DE69410076T2

DE69410076T2 - Röhrenförmige Spuleneinheit eines Verschiebungsmessaufnehmers

Info

Publication number: DE69410076T2
Application number: DE69410076T
Authority: DE
Inventors: Eric Ch-1110 Morges Zueger
Original assignee: Brown and Sharpe Tesa SA; Tesa Brown and Sharpe SA
Current assignee: Tesa SARL
Priority date: 1994-03-21
Filing date: 1994-03-21
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2014-03-22
Also published as: EP0674153B1; US5736854A; JP3586690B2; JPH08128852A; DE69410076D1; EP0674153A1

Description

Die vorliegende Erfindung hat eine röhrenförmige Spuleneinheit eines induktiven Verschiebungsmessaufnehmers zum Gegenstand, welche eine Mehrzahl von Spulen und Abstandstücken enthält, die zwischen zwei Endfianschen im Inneren eines Rohres geschichtet sind, in welchem die Verteilung der Spulen in bezug auf die Mitte der Länge der Einheit symmetrisch sein muss.
Die bekannten Aufnehmer dieser Art werden gebraucht, um ein für die relativen Verschiebungen eines Tastknopfes gegenüber einem Referenzkörper repräsentatives elektrisches Signal zu erzeugen. Sie werden in manchen Messtastern verwendet, die insbesondere zur Messung und Dimensionskontrolle mechanischer Teile in der Fabrikationswerkstatt eingesetzt werden.
In diesen Tastern ist ein beweglicher Tastknopf über einen Schaft mit einem Kern aus magnetischem Material verbunden, der im Innern einer im Referenzkörper fixierten rohrförmigen Spuleneinheit längs geführt ist, derart, dass die Impedanz der Spulen verändert und so ein elektrisches Messsignal erzeugt wird. Der algebraische Wert der Messung ist gegenüber einem Nullwert definiert, der durch die Lage einer mittleren Querebene der Spuleneinheit bestimmt ist, d.h. in der Mitte der Länge des Rohres, in welchem seine Elemente angeordnet sind: Spulen, Abstandstücke und Flansche.
Das Patentdokument GB-A-2080632 beschreibt einen Verschiebungsdetektor, insbesondere ein Vibrometer, das eine Konstruktion dieses Typs aufweist. Die rohrförmige Einheit enthält in dieser Vorrichtung eine Primärspule sowie zwei Sekundärspulen, die zwischen zwei Flanschen montiert und durch ein Abstandstück aus nicht magnetischem Material getrennt sind. Die prinzipielle Funktion des Abstandstückes ist es, das Bewickeln der Sekundärspulen zu erleichtern.
Um einen Aufnehmer mit guten Leistungen zu erhalten, der für eine gegebene Konstruktion einen kleinstmöglichen Linearitätsfehler hat, und in Anbetracht der Art des Zusammenbaus durch Stapeln der Elemente, aus welchen die Spuleneinheit zusammengesetzt ist, wäre es nötig, Spulen, Abstandstücke und Flansche in ihrer nominalen Symmetrieposition zusammenzubauen, was wegen der Streuung der Längenanteile dieser Elemente infolge der Herstellungstoleranzen praktisch nicht möglich ist.
Tatsächlich ist die Summe der Längen der Spulen, der Flansche und der Abstandstücke unterhalb der Länge des Rohres und oft auch oberhalb. Im ersten Fall provoziert das verbleibende Spiel eine nicht symmetrische Montage und erzeugt einen grossen Linearitätsfehler. Im zweiten Fall provoziert die überstehende Länge ein Problem beim Zusammenbau der Flansche im Rohr.
Einzig der problematische und relativ gewagte Fall, in dem die Summe der Längen der Spulen, Abstandstücke und Flansche gleich der Länge des Rohres ist, würde eine optimale Montage der Spuleneinheit erlauben.
Die Erfindung hat zum Ziel, die oben genannten Nachteile bezüglich der Streuung der Herstellungsmasse der im Rohr der Spuleneinheit aufgereihten Elemente zu beheben.
Dazu entspricht die erfindungsgemässe Spuleneinheit der im Anspruch 1 angegebenen Definition.
So wird jede positive oder negative Differenz zwischen der Summe der Längen der Elemente der Spuleneinheit und der Länge des Rohres der Einheit, in dem sie geschichtet sind, durch die Deformation des Abstandstückes aus elastischem Material kompensiert, welches zwischen zwei Elementen entsprechend der Grösse der vorerwähnten Differenz einen mehr oder weniger komprimierten Zustand einnimmt. Dies führt zu einer symmetrischen Verteilung der Spulen der Einheit im Rohr, indem das Abstandstück aus elastischem Material ein automatisches Zentriermittel schafft, das erlaubt, den kleinstmöglichen Linearitätsfehler des für eine gegebene Konstruktion erzeugten elektrischen Messsignals zu erreichen, wobei dieser Linearitätsfehler so immer symmetrisch in bezug auf die Nullposition des Systems anfällt.
Ausgehend vom Grundprinzip der Erfindung werden verschiedene Schichtungs-Strukturen der Elemente, welche die Spuneinheit bilden, vorgeschlagen.
In einer ersten Ausführungsform enthält die Spuleneinheit zwei Spulen und ein zwischen ihnen zusammengedrücktes Abstandstück aus elastischem Material, wobei die zwei Spulen ausserdem an den zwei Endflanschen des Rohres anliegen. Diese erste Ausführungsform eignet sich für die gängigsten Aufnehmer, die nur zwei Spulen enthalten.
In einer zweiten zweckmässigen Ausführungsform von Aufnehmern bei denen eine Primärspule zwischen zwei Sekundärspulen angeordnet ist, enthält die Spuleneinheit drei Spulen und zwei Abstandstücke von gleicher Länge aus elastischem Material, von denen jedes zwischen zwei benachbarten Spulen zusammengedrückt ist, wobei dieser Satz aus drei Spulen und zwei Abstandstücke mit ihren zwei Enden an den zwei Endflanschen des Rohres anliegt.
In einer Variante der ersten Ausführungsform enthält die Spuleneinheit zwei Spulen, ein Abstandstück aus starrem Material zwischen den zwei Spulen und zwei Abstandstücke gleicher Länge aus elastischem Material, von denen jedes zwischen einem der Endflansche des Rohres und einer der zwei Spulen zusammengedrückt ist.
