Gerät zur Stellungsanzeige Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Stellungsanzeige, das ein die Relativlage zweier Ge genstände anzeigendes elektrisches Signal liefert und eine Wechselstrombrücke enthält, von der zwei Zweige aus symmetrischen Wicklungen an gleichen Kernen bestehen, die körperlich mit dem einen der beiden Gegenstände verbunden sind, während der andere Gegenstand körperlich mit einem im magne tischen Einflussbereich dieser Kerne angeordneten Material verbunden ist, das eine Profilierung auf weist.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Lageanzeigeein- richtung, welche mit relativ billigen Einzelteilen her gestellt werden kann, ein grosses Auflösevermögen besitzt, in der Lage ist, ein direkt auswertbares Signal zu erzeugen, dessen Höhe eine Anzeige für die Stel lung bzw.
Lage des Objektes ist, und ferner dazu verwendet werden kann, eine kleine relative Bewe gung zwischen der Anzeigeeinrichtung und einem Objekt zu steuern, welche eine genaue Anzeige der relativen Lage des Objektes bezüglich der Einrich tung ermöglichen soll und die ohne weiteres mit be stehenden Ferngebersystemen bzw. Selsynsystemen verwendet werden kann, ohne dass eine Wechselspan nung mit einer unterschiedlichen Frequenz zugegeben werden müsste.
Bei Steuereinrichtungen, die die Lage von zwei Objekten steuern, wie beispielsweise die relative Lage zwischen dem Werkzeug einer Werkzeugmaschine und dem Werkstück, ist eine genaue Anzeige dieser Lage von ausschlaggebender Bedeutung.
Wenn die Genauigkeit der relativen Lageanzeige sehr gross ist, kann es erforderlich werden, mehrere bekannte Ferngebervorrichtungen zu verwenden, um die relative Lage wiederzugeben. Je grösser jedoch die Zahl der verwendeten Ferngebervorrichtungen ist, um so teurer wird die gesamte Einrichtung. Die Lage anzeigeeinrichtung gemäss der vorliegenden Erfin dung soll nun relativ billig und einfach sein.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das profilierte Material aus einer Mehrzahl von un tereinander gleichen, langgestreckten, zylindrischen Stiften aus ferromagnetischem Werkstoff besteht, die mit parallelen Achsen unter gegenseitiger Berührung nebeneinander angeordnet sind, und d'ass die grösste Querschnittsabmessung der den Stiften zugewendeten Wicklungskernteile, gemessen in einer zur Hüllfläche der Stiftreihe parallelen Fläche und in einer Normal ebene durch die Stiftachsen, ungefähr gleich dem Ra dius der Stifte ist.
Die Erfindung soll anliegend anhand der beilie genden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert werden. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 das Linienschaltbild einer Lageanzeigeein- richtung, Fig. 2 die Einzelteile des Schaltbildes der Fig. 1, in perspektivischer Darstellung;
wobei einzelne Teile aus Gründen der übersichtlichkeit im Schnitt dar gestellt sind, Fig. 3 eine Seitenansicht der Teile der Fig. 2 zur Erläuterung des Betriebes der gezeigten Teile, Fig. 4 eine Lageanzeigeeinrichtung, die beispiels weise bei Lagesteuersystemen verwendet werden kann, Fig. 5 eine Seitenansicht von einigen Teilen eines weiteren Ausführungsbeispieles und Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lageanzeigevorrichtung, die in einer weiteren Lage steuervorrichtung verwendet werden kann.
In den verschiedenen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.
Die Lageanzeigeeinrichtung der Fig. 1 enthält eine Brückenschaltung 10. Eine Seite dieser Brücken- Schaltung 10 weist vier in Serie liegende Induktivi- täten oder Spulen 12, 13, 16 und 17 auf, die um Kerne 22, 23, 26 bzw. 27 gewickelt sind. Die vier Spulen 12, 13, 16 und 17 sowie die zugehörigen Kerne 22, 23, 26 und 27 besitzen, soweit dies mög lich ist, gleiche physikalische und elektrische Eigen schaften. Die andere Seite der Brückenschaltung 10 weist eine geeignete Wechselstromquelle auf.
Der Wechselstrom kann von der Sekundärwicklung 32 eines Transformators 30 geliefert werden, dessen Primärwicklung 34 zur Erregung der Brückenschal tung 10 mit einer Wechselstromquelle verbunden ist. Die Verwendung eines Transformators 30 empfiehlt sich deswegen, damit die Sekundärspannung frei ge wählt werden kann und darüber hinaus gegenüber dem Netz eine Isolation gegeben ist. Die Sekundär wicklung 32 besitzt eine Mittelanzapfung 36, die so nah wie irgend möglich bei der elektrischen Mitte der Sekundärwicklung liegt. Die räumliche Anord nung und die Form der Spulen 12, 13, 16 und 17 sowie deren Kerne 22, 23, 26 und 27 geht aus der perspektivischen Darstellung der Fig. 2 hervor.
