DE19532327A1 - Vorrichtung zur Messung von Dreh- und Winkelbewegungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung von Dreh- oder Winkelbewegungen und zum Erzeugen eines die Bewegung darstellenden elektrischen Wechselsignals, die einen Meßwertgeber in Gestalt eines hohlzylinderförmigen Körpers mit Innenverzahnung, axialen Innenrippen oder gewellter In­ nenfläche aufweist und die einen im Inneren des hohlzylin­ derförmigen Körpers angeordneten induktiven Meßwertaufnehmer besitzt, der eine Meßspule, einen Permanentmagnetkern und Polschuhe umfaßt.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 42 13 977 A1 (P 7322) bekannt. In dieser Schrift ist eine Meßvorrichtung beschrieben, bei der eine doppelseitige Meßspule in einem als Meßwertgeber dienenden Ring oder Hohlzylinder mit Innenver­ zahnung angeordnet ist. Die Spule ist stationär, der Ring bzw. Hohlzylinder rotiert mit dem Körper, dessen Drehbewegung gemessen werden soll. Die Meßspule, die einen Permanentma­ gnetkern umschließt und Polschuhe besitzt, ist senkrecht zur Drehachse des Meßwertgebers angeordnet. Die Polschuhe liegen auf dem Spulenkern auf und sind in Form von langgestreckten, parallel zur Meßspulenachse und damit senkrecht zur Achse des Meßwertgebers angeordneten Körpern oder Plättchen ausgebil­ det.

Bei dieser bekannten Vorrichtung sind zwei parallele Polschu­ he vorgesehen, die derart in dem Meßwertgeber angeordnet sind, daß jeweils, wenn ein Polschuhende einem Innenzahn ge­ genübersteht, das diametral gegenüberliegende Endstück des zweiten Polschuhs ebenfalls einen Zahn konfrontiert. Den beiden anderen Endstücke der beiden Polschuhen stehen zu die­ sem Zeitpunkt Zahnlücken gegenüber. Die magnetischen Feldli­ nien verlaufen folglich über den dem Polschuh-Endstück gegenüberstehenden Zahn, über den Signalgeberring zu dem dia­ metral gegenüberliegenden Polschuh-Endstück und zurück zur Meßspule.

Die vorgenannte Vorrichtung ist ebenso wie die aus der DE 42 13 979 A1 (P 7324) bekannte Meßvorrichtung insbesondere für den Einbau in ein Radlager vorgesehen, wobei der Meßwertauf­ nehmer, der die beschriebene doppelseitige Meßspule trägt, in der Drehachse des Rades angeordnet wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Meßvor­ richtung dieser Art zu entwickeln, die sich durch besonders kompakten Aufbau, durch geringen Herstellungsaufwand und vor allem durch ein relativ hohes Nutzsignal auszeichnet.

Es hat sich herausgestellt, daß diese Aufgabe durch eine Meß­ vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst werden kann, deren Besonderheit gemäß Kennzeichen des beigefügten Anspru­ ches 1 darin besteht, daß der Spulenkern mit der Meßspule im Inneren des als Meßwertgeber dienenden hohlzylinderförmigen Körpers in der Längsachse dieses Körpers angeordnet ist und daß die Polschuhe in Form von Polblechen ausgebildet sind, die auf den beiden Stirnseiten der Meßspule bzw. des Spu­ lenkerns radial nach außen zur Innenfläche des hohlzylin­ derförmigen Körpers hin gerichtet sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Meßvorrichtung wird quasi - im Vergleich zu der zuvor beschriebenen bekann­ ten Meßvorrichtung - der magnetische Streufluß, dessen Ände­ rung infolge der Drehbewegung des Meßwertgebers zur Induktion bzw. Erzeugung des Meßsignals in der Meßspule ausgewertet wird, aus der von dem Meßwertgeberring aufgespannten Ebene in eine Axialebene verlagert. Dadurch wird ein besonders kompak­ ter Aufbau der Meßvorrichtung erreicht. Es wird möglich, den Durchmesser des Meßwertaufnehmers zu verringern und/oder das Nutzsignal wesentlich zu erhöhen.

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Polschuhe in mehrere, gleichmäßig über dem Umfang verteilt angeordnete, stab- oder plattenförmige Elemente un­ terteilt, wobei Formgebung und Winkellage der auf den beiden Stirnseiten angeordneten Elemente übereinstimmen. Beispiels­ weise können die Polschuhe auf jeder Stirnseite in vier, in der Ebene um 90 Grad versetzt angeordnete Polbleche unter­ teilt sein. Nach einem speziellen Ausführungsbeispiel können dabei die einzelnen Polbleche in Richtung zur Innenfläche des Meßwertgebers nochmals unterteilt sein, wobei die Breite der Polbleche und deren Abstand in der Ebene im Endbereich, nahe der Innenfläche des hohlzylinderförmigen Körpers in etwa der Breite der Meßwertgeber-Zähne oder -Erhebungen und den Zahn­ lücken bzw. den Abständen zwischen den Zähnen oder Erhebungen entspricht.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, die Polschuhe aus achs­ parallelen, an den Stirnseiten der Meßspule radial nach außen abgewinkelten Blechen herzustellen.

