DE102009043901A1

DE102009043901A1 - Stellkondensator

Info

Publication number: DE102009043901A1
Application number: DE102009043901A
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr. Schneider
Original assignee: INAC COMP GmbH; INAC COMPUTER GmbH
Current assignee: INAC COMP GmbH; INAC COMPUTER GmbH
Priority date: 2008-08-29
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2010-05-20

Abstract

Insbesondere im Zusammenhang mit Antenneneinrichtungen zur Auswertung der von RFID-Tags ausgesendeten Signale oder bei Sendeeinrichtungen im Bereich der Kernresonanz-Spektroskopie ist es notwendig, RLC-Schwingkreise bezüglich ihrer Frequenz und ihrer Impedanz exakt einzustellen. Um eine aufwändige händische Einstellung zu vermeiden, wird hierzu üblicherweise ein selbst regelnder Regelkreis eingesetzt, bei dem mittels einer Prozessoreinheit, die mit einer Sensorik verbunden ist, auf einen Stellkondensator zur Verstellung von dessen Kapazität eingewirkt wird. Ausgehend von diesem Stand der Technik ist im Rahmen der Erfindung ein spezieller Stellkondensator entwickelt worden, bei dem zwei benachbart angeordneten Stator-Kondensatorplatten (2, 3) eine gemeinsame Vario-Kondensatorplatte (4), jeweils um das Dielektrikum beabstandet, zugeordnet ist, wobei diese Vario-Kondensatorplatte (4) vorzugsweise mittels eines Piezo-Mini-Linearmotors in konstanter Höhe über den Stator-Kondensatorplatten (2, 3) beweglich ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellkondensator zur Abstimmung eines wenigstens eine Induktivität und eine Kapazität umfassenden RLC-Schwingkreises, wobei der Stellkondensator ein Plattenkondensator ist, welcher eine mittels eines elektromotorischen Antriebs bewegliche Vario-Kondensatorplatte aufweist.
Ein derartiger Stellkondensator ist bereits aus der US-Patentschrift 7,061,745 B2 vorbekannt. Dort ist ein mithilfe eines Piezo-Motors verstellbarer Kondensator beschrieben, welcher zwei übereinander gelagerte Kondensatorplatten aufweist. Zumindest eine dieser Kondensatorplatten ist gegenüber der jeweils anderen beweglich gelagert, so dass durch eine relative Bewegung zwischen den beiden Platten die Kapazität des Kondensators verändert wird.
Ferner gehört die Verwendung von Drehkondensatoren zum Verändern der Resonanzfrequenz von Schwingkreisen, etwa in herkömmlichen Radioempfängern zum Einstellen von Sendern sowie zur veränderlichen kapazitiven Kopplung und zur Impedanzanpassung in der Hochfrequenztechnik, zum elektrotechnischen Grundwissen. Den feststehenden Teil eines solchen Drehkondensators nennt man Stator, den verstellbaren, be weglichen Teil den Rotor. Für den Fall, dass die Kondensatorplatten als Blechpakete ausgeführt sind, spricht man von einem Statorpaket bzw. einem Rotorpaket. Dabei muss der Begriff des Drehkondensators nicht zwingend auf einen halbkreis- oder kreisförmig aufgebauten Kondensator hinweisen, sondern kann auch durchaus in Form eines Plattenkondensators mit einer feststehenden und einer beweglichen Kondensatorplatte verwirklicht sein.
Innerhalb eines RLC-Schwingkreises wird also bei der Verstellung der Kapazität des Kondensators der Schwingkreis in seiner Frequenz und seiner Impedanz verstellt, wobei die Frequenzeinstellung als „Tuning” und die Impedanzeinstellung als „Matching” bezeichnet wird.
