DE2832255C2

DE2832255C2 - Mechanisch elektrischer Wandler

Info

Publication number: DE2832255C2
Application number: DE19782832255
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Dr. 7000 Stuttgart Herden
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-07-22
Filing date: 1978-07-22
Publication date: 1986-05-15
Also published as: DE2832255A1

Description

a) das erste Ende eines ferromagnetischen Drahtes (13) ist fest fixiert in einer Halterung (tO) eingespannt, und das zweite Ende des Drahtes (13) ist in einem verdrehbaren Element (15,19), dessen Bewegung bestimmt werden soll, fixiert gelagert, so daß der Draht (13) tordiert wird;

b) um den ferromagnetischen Draht (13) sind zueinander koaxial eine zur Ummagnetisierung des Drahtes (13) dienende Erregerspule (16) und eine Aufnehmerspule (17) angeordnet

2. Mechanisch elektrischer Wandler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an der Erregerspule (16) eine Wechselspannung angelegt ist.

3. Mechanisch elektrischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmerspule (17) eine Diode und ein Glättungskondensator nachgeschaltet sind.

4. Mechanisch elektrischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verdrehbar gelagerte Ende des Drahtes (13) mit dem freien Ende eines Bourdon-Rohres (19) verbunden ist, dessen anderes Ende fest gelagert ist.

Die Erfindung betrifft einen mechanisch elektrischer· Wandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher bekannter Wandler verändert in Abhängigkeit von der Verdrehung eines Leitstückes den magnetischen Widerstand eines magnetischen Kreises und damit die Induktivität einer diesem Kreis zugeordneten Spule. Die Induktivitätsänderung kann mit bekannten elektrischen Schaltungen, beispielsweise mit Hilfe von Oszillatoren ausgewertet werden, so daß die Frequenz, mit welcher der Oszillator schwingt, ein Maß für den Drehwinkel ist Ein derartiger mechanisch elektrischer Wandler ist aufwendig in seinem Aufbau und benötigt außerdem eine relativ aufwendige Auswerteschaltung. Außerdem ist zur Gewinnung eines auswertbaren Signals eine relativ große Änderung des magnetischen Widerstandes erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen mechanisch elektrischen Wandler zu schaffen, der auch sehr kleine Drehwinkel bei einem relativ einfachen und kostensparenden Aufbau messen kann. Ferner soll die dem Wandler nachzuschaltende Schalteinrichtung außerordentlich einfach sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Wandler außerordentlich einfach in seiner Herstellung ist. Es ist kein zusätzliches Leitstück notwendig, das die zu messende Verdrehung einer Welle überträgt. Der Wandler ist auch sehr einfach und klein in seinem Aufbau und auch außerordentlich robust, so daß seine Störanfälligkeit sehr gering ist. Trotzdem können auch sehr kleine Drehwinkel exakt bestimmt werden. Eine dem Wandler nachgeschaltete Auswerteschaltung kann besonders einfach sein, insbesondere genügt es, wenn sie eine Diode und einen Glättungskondensator aufweist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen, aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und aus den zugehörigen Zeichnungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Magnetisierungskurve mit Barkhausensprüngen in der die magnetische Induktion B über der

i> magnetischen Feldstärke //aufgetragen ist,

Fig.2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines mechanisch elektrischen Wandlers und

F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines mechanisch elektrischen Wandlers, mit dem ein Druck in ein elektrisches Signal umwandelbar ist.