Die Eisenkerne 22, 23, 26 und 27 können als C-förmig bezeichnet werden; sie sind aus einem magnetischen Material hergestellt, dessen Querschnitt rechteckig ist. Die zwei Kerne 22 und 23 bilden eine erste Kern einheit 21, während die beiden anderen Kerne 26 und 27 eine zweite Kerneinheit 25 bilden. Die beiden Kerne jeder Kerneinheit 21 bzw. 25 sind symmetrisch beidseitig der jeweiligen Kerneinheitsachsen 24 und 28 angeordnet. Die beiden Kerneinheiten 21 und 25 liegen in im wesentlichen parallel zueinander ver laufenden Ebenen. In gleicher Weise verlaufen die Achsen 24 und 28 im wesentlichen parallel zuein ander.
Die Enden der Kerne sind eben und recht eckig und sind relativ zueinander derart angeordnet, dass zwei im wesentlichen gleich grosse Luftspalte in jeder Kerneinheit 21 bzw. 25 gebildet sind. Vor zugsweise sind die vier Luftspalte so ausgebildet, d@ass sie alle gleiche magnetische Eigenschaften aufweisen und symmetrisch zu den Achsen 24 und 28 liegen. Vorzugsweise liegen die Enden der Kerne 22 und 26 an der einen Seite der beiden Achsen. 24 und 28 in einer gemeinsamen Ebene; in gleicher Weise liegen die Enden der Kerne 23 und 27 auf der anderen Seite der Achsen 24 und 28 ebenfalls in einer ge meinsamen Ebene.
Schliesslich sollen die beiden Ebe nen parallel zueinander und parallel zu den Achsen 24 und 28 der beiden Einheiten verlaufen, so dass die beiden Ebenen einen gleichen Abstand von den Achsen 24 und 28 aufweisen. Die Spulen 12 und 13 der ersten Kerneinheit 21 liegen vorzugsweise in Serie zueinander und sind gleichsinnig gewickelt, so dass der von der einen Spule 12 erzeugte Fluss den von der Spule 13 erzeugten Fluss verstärkt. In ähnlicher Weise liegen die Spulen 16 und 17 der zweiten Kern einheit 25 wicklungsmässig und elektrisch in Serie, so dass der von der einen Spule 16 erzeugte Fluss den von der anderen Spule 17 erzeugten Fluss unter stützt.
Die Spulen 12 und 13 der ersten Kerneinheit 25 liegen in Serie zu den Spulen 16 und 17 der zweiten Kerneinheit 25 über einen Ausgleichswider stand 40, der einen beweglichen Abgriffkontakt 42 aufweist, der elektrisch mit dem Widerstand in Ein griff steht und relativ zu diesem verschoben werden kann. Da die Spulen 12, 13, 16 und 17 in Serie liegen und die Sekundärwicklung 32 des Transfor mators 30 parallel zu der Serienverbindung der Spu len 12, 13, 16 und 17 liegt, gelangt die von der Sekundärwicklung 32 abgegebene Spannung zu den Spulen 12, 13, 16 und 17.
Eine für den vorliegenden Zweck geeignete Wechselspannung ist beispielsweise eine Spannung von<B>115</B> Volt und 60 Hz. Eine Speisespannung von 115 Volt und einer Frequenz von 420 Hz oder höher ist hingegen vorzuziehen, da dann einige Schaltelemente räumlich kleiner gehalten werden kön nen. Wenn diese Spannung auf die Primärwicklung 34 übertragen wird, erscheint eine Spannung an der Sekundärwicklung 32 und somit auch an den in Serie zueinander geschalteten Spulen 12, 13, 16 und 17.
Wenn der Mittelabgriff 36 der Sekundärwick lung 32 an dem elektrischen Mittelpunkt der Sekun därwicklung 32 liegt und wenn der bewegliche Kon takt 42 des Ausgleichswiderstandes so liegt, dass die Impedanz einer Spulengruppe 12, 13 und der eine Teil des Ausgleichswiderstandes 40 gleich der Impe danz der anderen Gruppe von Spulen 16, 17 gemein sam mit dem restlichen Teil des Ausgleichswiderstan des 40 ist, dann ist der Spannungsabfall zwischen den Enden der Sekundärwicklung 32 und der Mittel anzapfung 36 bzw. dem beweglichen Kontakt 42 des Ausgleichswiderstandes 40 praktisch gleich der hal ben Gesamtspannung der Sekundärwicklung 32.
