DD295455A5 - DIGITAL CAPACITIVE IMPULSE GENERATOR - Google Patents
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Abstract
Der Impulsgenerator ist ausgestaltet als kapazitiver Bitgenerator mit einem Rotor (3) und einem Stator * zwischen denen ein Dielektrikum (4) angeordnet ist, wobei der Rotor (3) als eine mit metallischen Elementen ausgestattete, axial antreibbare Scheibe angeordnet ist und der Stator * der elektrostatisch und flaechenhaft voneinander isolierte, metallisch beschichtete Sektoren (10, 12, 13) besitzt, als Signalein- und Signalauskoppelelektrode ausgebildet ist.{kapazitiver Impulsgenerator; kapazitiver Bitgenerator; Signaleinkoppelelektrode; Signalauskoppelelektrode}The pulse generator is configured as a capacitive bit generator with a rotor (3) and a stator * between which a dielectric (4) is arranged, wherein the rotor (3) is arranged as an axially driven disc equipped with metallic elements and the stator * has electrostatically and spatially isolated, metallically coated sectors (10, 12, 13), is formed as signal input and signal output electrode. {Capacitive pulse generator; capacitive bit generator; Signaleinkoppelelektrode; Signalauskoppelelektrode}
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsgenerator für ein mit elektronischen Steuer- und Anzeigeeinrichtungen ausgestattetes Haushaltgerät, insb. für eine durch nur ein Bedienelement betätigbare, in Haushaltgeräte befindlichen Steuerung, wobei dem Impulsgenerator ein Impulsformer und eine Drehrichtung nachgeordnet sind. Aus der DE-PS 2 540486 ist es bekannt, Frequenzteiler und Zählvorrichtungen einer elektronischen Uhr über eine Anzeigekorrektureinrichtung mit Hilfe eines Impulsgenerators zu betätigen. Der Impulsgenerator ist dabei (Fig. 3 obengenannter Druckschrift) vorwiegend durch mechanische Elemente realisiert. Darüber hinaus ist es bekannt, Impulsgeneratoren mit Wandlerelementen auszustatten, die auf dem Piezoeffekt, optischen Lichtschranken oder elektromagnetischen Effekten beruhen.The invention relates to a pulse generator for a equipped with electronic control and display devices household appliance, esp. For operable by only one control, located in household appliances control, wherein the pulse generator, a pulse shaper and a direction of rotation are arranged downstream. From DE-PS 2 540 486 it is known to operate frequency divider and counter devices of an electronic clock via a display correction means using a pulse generator. In this case, the pulse generator (FIG. 3 of the cited publication) is predominantly realized by mechanical elements. Moreover, it is known to provide pulse generators with transducer elements based on the piezoelectric effect, optical light barriers or electromagnetic effects.
Ein Bitgenorator gibt je nach Drehrichtung zwei zeitlich versetzte Impulsfolgen ab, au? denen sowohl die Drehrichtung links, rechts sowie die Drehgeschwindigkeit eindeutig abgeleitet werden kann. Bekannte Bitgeneratoren mit Schleifkontakten besitzen einen Kontaktverschleiß, sind nicht entprellt und durch die Kontaktmaterialien im Temperaturbereich begrenzt. Bitgeneratoren mit aktiven Kontaktgebern sind in der Lebensdauer durch das aktive Element und/oder im Temperaturbereich eingeschränkt. Aufgabe der Erfindung ist os, einen weitgehend verschleißfreien und für extreme Temperaturbereiche einsetzbaren Impulsgenerator, der als Bitgenerator verwendet wird, zu schaffen, wobei die Lebensdauer des Bitgenerators nicht von der Lebensdauer eines aktiven Kontaktgebers abhängig sein soll.Depending on the direction of rotation, a bit genorator outputs two time-shifted pulse sequences, except? which both the direction of rotation left, right and the rotational speed can be clearly derived. Known bit generators with sliding contacts have a contact wear, are not entprellt and limited by the contact materials in the temperature range. Bit generators with active contactors are limited in their lifetime by the active element and / or in the temperature range. Object of the invention is to provide a largely wear-free and usable for extreme temperature ranges pulse generator which is used as a bit generator, wherein the life of the bit generator should not depend on the life of an active contactor.