In Fig. 1 ist eine Magnetisierungskurve dargestellt, in dieser Magnetisierungskurve ist die magnetische induktion eines geeigneten Stoffes unter Zug- und/oder Torsionsspannung über der wirksamen Feldstärke aufgetragen. Der Verlauf der Magnetisierungskurve beruht auf einer Vielzahl von magnetischen Elementarvorgängen. Im entmagnetisierten Zustand ist ein ferromagnetischer Kristall durch sogenannte Bloch-Wände in Weißsche Bezirke bzw. Domänen unterteilt, deren spontane Magnetisierung in verschiedenen Richtungen liegt, so daß die mittlere Magnetisierung des gesamten Kristalls gleich Null ist Beim Anlegen eines äußeren magnetischen Feldes wird mit zunehmender Feldstärke eine Parallelsteliung der spontanen Magnetisierung aller Weißschen Bezirke in Feldrichtung erzwungen. Dabei klappen im steilen Bereich der in F i g. 1 aufgetragenen Kurven ganze Volurnenbcrcichc mit ihrer Magnetisierungsrichtung in günstigere Lagen. Dabei entstehen sogenannte Barkhausensprünge. Das sind unstetige Änderungen der magnetischen induktion. Diese Barkhausensprünge können nahezu die doppelte Höhe der Sättigungsinduktion erreichen, wenn ein Draht ensprechend dem Ausführungsbeispiel in Fig.2 einer Zugspannung ausgesetzt wird. Die Ummagnetisierung wird also beim Erreichen einer Schwelle der Feldstärke //eines ummagnetisierenden magnetischen Feldes ausgelöst. Die Ummagnetisierungsgeschwindigkeit hängt dabei nicht von der Geschwindigkeit der Feldstärkeänderung ab und ist damit frequenzunabhängig. Die Ummagnetisierung erzeugt in einer dem Draht zugeordneten Spule ein Spannungssignal, dessen Amplitude und Breite mit wachsender Torsionsspannung des Drahtes anwächst.

In F i g. 2 ist eine Halterung 10, die auch als Gehäuse ausgebildet sein kann, dargestellt. Mit Hilfe der Halterung 10 ist bei 11 ein erstes Ende 12 eines ferromagnetischen Drahtes 13 fest eingespannt. Das zweite Ende 14 des Drahtes 13 ist mit Hilfe einer verdrehbaren Welle 15 gehalten. Wird die Weile 15, wie durch einen Pfeil bei 18 angedeutet, gedreht, ändert sich die Torsionsspannung des Drahtes 13. Um den Draht 13 ist eine Erregerspule 16 gewickelt, an die eine Wechselspannung angelegt ist. Außerdem ist um den Draht 13 eine Aufnehmerspule 17 gewickelt.

Bei Anlegen einer Wechselspannung ausreichender Größe an die Erregerspule 16 wird der Draht 13 ständig ummagnetisiert. Dabei entstehen, wie weiter oben schon beschrieben, in der Aufnehmerspule 17 jeweils kurze NadelimDulse. deren Höhe und Breite von der

Torsionsspannung abhängt, welcher der Draht 13 ausgesetzt ist. Wertet man beispielsweise die an der Aufnehmerspule 17 abnehmbare Signalfolge derart aus, daß man die Impulse beispielsweise gleichrichtet und mit Siebmitteln den Mittelwert bildet, so ist diese so gewonnene Gleichspannung in ihrer Höhe ein Maß für die Torsionsspannung des Drahtes 13 und damit den Drehwinkel der Welle 15.

Mit dieser Anordnung ist auf einfache Weise eine Dreh winkelmessung und eine Ausgabe eines elektrisehen Signales, das dem Drehwinkel entspricht, möglich. Die der Aufnehmerspule 17 nachgeschaltete Auswerteschaltung kann im einfachsten Fall eine Diode und ein Glättungskondensator sein.

Die beschriebene Anordnung ist außerordentlich ein- is fach in ihrem Aufbau, sie kann auch außerordentlich klein gebaut werden, so daß der Wandler auch an Stellen mit begrenztem Raumangebot eingebaut werden kann.

In Fig.3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das im Prinzip dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 entspricht Anstelle der in F i g. 2 dargestellten Welle 15 ist ein Bourdon-Rohr 19 vorgesehen. Dieses Bourdon-Rohr 19 ist eine wendeiförmige dünnwandige Röhre, z. B. aus Metall, die sich durch innere Druckbeaufschlagung elastisch verformt und damit den mit ihr verbundenen einseitig fest eingespannten Draht 13 in Abhängigkeit von dem zugeführten Druck verdreht. Der Verdrehwinkel und damit die Torsionsspannung des Drahtes 13 ist damit proportional dem Druck. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 entsprechender Auswertung bzw. Umwandlung der Torsionsspannung in ein elektrisches Signal ist eine einfache Umwandlung eines Druckes in ein elektrisches Signal möglich. Der Wandler ist außerordentlich einfach und klein in seinem Aufbau und auch außerordentlich robust, so daß seine Störanfälligkeit sehr gering ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Mechanisch elektrischer Wandler zur Umformung eines Drehwinkels in eine proportionale elektrische Größe mittels magnetischer Induktion, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: