Messwertumformer zur digitalen Umformung des Drehwinkels eines Organs in Impulse Messwertumformer, die dazu dienen, die Anzahl der Umdrehungen irgendwelcher drehbaren Mess- werkteile oder Bruchteile davon derart in Impulse umzuformen, dass jeder einzelne Ausgangsimpuls einem ganz bestimmten Drehwinkel entspricht, kön nen so aufgebaut sein, dass eine mit dem drehbaren Messwerkteil synchron umlaufende, am Rande mit Vorsprüngen bzw.
Ausnehmungen versehene metalli sche Scheibe oder ein entsprechendes Flügelrad in das Magnetfeld der Schwingkreisspule eines Hoch- frequenzoszillators eingreift. Je nachdem, ob sich in dem Magnetfeld der Schwingkreisspule gerade ein Vorsprung oder gerade eine Ausdehnung der ge nannten Scheibe befindet, ist der Hochfrequenzoszil- lator stärker oder schwächer bedämpft, so dass bei einer Drehbewegung der metallischen Scheibe bzw.
des Flügelrades seine Schwingungsamplitude zwi schen, einem Höchsrt.wert und einem Kleinstwert schwankt, wobei an die Stelle der kleinsten Schwin gungsamplitude auch ein völliges Aussetzen der Schwingungen treten kann. In einer dem Hochfre- quenzoszillator nachgeschalteten Schaltung wird dann im einfachsten Falle jedesmal ein Impuls er zeugt, wenn die Schwingungsamplitude des Oszilla- tors einen bestimmten Wert durchschreitet.
Je nach dem, wieviel Vorsprünge bzw. Ausnehmungen am Rande der Dämpfungsscheibe periodisch verteilt sind, stellt somit die Anzahl der abgegebenen Impulse ein digitales Mass für den Drehwinkel der Dämpfungsscheibe und damit des mit dieser gekup- pelten Messwerkteiles dar.
Die Umformung des Drehwinkels in eine entspre chende Impulszahl geht mit umso grösserer Betriebs sicherheit vor sich, je grösser die Änderungen der Impedanz des Oszillatorschwingkreises sind, die beim Drehen der Dämpfungsscheibe erreicht werden kön- neu. Ausserdem muss verlangt werden, dass derjenige Dämpfungswert, bei dessen Durchschreiten jedesmal ein Impuls erzeugt wird, eindeutig ganz bestimmten, längs des Umfangs der Dämpfungsscheibe periodisch wiederkehrenden Stellen des Schevbenrandes zuge ordnet ist.
Schon die Innehaltung dieser Bedingungen macht bei Verwendung der bisher üblichen metallischen Dämpfungsscheiben, die meist aus unmagnetischem Stahl bestehen, gewisse Schwierigkeiten. Der Rand der Dämpfungsscheibe läuft in dem Luftspalt eines Eisenkerns, auf den die Schwingkreisspule und gege benenfalls auch die Rückkopplungsspule des Hoch- frequenzoszillators gewickelt ist.
Ist der Luftspalt des Eisenkerns voll durch einen Vorsprung der Dämp- fungsscheibe bedeckt, so herrscht maximale Dämp fung. Die Dämpfung wird am kleinsten, wenn sich in dem Luftspalt überhaupt kein Metall befindet;
das ist der Fall, wenn die Projektion des Eisenkerns auf die Dämpfungsscheibe genau in die Mitte eines Aus schnittes am Rande dieser Dämpfungsscheibe fällt. Auch in dieser Stellung übt aber die Dämpfungs- scheibe immer noch eine gewisse Dämpfung auf den Schwingkreis aus, weil sich ja das magnetische Feld im Luftspalt seitlich ausbreitet.
Man kann diese Restdämpfung dadurch klein machen, dass man die Aussparung am Rande der Dämpfungsscheibe, ge messen an dem Querschnitt des Eisenkerns, verhält- nismässig gross macht. Dann nimmt aber jede Aus sparung einen verhältnismässig grossen Teil des ge samten Scheibenumfangs ein, so dass die Zahl der Ausnehmungen, die am Rande der Dämpfungs- scheibe untergebracht werden können, geringer wird.
