DE2157011A1

DE2157011A1 - Abstandsmessanordnung fuer elektromagnetische trag- oder fuehrungssysteme fuer schwebefahrzeuge

Info

Publication number: DE2157011A1
Application number: DE2157011A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Bohn; Michael Dipl Ing Ghibu; Peter Dipl Ing Schwaerzler
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Priority date: 1971-11-17
Filing date: 1971-11-17
Publication date: 1973-05-24
Also published as: GB1386506A; CA978599A; US3849724A; FR2161617A5; JPS4862457A; IT973603B

Description

Krause- M affei 2 1 5 7 Q 1 1 TF

Aktiengesellschaft München 50

Abstandsmeßanordmmg für elektromagnetische Trag- oder Pührungssysterne insbesondere fUr Schwebefahrzeuge.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum berührungafreien Erfassen mindestens des Abstandes zwischen dem Elektromagneten und dem Anker eines elektromagnetischen Trag- oder Führungasystems insbesondere zum (Dragon oder Führen von S chwebefahrzeugen·

Bekannte Abetandsraeßanordnungen benutzen kapazitive oder induktive Abatandsgeber, die hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Messung, wie ale beim Erfassen des Abstandes zwischen den Ankerschienen und den !Trag- oder Führungsmagneten von beispielsweise für sehr hohe Geschwindigkeiten konzipierten, magnetieoh getragenen und geführten Schwebefahrzeugen gestellt werden, nioht genügen. Während induktive Abstandsgeber leicht von magnetischen Streufeldern beeinflußt werden, reagieren kapazitive Geber empfindlich auf Änderungen der Dielektrizitätskonstante dar Luft· Überdies sind gesonderte Geberanord-

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nungen an Trag- oder Pührungsayetemen vielfach nicht gut unterzubringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe «ugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die ein sicherea und eturelnfludfreiea Erfassen des Abstandea bei geringe« Aufwand gewährleistet.

Srfindungsgeane wird diese Aufgabe durch mindestens zwei Meßwertgeber zum Erfassen der im wesentlichen nur erregung·- und abstandaabhängigen Induktion des magnetischen Nut«feldes oder einer davon abgeleiteten OrOBe und einer weiteren, naoh einer anderen funktion erregung·* und ggf. abataadaafchlLngigen Qrttle des elektromagnetischen Systems und duroh eise elektrische Sohaltung aus analogen, digitalen oder hybriden Elementen zun eliminieren der Erregeretromabhingigkeit der beiden MeßgröSen-gelöst. Auf diese Weise wird durch elnfaohes Messen von stark lastund abstandsabhänglgen Betriebsgrößen des magnetischen Trag- oder führungssystems ein nur vom Abstand abhängiges Signal erhalten, wobei sich gesonderte Induktive oder kapesitive Abstandageber erübrigen und Streufelder und Ale jeweiligen Parameter der Luft keinen Einfluß auf die Messung ausüben. Voraussetzung dafür ist allerdings, daß keine weitere Variable in der Beziehung für

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die Hutzfeldstärke vorkommt. Dies let praktisch dann der fell, wenn dl« Ptreealiilität dee Eisens von Anker und Hektromegnetkern konstant ist, d.h. des System aättigungsfrel arbeitet· Diese Voraussetzung ist jedoch in der Regel erfüllt.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein Nutzfeldgeber sn einer Aue- bzw. Eintrittsfläohe dee den Elektromagnetkern und den Anker durchsetzenden Nutzfeldes aus de« bzw. in den Elektromagnetkern und ein Streufeldgeber im Streufeld des Elektromagneten angebraoht. Während die Induktion des Hutzfeldes unter der genannten Voreusseteung la wesentlichen nur vom Erregerstrom in der Spule des Elektromagneten und deesen Lage relativ sua Anker abhängt, 1st die Induktion des Streufeldes in erster Näherung eine Funktion lediglich des Erregerstromes, so da· der variable Erregeratrom leicht mit Hilfe der elektrischen Schaltung eliainierbar ist·

Insbesondere 1st ·■ aber auoh möglich, neben dem Nutzfeldgeber anstelle des Streufeldgebers einen Erregerstro*geber in den Erregeretroakreis des Elektromagneten einzuschalten« Als solcher kommt vorzugsweise ein Shunt in Betraoht, der eine exakt proportionale Spannung liefert.

