DE1498258B1 - Vorrichtung zum Feststellen und Anzeigen der Stellung zweier relativ zueinander beweglicher Teile - Google Patents

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Ziel vorliegender Erfindung ist es, eine Vorrich-

zum Feststellen und Anzeigen der Stellung zweier tang zu schaffen, die die Lagebeziehung zwischen

relativ zueinander beweglicher Teile, wobei ein Teil zwei relativ zueinander beweglichen Teilen anzeigt,

im Winkel um eine Achse des anderen Teiles beweg- welche keine sich bewegenden Teile und keine sich

Hch ist, mit einer länglichen Spulenanordnung, welche 5 bewegenden Kontakte besitzt; des weiteren sollen

mit dem ersten Teil und einer das Magnetfeld ab- elektrische Bauelemente vorgesehen werden, die mit

fühlenden, auf dem zweiten Teil angeordneten Vor- jedem der relativ zueinander verschiebbaren Bauteile

richtung befestigt ist, und wobei die längliche Spulen- verbunden sind, welche vollständig gekapselt sein

anordnung auf einem länglichen Kern aufgewickelt können und damit gegen nachteilige Einflüsse aus der

ist und zwei Feldspulen aufweist. ίο Umgebung geschützt sind.

Um die Stellung zweier relativ zueinander ver- Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht,

schiebbarer Teile, z. B. des umlaufenden Propeller- daß die Spulenanordnung aus zwei identischen, stufen-

pylons eines Luftkissenfahrzeuges, festzustellen und weise gewickelten Erregerspulen in Streifenform he-

anzuzeigen, wird bisher eine übliche, umlaufende steht, die mit entgegengesetzter Phasenlage angeord-

Wechselstromabnahmevorrichtung verwendet, um die 15 net sind und die so ausgelegt sind, daß die Flußdichte

Pylonstellungsinformation rückzukoppeln und das exponentiell von der Verbindungsstelle der beiden

Bedarfssignal aufzuheben, wenn ein sich bewegendes Erregerspulen aus ansteigt, und daß die Erregerspulen

Teil die gewünschte Stellung erreicht hat. Der Be- in einem entsprechenden Radius geformt sind,

trieb der umlaufenden Abnahmevorrichtung erfolgt Vorzugsweise ist dabei der bewegliche Teil dreh-

über eine Gelenkverbindung, die von einer Feder 20 bar oder längsverschiebbar um den stationären Teil

gegen einen Nocken gedrückt wird. Die mechanischen angeordnet. Der Krümmungsradius ist dabei gleich

Gelenkverbindungen einer solchen Anordnung sind dem Abstand zwischen der Schwenkachse und der

jedoch Abnutzungen unterworfen, sie sind auch nicht Anzeigevorrichtung.

gegen von außen eindringenden Schmutz, Staub und Durch Schaltung der Wicklungen eines jeden Teiles

ähnliche ungünstige äußere Einflüsse geschützt. 25 der Spule in Phasenopposition wird erreicht, daß bei

Es ist bereits eine Anordnung zur Messung mecha- Wechselstromerregung eine ungleichförmige Flußnischer Schwingungen bekannt, bei der zwei Spulen dichte längs des Kernes erzeugt wird, wobei die in ein Magnetfeld erzeugen, das eine Änderung der Feld- der Anzeigevorrichtung induzierte Spannung von der stärke in dem Raum zwischen den beiden Spulen Stellung der Anzeigevorrichtung auf einer Bahn parergibt. Eine dritte Spule bewegt sich teilweise in 30 allel zur Längsmittenlinie und in einem konstanten diesen Raum hinein und überlappt sich teilweise mit Abstand davon abhängt und von einem Wert Null der einen oder anderen der beiden erstgenannten (wenn die Anzeigevorrichtung mit der Verbindungs-Spulen. Das hierbei erzeugte Magnetfeld kann nicht stelle der Teile der Spule zusammenfällt) auf einen die erforderliche veränderliche Felddichte ergeben. maximalen Wert an jedem Spulenende ansteigt.

