@ Die Erfindung betrtfft einen Stellungsgeber mft elnem

© BUIMDESREPU,

DEUTSCHLA

DEUTSCHES PATENT AMT

li

® Offenlegungsscrujft

<§>DE 19545999 A1 W

§Aktenzelchen:

Anmeldetag:

©

Offenlegungstag:

19545939.7

9.12.95 12. 8.97

<|) IntCL«:

G01B 11/02 G

01 B 11/28

G01 D 5AM G

01

0

5/347

H03M

1/30

H01H

9/18

H01H

33/42

G01R

31/333

3 3

o

Ul

@

^Anmelder:

AEG

Energietechnik

GmbH,

60528Frankfurt,

DE

©Vertreter:

Dreiss.Fuhlendorf,Steimle

&

Becker,70188 Stuttgart

Erfinden

Karrenbauer,HerbertDr.-Jng.,34266Niesetal,DE;

Hoffmann,Klaus, Dipl.-Phys.,63342 Seeheim-Jugenheim,

DE

Entgegenhaltungen:

DE

43 26 640A1

DE

41 31819A1

DE 3247

174A1

Prufungsantrag

gem.

§ 44 PatG 1st gestellt

@

Inkrementaler Stellungsgeber

@

^{Die Erfindung betrtfft einen} Stellungsgeber mft elnem inkrementalen RaetermaBstab. Die Markiemngen (4, 6, 8)

/

8indinsichwiederhoienden Foigen angeordngL-dle-jewejJs_'

/

pj, auf daa Abtastmedium (jnterschJeoTlclf

lelnwirkeddaMarkiemngenaufweisen,von daiTUfrelne nediumstark,dietnder Reihe foigende zwette

(5)dasAbtastmedium schwacher unddieInder Reihe auf diezwaite(5)foigende(6)das Abtastmedium schwacheral&

die zweite Markierung beeinfiuEt Aus der Hdheund der zeltllchen Aufeinanderfolge der bei der Abtastung der Markierung erzeugten Signalevrirddie Bewegungsrichtung des Rasterma&stabs bestimmt

.it..

3b/ 14\

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10

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Die folgenden

Angaben

tind don

vom _Anmerder

etngereichten Urtteriagen

entnommen

BUNDESDRUCKEREI

04.97 702024/364 10/29

BEST AVAILABLE COPY

bez^m

^sic

eibung

DieErfindungbezTBmsich auf einenStellungsgeber mit einem inkrementalen Rastermaflstab aus Markie- rungea

Inkremcntale Stellungsgeberwerdenzur

Weg-

oder Drehwinkelmessung verwendet^DieStellungsgeber, die alslinearerMafistab oderalsdrehbare Scheibe ausge- bildetsein

kdnnea

^{tragenjeweils ein}Strichgitter mit gleichmafliger Teilung.

Das

Strichgitterwirdbei einer Relatiwerschiebung zwischen einem Sensorund

dem

Strichgittertrager abgetastet, wobei jeder Teiistrich

dem

einebestimmteLangezugeordnetist,ineinenelek- trischen Impuls umgesetzt wird. Die Abtastung kann elektromechanisch, fotoelektrischoder magnetisch er- folgea Die Impulse werden aufsummiert, wobei der Zahlstandeinnumerisches Abbild des

vom

Strichgitter zurflckgelegten

Wegs

ist Ein mit einem derartigen Strichgitterversehener TrSgerstelltauch einen Analog/

Digital-Umsetzerdar.

Zusatzlich

zum

Mefiwert Qber den zurQckgelegten

Weg

bzw. Drehwinkel wirdhaufigauchnocheineInfor- mation QberdieBewegungs-oder Drehrichtung benfl- tigtDiese InformationlaBtsichdurch einenStrichgit- tertragererhalten,derzweiSpurenaufweist, die jeweils

um

einehalbe Teilung gegeneinander^versetztsindBei- de Spuren werden abgetastet ^Zusatzlich wird Qber- wacht, welchesStrichgitter zuerst einenImpulserzeugt

dh.es

wirddiezeitlicheReihenfolge der Impulsefest- gestelltDiezeitlicheReihenfolge hSngtvonder Dreh- richtungbzw. Bewegungsrichtungab.

Eine Scheibe mit zwei

um

eine halbeStrichgittertei- lungversetztenSpurenistz,B.ausder

DE

43 26640

Al

bekanntDie Codierscheibe mit inkrementaier Teilung wird beiderausder

DE

43 26 640 bekanntenAnord- nungQberLichtwellenleitervonfotoelektrischen

Emp-

fangernabg^etastet

rend die

Richtun^^fcunmung

auf wenigstens einer ternaren

Signalau^^Rig

basiertDieAbstufung der Markierung wird daofi sostark ausgebildet,daB eine tern&reSignalauswertung mdglichist

5 Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform weist der RastermaBstabineiner Reihevon Folgen vonjeweils drei unterschiedlich stark lichtreflektierende Markie- rungenauf,von deneneine erste licht^stark,einezweite dasLichtschwach odernichtundeinedritte,zwischen to denbeidenangeordneteMarkierungendasLichtetwa halbsostarkreflektiertDievorstehend beschriebenen Eigenschaftender Markierungen gehen fdr das Auf- lichtverfahreaBeimDurchlichtverfahrensind dieMar- kierungen so ausgebildet, daB eine erste Markierung

15 starklichtdurchlassigodernahezuundurchlSssigistund die drittezwischen denbeidenangeordneten Markie- rungendas Lichtbeim DurchgangschwachtsodaBes etwadie halbe lichtstarkenach

dem

Durchlaufen der Markierunghatwie dasLichtdererstenMarkierung.

