, 33, 35, gen. Um die größte Genauigkeit zu erreichen, muß 37 und 39. Die andere Klemme 64 liegt an den übri- also die Länge jedes Paares von Ringen, beispielsgen leitenden Elementen, nämlich an 32, 34, 36 und weise des Paares 21, 31, möglichst gleich der Länge 38. Wenn also die geradzahligen leitenden Teilungs- des nächsten Paares 22, 32, gemacht werden, elemente mit einem positiven Signal versorgt werden, 50 Das Verhältnis der Längen der Meßelemente 51 liegen die ungeradzahligen Elemente an einem nega- bis 53 zu den Längen der Teilungselemente ist im tiven Signal und umgekehrt. Interesse einer genauen Messung ebenfalls wichtig.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anord- Wenn die Meßelemente in ihrer Axialrichtung wesentnung nach F i g. 1 sei angenommen, daß der Wagen lieh kleiner als die Teilungselemente gewählt werden, 54, der dem Schlitten einer Werkzeugmaschine ent- 55 so würde eine geringe Verschiebung des Wagens sprechen möge, in der in F i g. 1 dargestellten Lage gegenüber der Nullstellung (F i g. 1) keine merkliche gegenüber dem Maßstab 11 liegt und daß die Poten- Änderung im Verstärkereingang hervorrufen. Dies tiometer 56 und 58 etwa gleich eingestellt seien. würde aber einen Verlust an Genauigkeit bedeuten. Wenn der Generator 62 in Betrieb ist, so werden Eine starke Vergrößerung der Meßelemente gegenwegen der kapazativen Kopplung der Ringe 31 und 60 über den Teilungselementen würde ein ähnliches Er-34 mit den Meßringen 51 und 53 in diesen letzteren gebnis haben. Wenn also ein Meßelement jeweils Signale von entgegengesetzter Polarität induziert. mehrere Teilungselemente überbrücken würde, würde Wenn die Potentiometer 56 und 58 gleich eingestellt keine Verstellung mehr zustande kommen können, sind, wirken diese beiden Signale einander entgegen, da für die Meßelemente der Maßstab als praktisch da sie um 180° gegeneinander verschoben sind. Es 65 homogen erscheinen würde. Die Meßelemente müssen wird also nur ein vernachlässigbar kleines Signal im also etwa ebensolang gewählt werden wie die Tei-Ring 52 erzeugt, da dieser zwischen den beiden lei- lungselemente. tenden Ringen 32 und 33 liegt und an diesen beiden Bei der Herstellung der Teilungselemente, und

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zwar sowohl der leitenden wie der nichtleitenden Tei- auf der Basis von digitalen Signalen statt auf der lungselemente lassen sich erhebliche Ersparnisse Basis von analogen Signalen zu steuern, gegenüber der üblichen Herstellung von Maßstäben Die F i g. 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsmittels Teilmaschinen erreichen. Man kann sehr große form, bei welcher die Messung auf Grund der magne-Zahlen von Teilungselementen herstellen und die 5 tischen Eigenschaften des Maßstabs und nicht mehr, Dicke der Ringe durch Schleifen oder durch ähnliche wie in F i g. 1, auf Grund seiner elektrischen Eigen-Schritte in sehr engen Grenzen halten. Auf diese schäften durchgeführt wird. Die im ganzen mit 100 Weise läßt sich auf billigem Wege die axiale Länge bezeichnete Meßeinrichtung enthält einen im ganzen der Ringe genau überwachen. Ferner läßt sich bei mit 101 bezeichneten magnetischen Maßstab. Ein dem Aufbau des Maßstabs 11 durch Anpassung der io Stahlstab 102 stellt den Tragkörper für den ganzen Ringpaare die kritische Abmessung noch besser ein- Maßstab dar. Auf diesem Stab 102 ist eine erste halten. Ein weiteres Verfahren zur Erreichung einer Gruppe von Teilungselementen 111 bis 115 angegenauen axialen Abmessung der Teilungselemente bracht, welche aus einem hochpermeablen magnedes Maßstabs 11 besteht darin, die Teilungselemente tischen Material bestehen. Die Teilungselemente 111 bis auf die gewünschte Dicke durch Elektrolyse zu i₅ bis 115 können beispielsweise aus Stahl mit guten bringen, nachdem man sie mit etwas zu geringer Alterungseigenschaften hergestellt werden. Vorzugs-Dicke hergestellt hatte. Der entscheidende Vorteil des weise soll der Stahl von derselben Art sein, wie er erfindungsgemäßen Maßstabs 11 liegt nämlich darin, für die Fabrikation von Werkzeugmaschinen gemäß daß man ihn aus einzelnen Teilen aufbauen kann dem Folgenden verwendet wird. Der Maßstab 101 und daß er nicht durch genaue Teilung eines einzigen ao enthält ferner eine zweite Gruppe von Teilungs-Körpers hergestellt werden muß. Eine endgültige Ein- elementen 121 bis 125, die auf dem Stab 102 abregelung des Maßstabs kann auch noch durch die wechselnd mit den Elementen 111 bis 115 angebracht Muttern 43 und 44 bewerkstelligt werden. Die so aus- sind. Die Elemente 121 bis 125 sind ebenso wie die geübten Druckkräfte verteilen sich gleichmäßig über Elemente der ersten Gruppe alle gleich groß. Weiterden ganzen Maßstab, da die Ringe auf der Hülse 13 25 hin sind gemäß einer bevorzugten Ausbildung der in gleiten können. Nach dem Zusammenbau des Maß- Fig. 3 dargestellten Ausführungsform die Abmessunstabs kann man also eine geringe Übergröße durch gen der Elemente der ersten Gruppe identisch mit die erwähnten Muttern leicht korrigieren. den Abmessungen der Elemente der zweiten Gruppe,

Die Meßeinrichtung nach F i g. 1 stellt im Grunde obwohl diese Abmessungen auch geringfügig voneineine Analogvorrichtung dar, und die Potentiometer 30 ander abweichen können, solange keine Schwankung 56 bis 58 müssen also genau geeicht werden, um die der axialen Länge innerhalb der Elemente einer gewünschte Einstellgenauigkeit zu erreichen. Ferner Gruppe auftritt. Die Elemente 121 bis 125 sind jesind die Signalamplituden nicht unbedingt linear von doch aus einem Material geringer Permeabilität geder Stellung der Meßelemente längs des Maßstabs 11 fertigt und haben also andere Feldkopplungseigenabhängig. 35 schäften als die Elemente der ersten Gruppe. Die

F i g. 2 veranschaulicht eine Schaltung, die für die Elemente 121 bis 125 können beispielsweise aus unma-Einrichtung nach F i g. 1 an Stelle der Potentiometer gnetischem rostfreiem Stahl mit guten Alterungs-56 bis 58 verwendet werden kann, um zu einem Digi- eigenschaften gefertigt werden, obwohl man auch antalcharakter für die ganze Meßeinrichtung zu korn- dere unmagnetische Materialien verwenden kann, men. In F i g, 2 ist ein leitender Aufnahmering 71 40 Wie bei der an Hand der F i g. 1 beschriebenen dargestellt, welcher den Maßstab 11 umschließt. Der Ausführungsfarm sind die Teilungselemente 111 bis Ring71 kann einer der drei Ringe51 bis 53 in Fig. 1 115 und 121 bis 125 praktisch Ringe. Ihre Mittelsein. Der Ring 71 liegt an der Primärwicklung 72 öffnungen sind groß genug, um ein gewisses radiales eines Umwandlungstransformators 73, der ein Ring- Spiel auf dem Stab 102 zu erlauben. Auf der linken transformator ist. Zwischen den Ring 71 und die 45 Seite dieses Stabs befinden sich in F i g. 3 ein Halte-Wicklung 72 wird dabei noch ein Verstärker 75 ge- ring 128 und eine Mutter 129, die auf den Stab 102 schaltet. aufgeschraubt ist. Eine entsprechende Konstruktion

Der Transformator 73 ist mit vier einzelnen Sekun- ist am anderen Ende des Stabs vorhanden, jedoch in därwicklungen 81, 82, 84 und 88 ausgerüstet. Die der Zeichnung nicht mit dargestellt. Die Trenn-Windungszahl jeder dieser Wicklungen ist verschie- 50 elemente werden also auch bei dieser Ausführungsden. Für ein gegebenes Eingangssignal in der Wick- form, ähnlich wie in Fig. 1, durch die Mutter auflung 72 können also die Wicklungen 81, 82, 84 und einandergedrückt.

so bemessen werden, daß sie verschiedenen Aus- Die im ganzen mit 100 bezeichnete Meßeinrichtung

gangssignalen mit Amplituden entsprechend einer in Fig. 3 enthält auch eine Meßeinheit 130, die in Verschiebung um das 0,1-, 0,2-, 0,4- bzw. 0,8fache 55 Fig. 3 teilweise im Querschnitt dargestellt ist. Diese der axialen Länge der Teilungselemente entsprechen. Meßeinheit 130 enthält zunächst ein Gehäuse 131, Die Sekundärwicklungen des Transformators 73 sind 132. Der größte Teil des Gehäuseteils 132 ist in elektrisch an eine Addierschaltung 89 angeschlossen, F i g. 3 weggebrochen gezeichnet, um die wichtigsten wobei noch ein Schalter in jeder Zuleitung liegt. Die Bestandteile der Meßeinheit sichtbar zu machen. Die Addierschaltung 89 liegt ihrerseits an dem Servo- 60 beiden Gehäusehälften werden mittels geeigneter BoI-motor 61 über einen geeigneten Stromkreis, der einen zen 133 zusammengehalten.

Verstärker nach Art des Verstärkers 59 in F i g. 1 Ein erstes Spulengehäuse 134 ist innerhalb einer

enthält. Es ist zu beachten, daß drei Einheiten der in Aussparung an der linken Seite der Meßeinheit 130 F i g. 2 dargestellten Art erforderlich sind, um eine montiert. Das Spulengehäuse 134 schließt zwei Transvollständige Interpolation zum Ersatz für die durch 65 formatorspulen 136 und 137, von denen die Spule die Potentiometer 56 bis 58 bewirkte Interpolation zu 137 in zwei Hälften beiderseits der Spule 136 aufgeschaffen. Die Schaltung nach F i g. 2 macht es mög- spalten ist. Ein Spulenbefestigungskörper 138 trägt die lieh, die gewünschte Bewegung der Meßeinrichtung Spulen innerhalb des Gehäuses 134. Auf der rechten

Seite der Meßeinheit 130 ist eine ähnliche Spulenanordnung vorgesehen. Die Meßeinheit enthält somit einen zweiten Spulenträger 141, auf welchem zwei Transformatorspulen 142 und 143 angebracht sind. Die Spule 143 ist wieder in zwei Hälften beiderseits der Spule 142 zerlegt. Die Spulen sind zwischen dem Spulenträger 141 und einem Gehäuse 144 angeordnet, wobei sich die gesamte Spulenanordnung in einer geeigneten Vertiefung 145 des Gehäuses 131,132 befindet.