Ferner ist eineVerschiebungsabfühlvorrichtang mit 35 Um eine längliche Spulenanordnung zu erzielen, drei Hauptkomponenten zur Erzeugung eines elek- die ein Magnetfeld erzeugt, das eine höhere Flußtrischen Signals bekannt, nämlich der stationären dichte in einem Teil des Feldes als in einem anderen Primärspule, die in verschiedene Elementarspulen Teil des Feldes aufweist, werden vorzugsweise mehr unterteilt ist, der stationären Sekundärspule, die kon- Windungen der Spule auf den Teil des Kernes aufzentrisch innerhalb der Primärspule angeordnet ist, 4° gewickelt, und zwar an der Stelle, an der die höchste und einem beweglichen Kern, der mechanisch mit Flußdichte erforderlich ist. Damit ein Feld hoher dem Verschiebungsglied verbunden ist, wobei der Flußdichte an jedem Ende der länglichen Spulen-Kern so ausgelegt ist, daß er sich axial innerhalb der anordnung und niedriger Flußdichte in der Mitte der Sekundärspule bewegt. Der verschiebbare Kern be- länglichen Spulenanordnung mit einer abgestuften wegt sich in die innere Spule hinein und aus ihr her- 45 Flußdichte zwischen den beiden Extremwerten erhalaus. Die Relativbewegung dieses Teiles muß deshalb ten wird, kann die Anzahl von Windungen auf dem eine Parallelbewegung sein, wenn nicht eine kompli- Kern fortschreitend abgestuft werden. zierte mechanische Gelenkverbindung vorgesehen Zusätzlich läßt sich die Stärke des Magnetfeldes wird. Eine derartige Anordnung ist verhältnismäßig dadurch erhöhen, daß Einsätze aus magnetischem kompliziert und aufwendig. 50 Material in den Kern eingefügt werden, die durch

Schließlich ist eine Einrichtung zur elektrischen Schraubeinstellung veränderbar sind, so daß die

Fernübermittlung von Flüssigkeitspegeln bekannt, Ausgänge der Erregerspulen getrimmt werden

bei der durch einen Schwimmer die Selbstinduktion können. Nach einer speziellen Ausführungsform der

einer Meßspule geändert wird; hierbei ist die vorwie- Erfindung weist ein von der Sekundärspule erzeugtes

gend vertikal in der Flüssigkeit angeordnete Meß- 55 Signal einen Phasenwinkel in Abhängigkeit davon

spule, deren Selbstinduktion durch den frei in ihr auf, welcher der beiden Spulen die Sekundärwicklung

beweglichen Schwimmer aus magnetischem Stoff in gegenüberliegt.

Abhängigkeit vom Pegel mehr oder weniger ver- Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung

größert wird, als Zylinderspule mit einer von dem mit der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbei-

einen zum anderen Ende stetig veränderlichen Win- 60 Spieles erläutert. Es zeigt

dungsdichte ausgebildet, und der Schwimmer ist so Fig. 1 ein Luftkissenfahrzeug mit Schwenkklein gegenüber der Spulenlänge gewählt, daß propellerpylons und einem Drehruder, die von der bei einer Spule mit konstanter Windungsdichte Abnahmevorrichtung gemäß vorliegender Erfindung keine wesentliche Selbstinduktionsänderung auftreten gesteuert werden,

würde, daß also die zur Übermittlung gewünschte 65 F i g. 2 eine vergrößerte Darstellung der Propeller-Selbstinduktionsänderung im wesentlichen nur von pylons des Luftkissenfahrzeuges nach Fig. 1, wobei der veränderlichen Windungsdichte der Meßspule die Lage der Bestandteile der Abnahmevorrichtung herrührt. gezeigt ist,

3 4

Fig. 3 ein vereinfachtes Schaltbild, das bei einem mengesetzten Spulen sind elektrisch in Reihengegenelektrischen Steuersystem für die Lenkanordnung schaltung an eine elektrische Speisequelle gelegt, so eines Luftkissenfahrzeuges verwendet wird, daß sie entgegengesetzte Phasenbeziehung aufweisen.