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator als ein in kapazitiver Struktur aufgebauter Bitgenerator ausgeführt ist und daß der kapazitive Bitgenerator aus einem Rotor und einem Stator, zwischen denen ein Dielektrikum angeordnet ist, besteht, wobei der Rotor als eine mit metallischen Elementen ausgestattete axialantreibbare Scheibe angeordnet ist und der Stator, der elektrostatisch und flächenhaft voneinander isolierte metallisch beschichtete Sektoren besitzt, als Signalein- und Signalauskoppelelektrode ausgebildet ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch wirksame Statorgebilde als Kreisfläche ausgeführt ist und aus drei elektrostatisch und flächenhaft voneinander isolierten metallisch beschichteten Sektoren besteht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten. Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigtThe arrangement according to the invention for achieving this object is characterized in that the pulse generator is designed as a constructed in capacitive structure bit generator and that the capacitive bit generator of a rotor and a stator between which a dielectric is arranged, wherein the rotor as a with arranged axially actuated disc is arranged metallic elements and the stator, which has electrostatically and areally isolated from each other metallically coated sectors, is formed as Signalein- and signal output electrode. A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the electrically effective stator structure is designed as a circular area and consists of three electrostatically and areally isolated from each other metallically coated sectors. Further advantageous embodiment of the invention are contained in the subclaims. An embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. It shows
Fig. 1 a: eine Gesamtansicht des Impulsgenerators,FIG. 1 a: an overall view of the pulse generator, FIG.
Fig. 1b: eine kapazitive Anordnung gemäß Fig. 1 a,FIG. 1b shows a capacitive arrangement according to FIG. 1a, FIG.
Fig.2a: eine Statorausführung,2a: a stator design,
Fig.2b: eine Rotorausführung,Fig.2b: a rotor design,
Fig.3: ein Kapazitätsersatzschaltbild,3 shows a capacity equivalent circuit diagram,
Fig.4: eine elektronische Auswerteschaltung,4: an electronic evaluation circuit,
Fig. 5: eine Signalausgangsfolge für Rechtsdrehung,5 shows a signal output sequence for clockwise rotation,
Fig. 6: eine Signalausgangsfolge für Linksdrehung,6 shows a signal output sequence for left rotation,
Fig.7: ein Positionsfeld für Rotor-Stator-Anordnung.7 shows a position field for rotor-stator arrangement.
Gemäß Fig. 1 a ist ein Impulsgenerator 1, der als Bitgenerator arbeitet, in Gesamtansicht dargestellt. Der Impulsgenerator 1 besteht aus einem Stator 2, einem Rotor 3, einem zwischen beiden gelegenen Dielektrikum 4, einer Drehachse 5, einem HF-Eingang 6, aus einem Impulseingang 7, einem Impulsausgang 8 und einer metallischen Abschirmung 21. Fig. 1 b zeigt einen Impulsgeneratori mit seinen kapazitiven Anordnungen. Durch das Dielektrikum 4 voneinander getrennt ist der Stator 2 und der Rotor 3 erkennbar. Der Stator 2 besitzt eine metallische Schicht 2.1, der Rotor 3 ist eine metallische Schicht 3.1. Mittels der Drehachse 5, auf der der Rotor 3 befestigt ist, kann der Rotor gegenüber dem Stator verschiedene Positionen einnehmen, die sowohl fest positionierbar sind als auch kontinuierlich durch Drehung herbeigeführt werden können. Gemäß Fig. 2 a ist eine Statorausführung dargestellt. Auf dem Stator 2 ist ein elektrisch wirksames Statorgebilde angeordnet, das als Kreisfläche ausgeführt ist und aus drei elektrostatisch und flächenhaft voneinander isolierten, metallisch beschichteten Sektoren besteht. Ein erster metallisch beschichteter Sektor 10 ist bei Richtungsverfolgung entgegen dem Uhrzeigersinn durch einen nicht metallischen Sektor 11 von einem mit dem metallischen Sektor 10 identischen Sektor 12 getrennt. Ein zentraler metallischer Sektor 13 ist als Koppelkondensatorelektrode vorgesehen und wird über den Eingang 6 mit HF-Signalen gespeist. Bei gleichbleibender Richtungsverfolgung schließt sich dem metallischen Sektor 12 ein nicht metallisches Sektorfeld an, das gemäß Fig. 2 a aus zwei nicht-metallischen Sektoren 14,15 besteht. Die Sektoren 10,12 stellen Elektroden eines Signalkondensators dar und sind mit den Ausgängen 8,7 verbunden. Die Anschlüsse 9 werden zur Erdung der Sektoren 11,14,15 benutzt. Über die Anschlüsse 9 sind auch andere Potentiale anlegbar, wenn das für den jeweiligen Bitgenerator vorteilhaft ist. Gemäß Fig. 2 b ist der Rotor 3 mit einem metallischen Flügel 16 dargestellt. Der Rotor 3 wird axial mechanisch oder von Hand angetrieben. Seine Drehachse liegt zentral und ist durch das Dielektrikum 4 und die Koppelkondensatorelektrode 13 des Stators 2 geführt, Der Rotor 3 kann ein Keramikgrundkörper sein, auf den der metallische Rotorflügel 16 aufgebracht ist, beispielsweise durch Bedampfen oder Siebdruck oder andere Beschichtungsverfahren. Der Rotorflügel 16 besitzt einen Kreisflächengrundkörper, der dem zentralen metallischen Sektor 13 des Stators 2 entspricht. Diesem Kreisflächengrundkörper sind zwei "A-Sektorflächen aufgesetzt. Gemäß Fig. 3 ergib: sich nach den Figuren 2 a, b ein.Kondensatorersatzschaltbild. Der auf der Achse 5 drehbar gelagerte Rotor 3, der auch auf den metallischen Rotorflügel 16 reduziert sein kann, bildet mit dem zentralen metallischen Sektor 13 einen Einkoppelkondensator, mit dem metallisch beschichteten Sektor 12 einen ersten variablen Signalkondensator und mit dem metallisch beschichteten Sektor 10 einen zweiten variablen Signalkondensator. Dabei wird über dem Eingang 6 an den Einkoppelkondensator ein HF-Signal angelegt. Durch den metallischen Rotorflügel 16 ergibt sich entsprechend der Rotorposition für die metallisch beschichteten Sektoren 12,10 eine variable Kapazität. Dementsprechend ergibt sich an den Ausgängen 7,8 ein variables Ausgangssignal. Zur Verbesserung der Bitgeneratoranordnung wird zwischen Stator 2 und Rotor 3 ein Dielektrikum 4 angeordnet.According to Fig. 1 a, a pulse generator 1, which operates as a bit generator, shown in an overall view. The pulse generator 1 consists of a stator 2, a rotor 3, a dielectric located between the two, a rotation axis 5, an RF input 6, a pulse input 7, a pulse output 8 and a metallic shield 21. Fig. 1 b shows a Impulsgeneratori with its capacitive arrangements. Separated by the dielectric 4, the stator 2 and the rotor 3 can be seen. The stator 2 has a metallic layer 2.1, the rotor 3 is a metallic layer 3.1. By means of the axis of rotation 5, on which the rotor 3 is fixed, the rotor can assume different positions relative to the stator, which are both firmly positionable and can be brought about continuously by rotation. 2 a, a stator is shown. On the stator 2, an electrically effective stator structure is arranged, which is designed as a circular area and consists of three electrostatically and areally isolated from each other, metallically coated sectors. A first metallically coated sector 10 is separated by a non-metallic sector 11 from a sector 12 identical to the metal sector 10 in counterclockwise direction tracking. A central metallic sector 13 is provided as a coupling capacitor electrode and is fed via the input 6 with RF signals. With constant directional tracking, the metallic sector 12 is followed by a non-metallic sector field, which, as shown in FIG. 2 a, consists of two non-metallic sectors 14, 15. The sectors 10, 12 represent electrodes of a signal capacitor and are connected to the outputs 8, 7. The terminals 9 are used to ground the sectors 11,14,15. Other potentials can be applied via the connections 9, if