20 Bei einerzweckm&BigenAusfflhrungsform sindzwi- schen

dem

Stellungsgeber und einem Lichtwellensen- der-undLichtempfangerLichtwellenleiterangeordnet die jeweils miteinem EndeaufeineSpurdesStellungs- gebers gerichtet sind Bei dieser Vorrichtungsind

am

25 RastermaBstabtrager keine Bauelemente, die Strom oder Spannung fflhren, an geordnet

Der

RastermaB- stabstrager kann daherin explosionsgefahrdeten Be- triebsstatten fOrMefiaufgabeneingesetztwerden,wah- rend die elektrischen Bauelemente furdie Erzeugung

30 des Lichts undden

Empfang

des

vom

RastermaBstab zurflckgesendeten Lichts auBerhalb der explosionsge- fahrdeten Betriebsstattenangeordnetsein

kdnnea

Wei- terhinkannderRastermaBstabstrager anStellenbzw.in Betriebsstatten zur

Messung

physikalischer

GrdBen

35 eingesetztwerden,

wenn

indenBetriebsstatten Beein- trachtigungendurch elektromagnetische Storungen zu erwarten sind DiesekdnnendasaufdenLichtwellenlei-

Der

Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Stellungsgeber mit einem inkrementalen RastermaB- stab zu entwickela mit

dem

^durch eine einzige Spur sowohl der zuruckgelegte

Weg

^oder Drehwinkel als auch die Bewegungsrichtung des Spurtragers ^festge-

stelltwerdenkann.

Das Problem wirdbei einemStellungsgeber mitin-

krementalen RastermaBstab erfindungsgemaB dadurch' geldst, daB die Markierungen des RastermaBstabs in sichwiederholenden Folgen angeordnetsind,die jeweils wenigstensdreiaufdasAbtastmediumunterschiedlich starkeinwirkendeMarkierungenaufweisen,von denen eine erste das Abtastmedium stark, die in der Reihe darauffolgende zweite Markierung dasAbtastmedium schwacheralsdie ersteunddieinderReihedarauffol- gendeMarkierung dasAbtastmediumschwacheralsdie zweite MarkierungbeeinfluBt unddaB aus der

Hdhe

undderzeitlichenAufeinanderfolge derbeiderAbta- stung des RastermaBstabs erzeugtenSignale dieBewe- gungsrichtungdes RastermaBstabs bestimmtwirdDie- se BeeinflussungbedeutetdaBbeider elektromechani- schen, fotoelektrischen oder magnetischen Abtastung die

vom

Abtastorgan erzeugten Impulseunterschiedli- che Amplituden

habea

Je nach der Bewegungs- oder Drehrichtung des Tragers des RastermaBstabs ^erfolgt einImpulsmit geringerAmplitudeauf einenImpuls mit grdBerer Amplitude oder umgekehrt Diesen beiden verschiedenen Folgen entsprechen einander entgegen- gesetzteBewegungsrichtungen des Tragers desRaster- maBstabes. Diedigitale

Weg-

bzw.Drehwinkelmessung geschieht dabei auf herkdmmliche Weise bin§r, wSh-

terflbertragene Licht nicht beeinflussea Ein^wesentli- cherVorteil dieser

Anordnung

istdarinzusehen,daB

40 die Stellungs- bzw.Drehwinkelmessungund die Rich- tungsbestimmung der

Bewegung

bzw.

Drehung

mit nur zweiLichtwellenleitern ausgefuhrtwerdenkann,sodaB auchbei langerenObertragungsstrecken zwischenRa- stermaBstabtrager und elektrischer Lichterzeugung 45 bzw.fotoelektrischerSignalwandlung der

Aufwand

^fflr

Lichtwellenleiterrelativgeringist

Beieiner bevorzugten Ausfflhrungsform istein Ra- stermaBstabtrager miteinem beweglichenBauelement einesAntriebssystemsfflrwenigsten einen beweglichen 50 Schaltkontakt eines elektrischen Schaltersverbundea Derinkrementale RastermaBstabtrageristinsbesonde- realseineSpurauf einernuteinemdrehbaren Bauele-

ment

verbundenen Scheibe angeordnet Bei elektri- schen Schaltgeraten, insbesondere Leistungsschaltern, 55 tretenwahrendder SchaltvorgangeStdrfelder^auf.Die- sekdnnensichauf dieMessungenderfflrdieErfassung derBewegungsvorgangeeingesetztenerfindungsgema- Ben RastermaBstabenichtstdrend auswirken,weil die

MeBwerte

inLichtwellenleiternzu abgeschirmten Aus- 60 wertschaltern geleitet

werdea

Ein inkrementaier Ra- stermaBstab der oben beschriebenen Art kann auch vorteilhafterweisezur

Messung

andererphysikalischer

GroBen

bei SchaltgeratenundSchaltanlagen, insbeson- dere isoliergasgefullten Hochspannungsschaltgeraten, 65 eingesetzt

werdea

Bei solchen Schaltgeraten bzw.