F i g. 4 eine Anzeigevorrichtung, die sich relativ zu Die Anzeigevorrichtung 4 weist eine elektrische einer gekrümmten länglichen Spulenanordnung ver- 5 Spule 11 auf und ist so angeordnet, daß sie sich im

schiebt, und Magnetfeld bewegt, das durch die gekrümmte, läng-

F i g. 5 eine graphische Darstellung, die die Span- liehe Spulenanordnung 5 erzeugt wird. Die Spule 11

nungseigenschaften des von der Anzeigevorrichtung erzeugt ein Signal, dessen Größe von der Feldstärke

erzeugten Signals an verschiedenen Stellen relativ zu an der von der Anzeigevorrichtung 4 eingenommenen der gekrümmten länglichen Spulenanordnung zeigt. io Stelle abhängt. Da die Feldstärke von der Verbin-

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfin- dungssteile der beiden zusammengesetzten Spulen aus dung ist ein Luftkissenfahrzeug 1 mit einem Dreh- ansteigt und da die zusammengesetzten Spulen elekruder 2 und drehbar gelagerten Propellerpylons 3 irisch in entgegengesetzter Phasenbeziehung zusamvorgesehen, durch die das Fahrzeug gelenkt wird. Im mengeschaltet sind, zeigen die charakteristischen unteren Teil des Ruders 2 und eines jeden Pylons 3 15 Eigenschaften des Signals aus der Anzeigevorrichtung ist eine Anzeigevorrichtung 4 vorgesehen, die so an- die Lage längs der Längsmittenlinie 18 der Kerne an. geordnet ist, daß dann, wenn das Ruder und die Magnetische Materialien 12 (Fig.4), Z.B.Einsätze Pylons sich drehen, die Anzeigevorrichtung 4 sich auf aus Ferrit, können dem Kern beigegeben werden, daeine gekrümmte, längliche Spulenanordnung 5 zu, mit die magnetische Feldstärke nach dem Einbau jedoch in einem konstanten Abstand von ihr bewegt; ao verändert werden kann; werden diese Einsätze mit die Spulenanordnung 5 ist in der Deckfläche des einer Schraubeinstellung versehen, wie in Abstimm-Luftkissenfahrzeuges 1 befestigt. Die Anordnung der spulenkreisen, so ist ein Trimmen des durch die AnAnzeigevorrichtung 4 auf einem der Pylons ist in Zeigevorrichtung 4 erzeugten Signals möglich. F i g. 2 dargestellt, und es ergibt sich, daß die läng- Die Anzeigevorrichtung 4 bildet in Verbindung mit liehe Spulenanordnung 5 in einem Radius gekrümmt 35 der gekrümmten, länglichen Spulenanordnung 5 eine sein muß, der gleich dem Abstand zwischen der elektromagnetische Abnahmevorrichtung 13 zur An-Schwenkachse des Pylons und der Anzeigevorrich- zeige und Steuerung der Lage des Propellerpylons 3. tung 4 ist, damit gewährleistet ist, daß die Anzeige- Die Vorrichtung arbeitet ohne irgendwelche sich vorrichtung 4 sich in einem konstanten Abstand von bewegenden mechanischen Gelenkverbindungen, und der länglichen Spulenanordnung 5 verschiebt. 3° die gekrümmte, längliche Spulenanordnung sowie die

