Vorrichtung zur binären Winkelwertübertragung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur binären Winkelwertübertragung. Diese Vorrichtung hat eine Rei he von Kontakten, deren jeder, mit Ausnahme des letzten, während jeder Betätigungsperiode des nachfol genden Kontaktes zweimal betätigt wird.
Diese Vorrichtung kann entweder als Codierer oder Decodierer verwendet werden.
Eine bekannte Vorrichtung dieser Art hat eine Schei be, die in mehrere Ringe unterteilt ist. Jeder Ring besteht aus abwechselnd elektrisch leitenden und nichtleitenden Ringsektoren, wobei der innerste Ring zwei und die folgenden Ringe vier, acht usw. Sektoren haben. Auf jedem dieser Ringe schleift ein Schleifkontakt (Handbuch für Hochfrequenz- und Elektro-Techniker, Berlin-Borsig- walde, 1960, Band VI, Seite 677). Diese bekannte Vor richtung hat sowohl als Codierungsscheibe als auch als Decodierungsscheibe den Nachteil der gleitenden Kon takte.
Man hat deshalb die Kontaktabtastung schon durch eine photoelektrische Abtastung ersetzt. Diese erfordert aber einen grösseren Aufwand und ist wegen der begrenzten und nicht vorbestimmten Lebensdauer der Beleuchtungslampen nicht genügend betriebssicher. Da die Genauigkeit mit der Anzahl der Ringe steigt, sind für hohe Genauigkeiten grosse Scheiben erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kon taktschwierigkeiten zu vermeiden und eine zuverlässige, ohne Photozellen und Beleuchtungslampen arbeitende und auch für hohe Genauigkeiten ausführbare Vorrich tung der genannten Art zu schaffen.
Erfindungsgemäss ist jeder Kontakt durch eine Nok- kenscheibe betätigbar, und jede Nockenscheibe ist von einer der Wellen hintereinander geschalteter, gleicher Getriebe angetrieben. Jedes dieser Getriebe hat ein periodisch wechselndes Übersetzungsverhältnis, welches im Durchschnitt 2 : 1 beträgt. Dabei ist in jeder Stellung der Getriebe, in welcher eine der Nockenscheiben den ihr zugeordneten Kontakt betätigt, das übersetzungsverhält- nis jedes der am Antrieb dieser Nockenscheiben beteilig ten Getriebe wenigstens annähernd 1 : 1.
Im folgenden wird anhand der beiliegenden Zeich- nung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstan des näher beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vor richtung zur binären Winkelwertübertragung.
Fig.2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung hat Springschalterkontakte 11, 21, 31, deren jeder durch eine Nockenscheibe 12, 22 bzw. 32 betätigbar ist. Jede dieser Nockenscheiben ist von einer der Wellen 13, 23 bzw. 33 hintereinander geschalteter, gleicher Getriebe über ein Zahnradgetriebe 14, 15 bzw. 24, 25 bzw. 34, 35 angetrie ben, welches ein Übersetzungsverhältnis (Verhältnis der Winkelgeschwindigkeiten von Antrieb und Abtrieb) von 2 : 1 hat. Die Getrieberäder der hintereinander geschalte ten Getriebe sind mit 16, 27 und 26, 37 bezeichnet.
Das Antriebsrad 16 bzw. 26 der hintereinander ge schalteten Getriebe ist ein kreisförmiges, exzentrisch auf der Welle 13 bzw. 23 drehfest angebrachtes Zahnrad, welches mit dem unrunden Zahnrad 27 bzw. 37 kämmt, das auf der Welle 23 bzw. 33 drehfest angebracht ist.
In Fig. 1 sind zentrische Räder mit einem Kreis, exzentrische Räder mit einem Kreis, welcher einen exzentrischen Punkt enthält, und unrunde Räder durch eine Ellipse symbolisch bezeichnet.
Infolge der Exzentrizität der Antriebsräder 16 und 26, welcher die Abtriebsräder 27 und 37 angepasst sind, hat jedes der hintereinander geschalteten Getriebe 16, 27 und 26, 37 ein periodisch wechselndes übersetzungsverhält- nis. Dabei ist die Exzentrizität so gewählt, dass das durchschnittliche Übersetzungsverhältnis (Verhältnis der Antriebsdrehzahl zur Abtriebsdrehzahl) 2: 1 und das maximale Übersetzungsverhältnis ungefähr 1 : 1 beträgt.
Ausserdem haben die Räder dieser Getriebe solche Lagen in bezug aufeinander und in bezug auf die Nockenscheiben 12, 22, 32, dass in der Stellung, in welcher die Nockenscheibe 22 den Kontakt 21 betätigt, das Getriebe 16, 27 ein Übersetzungsverhältnis von wenigstens annähernd 1 :1 und in der Stellung, in welcher die Nockenscheibe 32 den Kontakt 31 betätigt, sowohl das Getriebe 16, 27 als auch das Getriebe 26, 37 ein Übersetzungsverhältnis von wenigstens annähernd 1 : 1 haben.
Dadurch wird erreicht, dass sämtliche Nok- kenscheiben 12, 22 und 32 bei Betätigung des zugeordne ten Kontaktes 11, 21 bzw. 31 gleich schnell drehen, obwohl der Antrieb der Nockenscheibe 22 im Durch schnitt 2 : 1 und der Antrieb der Nockenscheibe 32 im Durchschnitt 4 : 1 gegenüber dem Antrieb der Scheibe 12 übersetzt ist, so dass die Scheibe 22 im Durchschnitt halb so schnell und die Scheibe 32 im Durchschnitt viertel so schnell läuft wie die Scheibe 12.
Die Welle 13, welche die Antriebswelle der beschrie benen Vorrichtung ist, die Nockenscheibe 22 mit dem drehfest mit ihr verbundenen Getrieberad 25 und die Welle 33 sind um eine gemeinsame Achsenlinie 41 drehbar. Die Nockenscheibe 12 mit dem fest mit ihr verbundenen Getrieberad 15, die Welle 23 und die Nockenscheibe 32 mit dem fest mit ihr verbundenen Getrieberad 35 sind um eine zweite Achsenlinie 42 drehbar, welche parallel zur ersten Achsenlinie 41 ver läuft.
Bei einer zweckmässigen Ausführungsform der be schriebenen Einrichtung sind die Nockenscheibe 22 mit dem Getrieberad 25 und eine die Welle 33 ersetzende Hülse auf einer Verlängerung der Welle 13 drehbar gelagert, und die Nockenscheibe 12 mit dem Getrieberad 15, eine die Welle 23 ersetzende Hülse sowie die Nockenscheibe 32 mit dem Getrieberad 35 sind auf einer gemeinsamen Achse drehbar gelagert. In diesem Sinne sollen die Wellen 23 und 33 und die sie bei dieser Ausführungsform ersetzenden Hülsen Äquivalente sein.
Die beschriebene Einrichtung wird zweckmässig für den zyklisch-permutierten Code, auch Gray-Code ge nannt, ausgeführt, der gegenüber dem reinen Binärcode den Vorteil hat, dass bei jedem Schritt immer nur eine Code-Stelle wechselt.
Die beschriebene Einrichtung kann als Geber und eine gleiche Einrichtung kann als Empfänger für binäre Winkelwertübertragung, z.B. in einer der Schaltungen verwendet werden, welche für die oben erwähnten Codie rungsscheiben üblich sind.
Die beschriebene Einrichtung kann für mehr als drei Kontakte ausgeführt werden. Für jeden zusätzlichen Kontakt sind eine den Rädern 27, 24 und 26 entsprechen de Getrieberädergruppe und ein dem Rad 25 entspre chendes Abtriebsrad, welches fest mit einer weiteren, den zusätzlichen Kontakt betätigenden Nockenscheibe ver bunden ist, derart hinzuzufügen, dass die Anzahl der hintereinander geschalteten Getriebe um eins zunimmt.
Da die Kontakte von Nockenscheiben betätigt wer den, welche von hintereinander geschalteten Getrieben angetrieben sind, und da diese Getriebe trotz dem durch den Binärcode bedingten Drehzahlverhältnis von 2 : 1 im Zeitpunkt der Kontaktbetätigung jede Nockenscheibe unabhängig von der Binärstelle des Kontaktes gleich schnell antreiben, schaltet die beschriebene Einrichtung ausserordentlich zuverlässig.
Sie ist auch deshalb beson ders betriebssicher, weil sie nur mechanische, von elektri schen und magnetischen Störfeldern nicht beeinflussbare Bauelemente praktisch unbegrenzter Lebensdauer ent hält, im Gegensatz zu beispielsweise photoelektrischen Codern, deren Photozellen und Lampen und gegebenen falls anderen elektronischen Bauelementen der Alterung unterworfen und deren Stromkreise durch Störfelder beeinflussbar sind. Die Kontakte der beschriebenen Vor richtung können relativ hoch belastet werden, und diese Vorrichtung ist auch für hohen Genauigkeiten entspre chende grosse Stellenzahlen des Codes (grosse Anzahl der Kontakte) bei kleinem Raumbedarf ausführbar.
Da Drehbewegungen in bekannter Weise durch Ge triebe in andere Bewegungen und durch bekannte Wand- ler in Grössen anderer Art umgeformt werden können, eignet sich die beschriebene Vorrichtung auch zur binä ren Übertragung anderer Bewegungen und anderer Grös- sen.
Device for binary angular value transmission The invention relates to a device for binary angular value transmission. This device has a series of contacts, each of which, with the exception of the last, is actuated twice during each actuation period of the subsequent contact.
This device can be used either as an encoder or a decoder.
A known device of this type has a disc which is divided into several rings. Each ring consists of alternating electrically conductive and non-conductive ring sectors, with the innermost ring having two sectors and the following rings four, eight etc. sectors. A sliding contact slides on each of these rings (manual for high-frequency and electrical technicians, Berlin-Borsigwalde, 1960, volume VI, page 677). This known device has the disadvantage of sliding contacts both as a coding disk and as a decoding disk.