Bei den angegebenen Abstimmungs- bzw. Abgleichbe- d@ingungen ist die Spannung des Mittelabgriffes 36 gegenüber irgendeinem gegebenen Punkt gleich der Spannung des beweglichen Kontaktes 42 bezüglich des gleichen Punktes, so dass keine Spannung zwi schen dem Mittelabgriff 36 und dem beweglichen Kontakt 42 existiert.
An den Ausgangsklemmen er scheint somit keine Ausgangssignalspannung. Wenn hingegen die Impedanz irgendeiner Spule 12, 13, 16 und 17 sich ändert, dann wird der Spannungsabfall an der einen Gruppe von Spulen 12, 13 unterschied lich gegenüber dem Spannungsabfall an der anderen Gruppe von Spulen 16, 17, so dass dann der beweg liche Kontakt 42 ein anderes Potential einnimmt als dasjenige, auf welchem sich die Mittelanzapfung 36 befindet. Unter diesen Voraussetzungen erscheint so mit an den Ausgangsklemmen eine Spannung, deren Höhe und Polarität von der relativen Höhe und der Richtung der Impedanzänderung zwischen den bei den Spulengruppen 12, 13 und 16, 17 abhängt.
Die Impedanzänd!erung wird nun durch mehrere zylindrisch geformte Stifte 50 aus magnetischem Ma terial hervorgerufen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 sind die Stifte 50 mittels einer geeigneten Klemm- oder Haltevorrichtung 52 derar- tig befestigt, dass die einzelnen Zylinder in engem Kontakt miteinander stehen und ihre Längsachsen parallel zueinander verlaufen. Die Halterung 52 ist im Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass die Ach sen der Stifte 50 in einer Ebene liegen, d. h. die Ach sen derselben schneiden eine Gerade. Bei den Fig. 2 und 3 erfolgt die Relativbewegung der Stifte 50 zu den Wicklungskerneinheiten 21 und 25 in einer Ebene.
Die Relativbewegung kann auch von einer Geraden abweichen, z. B. auf einem Kreisbogen er folgen. Welche Kurvenform man wählt, richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck der Einrich tung. Die von der Klemmvorrichtung 52 gehaltenen Stifte 50 bilden eine Oberfläche, die durch eine Reihe von einander ähnlichen halbkreisförmigen Profilen gebildet ist. Diese Profile sind aus Fig. 3 zu ersehen. Die Stifte 50 sind in der Richtung ihrer Achsen etwas länger als der Abstand zwischen den Enden der Kerne, so dass in allen Luftspalten ein oder zwei Stifte 50 vorhanden sind.
Da die Stifte 50 einerseits und die Kerne 22, 23, 26 und 27 anderseits relativ zueinander bewegt werden, ändert sich der magneti sche Widerstand der Luftspalte in Abhängigkeit von der Querschnittsfläche der Stifte 50, die sich jeweils in den Luftspalten befindet. Mit der Änderung des magnetischen Widerstandes der Luftspalte ändert sich auch der magnetische Flusswiderstand der Kerne 22, 23, 26 und 27. Diese Änderung des magnetischen Widerstandes ändert auch die Impedanz der Spulen 12, 13, 16 und 17.
Wenn die Impedanz der Spulen 12 und 13 der ersten Spuleneinheit 21 von der Impedanzänderung der Spulen 16 und 17 der zwei ten Kerneinheit 25 abweicht, ist die Brückenschaltung 10 nicht mehr abgeglichen bzw. abgestimmt. Diese Verstimmung bewirkt, d'ass eine Ausgangsspannung abgegeben wird, deren Höhe und Polarität dem Be trag und der Richtung der Verstimmung entspricht. Die Ausgangsspannung kann dazu verwendet wer den, die relative Lage der Stifte 50 einerseits zu den Kernen 22, 23 und den Kernen 26, 27 anderseits zur Anzeige zu bringen.
Das Ausgangssignal, das sich aus einer relativen Bewegung der Stifte 50 zu den Kernen 22, 23, 26 und 27 ergibt, kann viele Formen annehmen. Eine Form, die insbesondere bei Lagesteuersystemen den Vorzug verdient, ist die Sinusform, da die Sinusform häufig bei induktiv arbeitenden Lagesteuereinrichtun- gen verwendet wird. Wenn die Lagesteuereinrichtung eine modulierte Wechselspannung erzeugt, deren Höhe sich gemäss einer Sinuslinie ändert, kann sie ohne weiteres gemeinsam mit Lageanzeigeeinrichtun- gen verwendet werden.
