DE2046336A1

DE2046336A1 - Elektronischer Weggeber

Info

Publication number: DE2046336A1
Application number: DE19702046336
Authority: DE
Inventors: Hans Dieter 7051 Neustadt; Kowarsch Rainer 7141 Aldingen Gumtau
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1970-09-19
Filing date: 1970-09-19
Publication date: 1972-04-27
Also published as: FR2107755A5; US3735244A; GB1347887A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 8651/4

Stuttgart-Untertürkheim

"Elektronischer Weggeber"

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Weggeber, bei dem ein in einer Spule entsprechend dem zu messenden Weg verschiebbarer Kern aus ferromagnetischem Material die Amplitude des elektrischen Ausgangssignals eines elektrischen Kreises beeinflußt.

Es sind zahlreiche Weggeber bekannt, bei denen ein in einer oder mehreren Spulen verschiebbarer Magnetkern, der mit dem zu messenden Weg beaufschlagt wird, das elektrische Ausgangssignal eines an die Induktivität angeschlossenen elektrischen Kreises beeinflußt. Der Nachteil der bekannten Geräte besteht jedoch darin, daß sie besondere Spannungsquellen erfordern, platzaufvrendig sind und häufig den Anforderungen im rauhen praktischen Betrieb nicht gewachsen sind.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen elektronischen Weggeber der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welcher mit überall zur Verfügung stehenden Gleichspannungen geringer Größe gespeist werden kann, als Ausgangsgröße ebenfalls eine leicht zu verarbeitende Gleichspannung liefert und dennoch einen sehr geringen Platzbedarf hat sowie auch im rauhen praktischen Betrieb noch verläßlich arbeitet und eine lange Lebensdauer hat.

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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Spule Teil des Schwingkreises eines Transistoroszillators ist, dessen gleichgerichtete Ausgangsspannung als elektrische Meßgröße verwendet wird, wobei die Permeabilität des Kernes auf einen solchen Wert begrenzt ist, daß auch bei dem während des Betriebes möglichen tiefsten Eintauchen des Kernes in die Spule die Schwingung nicht abreißt. Erfindungsgemäß wird also die beim Eintauchen des magnetischen Kernes in die Schwingspule veränderte Dämpfung des Schwingkreises für die Messung ausgenutzt. Vorteilhafterweise läßt sich der Transistoroszillator mit recht geringen Gleichspannungen in der Größenordnung von10V betreiben, welche z. B. in Fahrzeugen ohne weiteres zur Verfügung stehen, aber auch an anderen Orten durch überall erhältliche Batterien mit geringem Aufwand bereitgestellt werden können. Auch das Ausgangssignal des Gebers steht als Gleichspannung mit Werten zwischen etwa 3 und 9 V zur Verfügung, so daß Steuer- und Regelgeräte direkt, d. h. ohne Umformung oder Verstärkung der Ausgangsgröße an den Ausgang des erfindungsgemäßen Weggebers angeschlossen werden können.

Vorteilhafterweise wird ein an sich bekannter kapazitiver Colpits-Dreipunktoszillator verwendet, welcher auf kleinstem Raum unterzubringen ist, nur eine einzige, nicht angezapfte Spule aufweist und auch bei stark schwankenden Temperaturen stets zuverlässig arbeitet.

Ein besonders platzsparender Aufbau wird erzielt, wenn die übrigen elektronischen Bauelemente rund um die Spule herum

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angeordnet sind. Die Spule ist hierbei vorzugsweise zentral auf einer dielektrischen, Verbindungsleitungen aufweisenden gedruckten Schaltungsplatte in Kreisscheibenform stehend befestigt, auf der die elektronischen Bauelemente stehend im wesentlichen parallel zur Spulenachse angelötet sind.

Am gegenüberliegenden Ende der Spule befindet sich vorzugsweise eine Kreisscheibe von gleichem Durchmesser wie die öchajLtungsplatite, wobei die Ge samt anordnung in ein dem Scheibendurchmesser entsprechendes zylindrisches Gehäuse eingesetzt ist.

Um Störeinflüsse von außen auszuschließen, besteht das Gehäuse vorzugsweise aus ferromagnetischem Material.