Das setzt wiederum die Genauigkeit, mit der der Drehwinkel der Dämpfungsscheibe gemessen werden kann, herab. Diese Verhältnisse werden umso günstiger, je kleiner man die Weite des Luftspaltes im Eisenkern der Schwingkreisspule macht, weil dann die seitliche Streuung des Magnetfeldes geringer wird.
Je kleiner aber die Luftspaltweite gemacht wird, umso höher werden die Ansprüche, die an das Planlaufen der Dämpfungsscheibe bzw. an die Schlagfreiheit des Scheibenlaufs gestellt werden müssen. Noch schwieriger werden die Verhältnisse bei Verwendung einer metallischen Dämpfungsscheibe, wenn sich jeweils zwischen einem Umfangsbereich grösster und einem Umfangbereich kleinster Dämp fung noch ein Bereich einer bestimmten mittleren Dämpfung befinden soll.
Eine Dämpfungsscheibe, bei deren Lauf sich die Dämpfung des Schwingkreises des Hochfrequenzoszillators in diesem Sinne gewis- sermassen in drei Stufen ändert, kann dazu benutzt werden, das Entstehen fehlerhafter Impulse zu unter binden, wenn die Dämpfungsscheibe eigentlich still- stehen sollte, in, Wirklichkeit aber kleine.
Pendelungen um eine Ruhelage herum ausführt. Diese Pendelun- gen, die ja Schwankungen der Schwingkreisdämpfung bewirken, dürfen -nicht zur Aussendung von Impulsen Anlass geben, da solche Impulse eine Drehbewegung vortäuschen würden, die gar nicht vorhanden ist.
Bei Verwendung der erwähnten Dämpfungs- scheibe mit dreistufiger Dämpfung lassen sich solche fehlerhafte Impulse vermeiden, wenn man durch zu sätzliche Schaltungsmittel oder überhaupt durch eine besondere Ausführung der Schaltung, die die Schwingungsänderungen des Hochfrequenzoszillators in Impulse umsetzt;
dafür sorgt, dass der Zusammen hang zwischen der Impulserzeugung und der Ände rung des Schwingungszustandes des Oszillators eine gewisse Hysterese bekommt. Diese Hysterese kann darin bestehen, dass jeweils nur beim Übergang von der mittleren Dämpfung zur höchsten und von der mittleren Dämpfung zur kleinsten Dämpfung ein Impuls erzeugt wird, dass jedoch kein Impuls ent steht, wenn die Dämpfung von dem höchsten oder dem kleinsten Wert auf den mittleren Wert übergeht.
Wenn in diesem Falle bei einer Drehung der Dämp- fungsscheibe die Dämpfung sich beispielsweise von dem mittleren auf den kleinsten Wert, sodann wieder auf den mittleren und schliesslich auf den höchsten Wert ändert; so werden dabei zwei Impulse abgege ben.
Läuft jetzt die Dämpfungsscheibe aus der Stel lung der höchsten Dämpfung wieder zurück; so kann ihre Drehung den gesamten Winkelbereich mittlerer Dämpfung überschreiten, ohne dass erneut ein Impuls abgegeben wird. Eine weitere Rückwärtsdre- hung kann man durch ein Rücklaufgesperre verhin dern, das einen Rücklauf der Dämpfungsscheibe über die Mitte des Bereiches mittlerer Dämpfung hinaus verhindert. Solche Rücklaufgesperre sind z. B. bei Elektrizitätszählern vielfach üblich.
Bei Verwendung einer metallischen dreistufigen Dämpfungsscheibe hat diese im Bereich mittlerer Dämpfung einen solchen Radius, dass sie radial etwa bis zur Hälfte in den Luftspalt hineinragt.