Schaltanlagen

muB

der

Druck

oderdieDichte desIso- liergases,bei

dem

^{essichzumeist}

um SF6

handelt,ttber-

wacht

werdea

HierfOrkdnnen

Manometer

oder Dich-

DE 195 45 999 Al

tesensorenmit an

sid^kannten

Meflwerkenverwen- Fig.1 den

prinzi^^^

Aufbau einesinkrementalen det werden,diean

S^^Bder

zusatzlichzueinemZei- Stellungsgebers

mii^^F

Einrichtung zur Erkennung ger eine Scheibe

mitrem

oben beschriebenen inkre* derBewegungsrichtungteilweise perspektivisch, mentaienRastermaflstab besitzen.BesondersgOnstigist Fig.2 einTeildiagramm des Verlaufsvon Signalen, es,

wenn

auf

dem

TrSger des RastermaBstabs^einewei- 5 diewahrendder

Bewegung

desStellungsgebers

gemaB

tere Spurangeordnet ist, die aus drei Markierungen Fig.1 in einander entgegengesetzten Richtungen er- besteht,von denendieanden Endeniiegendenjeweils zeugt werden,

eine kleinereTeiiungalsdieinder MitteliegendeMar- Fig.3 einenmit inkrementalen Stellungsgebern ge- kierung haben, wobei die Markierungan einem Ende

maB

Fig.1 versehenen Hochspannungs- Leistungs- stark lichtreflektierend die

Markienmg

^{in der} Mitte to schalter.

schwachlichtreflektierendunddie Markierung

am

an- Ein inkrementalerStellungsgeber1 enthalt einenRa- derenEnde etwahalbsostarklichtreflektierendistwie stermaBstab 2in

Form

einer Spur von Markierungen die

am

gegenQberliegenden Ende. Diese zweite Spur auf einen RastermaBstabstrager, der bei der in Fig.1

ermdglichtdieErfassungder Ruhelagen des MaBstab- dargestelltenAusfQhrungsformalsScheibe3 ausgebil- tragers unddamit des mit ihm verbundenen Bauteil

&

15 detistInderSpursindineinerReiheFolgenausjeweils Einwesentlicher Vorteil ergibtsichbeiderAnordnung dreiMarkierungen4, 5, 6,angeordnet,dielichtelektrisch eines diebeidenSpurenaufweisender RastermaBstab- abgetastetwerden.In Fig. 1 sind nur zwei Folgen der tigersbeielektrischen Schaltgeraten,und zwaranei- Markierung4,6bezeichnetDieScheibe3istubereine

nem

der beweglichen Elementen,die im ZugedesAn- Welle 7 an einemMaschinenteilbefestigt,das innerhalb triebssystems ^fflr einen oder mehrere bewegliche 20 ernesbestimmtenWnkelbereichsinbeiden Richtungen Schaltkontakteangeordnet sindDiebeidenMarkierun- drehbaristDieserWinkelbereichistinFig.1 mit abe- genanden Endensind jeweilsdenSchaitkontaktendla- zeichnetDie Drehrichtungensind inFig.1 miteinem gen zugeordnetBefindetsichderSchaitkontaktineiner Pfeil

8

bezeichnetDieMarkierungen4,6 habengleiche der Endlagen,dann empfangtder zugeordnete Abtaster Breiten,

d

h.derRastermaBstab

2

hateinegleichm&Bige standig licht

VerSndemngen

der Beleuchtungsstarke ₂₅ Teiiung.DieMarkierungen4, 5,6sind jeweilsinunter- aufgrund von Aherung kdnnen daher erfaBt werden. schiedlichenStarkenlichtreflektierendausgebildetDie Diese Anderungen werden zur Kaiibrierung der An- Markierung6istschwachoder gar nicht lichtreflektie- sprechschwellenverwendet,diesomitandie jeweiligen rend ausgebildetDie Markierung 5 hat Iichtreflektie-

Gegebenheiten angepaBt werden.Die Anordnung ar- rendeEigenschaften,dieetwainder Mitte zwischenden

beitet deshalb auch bei nachlassender Beleuchtungs- ₃₀ lichtreflekderendenEigenschaftenderMarkierungen4 stirke noch zuverlassig.

Im

Qbrigen kdnnen untere und 5 liegen. Die Reihenfolge zwischen den stark _, Grenzwertefur dieindenEndlagenempfangenen Be- schwacher,schwachoder garnicht lichtreflektierenden leuchtungsstarken durch entsprechenden

Wert

vorge- MarkierungengleicherTeiiungistin alienFolgengleich,

geben werden,beidessen ErreicheneineMeldunger- und kannauchumgekehrtwie vorstehend beschrieben zeugtwirddiedasBedienungspersonal

zum

GberprQfen 35 sein.