this is advantageous for the respective bit generator. According to FIG. 2 b, the rotor 3 is shown with a metallic wing 16. The rotor 3 is driven axially mechanically or by hand. Its axis of rotation is central and is guided by the dielectric 4 and the coupling capacitor electrode 13 of the stator 2. The rotor 3 may be a ceramic base body to which the metallic rotor blade 16 is applied, for example by vapor deposition or screen printing or other coating methods. The rotor blade 16 has a circular surface main body which corresponds to the central metallic sector 13 of the stator 2. According to Fig. 3, a capacitor equivalent circuit diagram is shown in Figures 2 a, b. The rotor 3 which is rotatably mounted on the axis 5 and which can also be reduced to the metallic rotor blade 16, forms this circular surface main body with the central metallic sector 13 a coupling capacitor, with the metallically coated sector 12 a first variable signal capacitor and with the metallically coated sector 10 a second variable signal capacitor .. In this case, an RF signal is applied to the coupling capacitor via the input 6. Durch das Metallischen Rotorflügel 16 results in a variable capacitance corresponding to the rotor position for the metallically coated sectors 12, 10. Accordingly, a variable output signal results at the outputs 7, 8. To improve the bit generator arrangement, a dielectric 4 is arranged between stator 2 and rotor 3.
Aus C = — = — · - = ε-mit ε = ε0 · ε,,,,folgt: U c a aFrom C = - = - · - = ε-with ε = ε 0 · ε ,,,, follows: U caa
Die veränderliche Kapazität des Bitgenerators ist besonders groß, wenn die Kondensatorfläche F möglichst groß ist, ein möglichst hohes ε vorhanden ist und ein möglichst kleiner Plattenabstand der Kondensatoranordnung gewahrt wird. Die Fläche F des Kondensators ist über den Rotorflügel' 6 variabel und größenmäßig begrenzt, ε8ΜίΙΤ11 wird über das hohe e„i. der Keramik maximiert und der Abstand A zwischen den Kondensatorplatten kann so klein gewählt werden, wie die Schichtstärke des Dielektrikums 4 und die konstruktive Gesamtanordnung zuläßt. Als Dielektrikum Λ bietet sich eine Bariumtitanat-Keramik (BaTiO9) mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von rel = 120 und einer maximal zulässigen Temperaturbelastung von 1BOO0C an. Durch den Einsatz von keramischen Materialien für den Rotor 3 und den Stator 2 sowie für das Dielektrikum 4 kann der kapazitive Bitgenerator für extreme Temperaturen ausgelegt werden. Zur elektrostatischen Abschirmung ist der ganzeThe variable capacitance of the bit generator is particularly large when the capacitor area F is as large as possible, the highest possible ε is present and the smallest possible plate spacing of the capacitor arrangement is maintained. The area F of the capacitor is variable and limited in size by the rotor blade 6, ε 8ΜίΙΤ11 is determined by the high e "i. maximizes the ceramic and the distance A between the capacitor plates can be chosen as small as the layer thickness of the dielectric 4 and the overall design permits. As a dielectric Λ offers a barium titanate ceramic (BaTiO 9 ) with a relative dielectric constant of rel = 120 and a maximum allowable temperature load of 1BOO 0 C. Through the use of ceramic materials for the rotor 3 and the stator 2 and for the dielectric 4, the capacitive bit generator can be designed for extreme temperatures. For electrostatic shielding is the whole