In den beigefügten Unteransprüchen sind noch weitere vorteil­ hafte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen anhand der beigefügten Abbildungen hervor.

Es zeigt

Fig. 1 in schematisch vereinfachter Teildarstellung einen Längs- oder Axialschnitt durch die Meßspule einer Meßvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Spule nach Fig. 1 in Richtung des Pfeiles "X",

Fig. 3 in gleicher Ansicht wie Fig. 1 weitere Einzelheiten einer Meßvorrichtung nach der Erfindung und

Fig. 4 in gleicher Darstellungsweise wie Fig. 2, schemati­ siert, einen Axialschnitt durch die Meßspule der Meß­ vorrichtung nach Fig. 3.

Fig. 1 zeigt die wesentlichen Teile einer Meßspule 8, die Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist. Die Spule besitzt einen Kern 1 aus permanentmagnetischem Werkstoff, eine Wicklung 2 und Polbleche 3, 4, die sich auf den beiden Stirnseiten der abgebildeten Spule radial nach außen erstrec­ ken. Von dem zugehörigen Meßwertgeber, der in Gestalt eines hohlzylinderförmigen Körpers mit Innenverzahnung, axialen Rippen oder dergleichen ausgebildet ist, ist in Fig. 1 ledig­ lich eine Längsrippe 6 erkennbar, die auf der Innenfläche des als Meßwertgeber dienenden hohlzylinderförmigen Körpers 5 sitzt.

Angedeutet ist in Fig. 1 außerdem die Polarisierung N/S des Permanentmagnetkerns 1. Der magnetische Streufluß, dessen Änderung beim Drehen des Meßwertgebers 5 in Relation zu der Meßspule 8 das Nutzsignal ergibt, verläuft von einem stirnseitigen Polschuh 3, über dessen Polschuh-Endstück 7.1, über einen Luftspalt L, über den Zahn bzw. über die Längs­ rippe 6, wiederum über den Luftspalt L und über den Polschuh 4 an der gegenüberliegenden Stirnseite der Meßspule 8.

Die Formgebung und Unterteilung der Polschuhe an den Stirn­ seiten der Meßspule 8 veranschaulicht Fig. 2. In dem dar­ gestellten Beispiel ist der Polschuh 3 nach Fig. 1 in vier rechtwinklig zueinander versetzte Polbleche 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 unterteilt, die in Richtung zu der Innenfläche des Meß­ wertgebers 5 im Endbereich der Polschuhe bzw. nahe der Innen­ fläche nochmals unterteilt sind, und zwar derart, daß die Breite der Endstücke 7.1, 7.2 etc. der Zahnbreite bzw. der Breite der Längsrippen 6 entsprechen. Außerdem ist der Ab­ stand aufeinanderfolgender Endstücke in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung derart gewählt, daß der Abstand gerade der Zahnlücke zwischen zwei aufeinanderfolgen­ den Zähnen oder Rippen 6 entspricht. Natürlich sind auch an­ dere Konfigurationen der Polschuhe und insbesondere der End­ stücke dieser Polschuhe denkbar und in Einzelfällen vorzu­ ziehen.

Wesentlich ist weiterhin, daß bei dem hier dargestellten Aus­ führungsbeispiel der Erfindung die Polschuhe an den beiden Stirnseiten 3, 4 deckungsgleich ausgebildet sind und mit über­ einstimmender Winkellage montiert sind. Durch Versetzen der Polbleche einer Stirnseite relativ zu den Polblechen der Ge­ genseite ließe sich ein völlig anderer Streuflußverlauf in Abhängigkeit von der Winkellage der Meßwertgeber-Rippen 6 hervorrufen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen in Details ein Ausführungsbeispiel zur Realisierung der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung und insbesondere der Meßspule nach Fig. 1 und 2. Es werden daher auch weitgehend übereinstimmende Bezugsziffern zum Bezeichnen entsprechender Komponenten gewählt.

Der Meßwertaufnehmer nach Fig. 3, der eine Meßspule 8′ der anhand der Fig. 1 und 2 erläuterten Art enthält, ist im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel zum Einbau in ein Radlager vor­ gesehen, wobei die Meßspule 8′ und insbesondere deren Kern 1′ in der Drehachse des Rades, dessen Drehbewegung gemessen wer­ den soll, plaziert wird. Angedeutet ist in Fig. 3 ein koaxia­ les Gehäuseteil 9, in das der in Fig. 3 dargestellte Meßwert­ aufnehmer hineingesteckt wird. Die Meßspule 8 sitzt nach der Montage des Meßwertaufnehmers in einem hohlzylinderförmigen, koaxial angeordneten Meßwertgeber-Ring 5′, der wie durch Strichelung angedeutet ist, achsparallele Zähne oder Rippen 6′ aufweist.