derMefleinrichtung veranlafitEinesolcheKaiibrierung EinLichtwellenleiter9,deraneinemEnde von einem -ist-insbesondere-bei-Hochspannungsschaltern-vorteil ychtsender-10mit-Lieht-beaufschlagt-wird,istmit-ei- haft,die langere Zeitineinerderbeiden Schalterend-

nem

Abzweigeteil 9a ^bis zu der Spur 2 verlegt und stellungenverharrenkOnnen.ImLaufedieserlangeren sendetLichtineinerbestimmtenStellung,diesichnach Zeitspanne kdnnen durch Alterungserscheinungendie ₄₀ den Endstellungen beiderseits einer mittlerenWinkel- Beleuchtungsstarkenabnehmen. positionrichtet,auf dieSpur

2

bzw. aufdie jeweils

dem

Bei einerweiterenzweckmaBigenAusfQhrungsform Abzweigteilenden gegenQberliegenden Markierung.

entspricht

dem

Ansprechschwellwert eine bestimmte Das von

dem

Abzweigteilende aufdieSpur2geworfene Mindestbestrahlungsstarke, deren Vorhandensein bei Lichtwirdteilweise reflektiertEin Teildesreflektierten

schwach reflektierendenoder schwachlichtdurchlSssi- 45 Lichts gelangtineinenmit

dem Ende

neben

dem

Ende gen MarkierungenQberwachtwird wobeideren

Weg-

des Abzweigteils 9a angeordnetenLichtwellenleiter11, fallalsFehJerder MeBeinrichtung mit

dem

inkrementa- derzueinem fotoelektrischenEmpfanger 12in einem lenRastermaBstab ausgewertet bzw.gemeldetwirdBei gegen elektromagnetische Stdrfelder abgesdiirmten dieser AusfQhrungsform wird ^die MeBeinrichumg auf Gehause 13angeordnetist

Der

Lichtwellenleiter9hat Funktionsfahigkeit Qberwacht Ein erfindungsmaBiger ₅₀ zweiweitereAbzweigteile9b,9c,die jeweils nahean inkrementaierRastermaBstabistinsbesonderealsSpur Stellender Scheibe 3 angeordnetsind,andenenin je- aufeinerScheibeangebracht, diemitderAntriebswelle wefls einerder beiden Endlagen eine Markierung 14 desFederenergieanteils einesHochspannungsleistungs- oder15zuiiegen

kommt

DieMarkierungen14,15 ge- schaltersund/oderder Welle^einesKettenrades verbun- hdren zueinerSpur 16,die neben denbeiden Markie- den^ist,mit

dem

dieEinschaltfeder des Federspeicheran- 55 rungen14,15nocheinedritteMarkierung17enthalt,die triebs betatigtwirdDieAbtasteinrichtungistbeieiner zwischen den beiden Markierungen 14, 15 liegt Die solchen Anordnung auflerhalb des LSschgases insbe- Markierung 14 reflektiertLicht in gleicherWeisewie sondere in einem gegen elektromagnetische Stdrung dieMarkierung5.Die

Markienmg

17,die eine grdfiere gut abgeschirmtenGehauseuntergebrachtEskdnnen Teiiunghat alsdieMarkierungen14und15,reflektiert der Antriebsmechanismus fQrdenbeweglichenSchalt- _g> lichtschwach, abermit einer Intensitat die noch von kontakt und der fQr das Spannen der Einschaltfeder einem Detektor erfaBt werden kann. AuBerhalb der erforderlicheAntriebsmechanismus mitdenvorstehend Spur16findetkeine Lichtreflexion statt

beschriebenen MeBeinrichtungen Qberwacht werden.

Nahe

andenEndender Abzweigteile9b,9csindje- Die Erfindung wirdimfolgendenan

Hand

einesineiner weilsEnden vonLichtwellenleitern 17a,18 angeordnet, Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels naher ₆₅ dievonder Scheibe bzw. derSpur16reflektiertesLicht beschrieben,aus

dem

sichweitere Einzelheiten,Merk- aufnehmen.DerLichtwellenleiter17aleitetdaslichtzu male undVorteileergeben. einem fotoelektrischen Empfanger 19im Gehause 13.

Eszeigen: DerLichtwellenleiter 18leitetaufgenommeneslichtzu

einemfotoelektrisch^tapfanger 20 imGehause13.In vielen FallengenOgj^Wvbzweigteil, z.B.9bt und ein Lichtwellenleiter,z.

B^i,

dainden EndlagendesWin- kelbereichs

immer

die eineoder andere

Marke

14,15 unterdenUchtwellenleiternliegt

Die fotoelektrischen Empfanger 12, 19,20sind mit nichtnaherdargestelltenVerstarkern verbunden,diean eineAuswertschaltung21angeschlossensind.

Inder Auswertschaltungwerdendievon denMarkie- rungen4,5,6beider

Bewegung

derScheibeverursach- ten Impulse linearverarbeitet,

dh.es

wirddieAnzahl derImpulsegezahltundentsprechend

dem

Musterbzw.

der Teilungin einenWegstreckenwert oderDrehwin- kelwertumgerechnet

Die Drehrichtung der Scheibe3wirdwiefolgtfestge- stellt In der Auswertschaltung 21 befmden sich zwei Komparatoren,die nichtnaherdargestelltsindJeweils einKomparatoristaufeinevoneinerderMarkierungen