Schliesslich enthält die Spuleneinheit in einer Variante der zweiten Ausführungsform drei Spulen; zwei starre Abstandstücke gleicher Länge, von denen jedes zwischen zwei benachbarten Spulen angeordnet ist und zwei Abstandstücke von gleicher Länge aus elastischem Material, von denen jedes zwischen einem der zwei Flansche des Rohres und der Einheit der drei Spulen und der zwei vorerwähnten starren Abstandstücke zusammengedrückt ist.
Die angefügte Zeichnung veranschaulicht schematisch und beispielsweise die zwei Ausführungsformen und die zwei vorerwähnten Varianten wie auch einen Fühler, der mit einem Messaufnehmer ausgerüstet ist, welcher eine den Vorteil der Erfindung nutzende Spuleneinheit enthält.
Fig. 1 ist eine teilweise axial geschnittene Profilansicht des Fühlers.
Fig. 2 ist eine axial geschnittene Profilansicht der ersten Ausführungsform.
Fig. 3 ist eine axial geschnittene Profilansicht der zweiten Ausführungsform.
Die Fig. 4 und 5 veranschaulichen je eine Variante der ersten und der zweiten Ausführungsform
Der in Fig. 1 teilweise dargestellte Fühler enthält einen elektromagnetischen Verschiebungsmessaufnehmer, der aus einer rohrförmigen Spuleneinheit 1 und einem beweglichen Kern 2 aus magnetischem Material zusammengesetzt ist.
Die Spuleneinheit list in einer festen Position im Innern eines Referenzkörpers 3 gehalten und durch die Leiter 4 eines Kabels 5 gespeist.
Der Kern 2 aus magnetischem Material ist am Ende eines Schaftes 6 befestigt, der im Körper 3 translatorisch geführt ist. Der Schaft 6 enthält ausserhalb des Körpers einen Tastknopf 7, dessen Verschiebungen entlang der Längsachse des Fühlers gleiche Verschiebungen im gleichen Sinn des Kerns 2 im Innern der Spuleneinheit 1 bewirken. Ein Messsignal der relativen Verschiebungen des Tastknopfes 7 gegenüber dem Referenzkörper 3 des Fühlers wird so durch Veränderung der Impedanz der Spulen der Einheit 1 erzeugt. Der algebraische Wert der Messung ist definiert gegenüber einem Nullwert, der in einer transversalen Mittelebene P der Spuleneinheit liegt, welche die Symmetrieebene der Verteilung der Spulen bildet, deren Position für eine gegebene Konstruktion unabänderlich gewünscht ist. Diese Konstruktion kann entsprechend dem betrachteten Typ der Spuleneinheit verschieden sein.
In der ersten, durch Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsform enthält die Spuleneinheit ein Halterohr 8, in dem zwei Spulen 9, ein Abstandstück 10 und zwei Endfiansche 11 gestapelt sind.
Das Abstandstück 10 aus elastischem Material, wie z.B. dielektrischem Gummi, ist zwischen den zwei Spulen 9 angeordnet. Das Rohr 8 und die zwei Flansche 11 sind aus starrem Material und die Einheit aus den zwei Spulen 9 und dem Abstandstück 10 ist zwischen den zwei Flanschen 11 eingespannt. Letztere sind im Rohr 8 beispielsweise durch Kleben oder Einpressen befestigt. Die Länge des Abstandstückes 10 aus elastischem Material, in Längsrichtung der so konstruierten rohrförmigen Einheit gesehen, ist so bestimmt, dass dieses Abstandstück 10 immer zwischen den zwei Spulen 9 zusammengedrückt ist, wie auch immer die Streuung der Längenanteile der anderen Elemente in den Grenzen ihrer Herstelungstoleranzen sind.
Das zwischen den zwei Spulen 9 zusammengedrückte Abstandstück 10 aus elastischem Material ermöglicht so deren symmetrische Montage bezüglich der inneren Kontaktflächen der zwei Flansche 11, an welchen sie anliegen. Dies bewirkt, dass der durch die Streuung der Längenanteile der im Rohr 8 geschichteten Elemente der Einheit verursachte Linearitätsfehler des Messsignals kleinstmöglich ist, weil er bezüglich des durch die Mittelebene P angezeigten Nullpunktes des Systems symmetrisch ist.
Die zweite, in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ist eine rohrförmige Spuleneinheit eines elektromagnetischen Aufnehmers, in welchem eine Primärspule 12 im Rohr 8 zwischen zwei Sekundärspulen 13 aufgenommen ist. Bei dieser Konstruktion ist jedes von zwei gleich langen Abstandstücken 14 aus elastischem Material zwischen zwei der drei Spulen zusammengedrückt und diese Einheit aus drei Spulen und zwei Abstandstücken aus elastischem Material liegt mit ihren zwei Enden an zwei Endflanschen 16 des Rohres 18 an.
Auf diese Weise ist die Primärspule 12 automatisch zwischen den zwei Sekundärspulen 13 zentriert und der Linearitätsfehler ist kleinstmöglich, hier ebenfalls aufgrund der Symmetrie bezüglich des durch die Mittelebene P festgelegten Nullpunktes des Systems.
Selbstredend kann die gleiche Konfiguration in einem Fall angewendet werden, bei dem eine Sekundärspule zwischen zwei Primärspulen aufgenommen ist.
Die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Varianten der soeben beschriebenen Ausführungsformen bieten dieselben Vorteile in bezug auf die Symmetrie des Linearitätsfehlers bezüglich des durch die Mittelebene P festgelegten Nullpunktes des Systems.
In der in Fig. 4 dargestellten Variante der ersten Ausführungsform enthält die Einheit zwei Spulen 90, ein Abstandstück 19 aus starrem Material zwischen den zwei Spulen und zwei Abstandstücke 18 aus elastischem Material, von denen jedes zwischen einem der zwei Endflansche 20 des Rohres 8 und einer der zwei Spulen 90 zusammengedrückt ist.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Variante der zweiten Ausführungsform enthält die Einheit drei Spulen, eine primäre 120 und zwei sekundäre 130, zwei gleich lange starre Abstandstücke 21, von denen sich jedes zwischen zwei der drei Spulen befindet, und zwei gleich lange Abstandstücke aus elastischem Material, von denen jedes zwischen einem der zwei Flansche 23 des Rohres 8 und der Einheit der drei Spulen und den zwei vorerwähnten Abstandstücken zusammengedrückt ist.
Auch hier kann die gleiche Konfiguration in einem Fall angewendet werden, in dem eine Sekundärspule zwischen zwei Primärspulen enthalten ist.
Selbstredend ist das erfindungsgemässe Prinzip auch auf Spuleneinheiten anwendbar, die eine grössere Anzahl von Spulen aufweisen, als bei den beschriebenen Beispielen.