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Die erzielbare Elimination dtr ErregerstromabhUngigkeit mit Hilf· einer einfachen elektrischen Sohaltung ist mit den bisher erörterten Meßwertgeberanordnungen zwar für die meisten Fälle ausreichend, jedoch nioht vollständig» da bei Abstandeänderungen weder beim Nutzfeld noch beim Streufeld, auch bei eättigungsfreiem Betrieb des elektromagnetischen Trag- oder Führungssystems und nur geringen Abstandeänderungen, eine exakt lineare Abhängigkeit vom Erregerstrom besteht. Dies ergibt sich u.a. daraus, daß auch im ungesättigten Betrieb der Ferromagnetika keine vollständige Konstanz deren permeabilität gegeben ist, «as eioh duroh zusätzliche Faktoren aus Potenzen de« Srregerstroses in exakten Beziehungen für die Induktion des Nutsfeldes und die des Streufeldes ausdrückt, die nioht ohne weiteres eliminierbar sind* In diesen Besiehungen sind ferner zusätzliche Faktoren aus Potenzen des Abstandes enthalten, deren Ursache darin zu suchen ist, dal das Streufeld nicht nur vom Erregerstrota sondern geringfügig auch vom Abstand zwischen Elektromagnetkern und Anker abhängt, was nicht ohne Einfluß auf das Nutzfeld bleibt.

Siner Beeinträchtigung der gewünschten linearen Abhängigkeit des Ausgangssignals der elektrischen Schaltung allein vom Abstand kann bei Einschaltung eines Slunts in den

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Erregerkreia dee Elektromagnet·!! nloht ohne größeren Sohaltungsaufwand begegnet werden· Venn jedoch ein Streufeldgeber neben dem liutzfeldgeber vorgesehen ist, lassen sioh dieae zusätzlichen Faktoren weitgehend da* durch kompensieren, dad dem Nutafluflkreis des Hektroeagneten vorzugsweise ein mit einstellbaren Luftwegen von etwa der Länge der Luftwege des Hutafeldee behafteter Streufluflkreis in Jona elnee in verstellbarem Abstand zwischen den Srregerepulenstirnselten angeordneten Fluflleitbttgels parallel geschaltet ist» in velohe* Streuflutkrels der Streufeldgeber angeordnet ist· Duron einen derartigen susätsllohen aagnetisohen liebtnsohlua, dessen oagnetiecher Kreis dta des Hutsflusses seine« Aufbau naoh ähnelt, wird ein Streufeld alt einer eefnetisohen Induktion aufgebaut, die der des Hutsfeldes etwa gleicht, die aber darUberhlnaue bei LaetSchwankungen etwa dieselbe Stroe- und Abstandsabhängigkeit besitst, die sioh auch der uagekehrt proportionalen Abhängigkeit des Nutzfsides you Abstsnd susätslloh überlagert, solang· sich der Luftspslt des Nut«kreises nioht stärker von eingestellten Luftspslt im magnetischen tfebenschluB unterscheidet. Dies ist aber beispielsweise bei Sohwebefahrzeugen in der Regel der ?all, da dort nur sehr geringe Schwankungen des Trag- oder führungsspalts sugelassen werden. Venn deanaoh der Streufeldgeber in einen Luftspalt dieses HebenSchlusses untergebracht ist, 1st

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erstens ein weit stärkeres Signal als im natürlichen Luftstreufeld des Elektromagneten erzielbar und zweitens die Erregeratromabhängigkeit dieses und des Hutzfeldsignals mit Hilfe der elektrischen Schaltung wesentlich vollständiger eliminierbar und die Abhängigkeit des Ausgangsaignala der elektrischen Sohaltung vom Abstand damit in hohem Maße linear. Sin weiterer Vorteil dieses zusätzlichen llebensohlussaa liegt darin, daß bei. übereinstimmendem Material für die Ankerschiene und den Plußleitbügel sogar ein gewisses Maß von Eisenaättigung zugelas-

werden kann, ohne daß die Eindeutigkeit zwischen dem zu erfassenden Abetand und dta Auegangasignal dar Sohaltung sogleich verloren geht·

Vena der Elaktromagnetkarn und dar Anker im wesentlichen U-förmiga Gestalt bei verschieden großen Seitenschenkelabatand aufweisen und mit den freien Enden der Seitenachenkel einander im wesentlichen gegenüberstehen, ergibt aioh die Möglichkeit, neben dam bisher erläuterten Erfassen des Abstandes eine relative Querauslenkung zwischen Elektromagnet und Anker zu ermitteln, wenn einer dar balden Systamteile dieaen Freiheitegrad beaitzt. In Weiterbildung der Erfindung geschieht dies dadurch, daß an dar Nutzfeldaustrittsflache und an der Hutzfeldeintrittafläohe dee Elektromagnetkerne je ein Nutzfeldgeber

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engtbracht ist und tin weiterer PeId- oder Erregeretrorageber la Streufeld bow. in Erregerstromkreis des Elektromagneten vorgesehen let.

Obwohl bei einer seitlichen Auslenkung beispielsweise des Elektromagneten der Plufl in beiden Luftepalten zum Anker übereinat issrt, zeigen die Induktionswerte en der ffutafeldaus- biw. -eintritt«fläche infolge des eich lindernden ?eldverlaufβ in den Luftspalten bei gleichbleibendem Abstand eine geringe, aber ausreichende Abhängigkeit von der seitlichen Auslenkung» die eine u.a. auslenlnaigeabhtngige Differenz der Signale der beiden Itrtefeldgeber begründet· Andererseits ist die Signalsum- «e voa einer seitlichen Auslenkung unebhänglg·

Die «luerausleakungsabbJüagige Differenz der Signale der lutsfeldgtber wird dann erheblich größer, wenn das elektromagnetische Systea jswei hintereInender angeordnete vsd gleich erregte Elektremagnete von Ubereinstinmender, im wesentlichen U-föreiger Xerneestalt aufweist, die entgegengesetzt quer versetst einem entsprechend ü-föreigen Anker gegenüberstehen, die äußersten oder die innersten Seiteneohenkel der Anordnung aus den beiden Elektromagneten an ihrer Nutzfeldaus- und eintritts-

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fläche einen liutzfeldgebor tragen und ein weiterer FeId- oder Erregerstromgeber im Streufeld eines der Elektromagnete bzw· im gemeinsamen Erregerstromkreie beider Elektronagnete angeordnet ist. Da dann bei einer reinen Querauslenkung der Fluü des einen Elektromagneten abnimmt und der dee anderen zunimmt, unterscheiden sich die erfaßten ITutzfeldinduktionswerte naturgemäß viel stärker, ale beim Vorhandensein nur eines Elektromagneten mit tinem Kernschenkelabstand, der größer oder kleiner ist als der dee Ankers. Auch boi dieser Anordnung ist die Summe der Nutzfeldinduktionswerte von einer Querauslenkung praktisch unabhängig und zur. Abatandsermittlung auswertbar.

Da sich die Induktion des Nutzfeldes in erster Näherung dta Erregtrstrom proportional und dem Abstand umgekehrt proportional verhält, während eich die Induktion des Streufeldes in erster Näherung nur proportional zum Brregerstrora verhält, kommt bei der reinen Abstandsmessung der elektrischen Schaltung lediglich die Aufgabe 8U, tine Division des Streufeldsignals durch das Iiutzfeldsignal vorzunehmen, um die Stromabhängigkeit zu eliminieren und ein nur abstandsabhängigea Ausgangssignal zu bilden. Dies gilt aber nur dann, wenn zwischen den Induktionswerten und den Gebersignalen eine lineare Be-

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Ziehung "bestellt. Die Signale der in Präge kommenden Geber enthalten jedoch zumeist einen konstanten, von der zu erfassenden variablen Größe unabhängigen Signalanteil, der eine einfache Division der Signale zur Eliminierung der Stromabhängigkeit ausschließt. Vorteilhaft weißt die elektrische Schaltung dann zur Verminderung der Geber-Bignale um deren .konstanten Signalantoil Summierer auf, die mit den Gebern und mit einstellbaren Bezugesignalquellen verbunden sind und deren Ausgänge auf die Eingänge eines Dividiorers geschaltet sind, dessen Ausgang oeinorooits den ein allein abstandsabhängiges Signal liefernden Schaltungsausgang darstellt.

Beim Einsatz derartiger Geber on einem der obengenannten Systeme mit einer Geberanordnung zum Erfassen sowohl des Abstandes als auch der Querauslenkung zwischen Elektromagnet oder Elektromagnetanordnung und Anker, besteht eine vorzugsweise Ausbildung dtr elektrischen Schaltung darin, daß die beiden Nutsfeldgeber zur Bildung einer Signalsumme und zur Bildung einer Signaldifferenz an zwoi Summierer angeschlossen sind, die zum Abzug von konstanten Signalanteilen mit einstellbaren Bezugesignalquellen in Verbindung stehen und deren Ausgänge an den Eingängen eines Dividierers liegte, dessen Ausgang ■•ineraelte den ein nur queraualenkungsabhängig··

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Signal liefernden ersten Ausgang der Schaltung bildet und daß der Streufeldgeber zur Minderung seines Signals um einen konstanten Signalanteil an einem mit einer einstellbaren Bezugssignalquelle verbundenen Summierer angeschlossen ist, dessen Ausgang ebenso wie der Ausgang des die Hutzfeldsignale summierenden Summierer· am Eingang eines weiteren Dividierers liegt, dessen Ausgang seinerseits den ein nur abstandsabhängige· Signal liefernden zweiten Ausgang der Schaltung darateilt.

Als Nutz- bzw. Streufeldgeber sind vorzugsweise Ballgeneratoren, Feldplatten oder Magnetdioden vorgesehen·

Die Erfindung wird nachstehend anhand von AuafUhrungsbeispielen unter Bezugnahmt auf die Zeichnung näher erläutert:

Es zeigt:

Fig. 1 ein elektromagnetisch·· Trag- oder POhrungssystern mit Feldgebern im Huts- und im Streufeld;

Flg. 2 ein System gemäß Fig.1 mit einem Shunt im Erreger Stromkreis anstelle eine· Streufeldgebersι

Fig. 3 ein System gemäS Fig.1, bei dem ein Streufeldgeber in einem luftapalt eines zustttzliohen magnetischen Nebenschlusses eingesetst istι

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yig, 4 «in« elektrische Schaltung zur Erzeugung eines

nur abstandsabhängigen Signals, Pig. 5 «in System gemäß Fig·!, dessen Elektromagnetkera breiter ausgebildet ist als die Ankerschiene und

zwei Hutzfeldgeber trägt, Fig. 6 ein Syeten gem&B Fig.1 mit zwei hintereinander und versetzt angeordneten Elektromagneten, die

jeweils einen Nutzfeldgeber tragen und 71g. 7 tine elektrisch· Schaltung zur Erzeugung eines abstände- und eines querauslenkungsabbängigen Signals.

Pas in Iig.1 dargestellt« Trag- oder Führung»system besteht aus einer feststehenden Ankerschiene 1 von U-förmig«* Profil und einem langgestreckten Elektromagneten alt einen «b«nfalls U-Profil-fureigen Kern 3, dessen Jooh 4 «in« Ärrtgerepule 5 trägt· Unter der Wirkung der anziehenden magnetischen Kraft« des von Elektromagneten aufgebauten Magnetfeld«« wird dieser berührungslos auf Abstand zur Ankerschiene 1 gehalten, wobei die Längest iraf lachen der Seitenschenkel 6 der Ankerschiene 1 denen der Seitenschenkel 7 des Magnetkerns 3 als Polflächen 8 bzw. 9 gegenüberstehen. Der Elektromagnet 2 ist an einem nicht dargestellten Fahrzeug befestigt, das berührungslos an der Ankerschiene 1 entlang bewegt

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werden eoll. Da ein magnetische Anziehungskräfte ausnützendes Syitem instabil reagiert, muß der Strom J der Srregerspule 5 de« Elektromagneten 2 zur Aufrechterhaltung eines Sollabetandes d ,. zwischen Elektromagnet 2 und Ankerschiene 1 fortwährend geregelt werden. Dazu ist es erfordernoh, den Istwert des Abständes d zu erfassen, alt seinem Sollwert d ·,·, zu vergleichen und eine Different; aur Erregerstromregelung zu verwerten. See Erfassen des Abstandes d geschieht ebenfalls berüh-P rungslos «it Hilfe einer Abstandsmeßanordmmg, die einen Hutifeldgeber 10 und einen Streufeldgeber 11 enthält, bei denen es sich i» Hellgeneratoren, Magnetdioden oder FelAplatten handeln kann. Während der Nutzfeldgeber 10 auf eine der beiden Polfläohen 9 des Elektromagnetkerns 3 aufgebrecht ist und dealt vom Nutzfeld durchsetzt wird, ist der Streufeldgeber 11 an der Innenfläche 12 eines der Seltensohaakel 7 des Magnetkerns 3 untergebracht und wird somit vom Streufeld zwischen den beiden Seltensehenkeln ? des ElektrooagnetkernB 3 durchdrungen. Wenn feldplatten als Feldgeber 10 und 11 vorgesehen sind, stellt deren ohitsoher Widerstand ein Signal für die Nutz~ feldinduktloD im Luftspalt bzw. für die Streufeldinduktion am Ort des Streufeldgebers 11 dar. Bei Verwendung aktiver Geldgeber, wie Hallgeneratoren oder Megnetdioden, werden von den jeweiligen Induktionewerten abhängige Signalspannungen ereeugt.

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Bei ungesättigtem Elsen hängt die llutzfeldinduktlon in erster Ifdherung nur vom Erregeretrom J in der Magnetspule bei im wesentlichen proportionalem Zusammenhang und vom Abstand d zwischen Elektromagnet und Ankereohie-' nt bei umgekehrt proportionalem Zusammenhang ab. Andererseits hängt die Streufeldinduktion in erster IJäherung nur vom Erregerstrom J ab und verhält sich zu diesem proportional. Wenn daher die Signale der Feldgeber dl· erfaßten Induktionswerte exakt wiedergeben, stellt der Quotient beider Signale ein im wesentlichen atronmnabhängiges und nur vom Abstand d abhängiges Signal dart das zur Stromregelung verwendet werden kann.

Ein genau stromproportional·β Signal wird auch» wie In flg.2 dargestellt, mit Hilfe eines Shunts 13 1» Stroekreis der Erregerspule 5 erhalten, wobei sioh dann der Streufeldg«b«r 11 erübrigt.

Ein· weitere Möglichkeit zur Erzeugung eines In erster Näherung nur vom Erregeretrom abhängigen Signal· bietet das in Jig.3 gezeigte Trag- oder Führungsaystea, bei dea der Elektromagnet 2 auf der der Ankörechien· 1 abgewandten Seit« duroh «inen U-förraigen riuBleitbügel 14 ergänzt 1st· Dieser steht fest alt dem Magnetkern 5 in Verbindung und mit den Stirnflächen 15 seiner Seitensohen-

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kel 16 den Enden des Hagnetkern;JochsahenkelB 4 Bit einst ollbarem Abstand e gegenüber und atellt einen magnetischen ITebenschTuö des Magnetkerne 3 dar» der lediglich Streufluß führt. Der FluSleitbügel 14 iet zur Bildung eines schmalen luftspalta 17 zur Unterbringung dta Streufeldgebers 11 zweigeteilt und belltet einen Bisenquersohnitt, der zur Anbringung dies·· Geber· 1t gerade ausreicht. Der Abstand β zwischen Hagnet kern 3 und riuJ~ leitbügel 14 ist etwa dem Sollabetand d_ioll zwischen dem Magnetkern 3 und der Ankersohlen· 1 angepaßt, so daß der Streufeldgeber 11 beim Vorliegen des Sollabstandes ^₈₀₁₁ etwa derselben oagnetisohen Induktion au·- gesetzt ist wie der Nutsfeldgeber 10 in Hutafeld.

?Ur die Signale der mindestens zwei erfindungegeiaäB vorgesehenen Geber lassen sieh bei sättigungsfrei arbeitendem Trag- oder PUhrungssystem die nachstehenden allgemeinen Beziehungen angeben

U₁ » U₁₀ + J₁ (J_fd)

wobei f₁ (J,d) und I₂ (J,d) voneinander verschieden sein müssen· Diese Bedingung ist bei den erwähnten Geboranordnungen aus einem Nutzfeldgeber und eines Streuield-

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geber bzw· einem Nutzfeldgeber und einem Erregerstrorageber erfüllt, da, wie oben erwähnt, die Nutzfeldinduktion in erster Näherung proportional dem Quotienten J/d und die Streufeldinduktion proportional J ist. Durch Eliminieren deβ Erregerstromes ergibt aloh für den zu erfassenden Abstand d folgender Ausdruck

U₂ -

Ea muß somit eine elektrische Schaltung vorgesehen sein, die die Greberaignale um ihre ggf · vorhandenen konstanten Signalantelle vermindert und «nschiltfiend eine Division durchführt. Eine Schaltung zur Durchführung dieser Operationen zeigt flg.4· Des Signal U₁ des Nutzfeldgebers 10 und das Signal ü« des Streufeld- bzw. des Erregerstromgebers 11 bsw. 15 werden auf den positiven Eingang jeweils eines SuBnierers 19 bzw. 20 gegeben, während ein negativer Eingang jedes Summierers mit einer einstellbaren Besugssignalguelle 21 bzw. 22 verbunden ist. Die auf die negativen Eingänge gegebenen Bezugaslgnale werden so eingestellt, daß die Ausgangssignale beider Summierer bei unerregtem Trag- oder FUhrungssystem gleich Mull sind. Die Ausgänge der Summierer etehen mit den Eingängen eines Dividierers 25 in Verbindung,

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dessen Ausgangsaignal die oben genannte Punktion 3? vom Abstand d darstellt, nämlioh in erster Näherung proportional d ist, und zur Regelung der Erregung dee Elektromagneten des Trag- oder Ftihrungssyatems Verwendung finden kann. Die beschriebene Schaltung kann als Analog-, Digital- oder Hybridschaltung aufgebaut sein.

Pig«5 zeigt ein elektromagnetisches Trag- oder Führungssyetwa, bei dem der Abstand der Seitenschenkel 25 des Elektromagnetkerns 26 größer ist, als der der Seitensohenkel 6 der Ankerschiene 1. Die Magnetfeldeintrittsfläche 27 des einen Schenkels und die Magnetfeldaustritts- £lache 28 des anderen Schenkel« des Magnetkerns 26 sind ait je eines Nutafeldgeber 29 besetzt. Darüber hinaus trägt eine StreufluBeintrittsfläohe 50 des einen Seltenschenke Is 25 des Magnetkern· 26 einen Streufeldgeber 31· Diese Anordnung ist geeignet, sowohl den Abstand d zwischen Ankerschiene 1 und Elektromagnetkern 26 als auch eise Querauelenkung α χ des Elektroaagneten relativ zur Ankerschiene zu erfassen. Während die Summe der Hutzfeldinduktionswerte an den Meßeteilen abgesehen von der Erregerstromabhängigkeit nur vom Abstand d abhängt und in erster Näherung von einer Querauslenkung δχ unabhängig ist, stellt die Differenz dieser Induktionswerte eine queraußlenkungsubhängige Größe dar, da mit jeder Quer-

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Eint von einer Querauslenkung ^x weit stärkere Abhängigkeit der Differenz der Induktionavertθ an den beiden ITutzfeldmeßstellen wird dann erhalten, wenn, wie in yig.6 dargestellt, das elektromagnetische Trag- oder ruhrungseyettm zwei gleich erregte Elektromagnete 33 und 34 besitzt» die hintereinander angeordnet und entgegengesetzt zur Ankerschiene 1 querversetzt meohanieoh miteinander verbunden sind, und beispielsweise die äußeren beiden Schenkel 35 und 36 dieser Hagnetanordnung 33» 34 aa Hutsfeldeintritt und -austritt mit Hutzfeldgebern besetst sind. Dann vergrößern bzw. verkleinern sich bei einer Querauslenkung δ χ der Elektromagnetanordnung 33» 34 beide luftstrecken des einzelnen Elektromagneten 33 bzw. 34 zur Ankerschiene 1, so daß such die ?lüsse an den beiden Nutzfeldmeßstellen trotz gleioher Erregung der Magnete unterschiedliche Werte annehmen. Dar Streufeldgeber 31 1st ebenso wie gemäß Pig.5 an einar Streufeldeintrittsfläene 37 des einen Seitenschenkels 35 des Kerns des Elektromagneten 33 angebracht·

Anstelle das Streufeldgebers 31 kann selbstverständlich auch als Erreger st roingeber in den Erregerkreis der An-

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Ordnungen gemäß Pig·5 und Pig.6 eingeschaltet sein· Ebenbo können auch bei diesen Anordnungen gesonderte iluüleitbügel gemäß Fig.3 zur Erzielung eines magnetischen Nebenschlusses zur, Streufeldmesaung vorgesehen sein.