4,5,6hervorgerufenen Impulsamplituden abgestimmt,

d

h.derKomparatorgibtein Signal ab,

wenn

diejewei- lige Markierung 4oder5 erkanntwird DieDrehrich- tung wird an

Hand

der Reihenfolge derandenfotoelek- trischen Empfangern ausgelflstenImpulse festgestellt Die beiden einander entgegengesetzten Drehrichtun- gensind jeweilsderzeitlichenAufeinanderfolge einer hellen,mittlerenunddunklenMarkierungbzw.dunkle- ren,mittlerenoderhellerenMarkierung zugeordnet

DieFig.2zeigtjeweilsfurdiebeiden einanderentge- gengesetzten Drehrichtungen,diemitPfeilen22»23ge- kennzeichnetsind,die

vom

fotoelektrischenEmpfanger 12 ausgegebenen ^Signale. Die hellen Markierungen

4

erzeugenSignalemitden Amplituden24.Diemittleren Markierungen5 erzeugenSignalemitden Amplituden

25.Eswird angenoramen,dafidieMarkierungen 6keine Signale hervorrufen.DereineKomparatorhat einemit 26 bezeichnete AnsprechschweUe,^dieQber der Ampli- tude 25lie

g

^{tDer andereKomparatorhat} eine unter- halbder Amplitude 25liegendeAnsprechschweUe27.

Beider Erfassung derSignalemitden Amplituden24, 25 erzeugt der eine KomparatorImpulse 28 und der andere Komparator Impulse 29.Die Impulse 28 sind zeidich kflrzer alsdie Impulse 29,daderKomparator mit der AnsprechschweUe26 nurdie Signale mitden Amplituden24erfaBt,wahrendderKomparatormitder AnsprechschweUe27fQr dieDauerder Abtastungje- weils benachbarter Markierungen 4, 5 anspricht Die Drehrichtung, die Z.B.

zum

^{Zeitpunkt tl umgekehrt} wirdwird an

Hand

derzeitlichenAufeinanderfolgeder Impulse28,29 bestimmtInder einen Drehrichtungen- den die Impulse 29 einegewisse Zeitspanne nachden Impulsen28,wahrendinder anderen Drehrichtungdie Impulse 29einegewisse Zeitspanne vordenImpulsen 28 beginnen. Diese^zeitlichenRelationensindunabhan- gigdavon, welche derMarkierungen4, 5,6 gerade abge- tastetwird,

wenn

die Bewegungsrichtungsumkehrer- folgt

Zum

Zeitpunkt tl wird die Bewegungsrichtung wahrend der Abtastung der Markierung 5 geandert

Zum

Zeitpunktt2wirdieBewegungsrichtungwahrend der AbtastungeinerMarkierung

6

geandert

Zum

Zeit-

punktt3wirddieBewegungsrichtung^beider Abtastung derMarkierung 4geandert DieMarkierungen4, 5,

6

denendieAmplituden25,26odernullentsprechen, sind inFig.2 nochmalsparaUelzurZeitachsedargesteUtDie Scheibe 3 istQberdie

WeUe

7 miteinem beweglichen Teil eines Antriebssysterasftir einenSchaltkontaktei-

nes Hochspannungsschalters verbunden. Die Anord- nungder Scheibeistsogetroffen,daBinderEinschalt- steUung des Schaltkontakts die Markierung 15

vom

LichtweUenleiterl^fefeBt wird wahrendin derAus- schaltstellung,die

s^^ms

derFig.1ergibt,dieMarkie- rung 14

vom

UchtweBenleiter 18erfaBtwirdInbeiden EndsteUungen des Schaltkontaktsempfangen diepho- 5 toelektrischenEmpfanger19,20Licht dasaufzeitliche

Anderungenhinflberwacht

wird

Eswerdendiejenigen Anderungen erfaBt,diefiberlingere ZeitrSume erfol- gen,wobei danndieAnsprechschweUender

Kompara-

torennunkaUbriertwerden. Eine Reduzierung der Be- io strahlungsstarkewirktsichnamlich

wegen

der gemein- samen LichtqueUeaufallefotoelektrischenEmpfanger

aus. Eskdnnen auch getrennte Lichtleitfasern fur die Beleuchtungvorgegebensein.

Der

Markierungsbereich 17istgeringer UchtreflektierendalsdieMarkierungen

15 15, 14 jedoch sohoch, daB Licht detektiertund

vom

BereichauBerhalb der Spur 16 unterschieden werden

kana

Beilangerandauemder Erkennungdes

dem

Mar- kierungsbereich 17entsprechendenSignalswirddies als unzulassige Zwischenstellungdes beweglichen Schalt- 20 kontaktsausgewertetFehltaberinderSpur16jedes Lichtsignal,dann wirddies alsStdrung oder Faserbe- schadigunggemeldet

Inkrementale SteUungsgeber werden mit besonde-

rem

Vorteil zur

Oberwachung

der Antriebselemente 25 vonbewegUchenSchaltkontaktenvon Hochspannungs- Leistungsschaltern mitFederenergieantriebenverwen- detDies wirdan

Hand

derFig.3nahererlautert

EinHochspannungs-Leistungsschalter30enthalteine Schaltkammer32, indersich einfesterKontakt 33und

30 einbeweglicherKontakt34befindet,dertiberein Iso- lierrohr35voneinerStange36angetriebenwird