Die längliche Spulenanordnung 5 besteht aus einer Anzeigevorrichtung sind zum Schutz gegen schäd-Anzahl von Windungen aus isoliertem Draht, die auf liehe Umgebungseinflüsse eingekapselt, einem gekrümmten Kern oder Formstück ausgebildet Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das ist. Das Kernmaterial kann eine hohe Permeabilität Lenksteuersystem vier Einheiten auf, die wie geaufweisen, z. B. Weicheisen sein, und kann innerhalb 35 strichelt in F i g. 3 dargestellt gruppiert sind. Diese der länglichen Spulenanordnung belassen werden, Einheiten stellen eine Steuerradbedarfsabnahmedamit ein Magnetfeld der gewünschten Eigenschaften vorrichtung 14, einen Verstärker 15, ein elektroentsteht, oder die längliche Spulenanordnung kann magnetisches Servoventil 16 und die elektromagneauf einem Formstück aufgewickelt werden, das an- tische Abnahmevorrichtung 13 dar. schließend entfernt wird. In letzterem Falle werden 40 Die Steuerradbedarfsabnahmevorrichtung 14 ist die charakteristischen Eigenschaften des Magnet- eine induktive Wechselstromabnahmevorrichtung, bei f eldes durch die Konstruktion der länglichen Spulen- der eine Verschiebung eines Ankers (nicht dargestellt) anordnung 5 festgelegt. die Kopplung zwischen den Eingangs- und den Aus-Das gekrümmte Formstück oder die Spule ist in gangskreisen verändert, derart, daß der Ausgang promehrere Abschnitte unterteilt, auf denen Teile der 45 portional der Winkelbewegung des Ankers ist. länglichen Spulenanordnung 5 aufgewickelt sind. Der Eine Relativbewegung zwischen der gekrümmten, erste Teil besteht aus einer einfachen Windung am länglichen Spulenanordnung 5 und der Anzeigeeinen Endabschnitt 7 des Kernes. Der zweite Teil der vorrichtung 4, bei der die Anzeigevorrichtung sich Spule ist über den ersten Teil gewickelt und längs des parallel zu der longitudinalen Mittenlinie 18 der nächsten Abschnittes verlängert, so daß eine mehr- 50 Kerne und in einem konstanten Abstand davon verteilige Spule entsteht, deren erster Teil eine höhere schiebt, ist in Fig. 4 gezeigt. Fig. 5 zeigt die Span-Windungsdichte als der zweite Teil aufweist. Ein nungscharakteristik des Signals, das von der Andritter Teil ist über die ersten und zweiten Teile ge- Zeigevorrichtung erzeugt wird, wobei die entgegenwickelt und so verlängert, daß eine weitere Stufe der gesetzte Phasenlage einer jeden zusammengesetzten zusammengesetztenSpule hinzugefügt wird. Der Vor- 55 Spule und der Einfluß (gestrichelte Linien 17) der gang der Wicklung ernes neuen Teiles einer Spule Einsätze des magnetischen Materials 12 dargestellt über bereits vorhandene Teile und die Verlängerung sind.

der Wicklungen längs Abschnitten des Kernes wird In Betrieb werden die Eingangswicklung der fortgesetzt, bis eine zusammengesetzte Spule mit den Steuerradbedarfsabnahmevorrichtung 14 und die gegewünschten Eigenschaften erhalten ist. Zwei solcher 60 krümmte längliche Spulenanordnung 5 der elektrozusammengesetzter Spulen werden in der Deckfläche magnetischen Abnahmevorrichtung 13 durch eine des Luftkissenfahrzeuges 1 befestigt, wobei die Ab- Wechselstromeinspeisung erregt, die aus einer Oszilschnitte, die die geringste Windungsdichte aufweisen, latorschaltung (nicht dargestellt) innerhalb des Verbenachbart zueinander angeordnet sind, damit sie stärkers 15 abgeleitet wird.

eine gekrümmte, längliche Spulenanordnung 5 aus- 65 Der Anker der Lenkradbedarfsabnahmevorrichbilden, so daß die Flußdichte des kombinierten tung ist mechanisch mit dem Steuerrad des Luftmagnetischen Feldes von der Verbindungsstelle der kissenfahrzeuges verbunden. Somit bewirkt eine Bezusammengesetzten Spule aus ansteigt. Die zusam- wegung des Steuerrades eine Bewegung des Ankers

und erzeugt ein Ausgangsbedarfssignal, das proportional der Bewegung des Steuerrades ist. Dieses Ausgangsbedarfssignal wird als Eingangssignal in den Verstärker 15 verwendet. Das verstärkte Signal wird dem elektromagnetischen Servoventil 16 zugeführt, das eine Bewegung in den hydraulischen Kolben einleitet, die eine Bewegung des Pylons 3 bewirken.