Das rechte Ende des Gehäuses 131, 132 ist mit einer verhältnismäßig großen und mit einem Gewinde versehenen Öffnung 146 ausgerüstet, in welche ein Spulenverschiebungskörper 147, der auch die Spulen auf Mitte einstellt, eingeschraubt ist. Der linke Teil 148 dieses die Spulen zentrierenden Körpers ist gemäß Fig. 3 mit einer Ringnut 149 versehen. Das Spulengehäuse 144 trägt eine Mehrzahl von radialen Öffnungen, von denen nur die Öffnung seinerseits an einer geeigneten Gleichspannungsquelle liegt. Die Basiselektrode 163 liegt ebenfalls an der Gleichspannungsquelle über einen Widerstand 169 und einen parallel dazu liegenden Kondensator 171. Außerdem ist die Basiselektrode 163 über einen Kondensator 172 geerdet. Die Schaltung nach F i g. 4 enthält weiterhin einen verhältnismäßig einfachen Phasendetektor 180, der aus zwei Dioden 174 und 175 besteht. Die Dioden 174 und 175 sind an den

ίο beiden Enden der Sekundärwicklung 176 des Transformators 177 einander entgegengeschaltet. Die Primärwicklung 178 des Transformators 177 liegt an derselben Spannung wie die Primärwicklung 136 und 143 der Meßeinheit 130. Die Sekundärwicklung 176 ist mit einer geerdeten Mittelanzapfung versehen. Die Kathode jeder Diode 174 und 175 liegt an der Kollektorelektrode 167 des Transistors 164. Für die Diode 174 besteht der Kopplungskreis aus einem Widerstand 181, der parallel zu einem Kondensator

151 in der Zeichnung dargestellt ist. Vorzugsweise 20 182 und in Reihe mit einem Kondensator 183 liegt, werden drei oder mehr solche Öffnungen vorgesehen. Die Schaltung für die Diode 175 ist entsprechend An der Basis jeder dieser Öffnungen 151 ist eine
kleine Kugel 152 in Berührung mit der Ringnut 149

im Spulenzentrierkörper 147 vorgesehen. Die Kugel 152 wird durch eine geeignete Einstellschraube 153 fixiert. Die Kugellager, d. h. die Kugeln 152 dienen zur Übertragung eines axialen Drucks vom Spulenzentrierkörper 147 auf das Spulengehäuse 144, erlauben jedoch eine Drehbewegung des Spulenzentrieraufgebaut und besteht aus einem Widerstand 184, der parallel zu einem Kondensator 185 und in Reihe mit einem Kopplungskondensator 183 liegt. Die gemeinsame Klemme der Widerstände 181 und 184 und der Kondensatoren 182 und 185 liegt über einen Widerstand 186 an Erde. Die beiden Dioden 174 und 175 stellen also einen gewöhnlichen Phasendetektor dar, dessen Ausgangsklemmen mit 187 und 188 bezeich-

körpers ohne Drehung des Spulengehäuses oder der 30 net sind. Ein Sender 189 liegt an den Ausgangsklemzugehörigen elektrischen Spulen. Mit dieser Kon- men 187 und 188. In einem automatischen Steueraxial

struktion kann man also die Spulen 142, 143 zur Meßeinheit 130 und relativ zu den anderen Spulen 136, 137 verschieben. Eine Feststellschraube 155 dient zur Arretierung des Spulenzentrierkörpers 147 in jeder gewünschten Lage.

Der Maßstab 101 reicht durch die gesamte Meßeinheit 130 hindurch, berührt jedoch diese Meßeinheit nicht. Die beiden Gehäuseteile, die Spulensystem würde natürlich das an diesen Klemmen abgenommene Ausgangssignal einem geeigneten Verstärker und dann einem Motor zugeführt werden. Die Stromversorgung für den Transistor 164 in F i g. 4 ist verhältnismäßig einfach und besteht aus einer zusätzlichen Sekundärwicklung 191 des Transformators 177. Die Sekundärwicklung 199 ist mit einer Diode 192 verbunden, welche ihrerseits an die

gehäuse, die Spulendrahtkörper und der Zentrierkör- 40 Widerstände 168 und 169 im Kollektorkreis bzw.

per der Meßeinheit 130 sind alle mit Mittelöffnungen Basiskreis des Transistors angeschlossen ist. Zu dem

ausgerüstet, welche groß genug sind, um den Maß- Gleichstromversorgungskreis liegt ein Kondensator

stab zu umschließen, ohne ihn zu berühren. 193 parallel.

F i g. 4 zeigt eine Schaltung, die für die in F i g. 3 Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Meßein-

dargestellte Ausführungsform geeignet ist. Gemäß 45 richtung 100 sei zunächst angenommen, daß die

F i g. 4 sind die beiden Transformatorwicklungen 136 Transformatorwicklungen 136 und 137 derart zu dem und 143 die Primärwicklung eines Transformators, in
welchem der Maßstab 101 den Transformatorkern
darstellt. Die Wicklungen 136 und 143 liegen in Reihe

zueinander an einer geeigneten Wechselspannungs- 5° in zwei Teile aufgeteilt ist und die beiden Hälften

quelle. Ein Potentiometer 161 kann zur einen Wick- beiderseits der Wicklung 136 liegen, arbeitet dieser

nichtmagnetischen Teilungselement 121 und dem magnetischen Teilungselement 112 liegen mögen, wie in F i g. 4 dargestellt. Da die Sekundärwicklung 137

lung parallel geschaltet werden, um einen Abgleich der Meßeinheit gemäß den folgenden Erklärungen zu ermöglichen. Eine geeignete Anzeigelampe 162 kann in den Primärkreis zur Belastungsregelung eingeschaltet werden und bewirkt, daß durch die Primärwicklungen ein praktisch konstanter Strom hindurchfließt.

Die Wicklungen 137 und 142 stellen die Meßelemente der ganzen Meßeinrichtung dar und sind auch zueinander in Reihe geschaltet, jedoch in Gegenphase. Eine Klemme des Sekundärkreises des Transformators liegt an der Basiselektrode 163 eines Transistors 164, während die andere Sekundärwicklungsklemme des Transformators an Erde liegt. Der Emitter 165 des Transistors 164 liegt über einen Widerstand 166 an Erde. Die Kollektorelektrode 167 des Transistors liegt an einem Lastwiderstand 168, der Teil des Transformators so, als wenn beide Wicklungen auf denselben Punkt eingestellt sein würden. Praktisch dieselbe Wirkung kann durch Benutzung einer bifilaren Wicklung für die Primärwicklung und Sekundärwicklung erreicht werden oder auch dadurch, daß man die Primärwicklung in zwei Hälften aufteilt und diese beiden Hälften beiderseits der Sekundärwicklung anbringt. Wenn die Wicklungen 136 und 137 sich in der in F i g. 3 dargestellten Lage befinden, werden die Wicklungen 142 und 143 auf die Stoßstelle zwischen dem magnetischen Element 113 und dem unmagnetischen Element 123 eingestellt. Bevor die Meßeinrichtung in Betrieb genommen wird, muß man die Spulen 142 und 143 einregeln, um die vorstehend definierte Bedingung zu erfüllen, und dies geschieht mittels des Spulenzentrierkörpers (Fig. 3).