Der

Hochspannungs-Leistungsschalter30isteinSF6-Schal-

ter.DieSchaltkammer 32stehtuntereinem Gasdruck von einigen bar. Dieftir die Lichtbogenldschungnot- 35 wendige SF-Strdmungwirdwahrenddes Ausschaltvor- gangs in einer Kolbenzylinderanordnung oder durch den Lichtbog^{en erzeu}gt

DiefurdenAusschaltvorgangnotwendigeAntriebs- energiewirdvonderim Polunterteil38angeordneten 40 Ausschahfeder37 aufgebracht Die Ausschaltfeder37 wirdwahrenddes Einschaltvorgangsdurcheinen

Mo*

torfederantrieb gespannt, der nachstehend n5her be- schriebenist

Ein

Motor

39treibtfibereinGetriebe 40einKetten- 45 rad41an,dassichurn 180°dreht

Am

Kettenrad 41sind fibernichtnaher bezeichneteStangendieEnden einer Kette42befestigt,diefibereinUmlenkrad43verltuft undmit

dem

EndeeinerSchraubenfeder44verbunden

istEine"Ein^-Klinke45verriegeltdas Kettenrad 41und

50 damitdieSchraubenfeder44fiberdie Einschaltkette42 imgespanntenZustand

Zum

EntriegelnisteineAuslo- se-Spule46 vorgesehen,dieaufdie"Ein^w-Klinke45ein- wirkt,

wenn

ansieeineentsprechendeSpannungange- legtwird.Mit

dem

Kettenrad 41istfiberdie nichtnaher 55 bezeichneten Stangeneine Kurvenscheibe 47 verbun- den, die aufdergleichenWellesitztwie das Kettenrad 41. Die Kurvenscheibe 47 wirkt fiber

Nocken

48 mit Rollenauf eine Antriebswelle49, diefibereinVerbin- dungsgestange 50aneinenHebel51 desLeistungsschal- 6o ters 1 angeschlossenist

Ober

den Hebel21 wird die Stange 6 angetrieben. In Vorsprfingen52, die ander Antriebswelle39befestigtsind,greifteine"Aus⁹Klinke 53ein,dievoneinerAuslSsespule24steuerbarist

Vor dem

Einschal tenistdieSchraubenfeder44gespannt

und

65 dieAusschaltfeder37istentspanntDurchBetatigender Ausldsespule46 wirddie "Em'*Klinke45entriegeltDie Einschaltfeder44ldsteine schnelleDrehungderKur- venscheibe47aus,die dieEnergiefiberdieAntriebswel-

DE ¹⁹⁵ 45 999 Al

8

le49aufdasVeitincb^kestange50unddieStange 36 lungen der

Hoch^^^ings-

Leistungsschaiter fiber- ubertrSgt

HierdurcH^Btet

derLeistungsschaiter30 wachtEsistalsoi

J^^erkennbar,

obder Leistungs- ein,wobeidieAusschanfeder 37 gespanntundfiberdie schalterein-oderausgeschaltetistErne SichtkontroDe Klinke53 verriegeltwird Der Motor 39spanntdann derEin-bzw.Ausschaltstellungistebenfalls moglich.

automatischdieEinschakfeder44nach.

Vor dem A

us- 5 Damit kdnnenaufwendigereMittelwieHilfskontakte schalten sind dieEinscfaaltfeder44unddie Ausschaltfe- entfalien.

Da

die SignalederStellungs-und Bewegungs- der37 gespanntDurch Betatigung derAuslSsesignale sensorenoptischzu derAuswertanordnung21ubertra- 36 wirddie"Aus" Kiinke45entriegeltDieEnergie der gen werden,entfallendie Einflusseelektromagnetischer Ausschaltfeder37schaltetdenLeistungsschaiter30aus Storungen.DieAuswertanordnung21selbstistineinem und bringt fiberdas Verbindungsgestange50dieAn- 10 gegen elektromagnetische Stdrungen abgeschirmten triebswelle39indieAusgangsstellungzurack. Gehause angeordnet DerStellungsgeber58 wird zur DieRollelegt sichwiederindiefQrdenEinschaltvor- Feststellungdes Federwegsder Einschakfeder ausge- gang erforderliche Ausgangslage. Ein hydraulischer nutzt,

um

durch die gemessene Impulsfolge und den Dampfer nimmtdiefiberschfissigeAusschaltenergieauf. Vergleich miteinem vorgegebenenSoliwertinnerhalb Mit derAntriebswelle49isteinersterinkrementaler _js zulassigerToleranzendieArbeitsweisederEinschaltfe- Stellungsgeber57verbunden.DieFig.1zeigtdenStel- derzu Qberwachea Die EndlagenmeldungenderEin- lungsgeberaufderAntriebswelle49 zwischenden An- schaltfeder werden ebenfalls Oberwacht Dieobener- triebselementen fur den hydraulischen Dampfer und wahnten Stellungsgeber57,58 werden daher zu Dia-

dem Nocken

mitderRolle. gnosezweckendesLeistungsschaltersundfurAufgaben DieseAnordnung wurde lediglich ausGrunden der ₂₀ ausgenutzt, die bishervonkonventionellenPeripherie- Obersichtlichen Darstellung

gewaUt Der

Stellungsge- geraten ausgeObt wurden.

Auch

die Einschaltfelder ber57^befindetsichinsbesondereanjeeinemEndeder kannmiteinerentsprechend markierten Scheibevisuell Antriebswelle49.EinzweiterStellungsgeber58istmit auf ihrebeiden Endstellungen_hingeprfiftwerden.

dem

einenEndederWelle der Umlenkrolle 43 verbun- Die Ausgangssignale der Lichtempfanger 19und 20 den.BeideStellungsgeber sindalsLichtwellenleiter-Re- ₂₅ werdennichtnur zurFeststellungderSchalterposition flexsensoren ausgebildet,derenAufbauobennaherbe- sondern auch zur

Oberwachung

der MeBeinrichtungen

schriebenwurde. selbstausgenutzt

DieAuswertanordnung21 enthalteinenMikrocom- InderAuswertanordnung21wirdjeweilsfestgestellt, putermitwenigstens einem Mikroprozessor.

Der

Mi-

ob

in der Ruhestellung des Leistungsschalters 1 einer krocomputeristfibernichtnaher bezeichneteEingabe-, ₃₀ derlichtempfanger 19,20einSignal erzeugt,dasvon Ausgabebausteine mit

dem

lichtsendern 10 und den der Scheibe 39 reflektiertem Licht entspricht

Wenn

Lichternpfangern12, 19,20verbunden. Bei

dem

Licht- keinentsprechendesSignalvorliegt,kanndiesverschie- sender10kannes sich

um

eineLumineszenzdiodeban- deneStorungsursachen haben.

deln. Esist mSglich, daB der lichtsender ausgefallen ist

DieLichtwellenleiter9,9a,9b,9c,11,17aund18 be- 35 WeiterhinkanneineUnterbrechungineinemLichtwel- stehen insbesondere aus Kunststoff von etwa 1

mm

lenleitervorhanden sein.

Oder

eineroderbeide Licht-

^urchmesserr-^s-ychUendei^wird-euie-Lumineszenz* empfanger-19r20-sm6^ausgefal3ea~Wenn"in^_

e^

diode eingesetzt, die vorzugsweise Licht mit etwa Ruhelagen des Leistungsschalters von beiden Licht-

600—700

nm, Wellenl3nge, also sichtbares Licht, aus-

empfangem

19,20zugleichkeineSignaleerzeugt wer- sendetHierbei ergibtsich einegeringe

Dampfung

in 40 den, die reflektiertem Licht aufderScheibe29entspre- denLichtwellenleitern.Diesbedeutet,daBdieoptische chen,wirdeineStdrungsmeldungerzeugtDie Ursache Sendeleistungrelativgering sein kann.DieSpuren2,16 der Stdrungkann dannuntersuchtunddieStdrungbe- sindvorzugsweiseetwa 2

mm

breitDieStirnseitender seitigtwerden.

Lichtwellenleiter9,9a,9b,9c;11,17aund18 sind einige Eine EingrenzungvonStorungsursachen kann durch Millimetervonder Oberflache der Scheibeinnichtna- 45 eineweitere

Oberwachung

erreichtwerden,diesichauf herdargestellten Halternangeordnet den lichtsenderunddieLiehtempfanger bezieht Esist

DieAuswertanordnung21ist

imGehause

13unterge- vorteilhaft, die Lichtintensitatdes reflektierten Lichts brachtunderfaBtdievon denLichtwellenleitern ausge- aufderBasisder Ausgangssignale der Lichtempfanger gebenenMeBsignale.

Auf

derGrundlagedieserMeBsi- 19,20 zu fiberwachen.

gnalefibtdieAuswerteanordnungSchutz-,Steuer-und 50 Beider Codierscheibe57 und 58reichtffirdieEndla- Uberwachungsfunktionenaus.DieAuswerteanordnung genuberwachung,d.h.dieSpur16 jeweils ein Lichtwel- 21istmit einerfibergeordneten Einheitverbunden. lenleiter,z.B.derlichtwellenleiter 17affirdas reflek- Bei der

Bewegung

desKontakts 34erzeugtder

MeB-

^tierteLicht,undein LichtwellenleiteroderAbzweig 9b fuhler infolgederModulation desLichtsdurchdieMar- aus, da einer der beiden Markierungen 14,15 in der kierungen derSpur2eineReihevonLichtimpulsen, die 55 Endlage unterden EndenderLichtwellenleiterzuliegen inderAuswertanordnunginelektrische Signaleumge-

kommt

Entsprechendistauch nurein

Empf

anger,z.B.

wandelt werden. 19,erforderlich.

Diewahrendder

Bewegung

desKontakts34erzeug-

te Impulsfolgewird in der Auswertanordnung21 ge- Patentansprflche zahltundmiteinerabgespeichertenImpulsfolgevergli- 60

chen, die einer der einwandfreien Arbeitsweise des 1.Stellungsgeber miteineminkrementalenRaster- SchalterszugeordnetenSollimpulsfolgemiteinerTole- maBstab aus Markierungen, dadurch gekenn- ranzgrenze entspricht

Da

sowohl beim Ein- alsauch zeichnet, daB die Markierungen (4,5,6) in sich bcimAusschaltenBeschleunigungs-undVerzdgerungs- wiederholenden Folgen angeordnet sind, die je- zeiten dieZeitpunktedesAuftretensder Impulsebeein- 65 weilswenigstensdrei,auf dasAbtastmediumunter- flussen,sinddie zeitlichenAbstandeder Impulse zu Be- schiedlich starkeinwirkendeMarkierungenaufwei- ginnund

am

EndederImpulsfolge unterschiedlich. sen,von deneneine(4)dasAbtastmediumstark,die Mit

dem

Stellungsgeber57werdenauchdie Endstel- inderReihe folgende zweite(5)dasAbtastmedium

10

schwacherund

dak

^{der Reihe auf diezweite}(5) folgende(6)

da^^^stmedium

^{schwacheralsdie}

zweiteMarkierdipieeinfluBt,und daBaus derHo- heundderzeitlichenAufeinanderfolge derbeider Abtastung der MarkierungerzeugtenSignale die ₅ Bewegungsrichtung des RastermaBstabs bestimmt wird

Z

Stellungsgeber nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnetdaBder RastermaBstabineiner Rei- he Folgen von jeweils drei unterschiedlich stark 10 lichtreflektierenden Markierungenauf,von denen eine erste Licht stark,eine zweite Lichtschwach odernichtundeinedrittezwischen dererstenund zweiten angeordnete Markierung (5) Licht etwa halbsostarkreflektiertwiedieerste. 15 3.StellungsgebernachAnspruch1 oder2,dadurch gekennzeichnet,daBzwischen

dem

Stellungsgeber undeinera Lichtsender(19)und einemfotoelektri- schen Lichtempfanger(12)einUchtweUenleiter(9, 9a) angeordnet istder mit einem Ende auf eine 20

Spur(2)desStellengebers gerichtetist

4.Stellungsgebernacheinem oder mehreren ^der vorhergehenden Anspruche,dadurchgekennzeich- net daBdieAusgangssignale des Lichtempfangers (12)zweiKomparatorenzugefahrtwerden,vonde- 25 neneinereinen Referenzwert zwischendenAmpli- tudendervon denerstenundzweiten Markierun- genhervorgerufenen SignaleunddereinenRefe- renzwert zwischen der Amplitude der von den zweitenund dritten Markierungen hervorgerufe- 30

nenSignalehat, und daBderzeitlichenVorausei- lungder Ausgangssignale des zweiten Kompara- torsvor den Ausgangssignalen desersten

Kompa-

rators die eineBewegungsrichtungundderzeitli-

chen Nacheilung des Endes des Ausgangssignals 35 des zweiten Komparatorsgegentlber

dem

ersten IComparator die entgegen gesetzte Bewegungs-

~~richtungdes RastermaBstabs zugeordnetist 5.Stellungsgeber nach einem oder mehrerender vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeich- 40

net daB ^ein RastermaBstabtrager mit einem be- weglichen Bauelement eines Antriebssystems fur wenigstens einen beweglichen Schaltkontakt (34) eineselektrischen Schalters(30)verbunden^ist

6.Stellungsgebernach einem oder mehrerender 45 vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeich- net,daB der RastermaBstab alseine Spur(2) auf einermit

dem

^drehbarenBauelement verbundenen Scheibe(3)angeordnetist

7.Stellungsgebernacheinemodervorhergehenden 50 Anspruche, dadurch gekennzeichnetdaBauf

dem

Trager des RastermaBstabseineweitereSpur(16) angeordnetistdieausdreiMarkierungenbesteht, von denendieanden EndenderSpur(16) liegen-

denjeweils eine kleinereTeilungals die mittlere ₅₅ (17)haben,und daBdieMarkierung(15)aneinem Endestark,dieinder MitteliegendeMarkierug(16)

schwach unddie

am

^anderen

^Ende

^{liegende Mar-}

kierung(17)etwahalbsostarklichtreflektierendist

wiedie ersteMarkierung⁽¹⁵⁾ⁱ 60

8. Stellungsgeber nach Anspruch 7, dadurch ge- kennzeichnetdaB nahe an der zweitenSpur(16) einWinkelabstand(a) des Schwenkwinkels(a)des TragersjeweilsEnden vonLichtwellenleitern(9b,

17; 9c,18)fOr dieZufuhrvonLicht

und

dieAufnah- ₆₅

me

vonreflektiertem Licht angeordnet sind und daBdie Lichtwellenleiterfurdie

Aufnahme von

re- flektiertem Licht jeweilsuberfotoelektrische

Emp-

zii^^nchs rlicMiBeU

Komparatoren und mit einer tellen der Referenzwerte Beleuchtungsstarken verbun- fanger (19, 20\

Anordnung zq bei veranderlic den sind

9. Stellungsgeber nach Anspruch 8, dadurch ge- kennzeichnet daB dasvon dermittleren Markie- rung(17) indenfotoelektrischen Empfangern(19, 20)erzeugteSignalmiteinem Komparatordetek-

tiertwird,und daBeinerseitsbeizulanganhalten- der Dauer des Signals eine Fehlermeldung uber denSchalterundbeiderenAusfalleineFehlermel- dungQberdenStellunggeber erzeugtwird

Hierzu3Seite(n)Zeichnungen

L

- Leerseite -

Int.

CIA

Offe^^pgstag;

G01B

11/02 12.Juni1997

702024/384

2EICHNUN6EN

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Nummer.

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11/02 12.Juni1997

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G01B

11/02 OffenljMflBtag: 12.Junt 1997

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