Claims

1. Röhrenförmige Spuleneinheit eines induktiven Verschiebungsmessaufnehmers, enthaltend eine Mehrzahl von Spulen und Abstandstücken, die zwischen zwei Endflanschen im Inneren eines Rohres geschichtet sind, in welchem die Verteilung der Spulen in Bezug auf die Mitte der Länge der Einheit symmetrisch sein muss, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Abstandstück aus elastischem Material (10, 14, 18, 22) enthält, das zwischen zwei Elementen der Schichtung zusammengedrückt ist.

2. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Spulen (9) und ein zwischen ihnen zusammengedrücktes Abstandstück (10) aus elastischem Material enthält, wobei die beiden Spulen ausserdem an den zwei Endflanschen (11) des Rohres (8) anliegen.

3. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie drei Spulen (12, 13) und zwei gleich lange Abstandstücke (14) aus elastischem Material enthält, von denen jedes zwischen zwei der drei Spulen zusammengedrückt ist, wobei diese Einheit von drei Spulen und zwei Abstandstücken mit ihren zwei Enden an den zwei Endfianschen (17) des Rohres (8) anliegt.

4. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Spulen (90), ein Abstandstück aus starrem Material (19) zwischen den zwei Spulen und zwei gleich lange Abstandstücke aus elastischem Material (18) enthält, von denen jedes zwischen einem der zwei Endflansche (20) des Rohres (8) und der einen der zwei Spulen zusammengedrückt ist.

5. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie drei Spulen (120, 130), zwei gleich lange starre Abstandstücke (21), von denen jedes zwischen zwei der drei Spulen liegt und zwei gleich lange Abstandstücke aus elastischem Material (22) enthält, von denen jedes zwischen dem einen der zwei Flansche (23) des Rohres (8) und der Einheit der drei Spulen und der zwei obenerwähnten starren Abstandstücke zusammengedrückt ist.