Wenn die Stifte 50 zylindrisch sind, d. h. einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, und wenn die Enden der Kerne 22, 23, 26 und 27 im wesentlichen durch ebene Flächen gebildet wer den und eine rechteckige Form aufweisen, deren Breite der Hälfte des Durchmessers D der Stifte entspricht, dann erzeugt eine relative Bewegung der Stifte 50 gegenüber den Kerneinheiten 21 und 25 der Fig. 2 und 3 eine Ausgangs-Wechselspannung, deren Höhe sich gemäss einer Sinusfunktion bei einer rela tiven Bewegung ändert.
Bei dem Ausführungsbeispiel werden zwei Spu len und zwei Kerne in jeder Kerneinheit verwendet; es ist jedoch auch möglich, eine Spule und einen Kern in jeder Einheit zu verwenden. Die Verwendung von zwei Spulen und zwei Kernen pro Kerneinheit ist jedoch deswegen vorteilhaft, weil der Einfluss einer Bewegung der Stifte quer zu den Kernen herabgesetzt ist, so dass die Genauigkeit der Anzeige und' somit die Qualität der Anzeigeeinrichtung verbessert ist.
Aus Fig. 3 ist zu ersehen, dass die Achse 24 der ersten Kerneinheit 21 um ein ganzzahliges Viel faches des Stiftdurchmessers D plus der Hälfte eines Stiftdurchmessers D von der Achse 28 der zweiten Kerneinheit 25 getrennt ist. Der Abstand entspricht somit - elektrisch gesehen - einem ganzzahligen Vielfachen von 360 Winkelgraden plus 180 Winkel graden. Ein derartiger Abstand ist deswegen vorteil haft, weil die Ausgangsspannung eine maximale Höhe bei den relativen Lagen der Stifte gegenüber den Kerneinheiten 21 und 25 erreicht.
Die relative Lage der Stifte 50 gegenüber den Kernen 22, 23, 26 und 27 in Fig. 3 entspricht der maximalen Verstimmung in der einen Richtung der Brückenschaltung 10. Die dargestellte Lage entspräche Null Winkelgraden. Die maximale Verstimmung ist deswegen gegeben, weil der Luftspalt zwischen den Kernen 22 und' 23 der ersten Kerneinheit 21 ein Minimum erreicht, wäh rend der Luftspalt zwischen den Kernen 26 und 27 der zweiten Kerneinheit 25 eine maximale Grösse erreicht. Für diese relative Lage nimmt die Ausgangs spannung in einer Richtung, beispielsweise in der positiven Richtung, ein Maximum an. Wenn die Kerneinheiten 21 und 25 gegenüber dien Stiften 50 bewegt werden, ändern sich die Abmessungen der Luftspalte.
Wenn die Kerneinheiten 21 und 25 rela tiv zu den Stiften 50 um eine Strecke bewegt wor den sind, die dem vierten Teil eines Stiftdurchmessers bzw. 90 Winkelgraden gegenüber der in Fig. 3 ge zeigten Stellung entspricht, ist der magnetische Wi derstand aller Luftspalte gleich. Als eine Folge hier von wird für diese relative Lage die Ausgangsspan nung praktisch Null.
Wenn die Kerneinheiten 21 und 25 relativ zu den Stiften 50 weiterhin in der gleichen Richtung bewegt werden, erreicht der Luft spalt zwischen den Kernen 22 und 23 der ersten Kerneinheit 21 ein Maximum und der Luftspalt zwi schen den Kernen 26 und 27 der zweiten Kern einheit ein Minimum, und zwar dann, wenn die zurückgelegte Wegstrecke gegenüber der in Fig. 3 gezeigten Lage einem halben Stiftdurchmesser D bzw. 180 Winkelgraden entspricht. In dieser Stellung ist die Brückenschaltung 10 in der anderen Rich tung maximal verstimmt. Die Ausgangsspannung er reicht somit ein Maximum in der anderen Richtung, d. h. bei dem angenommenen Beispiel in der nega tiven Richtung.
Bei einer weiteren relativen Bewe gung in der gleichen Richtung wird die Ausgangs spannung dann Null, wenn der zurückgelegte Weg 3/,r des Stiftdurchmessers D, d. h. 270 Winkelgraden, entspricht. Wenn die zurückgelegte Wegstrecke schliesslich einem gesamten Durchmesser D ent spricht, nehmen die Kerneinheiten 21 und 25 bezüg lich der Stifte 50 wiederum die gleiche Lage ein, die in Fig. 3 gezeigt ist.