Zum Anschluß des in Fig. 3 abgebildeten Meßwertaufnehmers an eine (nicht dargestellte) Elektronik ist ein Kabel 10 vorge­ sehen, dessen Anschlüsse zu der Spule 2′ der Meßspule 8′ füh­ ren.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die Polschuhe in Form von abgewinkelten Polblechen 11, 12 ausgebildet. Ein Teil dieser Polschuhe 11, 12 liegt an dem Permanentmagnetkern 1′ an. In Höhe der Stirnseiten sind die Polschuhe rechtwinklig abgewinkelt, so daß sie sich radial nach außen zur Innenflä­ che des hohlzylinderförmigen Körpers, der als Meßwertgeber 5′ dient, erstrecken.

Auf einen separaten Spulenkörper wurde in dem Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 3 verzichtet. Der ganze Meßwertaufnehmer, insbesondere die Meßspule 8′ sind in Kunststoff eingegossen.

Die Drehachse A, um die das Rad, dessen Bewegung gemessen werden soll, rotiert, und die auch die Lage angibt, in der der Meßwertaufnehmer bzw. die gesamte Vorrichtung zur Messung der Drehbewegung montiert wird, ist in Fig. 3 durch eine strichpunktierte Linie dargestellt.

Fig. 4 veranschaulicht nochmals die für die Funktion der Meß­ vorrichtung wesentliche Ausgestaltung und Zuordnung der Pol­ schuhe 11 zu der Innenverzahnung 6′ des Meßwertaufnehmers 5′.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Messung von Dreh- oder Winkelbewegungen und zum Erzeugen eines die Bewegung darstellenden elek­ trischen Wechselsignals, die einen Meßwertgeber in Ge­ stalt eines hohlzylinderförmigen Körpers mit Innenverzah­ nung, axialen Innenrippen oder gewellter Innenfläche auf­ weist und die einen im Inneren des hohlzylinderförmigen Körpers angeordneten, induktiven Meßwertaufnehmer be­ sitzt, der eine Meßspule, einen Permanentmagnetkern und Polschuhe umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulen­ kern (1, 1′) mit der Meßspule (8, 8′) im Inneren des als Meßwertgeber (5, 5′) dienenden hohlzylinderförmigen Kör­ pers in der Längsachse dieses Körpers angeordnet ist und daß die Polschuhe (3, 4, 11, 12) in Form von Polblechen ausgebildet sind, die auf den beiden Stirnseiten der Meß­ spule (8, 8′) bzw. des Spulenkerns (1, 1′) radial nach au­ ßen zur Innenfläche des hohlzylinderförmigen Körpers (5, 5′) hin gerichtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (3, 4, 11, 12) in mehrere, gleichmäßig über dem Umfang verteilt angeordnete, stab- oder plat­ tenförmige Elemente (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) unterteilt sind, wobei Formgebung und Winkellage der auf den beiden Stirn­ seiten angeordneten Elemente der Polschuhe (3, 4) überein­ stimmen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe auf beiden Stirnseiten in vier, in der Ebe­ ne um 90 Grad versetzt angeordnete Polbleche (3.1-3.4) unterteilt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Polbleche (3.1-3.4) in Richtung zur In­ nenfläche des hohlzylinderförmigen Körpers hin (5, 5′) nochmals unterteilt sind, wobei die Breite der Polbleche (7.1, 7.2 . . .) und deren Abstand in der Ebene im Endbe­ reich, nahe der Innenfläche des hohlzylinderförmigen Kör­ pers (5, 5′) in etwa der Breite der Meßwertgeber-Zähne (6, 6′) oder -Erhebungen und den Abständen zwischen diesen Zähnen (6,6′) oder Erhebungen entspricht.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (11, 12) aus zur Meßspulenachse (A) parallelen, an den Stirnseiten der Meßspule (8′) radial nach außen abgewinkelten Polblechen (11, 12) bestehen.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlzylinderförmige Kör­ per (5, 5′) mit dem die zu messende Dreh- oder Winkelbewe­ gung ausführenden Teil, die Meßspule (8, 8′) mit einem stationären Teil gekoppelt sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnetkern (1, 1′) in Richtung der Meßspulenachse (A) magnetisiert ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß diese als Radlagersensor aus­ gebildet ist und in der Drehachse des Rades, dessen Dreh­ bewegung gemessen werden soll, angeordnet ist.