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Wenn die Transformatorwicklungen 136, 137, 142 ist, wird also durch die Polarität des Ausgangssignals und 143 gemäß dem Vorstehenden eingestellt worden des Phasendetektors 180 angezeigt und kann unsind und wenn die Primärwicklungen 136 und 143 mittelbar an dem Meßinstrument 189 abgelesen weran eine geeignete Wechselspannungsquelle ange- den. Man sieht natürlich, daß das Gleichstromausschlossen sind, werden in beiden Sekundärwicklungen 5 gangssignal des Phasendetektors 180 verstärkt und 137 und 142 Wechselstromsignale induziert. Diese zum Antrieb eines Servomotors benutzt werden kann, Wicklungen sind jedoch einander entgegengeschaltet. welcher die Meßeinheit wieder auf die Trennlinie Außerdem sind die Primärwicklung und die Sekun- zweier Elemente wie in der Ausführungsform nach därwicklung der beiden Teile der Meßeinheit 130 Fig. 1 einstellt.

praktisch miteinander identisch, so daß die Ampli- io Die Fig. 5 zeigt die Meßeinrichtung nach Fig. 3 tuden der in den Sekundärwicklungen erzeugten und 4 in der Anwendung auf eine verhältnismäßig Signale gleich sind. Es kann notwendig sein, die einfache Werkzeugmaschine und dient dazu, die Schaltung noch geringfügig nachzuregeln, um diese praktische Verwendung der Meßeinrichtung zu verGleichheit zu behalten, selbst wenn die Wicklungen anschaulichen. In Fig. 5 ist die Meßeinrichtung 130 so genau wie möglich eingestellt wurden. Dies läßt 15 auf der Grundplatte einer Vertikalbohrmaschine 200 sich mit dem Potentiometer 161 bewerkstelligen. Da angebracht. Die Befestigungseinrichtung enthält die Signale in den Sekundärwicklungen 137 und 142 einen geeigneten Halter 202, der mit der Meßeinheit in ihren Amplituden gleich sind, jedoch entgegen- 130 verschraubt ist und an dem Gestell 201 der gesetzte Phasenlage besitzen, ist das der Basiselek- Werkzeugmaschine mittels eines Klemmhebels 203 trode 163 des Transformators 164 zugeführte Signal ao befestigt wird. Die Maschine 200 enthält einen Tisch vernachlässigbar, und der Transistorverstärker liefert 204, der in horizontaler Richtung mittels einer gealso kein wirksames Wechselstromausgangssignal. Es eigneten Führungsspindel beweglich ist. Der Maßstab tritt also kein Ausgangssignal an den Ausgangs- 101 wird an den Tisch 204 angeschraubt und durchklemmen 187 und 188 auf. Diese Nullanzeige des läuft die Meßeinheit 130 in derjenigen Weise, die in Phasendetektors zeigt, daß das System genau auf as F i g. 3 dargestellt ist. Die Maschine 200 besitzt ein Mitte an einem der Trennpunkte des Maßstabs 101 geeignetes Bohrfutter 205 oder andere geeignete eingestellt ist. Arbeitseinrichtungen.

Wenn die Meßeinheit längs des Maßstabs 101 in In F i g. 6 ist das Fehlersignal der Sekundärwick-

F i g. 4 nach links verschoben wird und die in F i g. 3 lungen 137 und 142 als Funktion der Verschiebung dargestellte Lage einnimmt, treten in der Schaltung 30 der Meßeinheit 130 relativ zu einer Stoßstelle zweier erheblich andere Signalbedingungen auf. Bei einer verschiedener Materialien auf dem Maßstab 101 dar-Bewegung in dieser Richtung nimmt der von den gestellt. Die hohe Empfindlichkeit der Meßeinrich-Spulen 136 und 137 umschlossene Teil des Elementes tung 100 geht aus dieser Darstellung deutlich hervor, 112 ab, und es nimmt der von diesen Spulen um- in welcher die horizontale Skala in Einheiten von schlossene Teil des Elementes 121 zu. Gleichzeitig 35 2,5 · 10~³ cm geteilt ist. Eine Verschiebung von nimmt der von den Wicklungen 142 und 143 um- 2,5 · 10~³ cm nach rechts oder links bewirkt also eine schlossene Teil des magnetischen Elementes 113 zu, Änderung des Fehlersignals um annähernd 15 Dezibel, während nur ein kleinerer Teil des nichtmagnetischen Man sieht also, daß die Meßeinrichtung 100 dieMeß-Elementesl23 innerhalb dieser Wicklungen verbleibt. einheit 130 auf jeden gewünschten Punkt längs des Die Amplitude des in der Wicklung 137 induzierten 40 Maßstabs 101 mit einer Genauigkeit von mehr als Signals nimmt also ab und diejenige des in der Wick- 2,5 ■ 10"³ cm einstellen kann. Um die Empfindlichlung 142 induzierten Signals nimmt zu. Da die Si- keit des Systems noch besser zu erläutern, sei gesagt, gnale in den Wicklungen 137 und 142 in Phasen- daß die Schaltung nach F i g. 4 eine Empfindlichkeit opposition sind, führt dies zur Entstehung eines ermöglicht, die über 10 Mikroampere je 2,5 · 10~³ cm Fehlersignals von erheblicher Amplitude im Ein- 45 Verschiebung liegt. Diese Stromangabe bezieht sich gangskreis des Transistors 164, wobei die Phasenlage auf das Gleichstromsignal an den Klemmen 187 des Fehlersignals diejenige des in der Wicklung 142 und 188.

erzeugten Signals ist. Das Fehlersignal wird verstärkt Die Meßeinrichtung 100 ermöglicht keine Unter-

und dem Phasendetektor 180 zugeleitet, der ein scheidung zwischen einzelnen Stoßstellen auf dem Gleichstromausgangssignal an den Klemmen 187 und 50 Maßstab 101. Die Meßeinrichtung dient also aus-188 liefert. Das Ausgangssignal des Phasendetektors schließlich dazu, den beweglichen Tisch 204 genau hat eine von der Phase des zugeführten Wechsel- auf eine Stoßstelle des Maßstabs einzustellen. Eine Stromsignals bestimmte Polarität. Das Meßgerät 189 weitere Einstellung des Tisches läßt sich mit anderen liefert also eine Anzeige dafür, daß die Meßeinheit Mitteln ermöglichen, beispielsweise durch eine ge-130 nicht mehr über einem sogenannten Trennpunkt 55 wohnliche, lineare Verstellung des Tisches mittels des Maßstabs 101 eingestellt ist. einer Spindel. Ein anderer Weg zur Bewerkstelligung

Die Meßeinheit 130 kann in F i g. 3 und 4 auch dieser Einstellung besteht darin, in der Befestigung nach rechts verschoben werden. Wenn dies geschieht, entweder des Maßstabs 101 oder der Meßeinheit 130 so entsteht wieder ein Fehlersignal in den Wicklungen eine Verschiebungsmöglichkeit innerhalb der Grenzen und 142. Dabei nimmt jedoch die Menge des 60 eines einzelnen Teilungselementes vorzusehen. Somit magnetischen Materials innerhalb der Wicklungen kann, wie in F i g. 5 dargestellt, der Maßstab 101 am und 137 zu und diejenige des Materials inner- einen Ende in einer Feineinstelleinrichtung 196 behalb der Wicklungen 142 und 143 nimmt ab. Die festigt werden, die ähnlich aufgebaut ist wie die Ver-Phasenlage des Fehlersignals kehrt sich also gegen- stelleinrichtung eines gewöhnlichen Mikrometers, über dem obenerwähnten Fall um, was zur Folge 65 Die axiale Lage des Maßstabs kann durch den gehat, daß das Ausgangssignal des Phasendetektors 180 wohnlichen Verstellknopf 197 eingestellt werden, nun die umgekehrte Polarität aufweist. Die Richtung, Derselbe Effekt kann aber auch auf elektrischem

in welcher die Meßeinheit 130 verschoben worden Wege durch eine Interpolationsschaltung nach Art