Bei dem gezeigten Beispiel wird somit eine Aus gangsspannung erzeugt, deren Höhe und Polarität sich bei einer relativen Bewegung sinusförmig ändert. Die relative Bewegung um einen Stiftdurchmesser D erzeugt eine Ausgangsspannung, die gleich der Span nung eines Ferngebertransformators bzw. eines Sel- syn-Transformators ist, wenn der Rotor eine volle Umdrehung ausführt. Die Ausgangsspannung kann auf verschiedenen Wegen zur relativen Lageanzeige der Stifte 50 bezüglich der Kerneinheiten 21 und 25 verwendet werden.
Bei der gezeigten Einrichtung sind zylindrische Stifte vorgesehen, da Stifte dieser Art leicht und in grossen Mengen mit einem hohen Genauigkeitsgrad hergestellt werden körnen. So können beispielsweise Stifte mit einer Genauigkeit von 0,5 10-6 cm be züglich des Durchmessers leicht und billig hergestellt werden. Abgesehen hiervon sind jedoch auch andere Profile und Formen anwendbar. So können beispiels weise zwei halbkreisförmige Profile dadurch her gestellt werden, dass sie aus einem einzigen festen Materialstück gewonnen werden. Eine derartige An ordnung würde die Notwendigkeit einer dichten Ver bindung der Stifte Seite an Seite ausschliessen.
Die Profile können jedoch auch andere Formen anneh men, wie beispielsweise dreieckige Formen oder von einer Kreislinie abweichende gekrümmte Formen. Schliesslich ist es auch möglich, dass das sich wieder holende Profil nur an einer Seite des Materials auf tritt, während die andere Seite eben bzw. flach ist. In diesem Fall ist es möglich, nur an der Seite Kerne zu verwenden, die ein geformtes Profil auf weist, da offensichtlich Kerne an der flachen bzw. ebenen Seite nicht erforderlich sind. Wie bereits aus geführt, sind in diesem Fall die halbkreisförmigen Profile, die aus zylindrischen Stiften gewonnen wer den können, vorzuziehen, da sie zur Erzeugung einer Spannung geeignet sind, deren Höhe sich sinusför- mig in Abhängigkeit von der relativen Lage ändert.
Mehrere Einrichtungen gemäss dem Ausführungs beispiel der Fig. 1, 2 und 3 wurden hergestellt und erfolgreich in Betrieb gesetzt. Bei einer Ausführungs form wurde eine Spannung von 40 Volt und 420 Hz auf die Spulen der Kerne übertragen. Die jeweiligen Kerne der Kerneinheiten waren so weit voneinander getrennt, dass der Luftspalt etwa 3 mm betrug. Es wurden eine Reihe von Stiften verwendet, deren Durchmesser 2,5 mm betrug. Bei einer relativen Be wegung der Stifte zu den Kerneinheiten wurde eine Ausgangsspannung von 420 Hz an den Ausgangs klemmen gebildet, deren Höhe sich sinusförmig än derte und die sich alle 2,5 mm der relativen Bewe gung wiederholte.
Die Ausgangsspannung erreichte eine maximale Spitzenamplitude von 0,85 Volt, die Genauigkeit änderte sich sinusförmig; sie lag inner halb 0,025 mm relativ zur Lage.
Eine praktische Anwendung der Lageanzeigeein- richtung ist ein Lagesteuersystem, wie es beispiels weise in Fig. 4 gezeigt ist. Bei dem Beispiel sei an genommen, dass das Lagesteuersystem bzw. die Stel- lungsgebereinrichtung einen Werktisch 60 aufweist, der unter einem Werkzeug hindurchbewegt werden soll, welches irgendeinen Bearbeitungsprozess an dem Werkstück ausführt, welches auf dem Werktisch 60 befestigt ist. Der Werktisch 60 wird mittels einer Zahnstange 62 bewegt, die durch ein Ritzel 64 angetrieben ist.
Das Ritzel ist mit einem Motor 66 verbunden, welcher das Ritzel 64 so dreht, dass sich der Werktisch 60 in der gewünschten Richtung be wegt. Der Motor wird von einer Motorsteuereinrich- tung 68 angetrieben, wie es beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 2 764 720 vom 25. Sept. 1956 'beschrieben ist. Die Motorsteuereinrichtung 68 wird mit einem Fehlersignal von einem Diskriminator 70 gespeist. Ein derartiger Diskriminator ist ebenfalls in der angegebenen Patentschrift beschrieben.
Der Diskriminator vergleicht das Signal eines übernahme- stromkreises 72, welcher ebenfalls in der angegebe nen Patentschrift beschrieben ist, mit einem Signal, das von einer geeigneten Wechselstromquelle stammt. Der Diskriminator 70 erzeugt ein Fehlersignal, des sen Höhe proportional zu der Differenz zwischen dem Wechselstromspeisesignal und dem Steuersignal ist, welches von dem Übernahmestromkreis 72 stammt. Der Stromkreis 72 ist in der angegebenen Patentschrift beschrieben und erfüllt die Aufgabe, nacheinander je ein Signal von mehreren Steuersignal quellen auszuwählen.
Ein oder mehrere Steuersignale werden von einem oder mehreren Rotorwicklungen bzw. Rotoren 74 von einem oder mehreren Fern geber- bzw. Selsyn-Transformatoren 76 abgenom men. Ein weiteres Steuersignal wird von einem Ver gleichsstromkreis 78 gewonnen, welcher mit einem Signal von der Brückenschaltung 10 gespeist wird.
Es ist bekannt, dass die Statorwicklungen bzw. die Statoren 79 von dem Ferngeber- bzw. Selsyn-Trans- formator 76 mit vorgegebenen Spannungen gespeist werden können, die einem Programm entsprechen, wobei die Spannungen einer geeigneten Quelle, bei spielsweise einem mit Abgriffen versehenen Trans formator, entnommen werden können. Die Abgriffe, die die Statorwicklungen speisen, können bewegt oder derart geschaltet werden, d'ass die Spannung die ge wünschte Lage des Werktisches 60 anzeigt.
Die Ab griffe des Transformators 80 können mechanisch be wegt oder durch einen Konverter 82 geschaltet wer den, der eingegebene Digitalwerte in Analogsignale umwandelt, die von einem Informationsabnahmegerät 84 stammen. Das Abnahmegerät 84 erfasst die Daten bzw. Informationen, die von einem Datenspeicher 86 stammen, beispielsweise von Lochkarten oder einem Band. Mit dem Rotor 74 ist ein Anzeige zahnrad 88 verbunden, das mit dem Ritzel 64 in Eingriff steht.
Der Selsyn-Transformator 76 arbeitet nun derart, dass der Rotor 74 mit einer Spannung induziert wird, die bei der Übertragung über den Übernahmestromkreis 72, den Diskriminator 70 zu der Motorsteuereinrichtung 68 eine Drehung des Mo tors 66 zur Folge hat, bis an dem Rotor 74 keine Spannung mehr erscheint. Der Werktisch 60 'bewegt sich gleichzeitig in die gewünschte Lage. Die ge zeigte Anordnung stellt somit eine Lagesteuereinrich- tung bzw. eine Stellungsgebereinrichtung für den Werktisch 60 dar.
Es sei darauf hingewiesen, dass mehr als ein Selsyn-Transformator 76 verwendet wer den kann, beispielsweise mehrere Selsyn-Einrichtun- gen, wie dies in der oben angegebenen Patentschrift beschrieben ist. Wenn der Motor 66 das Ritzel 64 und somit auch das Anzeigezahnrad 88, welches den Rotor 74 antreibt, in eine Lage gedreht hat, in wel cher der Rotor 74 höchstens eine sehr geringe Span nung abgibt, wählt der Übernahmestromkreis 72 die Spannung aus, die von dem Vergleichsstromkreis 78 stammt.
Ein derartiger Stromkreis ist allgemein be kannt und kann verschiedene Formen annehmen, wie beispielsweise aus den Seiten 335 bis 336 der Waveforms , Band 19 der Radiation Laboratory Series , 1. Auflage, veröffentlicht 1949 bei Mc Graw Hill Book Comp. Inc., hervorgeht.
Der Vergleichs stromkreis 78 erzeugt eine Spannung, die eine An zeige für den relativen Wert der Spannung ist, die durch die Brückenschaltung 10 und eine vorgegebene Spannung gegeben ist, die dem Speisetransforamtor 80 entnommen werden kann. Die vorgegebene Span nung entspricht ebenfalls dem vorgegebenen Pro gramm und zeigt bezüglich der Brückenschaltung 10 und der Stifte 50 die gewünschte Lage des Werk tisches 60 an.
Die Differenz zwischen der Spannung der Brückenschaltung 10 und der vorgegebenen Spannung wird auf den Übernahmestromkreis 72 übertragen und gelangt über den Diskriminator 70 zu der Motorsteuereinrichtung 68 und schliesslich zu dem Motor 66, welcher das Ritzel 64 dreht und den Werktisch 60 somit so lange verschiebt, bis durch die Stifte 50, die mit der Brückenschaltung 10 zu sammenwirken, eine im wesentlichen gleiche Span nung wie die vorgegebene Spannung hervorgerufen wird. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, gelangt kein weiteres Steuersignal zu dem Motor 66, so dass die Steuereinrichtung zur Ruhe kommt.