Wenn der Pylon sich bewegt, nimmt er die Anzeigevorrichtung mit sich, so daß diese Anzeigevorrichtung sich längs der gekrümmten länglichen Spulenanordnung 5 bewegt. Die Anzeigevorrichtung erzeugt ein Ausgangssignal, das von ihrer Lage in bezug auf die gekrümmte längliche Spulenanordnung 5 abhängig, und dieses Signal wird dem Verstärker in einem solchen Sinn zugeführt, daß das Bedarfssignal aus der Steuerradbedarfsabnahmevorrichtung ausgelöscht wird. Die charakteristischen Merkmale des Signals aus der Anzeigevorrichtung sind so ausgelegt, daß das Signal aus der Steuerradbedarfsabnahmevorichtung vollständig gelöscht wird, wenn der Pylon die Stellung erreicht hat, die anfänglich durch die Bewegung des Rades gefordert wurde.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform läßt sich mannigfaltig abändern. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, die gekrümmte, längliche Spulenanordnung in dem Pylon anzuordnen und die Anzeigevorrichtung in der Deckfläche des Luftkissenfahrzeuges unterzubringen. Die Anzeigevorrichtung kann auch die Form einer hohlen Spule erhalten, und die gekrümmte, längliche Spulenanordnung 5 kann so ausgelegt sein, daß sie sich durch sie hindurchbewegt. Ferner kann die Anzeigevorrichtung erregt und die gekrümmte, längliche Spulenanordnung als Anzeigevorrichtung verwendet werden.

Obgleich die beschriebene Ausführungsform in ihrer Anwendung auf das Lenksteuersystem eines Luftkissenfahrzeuges beschrieben wurde, kann vorliegende Erfindung auch auf andere Arten von Lagesteuer- und Anzeigemechanismen angewendet werden. Bei mechanischen Systemen geringer Leistung kann es von Vorteil sein, daß keine zusätzliche Belastung dem Antrieb außer der Trägheit der Elemente und der tatsächlichen mechanischen Kraft, die zur Erzeugung des elektromagnetischen Signals erforderlich ist, hinzugefügt werden. So kann die Anwendung für Lenksteuerungen von Schiffen und auch zur Steuerung von Luftkonditionierung durch direktes Beaufschlagen von Ventilen vorgesehen werden. Eine solche Anwendung ist auch zweckmäßig für Werkzeugsteuerung und Materialzuführungen in Automaten.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Feststellen und Anzeigen der Stellung zweier relativ zueinander beweglicher Teile, wobei ein Teil im Winkel um eine Achse des anderen Teiles beweglich ist, mit einer länglichen Spulenanordnung, welche mit dem ersten Teil und einer das Magnetfeld abfühlenden, auf dem zweiten Teil angeordneten Vorrichtung befestigt ist, und wobei die längliche Spulenanordnung auf einem länglichen Kern aufgewikkelt ist und zwei Feldspulen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenanordnung aus zwei identischen, stufenweise gewickelten Erregerspulen in Streifenform besteht, die mit entgegengesetzter Phasenlage angeordnet sind und die so ausgelegt sind, daß die Flußdichte exponentiell von der Verbindungsstelle der beiden Erregerspulen aus ansteigt, und daß die Erregerspulen in einem entsprechenden Radius geformt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil drehbar oder längsverschiebbar um den stationären Teil angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Sekundärspule erzeugtes Signal einen Phasenwinkel in Abhängigkeit davon aufweist, welcher der beiden Spulen die Sekundärspule gegenüberliegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußstärken und die Ausgangseigenschaften der beiden Erregerspulen dadurch veränderbar sind, daß den Spulen hochpermeable Abschnitte zugeordnet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen