DE3133034A1

DE3133034A1 - Stellungsfuehler

Info

Publication number: DE3133034A1
Application number: DE19813133034
Authority: DE
Inventors: Shinichiro 48057 Auburn Heights Mich. Iwasaki
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1980-08-29
Filing date: 1981-08-21
Publication date: 1982-04-15
Also published as: JPH0140927B2; DE3133034C2; JPS5772008A; US4339953A

Description

Stellunscsfühler

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stellungsfühler und insbesondere auf einen Stellungsfühler zum Umsetzen einer betrieblichen Versetzungslage eines Arbeitselements in ein elektrisches Signal.

Bei einer herkömmlichen Anordnung ist ein Potentiometer vorgesehen, dessen Schleifer mit einem versetzbaren Arbeitselement verbunden ist. Bei dieser Anordnurig wird von dem Potentiometer eine der betrieblichen Ver- · setzungslage des Arbeitselements entsprechende analoge Spannung abgenommen.

Bei diesem Stellungsfühler muß ein das potentiometer bildender Dünnfilm-Widerstand eine hohe Abriebfestigkeit zeigen und eine gleichmäßige Abnahme einer Ausgangsspannung für eine vorgegebene Schleiferstellung ergeben. Ferner ist anzustreben, daß das verstellbare Arbeitselement und der Schleifer miteinander mechanisch mit einem minimalen Spiel verbunden sind und daß zwischen dem Schleifer und dem Dünnfilm-Widerstand bei Vorliegen von Schwingungen bzw. Vibrationen oder Stoßen ein gleichmäßl» ger Kontakt aufrechterhalten ist.

Deutsche Bank (München) KIo. 51/61070

Dresdner Bank (München) KIo. 3939 B44

Posischeck (München) KIo. 670-43-804

' DE 1304

Ein durch, die Andruckberührung des Schleifers mit dem Dünnfilm-Widerstand hervorgerufener Abriet» oder Schwingungen "bzw. Vibrationen oder Stöße können jedoch die Erzeugung einer hinsichtlich der Versetzungslage des verstellbaren Arbeitselements ungleichmäßigen Ausgangsspannung hervorrufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellungsfiüiler zu schaffen, der eine berührungsfreie Versetzungs-Umsetzeinrichtung aufweist, bei der in einem mechanisch/elektrischen Umsetzsystern, das eine mechanische Versetzung in ein entsprechendes elektrisches Signal umsetzt, kein mechanischer Berührungsmechanismus enthalten ist.

15

Ferner soll der erfindungsgemäße Stellungsfühler kompakt aufgebaut sein und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Schwingungen bzw. Vibrationen und Stoßen haben.

20

Weiterhin soll mit der Erfindung ein Stellungsfühler geschaffen werden, bei dem eine nur verhältnismäßig einfache elektrische Verarbeitung eines Heßsignals notwendig ist, das die betriebliche Versetzung der Arbeitsvorrichtung angibt. -

Ferner soll mit der Erfindung ein Stellungsfühler geschaffen werden, der die Abgabe von Betriebsversetzungs-Auslesedaten mittels einer verhältnismäßig einfachen Ausleselogik in Form einer integrierten Schaltung mit hohem Integrationsgrad (LSI) wie eines Mikrocomputers ermöglicht, dessen technologische Entwicklung in der letzten Zeit außerordentlich fortgeschritten ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Stellungsfühler gelöst, der ein ferromagnetisch.es Teil, das im Ansprechen auf den Arbeitsvorgang eines Arbeitselements bewegbar ist, dessen Versetzungslage zu ermitteln

■*o- DE 1304

ist, ein von einer elektrischen Spule umgebenes weiehmagnetisches Teil, das in der Uahe eines Bewegungsbereiohs des ferromagnetischen Teils befestigt ist, und eine yersetzungs/lmpulsphasen-Umsetzeinheit mit einem Permanentmagneten aufweist. Das weichmagnetische Teil hat eine kleine Querschnittsfläche, so daß leicht eine magnetische Sättigung erreichbar ist und auch demzufolge das bewegbare ferromagnetische Teil klein bemessen sein kann, das den durch ein äußeres Magnetfeld an dem weich-

10 magnetischen Teil hervorgerufenen Magnetfluß steuert.

Die elektrische Spule hat eine derartig gesteigerte Windungsanzahl, daß das we-ichmagne tische Teil mit einer verhältnismäßig niedrigen Spannung bzw. mit einem verhältnismäßig sehwachen strom magnetisch gesättigt werden

15 kann.

Der Permanentmagnet wird körperlich verkleinert, während die Bedingungen zur Abgabe eines Magnetfelds einer Stärke, die von einer Wegstrecke des ferromagnetisehen Teils innerhalb eines vorbestimmten Bereichs <?es Magnetfelds abhängt, an das weichmagnetische Teil eingehalten werden.

Die Zeit T, die dafür notwendig ist, von dem Augenblick des Anlegens einer Spannung an die an dem weichmagnetischen Teil angeordnete Spule an das in einem¹ "vorbestimmten Abstand bezüglich des feststehenden Permanentmagneten angeordnete weichmagnetische Teil zu sättigen, kann annähernd folgendermaßen ausgedrückt werdenί I₁

wobei E die angelegte Spannung ist, N die Windungszahl der Spule ist, 0_m der Maximalfluß ist, der annähernd dem Sättigungsfluß äquivalent ist, und φ ein Pluß ist, der einem dem weichmagnetischen Teil über das ferromagnetische Teil zugeführten äußeren Magnetfeld zuzuschreiben ist. Wenn sich die Stärke des Flusses jzL ent-

-Jf- DE 1304

sprechend einer Bewegung des ferromagnetischen Teils ändert, ändert sich auch die Zeit T. Auf diese Weise ändert sich während der Versetzung des ferromagnetischen Teils entsprechend der Verstellung der Arbeitsvorrichtung durch eine Änderung hinsichtlich des dem weichmagnetischen Teil aufgeprägten äußeren Flusses φ die Dauer der Zeit T vom Anlegen der Spannung an die Spule an Ms zu dem Zeitpunkt, an dem der Spulenstrom eine vorgegebene Stärke erreicht. Demgemäß ist "bei dem erfindungsgemäßen Stellungsfühler eine elektrische Schaltung oder eine elektronische Halbleiter einrichtung vorgesehen, die den Viert der Zeit T ermittelt und ein elektrisches Signal in der Form eines Spannungspegels oder eines digitalen Codes abgibt, das diesen Wert darstellt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellungsfühlers wird zur Bildung des weichmagnetischen Teils ein amorphes magnetisches Material verwendet. Da ein amorphes magnetisches Teil durch Abschrecken aus einem Metall in- der Flüssigphase hergestellt werden muß, hat das Teil die Form eines dünnen Blatts. Es zeigt Ferromagnetismus und hat einen hohen Wert magnetischer Sättigung, hohe Permeabilität (Ji^-T-Kr) und eine geringe Koerzitivkraft (<-1,0 Oe), während es eine sehr hohe Bruchfestigkeit und eine hervorragende Elastizität sowie eine hervorragende Beständigkeit hat. Diese Eigenschaften des amorphen Materials sind bei der Anwendung in dem erfindungsgemäßen Stellungsfuhler äußerst vorteilhaft. Mit der Anwendung des Materials wird vorteilhaft die Signalverarbeitung erleichtert und die Genauigkeit hinsichtlich der Bestimmung des Werts der Zeit T gesteigert. Ferner ist in mechanischer Hinsicht die Herstellung erleichtert, während die Widerstandsfähigkeit gegenüber Schwingungen bzw. "" Vibrationen oder Stößen verbessert ist. Weiterhin wird bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stellungsfühlers zur Bildung des ferromagnetischen" Teils ein amorpher Stoff oder Weicheisen verwendet. Da

-β"- "" " DE I3O4

das weiclimagnetische Teil eine hohe Permeabilität hat, können Änderungen des dem weichmagnetischen Teil aufgeprägten äußeren Flusses mit hohem Wirkungsgrad selbst dann gewährleistet werden, wenn die Änderungen relativ

5 gering sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Pig. 1a ist eine längsschnittansicht eines Stellungsfühlers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

Pig. 1b ist eine Schnittansicht längs einer Linie 15 A-A in Fig. 1a.

Pig. 2a ist ein Schaltbild einer an den in den Pig. 1a und 1b gezeigten Stellungsfühler angeschlossenen elektrischen Verarbeitungsschaltung zur Abgabe einer analogen Spannung mit einem Pegel, der der ermittelten Stellung entspricht.

Pig. 2b ist eine graphische Darstellung, die die Kurvenformen von Eingangs- und AusgangsSignalen der in Pig. 2a gezeigten Verarbeitungsschaltung zeigt.

Pig. 3a ist ein Schaltbild einer weiteren, an den in den Pig. 1a und 1b gezeigten Stellungsfühler angeschlossenen elektrischen Verarbeitungsschaltung zur Abgäbe von Impulsen, die jeweils eine der ermittelten Stellung entsprechende Verzögerungszeit anzeigen.

Pig. 3b ist eine graphische Darstellung, die die Kurvenformen von Eingangs- und Ausgangssignalen der in Pig. 3a gezeigten Verarbeitungsschaltung zeigt.

Pig. 4 ist ein Blockschaltbild einer Zählerschältung, die eine Verzögerungszeit zwischen einem Eingangs-

ο ι ο

■&- de 1304

impuls xind einem Aus gangs impuls der Verarbeitungsschaltung nach Fig. 5a in einen digitalen Code umsetzt.

Pig. 5 ist ein Blockschaltbild einer an den in den Pig. 1a und 1b gezeigten Stellungsfühler angeschlossenen elektronischen Verarbeitungseinheit zum Bestimmen einer Zeitverzögerung der Anstiegsflanke eines im Ansprechen auf eine an eine elektrische Spule von einem Einzelbaustein-Mikrοcomputer angelegte Impulsspannung durch die elektrische Spule fließenden Stroms.

Pig. 6a ist eine perspektivische Ansicht, die eine Anordnung eines ferromagnetischen Teils in Bezug auf ein weichmagnetisches Teil und einen Permanentmagneten zeigt, welche zur Ermittlung einer Verzögerungszeit verwendet wird, die sich entsprechend der Relativlage des ferromagnetischen Teils in Bezug auf das weichmagnetische Teil und den Permanentmagneten ändert.

Pig. 6b ist eine graphische Darstellung, die Spannungsdaten zeigt, welche eine Verzögerungszeit darstellen, die sich bei Verwendung der in Pig. 6a gezeigten Anordnung und Verbindung der elektrischen Spule mit der in Fig. 2a gezeigten elektrischen Verarbeitungsschaltung in Übereinstimmung mit einer Verstellung χ eines 50 mm langen ferromagnetischen Teils in der X-X-Richtung verändert.

Pig. 6c ist eine graphische Darstellung, die Daten für eine zeitverzögerungs-lmpulsbreite als Punktion der Verstellung χ eines 50 mm langen ferromagnetischen Teils in der X-X-Richtung bei Anwendung der in der Pig. 6a gezeigten Anordnung und Anschluß der elektrischen Spule an die in Pig. 3& gezeigte elektrische Verarbeitungsschal- ^⁵ tung zeigt.

PiC. 7a ist eine Vorderansicht eines Stellungsfühlers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

. .ro

DE 1304

Pig. 7b ist eine Schnittansicht des in Fig. 7a gezeigten Stellungsfühlers.

Pig. 7c ist eine Schnittansicht längs der Linie 5 B-B in Pig. 7b.

Pig. 8a ist ein Schaltbild einer an den in den Pig. 7a bis 7c gezeigten Stellungsfühler angeschlossenen elektrischen Verarbeitungsschaltung zur Abgabe einer analogen Spannung mit einem Pegel, der von der ermittelten Verstellung abhängt.

Pig. 8b ist ein Blockschaltbild einer an den in den Fig. 7a bis 7c gezeigten Stellungsfühler angeschlossenen elektrischen Verarbeitungsschaltung zur Erzeugung eines digitalen Codes, der die ermittelte Verstellung darstellt.

Pig. 8c ist ein Blockschaltbild einer an den in den Pig. 7a bis 7c gezeigten Stellungsfühler angeschlossenen elektronischen logischen Verarbeitungseinheit zur Erzeugung eines digitalen Codes, der einer ermittelten Versetzungslage entspricht.

Pig. 9a ist eine perspektivische Ansicht, die die Relativlage eines ferromagnetischen Teils in Bezug auf weichmagnetische Teile und einen Permanentmagneten bei der experimentellen Ermittlung einer jeweiligen Verzögerungszeit an elektrischen Spulen zeigt, die der Lage des ferromagnetischen Teils in Bezug auf die veichmagnetischen Teile und den Permanentmagneten entspricht.

Pig. 9b ist eine graphische Darstellung, die Spannungsdaten für eine Verzögerungszeit zeigt, welche_: sich bei Verwendung der in Pig. 9a gezeigten Anordnung und eines in einem Abstand von 50 mm stehenden Paars elektri scher Spulen, die an die in Pig. 8a gezeigte elektrische Verarbeitungsschaltung angeschlossen sind, in Überein-

O I O O U

DE 1304

Stimmung mit der Versetzungslage χ eines 25 mm langen ferromagnetischen Teils in der X-X-Richtung verändert.

Fig. 9c ist eine graphische Darstellung, die jeweilige Differenzen einer Zeitverzogerungs-Impulsbreite in Bezug auf eine Versetzungslage χ eines 25 mm langen ferromagnetischen Teils in der X-X-Richtung "bei Anwendung der in Fig. 9a gezeigten Anordnung und eines paars in einem Abstand von 50 mm stehender elektrischer Spulen zeigt, die jeweils an die in Pig. 3a gezeigte elektrische Verarbeitungsschaltung angeschlossen sind, wie es in den Pig. 8"b und 8c gezeigt ist.

Fig. 10a ist eine Längsschnittansicht eines Stellungsfühlers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Fig. 10"b ist eine Schnittansicht längs der Linie G-C in Fig. 10a.

Pig. 11 ist eine graphische Darstellung, die Spannungsdaten zeigt, "welche· eine mit einem in den Fig. 10a und 10"b gezeigten ferromagnetischen Teil durch dessen Versetzungslage hervorgerufene Verzögerungszeit anzeigen.

Fig. 12a ist eine Längsschnittansicht eines Stellungsfühlers gemäß einem vierten Ausführungsheispiel.