Ein solcher Schwingkreis kommt beispielsweise in einer Erfassungsvorrichtung gemäß dem deutschen Patent DE 10 2004 052 396 B4 zum Einsatz. Es handelt sich hierbei um eine Erfassungsvorrichtung für Wischmops und/oder Textilien, die jeweils mit einer Antennenvorrichtung zur induktiven Einkopplung einer Betriebsspannung in einem RFID-Tag gekennzeichnet sind, welche, sobald die RFID-Tags in das magnetische Wechselfeld einer Sendeantenne eingebracht werden, auf Grund einer induktiven Einkopplung und der Induktion einer elektrischen Spannungsversorgung einen Transponder-IC aktiviert, der bewirkt, dass der RFID-Tag ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das zu einer messbaren Verstimmung eines mit einer Antennenspule erzeugten Magnetfeldes führt. Je nach Ausgestaltung des RFID-Tags kann entweder die Existenz eines Tags als solche ermittelt werden oder, für den Fall einer entsprechenden eindeutigen Kennung des Tags, auch der Tag als solcher identifiziert und erkannt werden. Im Ergebnis stellt also auch die Antenneneinheit einen RLC- Schwingkreis dar, der zur Meidung von Messfehlern exakt eingestellt werden muss, insbesondere so, dass etwaige Reflexionen der Antennenspulen untereinander ausgeschlossen sind. Hierzu ist auch ein Tuning und Matching dieses Antennenkreises erforderlich. Dabei wird beispielsweise ein Drehkondensator der eingangs erwähnten Art eingesetzt. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass eine manuelle Einstellung mittels entsprechender Kondensatoren vor Ort sehr aufwändig und unpraktikabel ist. Es bedarf also eher einer selbst regelnden Lösung, etwa eines Drehkondensators, der mittels einer computergesteuerten Prozessoreinheit, die mit einer Sensoreinheit zur Erfassung der Reflexionen in Datenverbindung steht, selbsttätig eine entsprechende Einstellung des Schwingkreises mittels des erwähnten Drehkondensators vornimmt.
Anstelle der Regelung des Drehkondensators per Hand kann eine selbsttätige Regelung mit einer Kapazitätsdiode erfolgen, wobei sich derartige Kapazitätsdioden nicht als Betriebsfest erwiesen haben. Die Verwendung einer in Sperrrichtung betriebenen Kapazitätsdiode scheidet aus, weil im Rahmen der Leistungsübertragung im RFID-Tag-Bereich in einem Frequenzbereich von 13,57 MHz Leistungen bis zu 4 W übertragen werden und die hierdurch induzierten Spannungen die Kapazitätsdiode ohne Weiteres zerstören.
Alternativ könnte der Drehkondensator auch mit einem herkömmlichen Servo- oder Schrittmotor über die erwähnte Prozessoreinheit angesteuert werden. Eine solche Lösung wird jedoch als vergleichsweise aufwändig und überdies ebenfalls als fehleranfällig empfunden.
Eine durchaus praktikable Lösung besteht in der Verwendung herkömmlicher Kondensator-Arrays, deren Kondensatoren jeweils mit entsprechenden Schaltrelais geschaltet werden, um die jeweils zur Vermeidung der Reflexionen gewünschte Kondensatoreinstellung zu erreichen. Problematisch ist allerdings, dass jeweils nach Abschaltung der Erfassungseinheit auch die Einstellungen der Relais verloren gehen und diese anschließend neu angefahren werden müssen. Die entsprechenden Einstellungen der Relais können dabei von dem angeschlossenen Mikroprozessor bezogen werden.
In Ergänzung der erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung der DE 10 2004 052 396 B4 besteht also Bedarf an einer Lösung zur selbsttätigen Einstellung des im Rahmen der Erfassungsvorrichtung benötigten Antennenschwingkreises.