Bitgenarator metallisch umhüllt. Eine Rasterung der Drehachse 5 wird, falls erforderlich, mit kleinen Permanentmagneten und gegenüberliegenden Weicheisenteilen vorgenommen. Die Achse wird verschleißfrei in einem Metallgleitlager oder einer Metallkeramiklagerstelle geführt. Figur 4 zeigt eine elektronische Anordnung, die zur Anwendung und Auswertung des Bitgenerators notwendig ist. Die Schaltungsanordnung besteht aus einem HF-Generator 17, der auf den HF-Eingang des Bitgenerators 1 geschaltet ist. Die Impulsausgängo 7,8 des Bitgenerators 1 werden auf eine Gleichrichterschaltung 18 geführt, deren Ausgangssignale über einen Tiefpaß 19 mit einer Schwellwertschaltung 20 verbunden sind. Die Schwellwertschaltung 20 stellt an den Ausgängen S1, S 2 Impulsfolgen zur Verfügung. Diese Impulsfolgen sind gemäß Fig. 5,6 mit der Drehrichtungsinformation ausgestattet. Dabei wurde vorausgesetzt, daß der Rotorflügel 16 8 Positionen einnehmen kann, die Positionen 0 bis 7, die rastbar und durch kontinuierliche Links-Rechts-Drehung eingenommen werden können. Fig. 7 verdeutlicht die Position, die der Rotorflügel 16 einnehmen kann, jeweils als Mittenlage. Bezieht man diese Rotorpositionen auf die Statoranordnung gemäß Fig.2a, so gelangt man für Rechtslauf zu den Impulsfolgen gemäß Fig.5, bei Linkslauf zu den Impulsfolgen gemäß Fig. 6. Die Folgen S1 (P) und S 2 (P) sind jeweils um nh phasenverschoben. Für Rechtslauf des Rotorflügels 16 eilt S1 der Folge S2 um "/2 voraus, für Linkslauf des Rotorflügels 16 eilt S1 der Folge S2 um "/2 nach. Die Folge S1 entspricht dem Ausgang 7, die Folge S 2 entspricht dem Ausgang 8. Betrachtet man Position 0 Rechtslauf, bezogen auf Fig. 2 a, dann sind beide Folgen gleich 0, für Position 1 besitzt die Folge S2 den Wert C0 entsprechend 1, die Folge S2 = 0. Für Position 2 giltBitgenarator wrapped in metal. A screening of the axis of rotation 5 is made, if necessary, with small permanent magnets and opposite soft iron parts. The axle is guided wear-free in a metal plain bearing or a metal-ceramic bearing. FIG. 4 shows an electronic arrangement which is necessary for the application and evaluation of the bit generator. The circuit arrangement consists of an HF generator 17, which is connected to the RF input of the bit generator 1. The Impulsausgängo 7,8 of the bit generator 1 are fed to a rectifier circuit 18 whose output signals are connected via a low-pass filter 19 with a threshold value 20. Threshold circuit 20 provides pulse trains at outputs S1, S2. These pulse trains are equipped with the direction of rotation information according to FIG. 5, 6. It has been assumed that the rotor blade 16 can assume 8 positions, the positions 0 to 7, which can be locked in place and by continuous left-right rotation. Fig. 7 illustrates the position that can take the rotor blade 16, each as a center position. If one relates these rotor positions to the stator arrangement according to FIG. 2a, the clockwise sequence leads to the pulse sequences according to FIG. 5, in the opposite direction to the pulse sequences according to FIG. 6. The sequences S1 (P) and S2 (P) are respectively n h out of phase. For clockwise rotation of the rotor blade 16, S1 precedes the sequence S2 by "/ 2, for left-hand rotation of the rotor blade 16, S1 of the sequence S2 lags by" / 2. The sequence S1 corresponds to the output 7, the sequence S 2 corresponds to the output 8. Considering position 0 clockwise, relative to Fig. 2 a, then both sequences are equal to 0, for position 1, the sequence S2 has the value C0 corresponding to 1, the sequence S2 = 0. For position 2 applies
51 =S2 = C0 entsprechend 1 usw. Damit entsteht ein Bitgenerator der für Rechts- und Linkslauf verschiedene Impulsfolgen S1,51 = S2 = C0 corresponding to 1, etc. This produces a bit generator of the pulse sequences S1, which are different for clockwise and counterclockwise rotation.
52 abgibt und zur Informationsverarbeitung bei elektronischen Schaltungen angewendet werden kann. Solche Digitaleingaben sind für Herdsteuerungen und elektronische Uhren anwendbar.52 and can be used for information processing in electronic circuits. Such digital inputs are applicable to hearth controls and electronic clocks.
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