Fig. 12Ta ist eine Schnittansicht längs der Linie D-D in Fig. 12a.

Fig. 13a ist eine perspektivische Ansicht, die die Relativanordnung eines ferromagnetischen Teils in Bezug auf ein weichmagnetisches Teil und einen Permanentmagne-^OJ ten "bei der experimentellen Ermittlung einer Verzögerungs zeit an einer in der Fig. 12 gezeigten elektrischen Spule zeigt.

de 1304

1 Pig. 13b ist eine graphische Darstellung, die Spannungsdaten für eine Verzögerungszeit zeigt, die bei einer Versetzung des in Fig. 13a gezeigten ferromagnetischen Teils hervorgerufen wird.

Fig. Ha ist eine Längsschnittansicht eines Stellungsfühlers gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.

Fig. Hb ist eine Schnittansicht längs der Linie E-E in Fig. Ha.

Fig. 15a ist eine perspektivische Ansicht, die die Relativlage eines ferromagnetischen Teils in Bezug auf ein weichmagnetisches Teil und einen Permanentmagneten 15 bei der experimentellen Ermittlung einer Verzögerungszeit an einer elektrischen Spule nach Fig. 14a zeigt.

Fig. 15b ist eine graphische Darstellung, die Spannungsdaten für eine Verzögerungszeit zeigt, die bei ei-20 ner Versetzung des ferromagnetischen Teils bei der Anordnung nach Fig. 15a hervorgerufen wird.

Fig. 16a ist eine Längsschnittansicht eines Stellungsfühlers gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. 25

Fig. 16b ist eine Schnittansicht längs der Linie F-F in Fig. 16a.

Fig. 17a ist eine Längsschnittansicht eines Stel-30 lungsfühlers gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel.

Fig. 17b ist eine Schnittansicht längs der Linie G-G in Fig. 17a.

Fig. 18a ist eine Längsschnittansicht eines Stellungsfühlers gemäß einem achten Ausführungsbeispiel*

DE 1504

Fig'. 18b ist eine Schnittansicht längs der Linie H-H in Fig. 18a.

In der Zeichnung sind durchgehend in den verschiedenen Darstellungen zur Bezeichnung identischer oder einander entsprechender Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet; im einzelnen wird zunächst anhand der Fig. 1a "bis 6c ein erstes Ausführungsbeispiel des Stellungsfühlers beschrieben.

Erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 1a bis 6c

Bei dem in den Fig. 1a und 1b dargestellten Ausführungsbeispiel hat ein Stellungsfühler 1 ein Gehäuse 2 aus Harzmaterial und eine Abdeckung 4, die mittels einer geeigneten Anzahl von Schrauben 3 an dem Gehäuse 2 befestigt ist. Das Gehäuse 2 ist mit einer geeigneten Anzahl von Ausnehmungen versehen, in welchen ein Permanentmagnet 5, ein mit einer elektrischen Spule 6 umwickel- tes weichmagnetisches Teil 7 und ein ferromagnetisches Teil 8 angeordnet sind. Der Permanentmagnet 5 und das magnetisch weiche bzw. weχchmagnetische Teil 7 sind am Inneren des Gehäuses 2 befestigt und in ihrer jeweiligen Längsrichtung parallel zueinander angeordnet. Das weichmagnetische Teil 7 ist aus mehreren aufgestapelten Blättern gebildet. Die beiden Enden 9 und 10 der elektrischen Spule ragen über jeweilige Leitungsdrähte aus dem Gehäuse heraus. Das ferromagnetische Teil 8 ist an einem Ende eines unmagnetischen Verbindungsstabs 11 befestigt, dessen anderes Ende über eine Verbindungsvorrichtung 12 wie einen geeigneten Verbindungsmechanismus mit einer Arbeitsvorrichtung 13 verbunden ist. Demnach wird über eine Bewegung der Verbindungsvorrichtung 12 im Ansprechen auf eine betriebliche Verstellung der Lage der Arbeitsvorrichtung 13 das ferromagnetische Teil 8 in einer Ausnehmung 14 des Gehäuses 2 in der zu den Längsachsen des Permanentmagneten 5 und des we ichmagnetischen Teils 7 senkrechten Richtung versetzt.

DE 1304

Auf diese Weise ändert das ferromagnetische Teil 8 entsprechend seiner Versetzungslage den in dem weichmagnetischen Teil 7 von dem durch den Permanentmagneten 5 erzeugten äußeren Magnetfeld hervorgerufenen magnetisehen Fluß. Diese Änderung wird mittels einer elektrischen Verarbeitungsschaltung oder einer elektronischen logischen Verarbeitungseinheit ermittelt, wodurch die Betriebsversetzungslage der Arbeitsvorrichtung auf elektrische Weise erfaßt wird.

Die Pig. 2a zeigt eine elektrische Verarbeitungsschaltung 100 in einer Ausführungsform. Die Schaltung 100 hat einen Anschluß 101, der an eine vorgegebene Gleichspannung Ycc in der Größenordnung von beispielsweise +5 V angeschlossen wird. Die Schaltung hat ferner einen Eingangsanschluß 102, an den Spannungsimpulse mit einer Frequenz in der Größenordnung von beispielsweise 5 bis 25 kHz angelegt werden. Ein mit seiner Basis an den Eingangsanschluß 102 angeschlossener NPN-Transistor 103 ist während der Zeit positiver Impulsspannung durchgeschaltet und wird gesperrt, wenn die impulsspannung Massepegel annimmt. An einem Widerstand 105 wird eine zu dem durch die Spule 6 fließenden Strom proportionale Spannung entwickelt, die mittels eines Integrators aus

²⁵ einem Widerstand 106 und einem Kondensator 107 integriert wird, wobei die integrierte Spannung an einem Ausgangsanschluß 108 auftritt.

Die Fig. 2b zeigt graphisch die Kurvenformen der Eingangs- und der Ausgangsspannung der in Fig. 2a gezeigten Schaltung. Eine Verzögerungszeit td von der Anstiegsflanke der Eingangsspannung IN bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Spannung an dem widerstand 105 οinen VorßOfiebenen Topjel überschreitet, oowio eine integrierte spannung Vx, die ein Integral der ttpunnung an dom Widerstand 105 darstellt, hängen beide von der Lage des ferro magnetischen Teils 8 ab.

DE 1504

Die Fig. 3a zeigt eine \*eitere elektrische Verarbeitungsschaltung 120. In diesem Fall ist während der Zeit positiver Eingangsspannung IN ein PNP-Transistor 104 durchgeschaltet, wodurch eine Spannung an die Spule 6 angelegt wird. Während der Zeitdauer des Massepegels der Eingangsspannung IN ist der Transistor 103 und damit auch der Transistor 104 gesperrt. Ein Paar aus N-Kanal-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren FET "1 und FET 2 bilden eine Konstantspannungsquelle, die einen konstanten Stromfluß über die Spule aufrechterhält. Die Stärke des über den Feldeffekttransistor FET 2 fließenden Stroms kann mittels eines veränderbaren Widerstands 122 eingestellt werden. Die an dem mit den Feldeffekttransistoren FET 1 und FET 2 verbundenen Anschluß der Spule entstehende Spannung wird einem Paar von in Kaskade geschalteten invertierenden Verstärkern IN 1 und IN 2 zugeführt, die diese Spannung verstärken und formen.

Die Fig. J>\> zeigt graphisch die Kurvenformen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung der Schaltung nach Fig. 3a. Die Schaltung 120 gibt ein Ausgangssignal OUT in Form eines Spannungsimpulses ab, der um eine Verzögerungszeit td in Bezug auf einen Eingangsimpuls IN verzögert ist, wobei die Dauer der Verzögerungszeit von der Lage des ferromagnetischen Teils 8 abhängt.

Die Fig. 4 zeigt eine Zählerschaltung 140, die die Größe der Verzögerungszeit td in einen entsprechenden digitalen Code umsetzt. Bei der Schaltung'nach Fig. 4 wird mit der Anstiegsflanke einer Eingangs spannung IiT ein Flipflop F1 gesetzt, wodurch dessen Q-Ausgangssignal auf hohen Pegel "1" wechselt, der ein UND-Glied A1 zum Durchlaß von mittels eines Taktimpulsoszillators 141 erzeugten Impulsen zu einem Zählimpulseingang CK eines Zählers 142 durchschaltet. Ein Ausgangsimpuls OUT und das Q-Ausgangssignal des Flipflops Fi werden an ein UND-Glied A2 angelegt, das ein Ausgangssignal hohen Pegels "1" abgibt, wenn der Ausgangsimpuls OUT auf hohen

... 313-3Ό34

DB -1304

Pegel ansteigt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Flipflop F1 rückgesetzt, wobei sein Q-Ausgangssignal auf niedrigen Pegel "0" zurückkehrt. Dadurch wird das UND-Glied 11 gesperrt und damit die Zufuhr von Taktimpulsen zu dem Zähler 142 unterbrochen. Während der Zeit, während der das UND-Glied A2 ein Ausgangssignal "1" erzeugt, /w££d ein den Zählstand des Zählers 142 darstellender Code in einen Zwischenspeicher 143 eingespeichert. Naoh dem Eücksetzen des Flipflops F1 und dem Beschicken deö Zwischenspeichers 143 mit dem Zählstand-Code läßt ein UND-Glied' A3 einen Taktimpuls zum Löschen des Zählers*142 durch. Ein Ausgangscodesignal des Zwischenspeichers 143' gibt die Anzahl der während des Zeitintervalls der Verzögerungszeit td durchgelassenen Taktimpulse an /und

15 stellt damit die Größe der "Verzögerungszeit tddar*

Eine in der Fig. 5 gezeigte elektronische :Verarbeitungseinheit 160 hat einen Einzelbaustein-Mikrocomputer (integrierte Halbleitereinheit mit hohem Integrationsgrad, LSI) 161, einen Verstärker 162, einen N~Ksflal-Sperrschicht-Feldeffekttransistor FET 1, der als KOn-* stantstromquelle wirkt, einen Widerstand 163, . einen-fcön-* densator 164, einen Verstärker 165 und einen Taktimpulsoszillator 166. Die Zusammenschaltung aus dem Widerstand 163 und dem Kondensator 164 bildet ein Filter," das Spannung sschwingungen mit Frequenzen unterdrückt, -d-ie !hoher als die Frequenz der Eingangs- und der Ausgang sUmpulse sind. Der Mikrocomputer 161 erzeugt aufgrund der von dem Taktimpulsoszillator her angelegten Taktimpulse Ein-

^ου gangsimpulse einer vorgegebenen Frequenz in einem Bereich von 5 "bis 30 kHz und führt diese dem Verstärker 162 zu. Andererseits überwacht der Mikrocomputer 161 die an dem Verbindungspunkt zwischen dem N-Kanal-Feldeffekttransistor FET 1 und einem Ende der Spule entstehende Spannung bzw. die Ausgangsspannung des Verstärkers 165 und zählt die '-Caktimpulse, die während der Zeit von der Anstiegsflanke des vom Mikrocomputer abgegebenen Impulses bis zum Anstieg der Ausgangsspannung des Verstärkers

J IJJUJt

DE 1304

165 auf einen vorgegebenen Pegel erzeugt werden. Dieses Zeitintervall entspricht der Verzögerungszeit td, so daß der Mikrocomputer ein Ausgangscodesignal bildet, das den Wert der Verzögerungszeit td angibt.

Gemäß den vorangehenden Ausführungen kann der in den

Fig. 1a und 1b gezeigte Stellungsfühler mit verschiedenen elektrischen Verarbeitungsschaltungen oder einer elektronischen logischen Verarbeitungseinheit verbunden werden, um damit ein elektrisches Signal zu bilden, das die lage des ferromagnetischen Teils 8 des Stellungsfühlers 1 angibt.

Als nächstes wird die Anwendung des in den fig. 1a und 1b gezeigten Stellungsfühlers 1 in Verbindung mit der elektrischen Verarbeitungsschaltung 100, 120 und oder der logischen Verarbeitungseinheit 160 zur Abnahme eines der Betriebsversetzungsstellung der Arbeitsvorrichtung entsprechenden elektrischen Signals beschrieben. Zunächst wird die Betriebsversetzungsstellung der Arbeitsvorrichtung 13 in eine Stellung des ferromagnetischen Teils 8 umgesetzt. Danach erfolgt die Umsetzung der Lage des ferromagnetisehen Teils 8 in ein elektrisches Signal, wie es anhand der in den Figo 6b und 6c gezeigten Versuchsdaten erläutert wird. Bei den Versuchen werden das weichmagnetische Teil 7 und der Permanentmagnet 5 parallel fest angeordnet, wie es in der Fig. 6a gezeigt ist. Eine Xq - XQ-Achse wird so gewählt, daß sie durch das weichmagnetische Teil 7 und denTpermanentmagneten 5 senkrecht zu deren Längsrichtung verläuft; an einer zu der Xq - XQ-Achse parallelen X-X-Achse ist das ferromagnetische Teil 8 in einem bestimmten Abstand j von dem weichmagnetischen Teil 7 bewegbar angeordnet. Der Ursprung der X-X-Achse wird längs derselben als die stelle definiert, an der das linke Ende des ferromagnetischen Teils 8 (Figo 6a) eine vertikale Verlängerung der Längsachse des weichmagnetischen Teils 7 schneidet. Dann werden die Vierte der die Verzögerungszeit darstel-

"*** " °DE 1304

lenden Spannung Vx und der Impulsbreite der Verzögerungs zeit (in ]xs) in Bezug auf eine positive Versetzung des ferromagnetischen Teils 8 in der X-X-Richtung von dem Ursprung (x=o) weg zu dem Magneten hin ermittelt. Die

5 nachstehende Tabelle 1 zeigt den Zusammenhang der erzielten Daten im Hinblick auf Abmessungen a bis j für die Form und die Lage sowie auf Materialien.

Die Angabe "N-N" in der Spalte "Spannungspolüng" bedeutet, daß die Spule 6 mit der elektrischen Schaltung in der Weise verbunden ist, daß an dem oberen Ende des weichmagnetischen Teils 7 ein H-PoI erzeugt wird.