Eine gute Maßgenauigkeit verbunden mit einfacher Herste! j.'u-a_ü wird erzielt, wenn die Kreisscheibe aus einem Stück mit üe~ Spulenkörper besteht.

Um äußere Einflüsse weitgehend auszuschalten und die Lage der einzelnen elektronischen Bauelemente zu fixieren, wird der Innenraum des Gehäuses vorzugsweise mit einem nichtleitenden Material vergossen.

Die Gesamtanordnung ±sv vorzugsweise mit der Kreisscheibe voran in das Gehäuse eingesetzt, derart, daß die gedruckte Schaltungsplatte zum offenen Ende des Gehäuses hin liegt. Hierbei wird die Schaltungsplatte bevorzugt vertieft im Gehäuse angeordnet, wobei die Gehäuseöffnung durch einen

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eine Zuleitungsdurchführung aufweisenden Deckel aus ferromagnetischem Material verschlossen ist. Durch diese Maßnahme werden auch jegliche magnetischen Störeinflüsse von der Deckelseite her ausgeschlossen.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist so unempfindlich gegen die seitliche Verschiebung des Kernes innerhalb des Spuleninnenraumes, daß der Kern von außen nur axial, nicht aber seitlich geführt sein muß. Der erfindungsgemäße Weggeber ist also gerade für den rauhen Betrieb in Kraftfahrzeugen besonders geeignet und erfordert keine Präzisionsherstellung.

Bei Anwendungen, wo entlang des magnetischen Kernes Ül in den Spulenkörper eindringen kann, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Spulenkörper dicht auf der Schaltungsplatte aufsitzt. Hierdurch wird das Eindringen des Öls in die elektronische Schaltung wirksam vermieden.

Bei Anwendungen, wo der Weggeber innerhalb eines bestimmten Weges ein sehr niedriges konstantes Ausgangssignal abgeben soll, sieht die Erfindung vor, daß der Spulenkörper bei seitlich herausgeführten Zuleitungen sich bis durch den Deckel erstreckt. Hierbei kann also der Kern durch den Deckel hindurch austreten, d. h. er ist langer als die Schwingspule. Solange der Kern den Spuleninnenraum vollkommen ausfüllt, wird das niedrigst mögliche Gleichspannungssignal konstant abgegeben. Erst wenn der Kern teilweise aus dem Spuleninnenraum herausgezogen wird, steigert sich das Ausgangssignal.

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Da im 86.51, h

Liu don orfindungsgemäftcn l/oggober leicht befestigen zu ki-iinen, ist das vom Deckel abfewandtc Ende des (iehätises, durch das der Kern hi.ndurchgrei.rt, mit einem Gewinde zum Anschrauben an ein festes Teil vorsehen.

Jt-r erfindunssgemäße We«rj^reber besteht aus wenigen, billigen Bauteilen, ist mit geringen Kosten zu fertigen und äußerst robust* Der Durchmesser sowie das Material des Kerns haben keinen wesentlichen Einfluß auf die Ausgangsspannung. Der Kern kann sogar hohl ausgebildet sein.

Die Anordnung ist unempfindlich gegen Erschütterungen und magnetische Storfeider. Die Tempernturempfindlichkeit ist gering.

Der llauptvorteiI dos Weggebers besteht darin, daß die Verstellkraft für den Kern sehr gering ist, Verschleiß-anfällige Teile nicht vor Liegen und eine hohe Lebensdauer gewährleistet ist. Audi die Linearität der Abhängigkeit der Ausgangsspannung von der Eingangsgröße ist gut.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 die elektrische Schaltung des erfindungsgemäßen Weggebers unter Verwendung eines kapazitiven Colpits-Dreipunktoszi1lators,

h'ii'. 2 einen axialen Schnitt des erfindungsgemäßen Weggebers und

ί·i j^r. 3 eine schematische Draufsicht der beim Gegenstand der Fig. 2 verwendeten gedrtickten Schaltungaplatte·

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Nach. Pig. 1 weist ein an sich "bekannter Colpits-Dreipunktoszillator einen Transistor 17, Schwingkreiskondensatoren 18, 19, einen Spannungsteiler 20, 21, einen Äbleitwiderstand 22, eine Diode 23 sowie einen Glättungskondensator 24 und einen diesem parallel geschalteten Widerstand 25 auf. Die vom Oszillator erzeugte Spannung wird in der aus der Diode 2J, dem Kondensator 24 und dem Widerstand 25 bestehenden Gleichrichteranordnung gleichgerichtet.