Contact scanning has therefore already been replaced by photoelectric scanning. However, this requires greater effort and is not sufficiently reliable due to the limited and not predetermined service life of the lighting lamps. Since the accuracy increases with the number of rings, large disks are required for high accuracy.
The invention is based on the object of avoiding the con tact difficulties and of creating a reliable device of the type mentioned that works without photocells and lighting lamps and can also be executed for high accuracies.
According to the invention, each contact can be actuated by a cam disk, and each cam disk is driven by one of the shafts of identical gears connected in series. Each of these gears has a periodically changing gear ratio, which averages 2: 1. In this case, in every position of the gear in which one of the cam disks actuates the contact assigned to it, the transmission ratio of each of the gear units involved in driving these cam disks is at least approximately 1: 1.
An exemplary embodiment of the subject of the invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 is a schematic representation of a device for binary angular value transmission.
FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1.
The device shown in the drawing has spring switch contacts 11, 21, 31, each of which can be actuated by a cam disk 12, 22 and 32, respectively. Each of these cam disks is driven by one of the shafts 13, 23 or 33 of the same gear connected in series via a gear drive 14, 15 or 24, 25 or 34, 35, which has a transmission ratio (ratio of the angular speeds of the input and output) of 2: 1 has. The gears of the gear units switched one behind the other are denoted by 16, 27 and 26, 37.
The drive wheel 16 or 26 of the one behind the other GE switched gear is a circular, eccentrically on the shaft 13 or 23 rotatably mounted gear, which meshes with the non-circular gear 27 or 37, which is rotatably mounted on the shaft 23 or 33.
In FIG. 1, centric wheels are symbolically denoted by a circle, eccentric wheels by a circle which contains an eccentric point, and non-circular wheels by an ellipse.
As a result of the eccentricity of the drive gears 16 and 26, to which the output gears 27 and 37 are adapted, each of the gears 16, 27 and 26, 37 connected in series has a periodically changing gear ratio. The eccentricity is chosen so that the average gear ratio (ratio of the input speed to the output speed) is 2: 1 and the maximum gear ratio is approximately 1: 1.
In addition, the wheels of these gears have such positions in relation to one another and in relation to the cam disks 12, 22, 32 that in the position in which the cam disk 22 actuates the contact 21, the gear 16, 27 has a transmission ratio of at least approximately 1: 1 and in the position in which the cam disk 32 actuates the contact 31, both the gear 16, 27 and the gear 26, 37 have a transmission ratio of at least approximately 1: 1.
This ensures that all the cam disks 12, 22 and 32 rotate at the same speed when the associated contact 11, 21 or 31 is actuated, although the drive of the cam disk 22 is on average 2: 1 and the drive of the cam disk 32 is on average 4: 1 with respect to the drive of the disk 12, so that the disk 22 runs on average half as fast and the disk 32 runs on average quarter as fast as the disk 12.
The shaft 13, which is the drive shaft of the device described enclosed, the cam 22 with the non-rotatably connected to it gear 25 and the shaft 33 are rotatable about a common axis line 41. The cam 12 with the gear 15 fixedly connected to it, the shaft 23 and the cam 32 with the gear 35 fixedly connected to it are rotatable about a second axis line 42 which runs parallel to the first axis line 41 ver.
In an advantageous embodiment of the device described, the cam 22 with the gear 25 and a sleeve replacing the shaft 33 are rotatably mounted on an extension of the shaft 13, and the cam 12 with the gear 15, a sleeve replacing the shaft 23 and the cam disk 32 with the gear wheel 35 are rotatably mounted on a common axis. In this sense, the shafts 23 and 33 and the sleeves replacing them in this embodiment are intended to be equivalents.
The device described is expediently carried out for the cyclically permuted code, also called Gray code, which has the advantage over the pure binary code that only one code position changes with each step.
The device described can be used as a transmitter and the same device can be used as a receiver for binary angular value transmission, e.g. can be used in one of the circuits which are usual for the coding disks mentioned above.
The device described can be carried out for more than three contacts. For each additional contact, a gear wheel group corresponding to the wheels 27, 24 and 26 and a driven gear corresponding to the wheel 25, which is firmly connected to another cam disk actuating the additional contact, must be added in such a way that the number of gears connected in series increases by one.
Since the contacts are operated by cam disks, which are driven by gears connected in series, and because these gears drive each cam disk at the same speed regardless of the binary position of the contact, despite the speed ratio of 2: 1 caused by the binary code, the described device extremely reliable.
It is also particularly reliable because it holds only mechanical components that cannot be influenced by electrical and magnetic interference fields, and has a practically unlimited lifespan, in contrast to, for example, photoelectric encoders, whose photocells and lamps and, where appropriate, other electronic components are subject to aging Circuits can be influenced by interference fields. The contacts of the device described can be subjected to a relatively high load, and this device can also be executed for high accuracies corresponding to large numbers of digits of the code (large number of contacts) with a small space requirement.
Since rotary movements can be converted in a known manner by gears into other movements and by known transducers in other quantities, the device described is also suitable for the binary transmission of other movements and other quantities.