Aus den in Fig. 6b gezeigten Daten ist ersichtlich, daß bei dem Fall Nr. 1 eine Spannung Vx sehr hoher Linearität und hoher Genauigkeit für eine Versetzuhgslage χ des ferromagnetischen Teils 8 in der X-X-Richtung von-O mm bis 45 mm, insbesondere von 10 mm bis 40 mm und am günstigsten von 20 mm bis 35 mm erzielbar ist. Aus der Fig. 6c ist ferner ersichtlich, daß bei dem Fall Hj*. 2 in dem Bereich von 0 mm bis 45 mm, insbesondere von 0 mm bis 30 mm und vorzugsweise von 0 mm bis 15 mm eine Impulsbreite bzw. Verzögerungszeit td (in us) mit sehr hoher Linearität und sehr hoher Genauigkeit für die Versetzungslage χ des ferromagnetischen Teils erzielbar ist.

ω ο

ro cn

Ni

Tabelle

FaIl- Kr.	Veichmagnetisches Teil 7	Dicke mm	a mm	mm	Blatt anzahl	Spule 6	Permanent- magne t 5	d mm	e mm
1	Material (Atom-Gew.73)	0,058	40	1,8	4	Windungs zahl	σ PITT)	5	5
2	¹WHo³³14^B6 amorph	Il	It	ti	Il	1000	40	ti	It'
5 ,	It	H	ti	11	It	11	It	11	tt
6	!I	It	It	Il	ti	Il	ti	ti	ti
7	It	It	It	It	It	It	It	tt	Il
U	It	ti

CO O

IO

ro

Tabelle 1 (Portsetzung)

PaIl- Nr.	Ferronagnetisches Teil 8 Abstände	f mm	g nun	h mm	i τη τη	3 τη τη	Meßvorr. und Eing.- Impuls- Prequenz	Spannungs- pοlung	Oaten
1	Material (Atem-jew.fi-)	50	10	2	40	2	Schaltung 100 5 kHz	N-N	Pig.6b
2	⁵'^S81^B13,5^S:L3,5^C2 amorph	ti	Il	Il	Il	Il	Schaltung 120 5 kHz	Il	Pig.6c
5	I!	25	Il	Il	30	X	Schaltung 100 5 kHz	It	Pig.11
6		H	Il	Il	VJl	X	ti	Il	Pig.13a
7	11	50	30	ti	15	X	Il	It	Pig.15b
f»

DE 1304 Zweites Ausführungsbeispiel, Pig. 7a "bis 9c

Die Fig. 7a "bis 9c veranschaulichen ein zweites Ausführungsbeispiel des Stellungsfühlers. Bei dem in den Fig. 7a "bis 7c dargestellten Stellungsfühler 1 ist ein ferromagnetische Teil 8 entsprechend einer Betriebsversetzungsstellung einer Arbeitsvorrichtung 13 über eine ■ Verbindungsvorrichtung 12 und einen Verbindungsstab 11 in der X-X-Richtung so bewegbar, daß es sich.zu einem von einer elektrischen Spule 6 umgebenen weichmagnetischen Teil 7 hin oder von diesem weg auf eine Weise bewegt, wie sie vorangehend in Bezug auf den in den Fig. 1a und 1b gezeigten Stellungsfühler angeführt wurde. Hierbei ist jedoch anzumerken, daß dem weichmagnetischen Teil 7 unter Zwischensetzung des Permanentmagneten 5 ein gesondertes, von einer elektrischen Spule 20 umgebenes weichmagnetisches Teil 21 gegenübergesetzt ist. Die elektrischen Spulen 6 und 20 an den jeweiligen weichmagnetischen Teilen 7 bzw«, 21 sind auf Spulenkörper 22 bzw. 23 gewickelt. Jeweils beide Enden der jeweiligen Spulen 6 bzw. 20 sind mit Anschlüssen 24 bis 27 verbunden. Ansonsten entspricht der Aufbau demjenigen gemäß den Fig. 1a und 1b und es werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, so daß daher eine ausführliche Erläu-

25 terung weggelassen wird.

Die Fig. 8a zeigt eine elektrische Verarbeitungsschaltung 180, die eine Analogspannung Vx in Übereinstimmung mit der Stellung des ferromagnetisehen Teils in dem in den Fig. 7a bis 7c gezeigten Stellungsfühler abgibt. Im einzelnen ist in der Schaltung 180 ein NPN-Transistor 103 während der Zeit durchgeschaltet, während der eine Eingangsimpulsspannung IN auf positivem Pegel verbleibt, und während der Zeit gesperrt, während der die Eingangsimpulsspannung Massepegel hat. Die Kollektorspannung des Transistors 103 wird mittels eines Paars invertierender Verstärker IN 3 und IN 4 verstärkt und geformt, bevor sie an die Basis eines NPN-Transistors

■*»- DE 1304

121 angelegt wird. Daher ist bei positivem Pegel der Eingangsimpulsspannung IN der Transistor 103 durchgeschaltet, während der Transistor 121 gesperrt ist. Demzufolge wird während dieses Zeitintervalle ein PNP-Transistor 104 gösperrt. Während der Zeitdauer des Massepegels der Eingangs impuls spannung ist der Transistor 103 gesperrt, während die Transistoren 121 und 104 durchgeschaltet sind. D.h., es wird auf gleichartige weise wie "bei der Schaltung 120 nach Fig. 3a eine konstante Versorgungsspannung Vcc an die Spule 6 angelegt, wodurch an einem Widerstand 105 ein Spannungsimpuls mit einer Verzögerungszeit t_d1 von der abfallenden Flanke des Eingangsspannung simpulses IN an auftritt, wobei die Verzögerungszeit dem Abstand x.. des Permanentmagneten 5 und des weichmagnetischen Teils 7 von dem ferromagnetischen Teil 8 entspricht. An die zweite elektrische Spule 20 wird die konstante Versorgungsspannung Vcc über einen PHP-Transistor 181 angelegt. Da während der Zeitdauer positiven Pegels der Transistor 103 durchgeschaltet ist, so

20 daß ein invertierender Verstärker BT 5 ein positives

Ausgangssignal abgibt, durch das wiederum ein NPN-Tran», sistor 182 durchgeschaltet wird, ist auch der Transistor 181 durchgeschaltet, während dieser gesperrt wird, wenn die Eingangsimpulsspannung IN Massepegel annimmt. Demzufolge wird die konstante Versorgungsspannung Vcc an die¹ zweite Spule angelegt, wenn an die erste Spule 6 keine Spannung angelegt wird, während an die zweite Spule 20 keine Spannung angelegt wird, wenn die Versorgungsspannung an'die Spule 6 angelegt wird. D.h., die Versorgungsspannung wird abwechselnd entsprechend der Eingangsimpulsspannung .IN an die erste und die zweite Spule 6 bzw. 20 angelegt. Die zweite Spule 20 ist mit einem Widerstand 183 verbunden, an dem ein Spannungsimpuls mit einer Anstiegsflanke auftritt, die hinter der Anstiegs-* flanke des Eingangsspannungsimpulses IN um das Zeitintervall einer Verzögerungszeit t^ zurückbleibt, die von einem Abstand X₂ des Permanentmagneten 5 und des weich*- magnetischen Teils 21 von dem ferromagnetischen Teil 8

O IOO UOt

DE 1304

abhängt. Die an dem Widerstand 105 entstehende Spannung Vx1 wird an einen Belag eines Kondensators 184 angelegt, an dessen anderen Belag die an dem Widerstand 183 entstehende Spannung Vx2 angelegt wird. Da der Abstand zwisehen dem ferromagnetischen Teil 8 einerseits und dem ersten und zweiten weichmagnetischen Teil 7 "bzw. 21 andererseits durch X.J "bzw. X₂ gegeben ist, wobei X₁ +X₂ = K (konstant) gilt, und da die Spannungen Vx1 und Vx2 jeweils zu den Abständen x^ "bzw« X₂ proportional sind, entspricht die Potentialdifferenz an dem Kondensator 184 der Größe (x* - X₂). Der Kondensator 184 bildet zusammen mit einem Widerstand 185 einen Integrator, so daß an dem Kondensator eine Spannung entsteht, die der Größe (x.. - χ ) entspricht. Da Xg = K - x-| ist, ist x^ - x₂ = 2x.j — K. Damit entspricht die Spannung an dem Kondensator 184 der Größe 2x^. D.h., es wird eine Analogspannung erzielt, die dem Doppelten des Wegs "bzw. Abstands X₁ des ferromagnetischen Teils 8 in Bezug auf das erste weichmagnetische Teil 7 entspricht. Die gegenpoligen Anschlüsse des Kondensators 184 sind mit den beiden Eingängen eines Reehenverstärkers 186 verbunden, der als Differenzverstärker ausgebildet ist. Der Verstärker 186 erzeugt eine analoge Ausgangsspannung Vx, die der Größe 2x^ entspricht.

25 -

Die Pig. 8b zeigt eine weitere elektrische Verarbeitungsschaltung 200, in der ein Paar von Impulsen gebildet wird, die jeweils gegenüber der Anstiegsflanke des E ingang s impuls es um Zeitintervalle t-,., bzw. t^₂ zu-

rückbleiben. Diese Impulse werden jeweils an ein Paar von Zählerschaltungen 140 angelegt, wo sie in ein paar von Codesignalen S7 und S21 umgesetzt werden, die jeweils die Größen der Verzögerungszeiten t^^ bzw. t-*₂ darstellen. Diese Codesignale werden an einen Subtrahierer 201 angelegt, der den Wert (t^-j - t^₂) berechnet und ein digitales Ausgangscodesignal Sx = S7 - S21 abgibt, das die Größe (t^-j - t^₂) bzw, 2x^ darstellt.

DE 1304

Die Fig. 8c zeigt eine elektronische logische Verar"beitungseinheit 220 mit einem Einzelbaustein-Mikroconl·- puter 221, der einen Einzelimpuls an die mit der elektrischen Spule 6 verbundene Schaltung 120 anlegt, während er einen Zeitzählvorgang von der Anatiegsflanke des Impulses an "beginnt, um damit einen t,^-zählungs-Datenwert ST zu erhalten, der gespeichert wird. Darauffolgend legt der Mikrocomputer einen Einzelimpuls an die mit der elektrischen Spule 20 verbundene Schaltung 120 an, während er zugleich einen Zeitzählvorgang von der Anstiegsflanke dieses Impulses an beginnt, um einen t^-Zählungs-Datenwert S21 zu erhalten. Danach berechnet der Mikrocomputer die Differenz (t^ - t_d2)» ¹^ damit ein entsprechendes Ausgangscodesignal Sx = S7 - S21 zu erzeugen. Solange

15 ein Meßbefehl-Steuersignal vorliegt, setzt der Mikrocomputer diese Funktionsablauffolge fort.

Der Wert der die Verzögerungszeit darstellenden Spannung Vx sowie der Impulsbreite (us) der Verzögerungszeit als Funktion der Versetzungslage χ des ferromagnetischen Teils 8 in Richtung der X-X-Achse wurden unter¹ Verwendung der in Fig. 9& gezeigten Anordnung ermittelt, gemäß der die weichmagnetischen Teile 7 und 21 parallel zueinander unter Zwischensetzung des Permanentmagneten 5 fest angeordnet wurden. Eine Achse Xq - X₀ wurde so gewählt, daß sie durch die weichmagnetischen Teile 7 und 21 sowie den Permanentmagneten 5 in einer zu deren Längsachsen senkrechten Richtung verläuft. Eine zu der Achse X_n - X₀ parallele X-X-Achse wurde in einem vorbe-

^ou stimmten Abstand j von den magnetisch weichen Teilen 7 und 21 an der Stelle gewählt, an der das ferromagnetische Teil 8 bewegbar angeordnet ist, wobei der Ursprung (x = 0) dieser Achse auf die Mittellage des ferromagnetischen Teils 8 zwischen den weichmagnetischen Teilen 7 und 21 festgelegt wurde, in der nachstehenden Tabelle 2 sind den Aufbau und die Anordnung betreffende Parameter a bis j sowie Materialien im Zusammenhang mit zugehörigen Meßdaten angegeben.

co ο

ro

ro ο

Ui

Tabelle

FaIl- Nr.	Vie ichmagnetische Teile 7 und 21	Dicke mm	a mm	"b mm	Blatt anzahl	Spulen 6 und 20	Permanentmagnet 5 (5a)	d mm	e mm
3	Material (Atom-Gew.$)	0,058	40	5	4	Windungs- anzahl	C mm	5	5
4	^Fe4O^ITi4O^pH^B6 amorph		Il	Il	It	800	40	Il	It
Il	It	Il

ω ο

(O

Tabelle 2 (Portsetzung)

ι PaIl- Nr.	Perromagnetisehes Teil 8	f mm	g mm	h pirn	Abstände	3 mm	Meßvorr. und Eing,- Impuls- Frequenz	Spannungs- pοlung	Daten
3	Material (Atom-G-ew.^)	25	10	2	i mm	5	Schaltung 180 5 kHz	S-IT	Pig.9b
A	Pe₄₀Ni₄₀P₁₄B₆ amorph	Tl	ti	It	50		2 Schltg. 120 5 kHz	IT-N	Fig.9c
11	I!

DE 1304

In der Tabelle 2 bedeutet die Angabe "S-N" in der Spalte "Spannungspolung", daß die Spule mit der elektrischen Schaltung so verbunden ist, daß an dem oberen Ende der weichmagnetischen Teile jeweils ein S-PoI erzeugt wird? "N-U" bezeichnet einen Anschluß der Spule an die elektrische Schaltung in der Weise, daß an den oberen Enden der weichmagnetischen Teile jeweils ein N-PoI erzeugt wird.

Aus den in Pig. 9"b gezeigten Daten (Pall Nr, 3) ist ersichtlich, daß eine Spannung Yx guter Linearität und hoher Genauigkeit für eine Versetzungslage χ des ferromagnetischen Teils 8 von -30 mm bis -12 mm, von -12 mm bis +10 mm oder von +10 mm bis +30 mm erzielbar ist.

Bei den in der Pig. 9c gezeigten Versuchsdaten (Pall Nr. 4) ist an die elektrischen Spulen 6 bzw. 20 jeweils die elektrische Verarbeitungsschaltung 120 gemäß der Darstellung in Pig. 8b angeschlossen, wobei eine Differenz der Verzögerungszeiten t^, bzw. von Impulsbreiten in με mit

guter Linearität und hoher Genauigkeit in einem Bereich der Versetzungslage χ des ferromagnetischen Teils 8 von -30 mm bis -14 mm, von -14 mm bis +10 mm oder von +10 mm bis +26 mm erzielt wird.