Die Speisegleichspannung für den Oszillator wird an die Klemmen 8, 10 angelegt} die gleichgerichtete Ausgangsspannung wird an den Klemmen 8, 9 abgenommen.

Außer den Kondensatoren 18. 19 weist der Schwingkreis 12 des Oszillators die Schwingspule 11 auf, die eine Luftspule ist und in der ein dem zu messenden Weg entsprechend verschiebbarer Kern 16 angeordnet ist. Der Kern 16 besteht aus weichmagnetischem Material und ist zylindrisch geformt.

Der in das Feld der Spule eintauchende Kern 16 entzieht dem Schwingkreis Energie, womit eine Amplitudenänderung der Schwingung verbunden ist. Diese wird für die Messung ausgenutzt.

Bei optimaler Gestaltung der Spule 11 und günstig gewählter Oszillatorfrequenz ist die Frequenzänderung kleiner als 10 %, während die Amplitudenänderung beim Eintauchen des Kernes 70 % betragen kann.

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Daitn ν>(>^Γ·Α,'^!1

;>ι η »^i nensioui er im,τ; der IJauel einento ist vorzugsweise so, daß r'io Ausgangsspannung an den Klennen B, 9 zwischen'· 25 und ßo % ('er Vorporpurigssiinnnurif' ar. den Klommen C, 10 liegt und feine i'cftvc 1 1 ig.kei t von cn. ~ ';όο botragt.

ijio ..iidcrunp" der Auspnngsspaiiminj' Lei Tcniperaturänderung ist in 'Om Beispiel nach Fig. 1 durch den hohen Dnsisspannungs-

* ei. ι erst rom und die große Stromgcgenkopplung auf ca. 5 niV pro C beschrankt. Sie kann durch eine andere Gewinnung der Aus-

.rcnny sspnnminp verändert werdrn. Jer Anstieg und die Linearität fier Kennlinie läßt sich durch Kernriaterial , Kernform und Wickelcliarrkter i. stik für besoiulcre Anwcndun.Tszvecke verändern.

.up f i j?. 2 und 3 zeilen eine besonders ,r^r:nst ige räumliche Aus!, i 1 dunjr i!es Wor.r.pbers 'femiif- der Eri'indunn·.

* ach i-'ip. V. ist die Sclnvi n,'.cs;'ul e 11 auf einen aus Isolierr.nteriai bestehenden S'ui l.eiikcirr>er 13 aufgewickelt, der in Fie 2 unten dicht auf eine redruckte Schaltungsplatte 26 -mr.cresetzt ist, die auf ihrer Unterseite die f-'ir die elektrischen Verbindungen erforderlichen Leiterbahnen trägt.

Lvi i iKhmgsgomäP ist die gedruckte Schalungsplatte kreisförmig ausgebildet. Der Spulenkörper 13 ist zentral angeordnet, w.'ihrend de elektronischen liaue 1 eniente 17 bis 2j rund um die ijiiiilp 11 auf ücr Schal tungsplatt e 2(; angebracht sind. Die Anschl^;:sf>e der elektronischen Bauelenente erstrecken sicli durch Üohrungen in <ler Schaltungsp I at te 20 und sind in üblicher ^r.Veipc iiit den Leiterbahnen verlötet.

An <ipfi dei' Schal tun.csnl alte 2f> gegeir'iber Ii egenden Ende weist !er o;.ii I enJ:öi-per 13 eine Kreisscheine 1'i auf, die den gleichen

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Durchmesser wie die Schaltungsplatte 26 hat. Die Gesamtanordnung ist in ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 27 eingesetzt, dessen Innendurchmesser dem der Scheibe 14 und der Platte 26 entspricht. Das Gehäuse 27 "besteht zur Abschirmung aus magnetischem Material.

fc Die Tiefe des Gehäuses ist etwas größer als der Abstand der Scheibe 14 von der Platte 26, so daß auf die untere Öffnung des Gehäuses 27 ein Deckel 28 aufgesetzt werden kann, der ebenfalls aus magnetischem Material besteht. In der Mitte weist der Deckel eine Zuleitungsdurchführung 2^ auf.