Nachdem der Arbeitsvorgang abgeschlossen ist, können neue Span nungen der Sekundärwicklung des Speisetransforma tors 80 entnommen werden, die den Werktisch 60 in eine neue Lage bewegen.
Die Anwendung der Lageanzeigeeinrichtung ist im Zusammenhang mit Fig. 4 anhand einer Stellungs- gebereinrichtung beschrieben worden, die eine Bewe gung nur in einer Geraden zulässt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Lageanzeigeeinrichtung in gleicher Weise bei Stellungsgebereinrichtungen ver wendet werden kann, welche Bewegungen in mehr als einer Richtung zulassen. Ein Beispiel hierfür ist ein System, bei welchem ein Objekt in beiden hori zontalen und in der vertikalen Richtung bewegt wird.
Es ist allgemein bekannt, dass eine Sinuslinie eine relativ kleine Neigung in den Gebieten der Richtungs umkehr, d. h. an den Spitzen, aufweist. Bei der Posi- tionsgebereinrichtung des beschriebenen Typs bedingt dies, dass die Spannung des sinusförmigen Ausgangs signals der Brückenschaltung 10 sich für eine relativ grosse Bewegung zwischen den Stiften und den Ker nen nur geringförmig in diesen Gebieten verändert. Eine Folge hiervon ist, dass die Lageanzeige durch ein derartiges Signal nicht so genau wie erwünscht sein kann.
Die Genauigkeit kann durch die Verwen dung eines Lagegebersystems verbessert werden, wel ches eine Motorsteuereinrichtung aufweist, die den, Motor in Abhängigkeit von der Phase eines. Steuer signals antreibt. Ein Steuersignal, dessen Phase die relative Lage anzeigt, kann durch die Verwendung zweier vollständiger Brückenschaltungen 10 des in Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Typs gewonnen werden. Jede Brückenschaltung enthält zwei Kerneinheiten 21, 25 und 21', 25' und vier Spulen 12, 13, 16, 17 bzw. 12', 13', 16', 17', die angeordnet sind, wie dies aus Fig. 5 hervorgeht.
Die einander benachbar ten Kerneinheiten 25 und 21' sind um eine Strecke voneinander entfernt, die gleich einem ganzzahligen Vielfachen des Stiftdurchmessers D plus dem vierten Teil eines Stiftdurchmessers D ist, d. h. einer Entfer nung, die - elektrisch gesehen - durch ein ganzzah- liges Vielfaches von 360 Winkelgraden plus 90 Win kelgraden gegeben ist. Eine Brückenschaltung wird durch eine Speisespannung gegebener Phase erregt, während die andere Brückenschaltung durch eine Spannung erregt werden kann, deren Phase dbrjeni- gen Phase der ersten Brückenschaltung um 90 Grad vor- oder nacheilt.
Die Ausgangssignale der beiden Brückenschaltungen können zu einem Signal vereinigt werden, dessen Höhe im wesentlichen konstant bleibt; aber dessen Phase sich in Abhängigkeit von der relativen Lage der Stifte und der beiden Brücken schaltungen zueinander ändert. Die Phase durchläuft dabei bei einer relativen Bewegung um einen Stift durchmesser 360 Grad. Die Phase ändert sich dabei linear mit der Bewegung; die beschriebene Lagean- zeigeeinrichtung kann somit gemeinsam mit Stellungs- gebersystemen verwendet werden, bei denen die ge wünschte Stellung durch eine Phase gegeben ist.
Eine praktische Anwendung der gerade beschrie benen Lageanzeigevorrichtung ist mit dem Steuer system der Fig. 6 gegeben. Die nicht einen Teil der Lageanzeigeeinrichtung bildenden Bestandteile sind allgemein bekannt und beispielsweise in der US-Pa- tentschrift Nr. 2 866145 vom 23. Dezember 1958 beschrieben. Das System kann einen Werktisch 60 aufweisen, welcher in der angezeigten Richtung be wegt werden kann.
Der Werktisch 60 kann in gleicher Weise bewegt werden, wie dies anhand von Fig. 4 erläutert wurde, d. h. mittels einer Zahnstange 62, die mit einem Ritzel 64 in Eingriff steht, das von einem Motor 66 angetrieben ist. Der Motor wird dabei durch Signale betrieben, die von einer Motorsteuereinrichtung 68 stammen, wie dies bereits anhand von Fig. 4 er läutert worden ist. Wie bereits zu der Fig. 5 aus geführt wurde, kann ein Signal konstanter Ampli tude gewonnen werden, dessen Phase sich in Abhän gigkeit von der relativen Lage der Stifte 50 zu den beiden Brückenschaltungen 10 und 10' ändert.
Wie bereits ausgeführt, enthalten die beiden Brückenschal tungen 10 und 10' je zwei vollständige Kerneinheiten 21, 25 und 21', 25' mit den jeweiligen Spulen. Die Brückenschaltungen 10 und 10' werden durch Span nungen erregt, die um 90 Grad gegeneinander pha senverschoben sind. Diese Spannungen werden dem Brückenspeisegerät 90 entnommen. Das Gerät 90 erzeugt zwei oder mehr Spannungen, die eine vor gegebene Phasenbeziehung, im vorliegenden Fall 90 Grad, gegeneinander aufweisen, in Abhängigkeit von einem einzigen Eingangssignal. Ein Speisegerät dieser Art ist beispielsweise in der oben erwähnten Patentschrift beschrieben. Das Gerät 90 wird mit einem Signal gespeist, welches einem Bezugskanal eines geeigneten Speichermediums 92, wie beispiels weise eines Bandes, entnommen wird.
Das Signal des Bezugskanals wird durch eine geeignete Abtast- vorrichtung 93 erfasst, in einem Verstärker 94 ver stärkt und anschliessend dem Brückenspeisegerät 90 zugeführt. Die Ausgangssignale der Brückenstrom kreise 10 und 10' werden kombiniert und stellen ein Ausgangssignal mit konstanter Amplitude dar, dessen Phase sich in Abhängigkeit von der relativen Lage der Brückenschaltungen 10, 10' und der Stifte 50 ändert.
Wie bereits anhand von Fig. 5 erläutert wurde, sind die Spulen und Kerneinheiten der jewei ligen Brückenschaltungen 10, 10' um eine vorgege bene Strecke voneinander entfernt. Das Ausgangs signal der Brückenschaltungen 10 und 10' gelangt zu einem Phasendiskriminator 95, welcher die relative Phase des Signals von den Brückenschaltungen 10 und 10' mit der Phase eines Signals vergleicht, das von dem Signalkanal des Speichermediums 92 ent nommen wird. Der Signalkanal speichert die Infor mationen für den Vorgang. Das Signal wird durch eine Abtastvorrichtung 96 erfasst, in dem Verstärker 97 verstärkt und dem Diskriminator 95 zugeführt.
Der Diskriminator 95 vergleicht die Phase des Signals von dem Signalkanal des Speichermediums 92 und erzeugt ein Ausgangssignal, welches die Zahlendif ferenz anzeigt. Dieses Ausgangssignal besitzt die Ei genschaften, die erforderlich sind, um die Motor steuereinrichtung 68 mit der erforderlichen Informa tion zu versehen, so dass der Motor 66 das Ritzel 64 derart antreibt, dass der Werktisch 60 in eine Lage geführt wird, die dem Signal entspricht, wel ches dem Signalkanal entnommen worden ist.
Wenn der Werktisch 60 die Lage erreicht hat, die von dem Signal des Signalkanals gefordert wird, erzeugt der Diskriminator 95 kein Ausgangssignal mehr, so dass der Motor 66 anhält. Wie bereits ausgeführt, ist ein System, bei welchem Selsyn-Einrichtungen anstelle von Lageanzeigeeinrichtungen verwendet werden, bekannt. Es sei in diesem Zusammenhang nochmals auf die US-Patentschrift Nr. 2 866 145 verwiesen, in der ein derartiges System mehr im einzelnen dar gestellt ist.
Wie bereits anhand von Fig. 4 erläutert worden ist, kann die gezeigte Lageanzeigeeinrichtung, beispielsweise gemäss Fig. 6, auch zum Erfassen einer Bewegung in mehreren Richtungen verwendet wer den.
Es ist zu ersehen, dass die gezeigten Lageanzeige einrichtungen aus Einzelteilen bestehen, die relativ billig sind und' leicht mit grosser Genauigkeit her gestellt werden können. Die beschriebenen Lagean- zeigeeinrichtungen können ohne weiteres mit beste henden Selsyn-Systemen verwendet werden und kön nen sogar mit diesen zusammenarbeiten sowie diese entweder ganz oder teilweise ersetzen. Neben der grossen Genauigkeit und den billigen Herstellungsko sten weisen die gezeigten Lageanzeigeeinrichtungen den Vorteil auf, dass die gegeneinander bewegten Teile sich nicht berühren, so dass Ungenauigkeiten zufolge von Abnützungen der miteinander in Kontakt kommenden Teile ausgeschlossen sind.