25 Drittes Ausführungsbeispiel, Pig. 10a bis 11

Die Pig. 10a bis 11 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel des Stellungsfühlers. Bei dem in den Pig. 10a und 10b'dargestellten Stellungsfühler 1 sind ein Permanentmagnet 5 und ein von einer elektrischen Spule 6 umgebenes weichmagnetisches Teil 7 im wesentlichen auf die gleiche Weise angeordnet wie bei dem in den Pig. 1a und 1b gezeigten Stellungsfühler. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist jedoch die Längsachse des ferromagnetischen Teils 8 in der zu den Längsachsen des Permanentmagneten 5 und des weichmagnetischen Teils 7 senkrechten Richtung angeordnet. Das ferromagnetische Teil 8 ist in der Richtung der Längsachsen des Permanentmagne-

I)E 1304

ten 5 und des weichmagnetischen Teils 7, nämlich in der Y-Y-Richtung verstellbar. Für den gleichen Aufbau wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen sind die gleichen Bezugszeichen verwendet, so daß ausführliche

5 Erläuterungen weggelassen werden.

Versuchsdaten für eine Versetzung des ferromagnetischen Teils 8 in der Y-Y-Richtung sind in der Pig. 11 dargestellt, während die Angaben hinsichtlich des Materials, der Abmessungen und der Anordnungen in der Tabelle 1 als Pall Ur. 5 angegeben sind. Aus den in der Fig.-11 gezeigten Daten ist ersichtlich, daß dann, wenn das ferromagnetische Teil 8 mit seanar Längsachsen-Mitte an der Stelle in der Mitte zwischen dem Permanentmagne·- ten 5 und dem weichmagnetischen Teil 7 angeordnet ist und eine Versetsungslage y des ferromagnetischen Teils 8 unter Wahl des Ursprungs (y = 0) an einer Stelle bestimmt ist, bei der das ferromagnetische Teil 8 von dem weichmagnetischen Teil einen Abstand von 1,0 mm hat, der Stel- lungsfühler gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Ausgangsspannung Vy mit guter Linearität bezüglich der Versetzungslage und mit hoher Genauigkeit in einem schmalen Versetzungsbereich ergibt.

25 Viertes Ausführungsbeispiel, Fig. 12 bis 13b

Die Fig. 12 bis 13b zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel des Stellungsfühlers. Bei dem in den Fig. 12a und 12b' gezeigten Stellungsfühler sind das weichmagnetisehe Teil 7 und das ferromagnetische Teil 8 mit ihren Längsachsen in den gleichen Richtungen wie bei dem in den Fig. 1a und.1b gezeigten Stellungsfühler angeordnet (nämlich in der Y-Y-Richtung bzw. der X-X-^Richtung), während ein permanentmagnet 5 mit seiner Längsachse in der Z-Z-Richtung angeordnet ist. Die Lageverhältnisse sind in der Fig. 13a gezeigt. Im üibrigen entspricht der Aufbau demjenigen bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen, so daß daher die gleichen Bezugszeichen verwen-

2S :; IL

DE 1304

1 det werden.

Versuchsdaten, die als Ergebnis einer Versetzung des ferromagnetischen Teils 8 auf die vorangehend beschriebene Weise erzielt werden, sind in der Pig. 13b dargestellt, während Abmessungen und Anordnungen als Pall Nr. 6 in der Tabelle Ί angegeben sind. Gemäß der Darstellung in der Pig. 13a ist die Achse des weichmagnetischen Teils 7 mit der Y-Y-Richtung ausgerichtet, die Achse des ferromagnetischen Teils 8 mit der X-X-Richtung ausgerichtet und die Achse des Permanentmagneten 5 mit der Z-Z-Richtung ausgerichtet; der Versetzungs-Ursprung (x =0) ist an der Stelle gewählt, bei der der Abstand j zwischen dem ferromagnetischen Teil 8 und dem weichmagnetischen Teil 7 gleich Null ist (siehe Pig. 13a), wobei die Achse des ferromagnetischen Teils 8 in der Mitte zwischen dem weichmagnetischen Teil 7 und dem linken Ende des Permanentmagneten 5 liegt. Unter Verwendung dieser Anordnung wurde die die Verzögerungszeit darstellende Spannung Vx als Punktion des Wegs χ des ferromagnetischen Teils 8 in der X-X-Richtung in Bezug auf das weichmagnetische Teil 7 ermittelt. Die Pig. 13b zeigt die sich ergebenden Daten, wobei ersichtlich ist, daß eine Ausgangs spannung Vx mit- guter Linearität und hoher Genauigkeit für einen weg χ des ferromagnetischen Teils 8 zwischen 0 und 10 mm erzielt wird.

Fünftes Ausführungsbeispiel, pig. 14a bis 15

Die Pig. 14a bis 15 zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel des Stellungsfühlers. Bei dem in den Pig. 14a und 14b dargestellten Stellungsfühler 1 ist ein ferromagnetische s Teil 8, dessen Längsachse in .der Y-Y-Richtung liegt, in der Mitte zwischen einem Permanentmagneten 5 und einem von einer elektrischen Spule 6 umgebenen weichmagnetischen Teil 7 angeordnet, deren Längsachsen in der gleichen Richtung verlaufen. Pur den dem Aufbau bei den vorangehend beschriebenen Ausführungs-

3133Q34

->©■- DE 1304

beispielen gleichen Aufbau werden die gleichen Be zug abzeichen verwendet, während eine ausführliche Erläuterung dieses Aufbaus weggelassen wird. Versuchsdaten "bei der Versetzung des auf die vorstehend "beschriebene Weise angeordneten ferromagnetischen Teils 8 in der X-X-Richtung sind in der fig. 15b dargestellt, während Angaben hinsichtlich der Gestaltung, der Abmessungen und der Anordnungen als Pall Nr. 7 in der Tabelle 1 angegeben sind. Die Mitte des ferromagnetischen Teils 8 wurde gemäß der Darstellung in der Pig. 15a in der Mitte der jeweiligen Längsachsen des weichmagnetischen Teils 7 und des Permanentmagneten 5 angeordnet; diese Lage wurde als Ursprung (x = 0) für den Abstand j zwischen dem in der X-X-*Richtung bewegten ferromagnetischen Teil 8 und dem weich-

15 magnetischen Teil 7 gemäß der Darstellung in Pig. 15a

gewählt; dann wurde die die Verzögerungszeit darstellende Spannung Vx in Bezug auf die Wegstrecke χ des ferromagnetischen Teils 8 in der X-X-Richtung ermittelt. Aus den in der Fig. 15b dargestellten Daten ist ersichtlich, daß die Ausgangsspannung eine gute Linearität im Bereich einer Versetzungslage χ des ferromagnetischen Teils von 5 mm bis 15 mm zeigt und eine Stellungsfühler-Ausgangsspannung hoher Genauigkeit erzielt wird.