Zur Fixierung aller Bauelemente und zum Schutz gegen äußere Einflüsse ist der gesamte Innenraum des Gehäuses 27 mit einer nichtleitenden Vergußmasse 15 ausgefüllt.

An dem dem Deckel 28 gegenüberliegenden Ende ist das Gehäuse 27 mit einem Innengewinde 30 versehen, das zum Anschrauben an einen festen Teil z. B. innerhalb eines Fahrzeuges dient.

Der mit dem zu messenden Weg beaufschlagte Kern 16 aus magnetischem Material erstreckt sich in das Innere des Spulenkörpers 13. Er ist über eine geeignete Verbindungsstange 31 mit demjenigen Teil verbunden, dessen Verschiebung in eine entsprechende elektrische Gleichspannung umgewandelt werden soll.

Der Deckel 28 kann durch Eindrücken des Gehäuserandes auf einfache Weise befestigt werden.

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Claims

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Patentansprüche

1/ Elektronischer Weggeber, bei dem ein in einer Spule entsprechend dem zu messenden Weg verschiebbarer Kern aus ferromagnetische^ Material die Amplitude des elektrischen Ausgangssignals eines elektrischen Kreises beeinflußt, dadurch gekennz eichnet, daß die Spule (11) Teil des Schwingkreises (12) eines üransistoroszillators ist, dessen gleichgerichtete Ausgangsspannung als elektrische Meßgröße verwendet wird, wobei die Permeabilität des Kernes (16) auf einen solchen Wert begrenzt ist, daß auch bei dem während des Betriebes möglichen tiefsten Eintauchen des Kernes in die Spule die Schwingung nicht abreißt.
2. Weggeber nach Anspruch 1, dadurch gekennz eichnet, daß ein an sich bekannter kapazitiver Colpits-Dreipunktoszillator verwendet wird.
3· Weggeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ eichnet, daß rund um die Spule (11) die übrigen elektronischen Bauelemente (17 bis 25) angeordnet sind.
4. Weggeber nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (11) zentral auf einer die elektrischen Verbindungsleitungen aufweisenden gedruckten Schaltungsplatte (26) in Kreisscheibenform stehend befestigt

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ist, auf der die elektronischen Bauelemente (17 "bis 25) stehend im wesentlichen parallel zur Spulenachse angelötet sind.
5« Weggeber nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß am gegenüberliegenden Ende der Spule (11) eine Kreisscheibe (14) von gleichem Durchmesser wie die Schaltungsplatte (26) vorgesehen ist, und daß die Gesamtanordnung in ein dem Scheibendurchmesser entsprechendes zylindrisches Gehäuse (12) eingesetzt ist.
6. Weggeber nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (27) aus ferromagnetischem Material besteht.
7. Weggeber nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisscheibe (14) aus einem Stück mit dem Spulenkörper (13) besteht.
8. Weggeber nach einem der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennz eichnet, daß der Innenraum des Gehäuses (27) mit einem nichtleitenden Material (15) vergossen ist.
9- Weggeber nach einem der Ansprüche/bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung mit der Kreisscheibe (14) voran in das Gehäuse eingesetzt ist, derart, daß die gedruckte Schaltungsplatte (26) zum offenen Ende des Gehäuses hin liegt.

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10. Weggeber nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsplatte (26) im Gehäuse vertieft angeordnet ist und daß die Gehäuseöffnung durch einen eine Zuleitungsdurchführung (29) aufweisenden Deckel (28) aus ferromagnetischem Material verschlossen ist.
11. Weggeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß der Kern (16) von außen nur axial, nicht aber seitlich geführt ist.
12. Weggeber nach einem der Ansprüche 4- bis 11, dadurch gekennz eichnet, daß der Spulenkörper (13) dicht auf der Schaltungsplatte (26) aufsitzt.
13· Weggeber nach einem der Ansprüche M- bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (13) bei seitlich herausgeführten Zuleitungen sich bis durch den Deckel (28) erstreckt.
14. Weggeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß das vom Deckel (28) abgewandte Ende des Gehäuses (27), durch das der Kern (16) hindurchgreift, mit einem Gewinde (30) zum Anschrauben an ein festes Teil versehen ist.

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