Von -die- sein Mass, um das die Dämpfungsscheibe in den Luftspalt hineinragt, ist aber @dtie Dämpfung in ausser- ordentlwh ,starkem Massee abhängig, und damit. die mittlere Dämpfung einwandfrei definiert ist, ist es notwendig, einen ganz bestimmten Abstand von der Scheibenachse zum Magnetkern genau innezuhalten,
was fertigungstechnisch Schwierigkeiten bereitet bzw. eine kostspielige Justierung notwendig macht.
Durch die Erfindung werden die geschilderten Nachteile, die einer metallischen Dämpfungsscheibe bei Messwertumformern der beschriebenen Art an haften, weitgehend vermieden. Gemäss der Erfindung besteht die drehbare Dämpfungsscheibe aus einer unmagnetischen, elektrisch, isolierenden Kreisscheibe, die in der Kreisringzone;
zwischen deren Radien das Magnetfeld durch sie hindurchtritt, mindestens auf der einen Oberfläche auf dem ganzen Umfang oder einem Teil davon nach Art einer gedruckten Schal- tung hergestellte, in sich geschlossene, mit der Schwingkreisspule koppelbare Leiterschleifen - auf weist.
Das Herstellen von sogenannten gedruckten Schaltungen ist allgemein bekannt. Als Ausgangsma terial dient dabei meistens eine Platte aus Hartpapier oder Hartgewebe, die einseitig oder beidseitig mit einer dünnen Kupferschicht belegt ist. Die gewünsch ten Leitungsbahnen werden mit einem säurefesten Lack auf die Kupferschicht aufgezeichnet oder aufge druckt, und bei der nachfolgenden Ätzung bleibt die Kupferschicht nur dort erhalten, wo sie mit Lack be deckt ist. Der Lack kann nachträglich entfernt wer den.
Die Erfindung möge anhand der Zeichnung bei spielsweise näher erläutert werden.
Es zeigen: Fig. 1 die Ansicht, Fig. 2 die Draufsicht auf eine Dämpfungsscheibe und einen Eisenkern, Fig. 3 ein Schaltbild für das Zusammenwirken einer Schwingkreisspule mit den- Leiterschleifen einer gedruckten Schaltung, Fig. 4 ein Ersatzschaltbild und die Fig. 5 und 6 einen Ausschnitt einer anderen Aus führungsform der Dämpfungsscheibe in Ansicht bzw. Draufsicht.
In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist mit 1 eine um eine Achse drehbare Dämpfungs- scheibe, mit 3 eine Schwingkreisspule und mit 4 ein Schwingkreiskondensator eines nicht dargestellten Hochfrequenzoszillators bezeichnet. 5 ist der Eisen kern der Schwingkreisspule 3, der durch einen Luft spalt 6 unterbrochen, im übrigen aber geschlossen ist.
Zwischen den Oberflächen des Eisenkerns 5, die bei derseits den Luftspalt 6 begrenzen, läuft der Rand der Dämpfungsscheibe 1 um.
Es ist angenommen, dass die Dämpfungsscheibe 1 aus den oben erläuterten Gründen, an ihrem Um fang sich sechs mal periodisch wiederholend, eine Folge von Gebieten grösster und Gebieten kleinster Dämpfung aufweist, zwischen denen jeweils ein Ge biet mittlerer Dämpfung eingeschlossen ist.
Die auf der Dämpfungsscheibe 1 aus Hartpapier oder Hartgewebe nach Art einer gedruckten Schal tung angebrachten, geschlossenen Leiterschleifen 7 bzw. 8 bestehen je aus zwei radialen und zwei in Um fangsrichtung bzw. tangential dazu verlaufenden lei tenden Teilpfaden. Diese Leiterschleifen 7 bzw. 8 sind am Rande der Dämpfungsscheibe 1 angebracht, und zwar so, dass ihre radiale Erstreckung b wesent lich grösser ist als die radiale Erstreckung d des Luft spaltes 6 im Eisenkern 5.
Dabei soll die Mitte des Masses d mit der Mitte des Masses b übereinstim men.