Weitere Ausführungsbeispiele, Fig. 16a bis 18b

Die Fig. 16a bis 18b zeigen v/eitere Ausführungsbeispiele des Stellungsfühlers. Bei dem in den Fig. 16a und 16b gezeigten Stellungsfühler sind ein Permanentmagnet -5, ein von einer elektrischen Spule 6 umgebenes weichmagne-, tisches Teil 7 und ein ferromagnetische3 Teil 8 entsprechend der Darstellung in Fig. Ha und Hb angeordnet, jedoch sind zusätzlich ein permanentmagnet 5a und ein von einer elektrischen Spule 20 umgebenes weichmagnetisches Teil 21 in der Y-Y-Riehtung angeordnet. Es ist ersichtlich, daß auch dieses Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der in Flg. 8a, 8b oder 8c gezeigten Meßschaltung als Stellungsfühler betreibbar ist.

30 ■ ■ s i'-

"*" I)E

Bei dem in den Fig. 17a und 17"b gezeigten Stellungsfühler 1 sind die jeweiligen Längsachsen eines Permanentmagneten 5 j eines von einer elektrischen Spule 6 umgebenen weichmagnetischen Teils 7 und eines ferromagnetisehen Teils 8 in der Y-Y-Richtung und in der in Pig. 17a gezeigten Aufeinanderfolge angeordnet, während das ferromagnetische Teil 8 in der X-X-Richtung versetzbar ist. Ferner ist bei dem in den Fig. 18a und 18b gezeigten Stellungsfühler 1 ein ferromagnetisches Teil 8, dessen Längsachse in Y-Y-Richtung verläuft und das in der X-X-Richtung bewegbar ist, an einer Stelle in der Mitte zwischen dem Permanentmagneten 5 und 5a sowie von jeweiligen elektrischen Spulen 6 bzw. 20 umgebenen weichmagnetischen Teilen 7 und 21 angeordnet, deren Längsachsen jeweils in der Z-Z-Richtung verlaufen. Es ist offensichtlich, daß die Fühler gemäß diesen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den vorangehend beschriebenen Meßschaltungen als Stellungsfühler verwendbar sind.

Bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht jedes der weichmagnetischen Teile aus mehreren Blättern eines amorphen magnetischen Materials, das hohe magnetische Permeabilität und eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Verformung zeigt. Für die weichmagnetischen Teile der Stellungsfühler können jedoch auch andere magnetische Materialien verv/endet werden. Beispielsweise kann p.-Metall Ui₈₀Fe^gMo, oder Supermalloy NiO₀Fe₂Q verwendet werden. Hinsichtlich der Material-Ätomgewichts-Prozentanteile dieser weichmagnetisehen Teile aus amorphem Material besteht keine Einschränkung auf die angegebenen Werte, so daß andere Möglichkeiten zulässig sind. Ein magnetisch weiches Teil aus einem amorphen Material wird vorzugsweise für Anwendungszwecke verwendet, bei denen eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Schwingungen bzw. Vibrationen und Verformung erforderlich ist.

DE 1304

Rinige v/eichmagnetische Materialien sind in dem Artikel "Soft Magnetic Properties of Metallic Glasses <Recent Developments", J. Appl. Phys. 50(5), März 1979* Seiten 1551-1556 von Hasegawa und anderen beschrieben.

5 Weichmagnetische Materialien werden unter der Handelsbezeichnung METGLAS (TM) von der Allied Chemical Corp. vertrieben.

Die Arbeitsvorrichtung, deren Betriebsversetzungsstellung zu ermitteln, ist, kann eine mit einem Gaspedal eines Fahrzeugs verbundene Drosselklappe, ein Membrän-Bewegungsorgan, das in einem Abgasreinigungssystem angeordnet ist und durch einen Ladedruck betätigt ist, um die Abgase zu reinigen, oder ein Schwimmer zur Ermittlung des Bremsflüssigkeitspegels eines Fahrzeugs seih. Zur Anwendung des Stellungsfühlers können jedoch auch andere-Formen von Arbeitsvorrichtungen in Betracht gezogen werden.

20 Bs wird ein Stellungsfühler angegeben, dei? lüiä ferromagnetisches Teil, das betrieblich mit einer Arbeitsvorrichtung verbunden ist und entsprechend der Versetzung derselben bewegbar ist, ein mit einer elektrischen Spule umwickeltes weichmagnetisches Teil, das

in der Nähe eines Bewegungsbereichs des ferromagneti¹-schen Teils befestigt ist, und eine Versetzungs/lmpulsphasen-Umsetzeinheit mit einem Permanentmagneten aufweist. An ein Ende der elektrischen Spule werden Spannungsimpulse angelegt, während das andere Ende mit einem Widerstand in Reihe geschaltet ist. .Aj. dem Widerstand wird ein Spannungsabfall ermittelt, dessen Verzögerungszeit, die der Versetzung der Arbeitsvorrichtung entspricht, in Form einer Analogspannung Oder eines

digitalen Codes abgegeben wird.
35

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Π) Stellungsfühler zur Ermittlung einer betrieblichen Versetzung einer Arbeitsvorrichtung, gekennzeichnet durch ein ferromagnetiscb.es Teil (8), das entspre- chend der Versetzung der Arbeitsvorrichtung (13) bewegbar ist, eine Permanentmagnetvorrichtung (5; 5» 5a) zur Bildung eines Magnetfelds, eine Kernvorrichtung (7; 7_? 21), die in der ITähe des ferromagnetischen Teils und der Permanentmagnetvorrichtung angeordnet ist und mit diesen einen Magnetkreis bildet, mindestens eine elektrische Spule (6; 6, 20), die an der Kernvorrichtung angeordnet ist, und eine Meßeinrichtung (100; 120; 140; 160; 180; 220), die eine einer Versetzung des ferromagnetischen Teils entsprechende Änderung der Stärke des in der Kernvorrichtung durch das Magnetfeld der permanentmagne tvorrichtung erzeugten Magnetflusses erfaßt und die eine Einrichtung (104; 161, 162; 104, 181) zum Anlegen einer Impulsspannung an die mindestens eine Spule sowie eine Einrichtung (105 bis 107; FET 1, 2, IN 1, 2; HO; " 161; 105, 183 bis 186; 120, 221) zur Messung der Verzögerungszeit (td) aufweist, die von dem Anlegen der Impulsspannung an bis zur Sättigung der Kernvorrichtung auftritt.
2. Stellungsfühler nach'Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine unmagnetische Verbindungsvorrichtung (11) &ua? Verbindung des ferromagnetischen Teils (8) mit der Arbeitsvorrichtung (13).

DeutschG Bank (München) KIo. 51/61070

Dresdner Dank (München) Kto. 3939844

PoGtscheck (München) KIo. 670-43-804

I OOUOH

de 1304
3· Stellungsfühler nach Anspruch. 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernvorrichtung (7; 7, 21) aus weichmagnetischem Material ein amorphes magnetisches Material enthält.
4. Stellungsfühler nach einem der Ansprüche 1 "bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Teil (8) ein amorphes magnetisches Material enthält.
5. Stellungsfühler nach einem der Ansprüche 1 "bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernvorrichtung (7, 21) aus weichmagnetischem Material ein Paar weichmagnetischer Teile aufweist, die in der Nähe der Permanentmagnetvorrichtung (5) an deren einander gegenüberliegen-

15 den Seiten angeordnet sind.
6. Stellungsfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnetvorrichtung (5j 5a) ein Paar von Permanentmagneten aufweist, denen jeweils eines von einem Paar weichmagnetischer Teile (7, 21) der Kernvorrichtung gegenubergesetzt ist.