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der in dem kapazitiven System nach F i g. 1 darge- Der Kern 232 umschließt den magnetischen Maßstab stellten Schaltung erreicht werden. Wenn dieser 211, berührt ihn jedoch nicht. Der zusammengesetzte letztere Weg gewählt wird, so ist eine sorgfältige Maßstab 211 reicht also durch die Mittelöffnung des Eichung mit Rücksicht auf die nichtlinearen Betriebs- Ringkernes hindurch. Der Kern 232 ist hohl und ist eigenschaften des Systems erforderlich. 5 im übrigen nicht geschlossen. Er besitzt vielmehr Die Meßeinrichtung 100 ist ebenso wie die Meß- einen ringförmigen Luftspalt 233, welcher dem Maßeinrichtung 10 der Fig. 1 ihrem Wesen nach eine stab211 zugewendet ist. Die Meßeinrichtung231 Nullanzeigevorrichtung. Daher ist das Verhältnis der enthält ferner eine oder mehrere Eingangswicklungen, axialen Länge der Meßelemente, in diesem Fall also wie beispielsweise die Wicklungen 234 und eine oder der Länge der Transformatorwicklungen 137 und 142 io mehrere Ausgangswicklungen, von denen aber nur zu den axialen Längen der Teilungselemente des eine Wicklung 235 dargestellt ist (F i g. 8). Die Meß-Maßstabs 101 von Bedeutung. Wenn die Teilungs- einrichtung 231 ist somit im wesentlichen ebenso aufelemente verhältnismäßig lang im Vergleich zu der gebaut wie die gewöhnlichen Meßköpfe zur Abaxialen Länge jedes Meßelementes gewählt werden, nähme von magnetisch aufgezeichneten Daten in kann eine beträchtliche axiale Verschiebung zwischen 15 Band- oder Trommelsystemen. Der einzige Unterdem Maßstab und der Meßeinheit stattfinden, ohne schied besteht darin, daß der Kern den magnetischen daß sich das elektrische Signal in der Meßwicklung Maßstab 211 vollständig umschließt, ändert. Dies bedeutet lange Toträume zwischen den Die Einrichtung nach F i g. 7 enthält ferner eine Nullpunkten, so daß die Meßeinrichtung stark ent- zweite Meßeinrichtung 241 mit einem hohlen Ringwertet wird. Wenn die Meßelemente erheblich kürzer ao kern 242, der einen Luftspalt 243 besitzt. Auch hier als die Meßspulen gemacht werden, ist es jedoch sind geeignete Eingangs- und Ausgangsspulen vorgenicht möglich, eine scharfe Nullanzeige nach F i g. 6 sehen, welche den Wicklungen 234 und 235 der ersten zu erreichen. Das Gebiet der Nullanzeige wird viel- Meßeinrichtung entsprechen, mehr verlängert, so daß eine genaue Messung über- Zur Vervollständigung des Gerätes nach F i g. 7 haupt unmöglich wird. Wenn die Teilungselemente as können die Ausgangswicklungen der zwei Meßeinrelativ zu den Meßspulen verkürzt werden, so daß heiten 231 und 241 in einen Arbeitskreis zusammenjeweils mehrere Teilungselemente auf die Gesamt- geschaltet werden, ebenso wie dies für die Sekundärlänge eines einzelnen Meßelementes entfallen, wird wicklungen 137 und 142 in F i g. 4 dargestellt ist. die Nullanzeige unmöglich, und die Trennpunkte Der axiale Abstand zwischen den beiden Meßeinkönnen nicht festgestellt werden. 30 heiten muß genau gleich dem Abstand zwischen einer Um eine scharfe Nullanzeige in jedem der Trenn- ganzen Zahl von Teilungselementen gewählt werden, punkte längs des Maßstabs 101 (F i g. 3) zu erreichen, Bei der in F i g. 7 dargestellten Anordnung ist dies muß die axiale Länge der Teilungselemente zu der der Fall, da die beiden Luftspalte der Ringkerne um axialen Länge der Meßspulen so gewählt werden, die Gesamtlänge der Teilungselemente 215, 216 und daß beide Spulen etwa halb so stark wie bei ihrer 35 225 voneinander entfernt sind. Es muß eine ungerade maximalen Kopplung mit den Trennelementen bei Anzahl von Teilungselementen gewählt werden, um der in Fig. 3 und 4 dargestellten Mittellage ge- ein richtungsabhängiges Ausgangssignal zu erhalten koppelt werden. Zu diesem Zweck muß die"gesamte wie in den Ausführungsformen nach Fig. 3 und 4. axiale Länge jedes der Meßelemente ebenso groß Die Meßeinrichtung nach F i g. 7 und 8 und ins- oder etwas kleiner als die axiale Länge der Teilungs- 40 besondere die Maßstabskonstruktion 211 ist von elemente gewählt werden, damit keine Verbreiterung einer ziemlich speziellen Anwendbarkeit und ist für des Nullanzeigebereichs auftritt und auch die ausge- Fälle bestimmt, in welchen ein verhältnismäßig großer dehnten Toträume zwischen den Nullpunkten ver- Abstand zwischen genau definierten Meßpunkten mieden werden. eingehalten werden muß. Eine erhebliche Bewegung Die F i g. 7 und 8 zeigen eine andere magnetische 45 des Maßstabs 211 in einer oder der anderen Richtung Ausführungsform, welche in vieler Beziehung der- bringt beide Meßvorrichtungen 231 und 241 in den jenigen nach F i g. 3 und 4 ähnlich ist. Bei der Aus- Bereich von magnetischen Teilungselementen des führungsform nach F i g. 7 und 8 enthält die Meß- Maßstabs. Solange beide Meßeinrichtungen magneeinrichtung einen Maßstab 211 (F i g. 7), der weit- tischen Maßstabselementen gegenüberliegen, kann gehend mit dem Maßstab 101 übereinstimmt. Der 50 man keine genaue Messung erreichen. Im allgemeinen Maßstab 211 besteht somit aus einer zentralen Trag- Falle, in welchem eine verhältnismäßig große Zahl stange 212, auf welche eine erste Gruppe von Tei- von eng benachbarten Meßpunkten vorliegt, muß die lungselementen 213 bis 217 in abwechselnder An- Konstruktion nach F i g. 7 dahingehend abgewandelt Ordnung mit den Elementen einer zweiten Gruppe werden, daß die axiale Länge der magnetischen EIe-223 bis 227 angebracht sind. Die Teilungselemente 55 mente 213 bis 217 reduziert wird, bis sie mit der 213 bis 217 bestehen aus magnetischem Material und axialen Länge der nichtmagnetischen Elemente 223 die Teilungselemente 223 bis 227 aus einem nicht- bis 227 vergleichbar ist. Auf diese Weise kann man magnetischen Material. Bei der hier zu beschreiben- eine erheblich größere Zahl von genauen Meßpunkten den Ausführungsform sind die Durchmesser der EIe- auf der gleichen Länge des Maßstabs anbringen. Wie mente beider Gruppen gleich, während ihre axialen 60 in der Ausführungsform nach F i g. 3 und 4 ist die Längen erheblich voneinander abweichen. Die ma- Länge der Meßelemente zu der Länge der Teilungsgnetischen Elemente sind erheblich länger als die elemente des Maßstabs von Bedeutung, nichtmagnetischen Elemente. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der wich-Die Ausführungsform nach F i g. 7 zeigt ferner tigste Faktor bezüglich der wirksamen Länge jedes eine Meßeinheit, welche aus einem Gehäuse 230, 65 Meßelementes die Breite des Luftspaltes. Aus diesem welches zweiteilig ausgeführt werden kann, besteht. Grunde kann man bei der Ausführungsform nach Am einen Ende des Gehäuses 230 ist eine erste Meß- F i g. 7 und 8 eine größere Dichte der genau defieinrichtung 231 mit einem Ringkern 232 angebracht. nierten Meßpunkte auf dem Maßstab erreichen als

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bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4. Jedoch klemme für den Meßapparat darstellt. Die Primärerfordert die Einrichtung nach Fig. 7 und 8 unter wicklung 342 des Eingangstransformators 339 ist an Umständen eine genauere Fabrikation, um eine über- einen geeigneten Wechselstromgenerator 343 angegroße oder ungleiche Schrägstellung der Meßeinrich- schlossen.

tungen zu der Achse des Maßstabs zu vermeiden. 5 Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Apparates F i g. 9 und 10 zeigen eine weitere Ausführungs- 300 sei zunächst angenommen, daß die Meßeinheit form, in welcher die Messung in Abhängigkeit von 330 in der in Fig. 9 und 10 dargestellten Lage zu Änderungen der magnetischen Eigenschaften der dem Maßstab 301 liegt, wobei die Trennstelle zwi-Teilungselemente durchgeführt wird. Die im ganzen sehen dem magnetischen Element 313 und dem mit 300 bezeichnete Meßeinrichtung enthält einen io leitenden Ring 323 in der Mitte zwischen den beiden magnetischen Maßstab 301, welcher wieder auf einem Meßspulen 333 und 334 liegt. Der durch die Gezentralen Tragstab 302 aufgebaut ist. Dieser Stab häuseschenkel 332 und 344 (F i g. 9) verlaufende 302 besteht vorzugsweise aus Stahl und muß eine Fluß findet einen verhältnismäßig niedrigen magneverhältnismäßig hohe Permeabilität besitzen. Auf tischen Widerstand. Dies bedeutet aber, daß ein dem Stab 302 ist eine erste Gruppe von Teilungs- 15 starker Fluß über die Meßspule 333 fließt. Der für elementen 311 bis 315 aus hochpermeablem magne- die Spule 334 über die Gehäuseschenkel 332 und 345 tischem Material angebracht. Diese Elemente ent- fließende Fluß ist wegen der kurzgeschlossenen sprechen den Teilungselementen 111 bis 115 in Wicklung 323 sehr schwach. Es tritt also ein Signal Fig. 3. Der Maßstab 301 enthält ferner eine zweite von erheblicher Amplitude an den Ausgangsklemmen Gruppe von Teilungselementen321 bis 324, die auf 20 337 und 341 in Fig. 10 auf. dem Tragstab 302 abwechselnd mit den magnetischen Der Maßstab 301 kann auf die Mitte eines der

Elementen 311 bis 315 montiert sind. Die Teilungs- magnetischen Elemente, beispielsweise des Elementes elemente jeder Gruppe müssen gleiche Länge haben, 313, unter dem Mittelschenkel 332 eingestellt werden, und vorzugsweise werden auch die Längen der EIe- Wenn das magnetische Element genau auf die Mitte mente beider Gruppen gleichgewählt. Beim vorliegen- 25 für die Spulen 333 und 334 eingestellt wird, ist die den Ausführungsbeispiel werden jedoch die Teilungs- Kopplung für beide Spulen gleich, und an den Kiemelemente 321 bis 324 aus elektrisch leitendem Werk- men 337 und 341 tritt daher kein Signal auf. Man stoff angefertigt, vorzugsweise aus Kupfer oder einem beobachtet daher stets dann die Ausgangsspannung anderen Werkstoff geringen elektrischen Wider- Null, wenn eines der magnetischen Elemente genau Standes. Der Maßstab 301 enthält also eine Reihe 30 auf die Mitte der Meßeinrichtung 330 eingestellt ist. von magnetischen Trennelementen, zwischen denen Andererseits kann der Maßstab 301 aber auch

leitende Elemente liegen, welche als Kurzschluß- relativ zu der Meßeinrichtung 330 verschoben werwicklungen dienen. den, so daß eines der kurzgeschlossenen Elemente,

Im übrigen ist die Konstruktion des Maßstabs 301 beispielsweise das Element 323 auf die Mitte der weitgehend dieselbe wie bei den oben beschriebenen 35 Meßeinheit fällt. Auch hier ist die Kopplung beider Maßstäben. Es sind also an den beiden Enden ge- Spulen 333 und 334 dann wieder gleich, und das eignete Haltemittel vorgesehen, durch welche samt- Ausgangssignal ist daher Null. Durch diese Bedinliche Teilungselemente unter Druck gehalten werden. gungen wird also eine zweite Reihe von Nullpunkten Mit den Muttern kann also innerhalb gewisser Gren- definiert.

zen die Gesamtlänge jedes Maßstabs eingestellt 4° Bezüglich F i g. 9 und 10 gelten dieselben Überwerden, legungen betreffend der axialen Längen der Teilungs-Die Meßeinheit 330 für das Meßgerät 300 enthält elemente und der Meßvorrichtungen. Wenn also die ein ringförmiges Gehäuse 331 aus magnetischem magnetischen Elemente 311 bis 315 verhältnismäßig Material mit zwei inneren ringförmigen Hohlräumen lang gegenüber der Gesamtlänge der Meßeinrichtung von praktisch gleicher Größe. Diese beiden Hohl- 45 in axialer Richtung gemacht werden, wird der Nullräume sind durch eine Mittelrippe 332 aus magne- bereich so stark verbreitert, daß keine genaue Mestischem Material getrennt, die mit dem Gehäuse 331 sung mehr möglich ist. Dasselbe gilt bei Verlängerung aus einem Stück bestehen kann. Innerhalb dieses der Kurzschlußelemente 321 bis 324. Wenn anderer-Gehäuses sind zwei Meßspulen 333 und 334 vorge- seits die Teilungselemente erheblich kürzer als die sehen. Die Meßspulen 333 und 334 besitzen Ring- 50 Meßspulen gemacht werden, kann ebenfalls keine form. Die gesamte Meßeinheit 330 ist mit einer genaue Messung mehr stattfinden, axialen Öffnung 335 ausgerüstet, durch welche der Bei jeder der beschriebenen Ausführungsformen entMaßstab 301 hindurchreicht. Auch hier berührt das hält der Maßstab eine große Reihe von einzelnen Gehäuse den Maßstab nicht. Das Gehäuse 331 kann Teilungselementen, deren Abmessungen die Lage als ein einziges Stück gegossen oder auch aus einzel- 55 von kritischen Trennpunkten auf dem Maßstab benen Teilen zusammengesetzt werden, solange dafür stimmen. Die Summe der Abmessungen der Teilungsgesorgt wird, daß an den Trennfugen kein nennens- elemente bestimmt die Gesamtlänge des Maßstabs, werter magnetischer Widerstand auftritt. Die gesamte Länge des Maßstabs kann noch inner-Die Schaltung für die Einrichtung 300 ist in halb gewisser Grenzen geregelt werden, jedoch läßt Fig. 10 dargestellt. Die beiden Meßspulen333 und 60 sich durch eine Kompression aller Teilungselemente sind zueinander in Reihe geschaltet, wobei ihre nicht eine Überdimensionierung der Länge einer grögemeinsame Klemme 337 eine der Ausgangsklemmen ßeren Zahl von Teilungselementen ausgleichen, wenn für den Meßapparat darstellt. Die Außenklemmen gleichzeitig keine Teilungselemente mit zu geringer der Spulen 333 und 334 sind an die Außenklemmen Länge vorhanden sind. Um eine maximale Genauigder Sekundärwicklung 338 eines Eingangstransfor- 65 keit zu erreichen, müssen alle Teilungselemente nach mators 339 angeschlossen. Die Sekundärwicklung strengen Vorschriften fabriziert werden, und alle des Eingangstransformators ist mit einer Mittel- Toleranzen müssen dabei positive Toleranzen sein, klemme 341 ausgerüstet, die eine zweite Ausgangs- Außerdem müssen die Teilungselemente sehr genau

gemessen werden und sodann nach Abweichungen von dem gewünschten Standardwert sortiert werden. Wenn man einen Maßstab zusammensetzt, kann man dann eine Kombination Elemente mit Toleranzen auswählen, durch welche die Summe der Abweichungen auf die ganze Maßstabslänge ein Minimum oder sogar Null wird. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Messung und Sortierung keineswegs besonders kostspielig sind, jedoch erheblich zu der endgültigen Genauigkeit beiträgt.

Bezüglich der Temperaturkompensation des Maßstabs kann man Werkstoffe für die Teilungselemente auswählen, deren Wärmeausdehnungszahlen der betreffenden Maschine gut angepaßt sind. Dies ist jedoch nicht die einzige Methode zur Erreichung einer Temperaturkompensation. Es kann sogar sein, daß man auf diesem Wege noch nicht einmal die beste Temperaturkompensation erreicht. Ein anderer Weg zur Bewerkstelligung einer Temperaturkompensation besteht in der Benutzung von Teilungselementen von ao sich gegenseitig kompensierenden Wärmeausdehnungszahlen. Bei der Einrichtung nach F i g. 3 und 4 kann beispielsweise die Aufgabe gestellt sein, den Maßstab an Chromstahl mit einer Wärmeausdehnungszahl von 6 · 10~⁶ je ° C anzupassen. Eine thermische Anpassung läßt sich dann durch Benutzung von Elementen aus nichtrostendem Stahl mit einer Wärmeausdehnungszahl von 12 · 1O^-6 je ⁰C und magnetischen Elementen mit einer Wärmeausdehnungszahl von etwa Null erreichen.

Auf ähnliche Weise kann das Material für den Tragstab des Maßstabes einen Einfluß auf die effektive Wärmeausdehnungszahl des fertigen Maßstabs haben. Ein Tragstab mit einer sehr geringen Wärmeausdehnungszahl läßt sich dazu benutzen, eine unerwünscht hohe Wärmeausdehnung der Teilungselemente durch Vergrößerung des auf die Teilungselemente ausgeübten Druckes zu kompensieren.

Claims

Patentansprüche:

1. Meßeinrichtung mit zwei relativ zueinander verschiebbaren Bauteilen, von denen das eine stabförmig ausgebildet ist und zwei Gruppen von unter sich gleich langen und sich in Verschiebungsrichtung abwechselnden Abschnitten unterschiedlicher elektrischer oder magnetischer Eigenschaften aufweist und das andere ein Meßkopf mit mindestens einer Abfühlanordnung ist, die auf die unterschiedlichen Eigenschaften anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (21 bis 29, 31 bis 39 bzw. 111 bis 114, 121 bis 123 bzw. 311 bis 315, 321 bis 324 bzw. 213 bis 217, 223 bis 227) aus zwei Gruppen von Ringen bestehen, die abwechselnd auf einen Trägerkern (12, 102, 212, 302) aufgereiht sind.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe der beiden Gruppen wenigstens annähernd gleiche axiale Abmessungen haben.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühlanordnung mindestens zwei getrennte, feldempfindliche Vorrichtungen (51, 52, 53; 137, 142; 231, 241; 333, 334) enthält.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe der einen Gruppe (111 bis 115; 213 bis 217; 311 bis 315) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität und die Ringe der zweiten Gruppe (121 bis 125; 223 bis 227; 321 bis 324) aus einem Material niedriger Permeabilität bestehen und daß die Abfühlanordnung (130; 231, 241; 330) auf magnetische Felder anspricht.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühlanordnung zwei Teile eines Transformators (136, 143-137, 142; 234-235; 333-334) enthält, deren Kopplung von der Permeabilität der der Abfühlanordnung gegenüberliegenden Ringe abhängt.

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile des Transformators in Axialrichtung der Ringe um eine Strecke gegeneinander versetzt sind, die gleich der axialen Länge einer ungeraden Anzahl von Ringen ist.

7. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühlanordnung zwei hohle, toroidförmige Magnetkerne (232, 242) enthält, die am Innenumfang des Teroids jeweils einen Luftspalt (233, 243) aufweisen und Wicklungen (234, 235) enthalten, und daß sich das stabförmige Bauteil (211) durch die Mittelöffnungen der toroidförmigen Magnetkerne erstreckt.

8. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe der einen Gruppe (31 bis 39) aus einem elektrisch leitenden Material und die Ringe der anderen Gruppe (21 bis 29) aus einem isolierenden Material bestehen und daß die Abfühlanordnung (51, 52, 53) auf elektrische Felder anspricht.

9. Meßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühlanordnung drei getrennte kapazitive Meßelemente (51, 52, 53) enthält, die in axialen Abständen voneinander angeordnet sind, die jeweils der Länge einer ungeraden Anzahl von Ringen entsprechen.

10. Meßeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Ringe abwechselnd an den einen bzw. anderen Pol einer Wechselspannungsquelle (62) angeschlossen sind und daß die Meßelemente über getrennte Einstellwiderstände (56, 57, 58) mit einem Eingang einer auf das kombinierte Signal ansprechenden Vorrichtung (59, 61) verbunden ist.

11. Meßeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Meßelement (71) mit einer Primärwicklung (72) eines Transformators gekoppelt ist, der Sekundärwicklungen (81 bis 84) mit digital abgestufter Windungszahl aufweist, die selektiv an eine Addierschaltung (89) anschließbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 909 520/134