?ür die von den Ifutsfeldgebern 29 der Anordnungen nach den Pig.5 und 6 bei Sättigungefreiem Betrieb erzeugten Signal· U, und U. und das im Streufeldgeber 31 bzw· ein·« Erregerstroageber erzeugte Signal U₅ gilt:

^Ü3 " ^Ü3O ^{+ f}3 (^x + Ax,J»d)

0- a Ur-Λ + f tr

5 50 5

Bei kleinen Queraualenlcungen 6x, wie sie bei elektronjagnttiaohen Trag- oder ?ührungB»yottmtn die Regal aind, gelten saoh Taylor folgende näherungagleiohungens

(x + ÄX,J,d) ^ f_? (x,J,d) (x -

Daait ergibt lieh für die zu erfassende Querauelenlcimg folgender Ausdruck :

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- < ^U3O - V

" 3« 4 " ^v 30 ^υ40'

ferner läßt sich aus den Gleichungen für die Signale U. bis Ut₅ unter Zuhilfenahme der Iläherungsgleichungen eliminieren und folgende Beziehung schreiben*

^J50

fc (J)

U₄₀) 2 f₃ (x,J,d)

Sa χ konstant ist, verhält sich f₃ (x,J,d) proportional EU J/d. Se andererseits f_r (J), d.h. die Streufeldinduktien bzw* die Spannung am Erregerstromgeber, dem Erregerstroo proportional ist, stellt sich die obige Besiehung als abstandaproportional heraus, d.h.

U_K - U_Kn 5 50

U_{3 +} U₄- (U₃₀ + U₄₀)

Sine entsprechende Schaltung mit einem dem Abstand d und einem der Querauslonkuns Ax proportionalen Auegangesignal, bei der identische ITutzfeldgeber (U₃₀& verwendet sind, ist in Pig.7 dargestellt. Die beiden Hutzfeldgebersignale U₃ und U₄ werden auf positive Eingänge eines ersten Summierers 39 gegeben, während

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eine Beaugsignalquelle 40 ©inen negativen Eingang des Summierers 29 mit dem doppelten konstanten Signalmteil 2U»q der ITutzfeldgeber 29 beaufschlagt. Bai Ausgangs« eignal dieses Summierers 39 gelangt auf einem Eingang eines Dividierers 4L Weiter werden die Signal« U, und U, auf ungle.ichpölige Eingänge eines zweiten Summierers 42 gegeben, dessen Ausgong mit dem zweiten Eingang des Dividierers 41 in Verbindung steht. Dieser Dividierer 41 bildet nach den obigen Ausführungen «in Signal, welches nur von der Querauelenkung άχ άββ Elektromagneten (26) gemäß I¹Ig. 5 oder der Elektroniag« netanordnung 33,34 gemäß Fig.6 abhängt. Daβ Signal ϋς dee Streufeldgebers 31 bzw. eines Erregeretromgebere wird auf einen positiven Eingang eines dritten Summierers 43 gegeben und duroh Ansohluß einer Bezugeignalquelle 44 an einen negativen Summierereingang um den ggf. vorhandenen konstanten Signalanteil Ucq vermindert, fe Der Auegang dieseβ Summierers führt auf einen Eingang eines weiteren Dividierers 45, auf dessen zweiten Eingang das Ausgangssignal des ersten Summierer· 39 ebenfalls gelangt, so daß dieser aweite Dividierer 45 ein Ausgangssignal liefert,"das, wie oben erläutert, nur eine Punktion P des Abstandes d ist. Auch dieie Schaltung kann aus analogen, digitalen oder hybriden Elementen aufgebaut sein.

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Gr/Z

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Claims

Patentansprüche

Anordnung zum berührungsfreien Erfassen mindestens dta Abstandes zwischen dem Elektromagneten und dem Anktr tine« elektromagnetischen Trag- oder Führungsayateme insbesondere zum Tragen oder PUhren von Sohwebefahrzeugen, gekennzeichnet durch mindestens zwei Me|wtrtgeber (10, 11; 10, 13; 29, 31) zum Erfasatn dtr im wtetntllohen nur erregungs- und abstandsabhängigen Induktion des magnetischen Hutzfeldes oder tintr davon abgtleiteten Größe und einer weiteren, naoh tiner anderen Punktion trregungs- und ggf. abatandeabhängigen Grüßt des elektromagnetischen Systeme und durch eine elektrische Schaltung aus analogen, digitalen oder hybriden Elementen zum Eliminieren der Erregerstromabhängigkeit der beiden Mtfgrößtn.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dad tin Nutzftldgeber (10) an einer Aus- bzw. Eintritt sflache (9) dte dtn Elektromagnetkern (3) und den Anker (1) durchsetzenden Hutzfeldes aus dem bzw. in den Elektromagnetkern und ein Streufeldgeber (11) im Strtuftld dta Elektromagneten engebracht ist.

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3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nutzfeldgeber (10) an einer Aus- bzw. Eintrittsfläche (9) des den Elektromagnetkern (3) und dtn Anker (1) durchsetzenden iTutzfeldee aus dem bzw. in den Elektromagnetkern angebracht ist und ein Erregerstromgeber (13) in den Erregerstrorakreie dee Elektromagneten (2) eingeschaltet ist.
4· Anordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Erregerstromgeber ein Ghunt (13) vorgesehen ist.
5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dtra WutzfluÄkreia dta Elektromagneten (2) ein mit einstellbaren Luftwegen von etwa der Länge der Luftweg· des Nutzfeldee behafteter Streuflußkreis in Form eines in verstellbarem Abstand zwischen den Erregerspulenstirnseiten angeordneten Elußleitbügela (14) parallel geschaltet ist, in welchem Streufluß« kreis der Streufeldgeber (11) angeordnet ist.
6. Anordnung nach Anspruoh 1 zum berührungsfreien Erfassen mindestens des Abstandes zwischen dem Elektromagneten und dem Anker eines elektromagnetischen Tragoder Führungeeysterne, bei dem sowohl der Elektromagnetkern als auch der Anker im wesentlichen U-förmig·

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Gestalt bei verschieden großem Seitenschenkelabstand aufweisen und mit den freien Enden der Geitenschenkel einander im wesentlichen gegenüberstehen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfaesen sowohl des Abstandoa (d) als auch der relativen Querauslenkung (Ax) zwischen Elektromagnet und Anker an der Hutzfeldauatrittafläche (27) und an der Hutzfeideintrittsfläohe (28) des Elektromagnetkern β (26) je ein Iiutefeldgeber (29) angebracht ist und ein weiterer Feld- oder Erregeratromgeber (31) im Streufeld bzw. im Erregerstromkrois dea Elektromagneten vorgesehen ißt.
7. Anordnung nach Anspruch 1 zum berührungefreien Erfasaen mindeetena des Abatandes zwischen dem Elektromagneten und dorn Anker eines elektromagnetischen Trag- oder Führungssystems, bei dem zwei gleich erregte Elektromagnete von übereinstimmender, im wesentlichen U-förmiger Kerngeatalt entgegengesetzt querversetzt einem U-förmigen Anker gegenüberstehen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen sowohl dee Abatandee (d) als auoh der relativtn Querauslenkung (Ax) zwischen Elektromagnet^ unf Anker die' äußersten oder die innersten Seitenschenkel (35,36) der Elektromagnetanordnung (33»34) an ihrer liutzftldaus- und ihrer liutzfeldeintrittefläohe einen Nutzfeldgtber (29) tragen und ein weiterer Feld- oder Errtgeretromgtber (31) im Streufeld elnea der Elektromagnete bzw, im

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gemeinsamen ErregerStromkreis beider Elektromagnet« angeordnet ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennseieh.net, daß die elektrische Schaltung Summierer (19»20) aufweist, die jeweils mit einem Gebor (10 bzw. 11) und einer einstellbaren Bezugsoignalquelle (21 bzw. 22) verbunden sind, und deren Ausgänge auf die Eingänge eines Dividierers (23) gesohaltet sind.
9. Anordnung naoh einem der Ansprüche 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß die beiden liutzfeldgeber (29) zur Bildung einer Signalsumme (U, + U.) und zur Bildung einer Signaldifferenz (U, - U,) en zwei Summierern (39,42) angeschlossen sind, die mit einstellbaren Bezugssignalquellen (40) in Verbindung stehen und deren Ausgänge an den Eingängen eines Dividierere (41) liegen, und daß der Streufeldgeber (31) bzw. ein Erregerstromgeber an einem mit einer einstellbaren Bezugssignalquelle (44) verbundenen Summierer (43) angeschlossen ist, dessen Ausgang ebenso wie der Ausgang des die Ifutzfeldsignale (Uj, U^) summierenden Summierers (39) am Eingang eines weiteren Dividierers (45) liegt.

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10. Anordnung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß als ITutz- bsv/. ütreufeldgeber (10,11,29,31) Hallgeneratoren, Feldplatten oder Magnetdioden vorgesehen sind.

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