Auch im Bereich der Kernresonanz-Spektroskopie oder NMR-Spektroskopie zur Aufklärung von Molekülstrukturen, insbesondere in Bereichen der organischen Chemie und Biochemie oder der Kernspintomographie muss zur Analyse Energie in Form von Radiowellen auf die zu prüfende Substanz eingestrahlt werden. Dabei muss die Einstrahlung der Energie in Form einer Radiowelle mit einer eindeutig definierten Frequenz erfolgen, wobei der hierzu benötigte Sendeschwingkreis erneut ein RLC-Schwingkreis ist, der exakt in Frequenz und Impedanz durch die erwähnten Methoden des Tunings und Matchings eingestellt werden muss. Auch hierzu wird ein entsprechend selbsttätig einstellbarer Drehkondensator benötigt.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zu Grunde, einen neuartigen Stellkondensator mit einer verbesserten Möglichkeit zur selbsttätigen Einstellung eines RLC-Schwingkreises zu schaffen, der darüber hinaus in den genannten Bereichen einsetzbar ist und hinreichend betriebsfest ist.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Stellkondensator gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
Gemäß Anspruch 1 handelt es sich bei dem Stellkondensator um einen Plattenkondensator, dessen eine Vario-Kondensatorplatte gegenüber wenigstens zwei anderen Stator-Kondensatorplatten beweglich gelagert ist und mittels eines elektromotorischen Antriebs in konstanter Höhe, also unter Beibehaltung der Dielektrikumsdicke, bewegbar ist. Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung kann also einfach mittels eines Plattenkondensators umfassend drei oder mehrere Kondensatorplatten eine Veränderung der Kapazität und damit ein Frequenz- und Impedanzstellung des RLC-Schwingkreises selbsttätig mittels des Antriebs erfolgen. Dabei besteht der Stellkondensator aus zwei in Reihe geschalteten Plattenkondensatoren. Die teilweise in sehr kleinen Dimensionen erforderliche Anordnung wird dadurch besonders robust, dass die bewegliche Kondensatorplatte im Rahmen dieser Konstruktion nicht elektrisch mit der Leiterplatte verbunden werden muss. es genügt insoweit, die Vario-Kondensatorplatte die zumindest zwei Stator-Kondensatorplatten gleichzeitig überdecken zu lassen, um auf diese Weise über beiden Stator-Kondensatorplatten jeweils einen Kondensator zu bilden, wobei diese Kondensatoren über die nicht oberhalb der Stator-Kondensatorplatten liegenden Teile der Vario-Kondensatorplatte elektrisch verbunden sind.
Dies gelingt dadurch, dass der Stator des Stellkondensators aus zwei vorzugsweise gleichen, einander benachbarten, unverbundenen Kondensatorplatten gebildet ist.
Die beweglich gelagerte Kondensatorplatte wird mittels eines elektromotorischen Antriebs relativ zu den als Stator eingesetzten festen Kondensatorplatten bewegt. Die zwei feststehenden Kondensatorplatten mit der gemeinsamen, um das Dielektrikum beabstandeten, beweglich angeordneten Kondensatorplatte bilden also zwei mittels einer Kondensatorplatte gleichzeitig verstellbare in Reihe geschaltete Kondensatoren aus. Das gemeinsame Stellglied dieser beiden Kondensatoren ist der mit der beweglich gelagerten Kondensatorplatte verbundene elektromotorische Antrieb.
Als elektromotorischer Antrieb hat sich im Unterschied zu dem aus dem Stand der Technik vorbekannten herkömmlichen Schritt- oder Linearmotoren ein Piezo-Mini-Linearmotor bewährt. Es handelt sich dabei um einen linearen Ultraschall-Piezo-Motor, wie er etwa aus der DE 10 2004 059 429 B4 bekannt ist. Es handelt sich dabei im Wesentlichen um einen Motor, bei dem ein Piezo-Aktuator auf einen beweglichen Schieber einwirkt. Der Motor zeichnet sich durch eine hoch kompakte Bauweise aus und besitzt eine hohe Positionsstabilität ohne die insoweit üblichen und hier schädlichen Hitzeverluste. Es bedarf keinerlei Getriebe oder sonstiger mechanischer Komponenten, die mit Reibungsverlusten versehen und überdies fehleranfällig sind. Der insoweit verwirklichte elektromotorische Antrieb kann mit kleinen Spannungspulsen betrieben werden, wie sie etwa von einem herkömmlichen Mikroprozessor geliefert werden können.
Um eine saubere Führung der Vario-Kondensatorplatte zu ermöglichen, und Verkantungen vorzubeugen, welche zu einer Beschädigung führen könnten, ist die Vario-Kondensatorplatte in einer als Linearführung dienenden Schiebekulisse aufgenommen, in der sie über den Stator-Kondensatorplatten parallelverschoben werden kann.
In dieser Ausgestaltung sind die Stator-Kondensatorplatten vorteilhafterweise rechenförmig ausgestaltet, wobei jede Stator-Kondensatorplatte dazu ais Leiterzähnen besteht, welche um Leiterzwischenräume beabstandet sind. Die Leiterzähne einer Stator-Kondensatorplatte sind über einen Verbindungsleiter verbunden, so dass sich aus mehreren Leiterzähnen elektrisch eine gemeinsame Kondensatorplatte ergibt.