Die grösste Schleifenweite, in Umfangsrichtung gemessen, haben die Leiterschleifen 7. Ihre mittlere Schleifenweite ist grösser als die Breite c des Eisen kernes 5, so dass in der gezeichneten Stellung der Dämpfungsscheibe 1, wo eine Leiterschleife 7 gerade in dem Luftspalt 6, und zwar symmetrisch zu diesem, liegt, die Projektion des Eisenkernes 5 auf die Schei benoberfläche von der Leiterschleife 7 vollkommen umschlossen wird.
Die betrachtete Leiterschleife 7 im Luftspalt 6 ist deshalb sehr fest mit der Schwing- kreisspule 3 gekoppelt, die Resonanzimpedanz des Schwingkreises 3, 4 ist sehr klein, und der Schwing kreis infolgedessen stark gedämpft.
Symmetrisch gegenüber den Leiterschleifen 7 versetzt, befinden sich am Umfang der Dämpfungs- scheibe 1 Bereiche 9, die von Leiterschleifen frei sind. Befindet sich eine solche Stelle 9 in dem Luft spalt 6, so ist die Resonanzimpedanz des Schwing kreises 3, 4 am grössten und die Dämpfung des Schwingkreises am kleinsten.
Zwischen den Leiterschleifen 7 und den leiter- schleifenfreien Gebieten 9 am Umfang der Dämp- fungsscheibe 1 befinden sich nun jeweils noch Ge biete, in denen nebeneinander mehrere Leiterschlei fen 8 angeordnet sind, deren mittlere Schleifenweite wesentlich kleiner, z. B. nur halb so gross ist wie die Breite c des Eisenkernes 5.
Befindet sich ein solches mit den schmaleren Leiterschleifen 8 bedecktes Ge biet der Dämpfungsscheibe 1 in dem Luftspalt 6, so stellt sich wegen der loseren Kopplung dieser Leiter schleifen mit der Schwingkreisspule 3 eine Dämpfung des Schwingkreises 3, 4 ein, die zwischen der grös- sten und der kleinsten Dämpfung liegt.
Der tatsächli che Wert der Dämpfung in diesem Gebiet hängt zwar etwas von der Stellung der Dämpfungsscheibe 1 ab, so dass bei konstanter Drehgeschwindigkeit der Dämpfungsscheibe 1 die Dämpfung in diesem Gebiet periodisch um einen Mittelwert schwankt. Diese Schwankungen lassen sich jedoch durch entspre chende Bemessung der Leiterschleifen 8 so klein hal ten, dass sie nicht stören.
In Fig.3 ist ein Schaltbild für die induktive Kopplung der Schwingkreisspule 3 mit einer Leiter schleife 7 bzw. 8 auf der Dämpfungsscheibe 1 darge stellt. Darin ist R1 der ohmsche Widerstand der Schwingkreisspule 3, R2 der ohmsche Widerstand der geschlossenen Leiterschleife 7 bzw. 8 auf der Dämpfuagsscheihe 1.
Mit L1 und L2 sind die Selbst- induktivtäten der Schwingkreisspule 3 und der Lei terschleife 7 bzw. 8 bezeichnet. Beide sind über die Gegeninduktivität M miteinander gekoppelt. Für die Gegeninduktivität gilt bekanntlich M = k. vl-1.L2, worin k der Kopplungsfaktor ist, der stets kleiner als 1 ist.
Man erkennt, dass die zwischen den Klemmen 10 der Schwingkreisspule 3 liegende Gesamtimpe danz bei gegebenen Selbstinduktivitäten und gegebe nen ohmschen Widerständen von der Gegenindukti- vität zwischen der Schwingkreisspule 3 und der ge schlossenen Leiterschleife 7 bzw. 8 auf der Dämp- fungsscheibe 1 abhängt.
Mit der angegebenen Beziehung für M lässt sich für das Schaltbild nach Fig.3 das Ersatzschaltbild nach Fig. 4 zeichnen. Man erkennt daraus, dass für eine grosse Dämpfung, d. h. für eine kleine Impedanz zwischen den Klemmen 10 der Widerstand R2 der Leiterschleife klein und ihre Induktivität L2 gross gemacht werden muss.
Ausserdem soll der Kopp lungsfaktor k möglichst nahe bei 1 liegen. Der Kopp lungsfaktor k und die Selbstinduktivität L2 werden Null, wenn die Breite der Leiterschleife gegen Null geht. Mit wachsender Breite der Leiterschleife wächst sowohl deren Induktivität L2 als auch der Kopp lungsfaktor k.
Der Kopplungsfaktor k erreicht seinen Höchstwert etwa dann,wenn die Weite der Leiter schleife mit der Breite c des Eisenkerns 5 in Fig. 2 übereinstimmt. Vergrössert man die Breite der Lei terschleife darüber hinaus, nimmt zwar die Induktivi- tät L2 noch weiter zu, der Kopplungsfaktor k nimmt jedoch wieder ab. Bei gegebener radialer Erstreckung der Leiterschleife gibt es also eine ganz bestimmte Leiterschleifenweite, bei der die Dämpfung des Schwingkreises 3, 4 ein Maximum wird.
Bei Verklei nerung der Leiterschleifenweite nimmt die Dämpfung mehr und mehr bis schliesslich annähernd gegen den Wert Null ab. Man kann also durch Wahl der Weite der Leiterschleifen 7 bzw. 8 jeden beliebigen Dämp- fungswert zwischen dem Höchstwert und annähernd Null einstellen.
Damit in dem Bereich mittlerer Dämpfung die schon erwähnten Schwankungen der Dämpfung mög lichst klein werden, müssen immer mehrere Leiter schleifen 8 gleichzeitig in dem Luftspalt liegen. Die Schwankungen werden umso geringer, je feiner die Struktur der Leiterschleifen gewählt wird. Das lässt sich aber bei der gedruckten Schaltung nicht beliebig weit treiben. Die Grenze liegt ungefähr bei 0,3 mm für Leiterbreite und Leiterabstand. Unterhalb dieser Grenze hängen die Abmessungen zu stark von der Ätzzeit ab.
Man kann diese Verhältnisse verbessern, wenn man die Dämpfungsscheibe 1, wie es die Fig. 5 und 6 in Ansicht und Draufsicht für einen Ausschnitt einer Dämpfungsscheibe 1 zeigen, auf beiden Oberflächen mit Leiterschleifen belegt und dafür sorgt, dass die Leiterschleifen in dem Umfangsbereich mittlerer Dämpfung auf der einen Oberfläche um eine halbe Teilung gegenüber den entsprechenden Leiterschlei fen auf der anderen Oberfläche versetzt sind.
Das fährt dann allerdings dazu, dass die Weite der für volle Dämpfung bestimmten Leiterschleifen auf der einen Oberfläche grösser werden muss als auf der anderen. In den Fig. 5 und 6 sind die entsprechenden Leiterschleifen mit 7 und 71 und ihre Weiten mit f und f1 bezeichnet.
Die Verhältnisse sind dabei so ge- wählt, dass die Weite f1 der auf der unteren Oberflä che befindlichen Schleife 71 noch etwas grösser ist als die Breite c des Eisenkerns 5. Das Gleiche gilt für die Weiten g und g1 des leiterschleifenfreien Teiles 9 des Umfanges der Dämpfungsscheibe 1.
Auch hier ist die Breite g dieses Teiles auf der oberen Oberfläche grösser als die Breite g1 auf der unteren Oberfläche. Die für mittlere Dämpfung bestimmmten Leiter schleifen 8 haben auf beiden Oberflächen die gleiche Weite e, wobei in jedem Bereich mittlerer Dämpfung die Zahl der Leiterschleifen 8 auf der unteren Ober fläche um 1 grösser ist als auf der oberen Oberfläche.
Die oben erwähnte Hysterese bei der Bildung der Impulszahl kann z. B. dadurch erreicht werden, dass Mittel vorgesehen werden, durch welche ein dem Oszillatorschwingkreis parallel liegender Dämpfungs- widerstand beim Aussetzen der Oszillatorschwingung eingeschaltet, beim Einsetzen der Schwingung wieder ausgeschaltet wird.