Gegenüber einer ersten Stator-Kondensatorplatte ist gemäß dieser Ausführungsform die zweite Stator-Kondensatorplatte so angeordnet, dass einem jeden Leiterzahn ein entsprechender Leiterzahn und einem jeden Leiterzwischenraum ein entsprechender Leiterzwischenraum der jeweils anderen Stator-Kondensatorplatte gegenüberliegt.
Die Vario-Kondensatorplatte ist in dieser Ausgestaltungsform so ausgebildet, dass sie aus einer der Anzahl an Leiterzähnen der Stator-Kondensatorplatten entsprechenden Anzahl an Vario-Leitelementen besteht, welche untereinander verbunden sein können. Die Vario-Leitelemente sind auf einem Trägerelement der Vario-Kondensatorplatte so angeordnet, dass in einer Stellung des Trägerelements jeweils ein Vario-Leitelement oberhalb eines korrespondierenden Leiterzahn-Paars angeordnet ist (maximale Überdeckung für maximale Kapazität) und in einer zweiten Stellung jeweils ein Vario-Leitelement oberhalb einem Leiterzwischenraum ange ordnet ist (idealerweise keine Überdeckung, wirkt als Unterbrechung des Stromkreises). Dazwischen sind beliebig feine Zwischenstellungen möglich.
In einer alternativen Ausgestaltungsform ist vorgesehen, dass anstelle eines linearen Antriebs ein rotatorischer Antrieb vorgesehen ist. Sowohl die Stator-Kondensatorplatten als auch die Vario-Kondensatorplatte sind hierbei halbkreisförmig ausgestaltet. Die Vario-Kondensatorplatte ist vorzugsweise gegenüber den Stator-Kondensatorplatten um eine gemeinsame Symmetrieachse drehbar. Durch eine Verdrehung der Vario-Kondensatorplatte in eine mit einer der beiden Stator-Kondensatorplatten deckungsgleiche Position wird ein minimaler Wert der Kapazität erreicht, weil der Kapazitätswert bezüglich der jeweils anderen Stator-Kondensatorplatten auf Null sinkt und eine Unterbrechung des Stromkreises hieraus folgt. Bei einer Verdrehung um 90° hingegen wird die maximale Kapazität erreicht.
In dieser Ausgestaltungsform ist auch eine Weiterentwicklung dahingehend möglich, dass eine zweite Vario-Kondensatorplatte parallel zur ersten Platte, also als zweite halbkreisförmige Kondensatorplatte, jedoch von der ersten beabstandet, mit auf dem Trägerelement der Vario-Kondensatorplatte aufgenommen ist. Hierdurch ergibt sich abweichend von dem bisher einschlägigen Ersatzschaltbild einer Kondensator-Reihenschaltung nunmehr eine Parallelschaltung zweier Kondensator-Reihenschaltungen.
Dies wird im Hinblick auf die Realisierung einer einzigen Kondensator-Reihenschaltung nochmals weiterentwickelt, indem die Stator-Kondensatorplatten als viertelkreisförmige Platten ausgestaltet sind, die einander gegenüberliegend und elektrisch getrennt angeordnet sind. Die Vario-Kondensatorplatten sind in dieser Variante ebenfalls viertelkreisförmig und vorzugsweise einander gegenüberliegend angeordnet, wobei diese über eine Kontaktierung miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
Ein geeignetes Antriebsmittel stellt hierbei ein so genannter PCB-Motor dar, also ein Leiterplatten-Motor, wie er beispielsweise von der gleichnamigen Firma im Internet unter www.pcbmotor.com angeboten wird. Ein derartiger Motor besteht aus einem auf der Leiterplatte mittels SMD-Technik aufgebrachten Stator aus Aktuatoren, sowie einem Rotor. Als Rotor dient jedes Element, welches drehbar auf dem Stator aufgenommen werden kann und geeignete Materialeigenschaften aufweist. Ein solches Material sollte hierzu für das Trägerelement verwendet werden, wobei dieses zur Aufrechterhaltung der Funktion ein Nichtleiter sein muss.
Es ist hierbei vornehmlich wichtig, eine Reibungskraft zwischen Stator und Rotor zu gewährleisten. Wird in dieser Situation ein Signal auf den Aktuatoren angelegt, welches aus einer überlagerten Sinus-Cosinus-Schwingung besteht und entlang dem Stator eine laufende Welle ausbildet, dann wird aufgrund der resultierenden Kraft der Rotor in eine der Vorgabe der Wellen-Laufrichtung entsprechende Richtung gedreht.
Die erforderlichen Sinus- und Cosinusschwingungen, welche einander zur Herstellung der stehenden oder laufenden Welle überlagert werden, können von einer geeigneten Ansteuerschaltung generiert und an den Stator angelegt werden. Eine derartige Anordnung hat den besonderen Vorteil, dass aufgrund der erforderlichen Reibung dieser Motor im stromlosen Zustand eine besonders hohe Positionstreue hat, so dass sich eine Verstellung und eine damit einhergehende Verstimmung des Schwingkreises nicht versehentlich einstellen kann.
Zur Ausbildung eines selbsttätig regulierenden Regelkreises ist der erwähnte elektromotorische Antrieb mit einer Prozessoreinheit, die ihrerseits mit einer Sensorik zur Frequenz- und/oder Impedanzeinstellung des RLC-Schwingkreises benutzt wird, verbunden und wird von der Prozessoreinheit in Abhängigkeit von den von der Sensorik gelieferten Messergebnissen derart angesteuert, dass beispielsweise die Resonanzfrequenz des anzusteuernden Schwingkreises exakt eingestellt wird oder die in dem Schwingkreis bestehenden Reflexionen auf Null reguliert werden.
Hierzu kann die Prozessoreinheit in einfacher Weise mittels einer geeigneten Software parametriert werden.
Der vorstehend mittels des erfindungsgemäßen neuartigen Stellkondensators verwirklichte, selbsttätig regulierende RLC-Schwingkreis kann idealerweise zur selbsttätigen Matching- und Tuning-Einstellung der Antenneneinheit einer Erfassungsvorrichtung zur Zählung und/oder Erfassung von Textilien, insbesondere von Wischmops in einem Sammelgefäß, die jeweils mit dem RFID-Tag verbunden sind, eingesetzt werden.
In abermals vorteilhafter Verwendung kann der entsprechend selbsttätig regulierende RLC-Schwingkreis auch zur Ansteuerung einer Sendeeinheit im Bereich der NMR-Spektroskopie bzw. der Kernresonanz-Spektroskopie eingesetzt werden, um einen Schwingkreis derart einzustellen, dass eine Radiowel le mit einer exakt vorbestimmten Frequenz von dem Schwingkreis ausgestrahlt wird.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung nur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein.
Es zeigen
1 ein Prinzipschaltbild zum Aufbau des Stellkondensators,
2 das Ersatzschaltbild des in 1 dargestellten Stellkondensators,
3 ein Prinzipschaltbild zum elektromotorischen Antrieb des in den 1 und 2 dargestellten Stellkondensators,
4 eine vorteilhafte Ausgestaltung von Stator- und Vario-Kondensatorplatten in einer jeweiligen Draufsicht, und
5 eine alternative Ausgestaltung der Stator- und der Vario-Kondensatorplatten mit einem rotatorischen Antrieb.
Gemäß dem Prinzipschaltbild in 1 besteht der Stellkondensator aus zwei fest mit einer Leiterplatte 1 verbundenen Stator-Kondensatorplatten 2 und 3, die einander benachbart angeordnet sind. Diesen beiden Stator-Kondensatorplatten 2, 3 ist – um das Dielektrikum des Stellkondensators beabstandet – eine in konstanter Höhe über den Stator-Konden satorplatten 2, 3 bewegliche weitere Vario-Kondensatorplatte 4 zugeordnet, die mittels eines in dieser Zeichnung nicht weiter dargestellten elektromotorischen Antriebs über einen Schieber 5 relativ zu den beiden Stator-Kondensatorplatten 2, 3 beweglich gelagert und verschiebbar ist.
Im Ergebnis stellt der Stellkondensator C gemäß dem Ersatzschaltbild in 2 die Reihenschaltung zweier Stellkondensatoren C₁ und C₂ dar, wobei auf Grund des Umstandes, dass die beweglich gelagerte Vario-Kondensatorplatte 4 für beide Stellkondensatoren C₁ und C₂ wirkt, die Verstellung der in Reihe geschalteten Stellkondensatoren C₁ und C₂ miteinander gekoppelt ist.
Für den Fall, dass die beiden Stator-Kondensatorplatten 2, 3 identisch ausgebildet sind, gilt: C1 = C2 = C
Die Gesamtkapazität C_ges dieser in Reihe geschalteten Stellkondensatoren berechnet sich daher nach der Formel:
Gemäß der Darstellung in 3 wird dabei die Vario-Kondensatorplatte 4 mittels eines Piezo-Mini-Linearmotors 6 angetrieben, wobei der von einem Piezo-Aktuator angetriebene Schieber 5 mit der Vario-Kondensatorplatte 4 über ein angewinkeltes Verbindungselement 7 derart verbunden ist, dass die Vario-Kondensatorplatte 4 in einer definierten Höhe, also um das Dielektrikum des Stellkondensators bzw. der in Reihe geschalteten Stellkondensatoren C₁ und C₂ beabstandet von den beiden Stator-Kondensatorplatten 2 und 3 angeordnet ist.
4 zeigt eine Ausführungsform, in welcher der Schieber 5 eine Vario-Kondensatorplatte 4 bewegt, die in einer Schiebekulisse 8 aufgenommen werden kann. Nebeneinander dargestellt sind die Schiebekulisse 8, welche die Stator-Kondensatorplatten 2, 3 überspannt und daneben die auf einem Trägerelement 14 angeordnete Vario-Kondensatorplatte 4, welche sich aus einer Mehrzahl von Vario-Leitelementen 12 zusammensetzt.
Wird das Trägerelement mit der in 4 sichtbaren Seite in der Schiebekulisse 8 platziert, so wird in einer äußerst rechten Position des Trägerelements 14 jedes ein Vario-Leitelement 12 über einem Leiterzwischenraum 12 angeordnet sein, welcher von den Stator-Kondensatorplatten 2, 3 gebildet wird. Die Stator-Kondensatorplatten sind hierzu rechenförmig gebildet, so dass in der genannten Position keine Überlappung der Stator-Kondensatorplatten 2, 3 mit den Vario-Leitelementen 12 erfolgt und dadurch die Kapazität der Gesamtanordnung Null ist. Erfolgt nunmehr eine Verschiebung des Trägerelements 14 in der Schiebekulisse 8 nach links (bezüglich der Darstellung der Schiebekulisse 8), so überdeckt jedes Vario-Leitelement 12 einen Leiterzahn 9 der rechenförmigen Stator-Kondensatorplatten 2, 3 und die Kapazität steigt bis zu einem, beim Anschlag des Trägerelements 14 an der linken Seite der Schiebekulisse 8 erreichten, Maximalwert, in der Situation, in der jedes Vario-Leitelement 12 der Vario-Kondensatorplatte 4 ein einander gegenüberliegendes Paar von Leitzähnen 9 der Stator-Kondensatorplatten 2, 3 übergreift.
Eine alternative Ausgestaltung hierzu zeigt 5, in welcher viertelkreisförmige Stator- und Vario-Kondensatorplatten 2, 3 bzw. 4, 13 vorgesehen sind. Durch die Anordnung einer zweiten Vario-Kondensatorplatte 13, welche mit der ersten Vario-Kondensatorplatte 4 elektrisch verbunden ist, wird ebenfalls die in 2 dargestellte Schaltung realisiert.
Das Trägerelement 14, auf welchem die Vario-Kondensatorplatten 4, 13 aufgenommen sind, bildet einen Rotor 16 eines rotatorischen Antriebs zur Einstellung des Stellkondensators. Der Stator 15 ist ein die Stator-Kondensatorplatten 2, 3 umgebender Ring aus Aktuatoren, welche ein den Rotor 16 antreibendes elektrisches Feld erzeugen.
Durch eine Verdrehung des Rotors 16 ändert sich auch hier die Kapazität der Gesamtanordnung, je nach dem Grad der Überdeckung der Stator-Kondensatorplatten 2, 3 durch die Vario-Kondensatorplatten 4, 13. In stromlosem Zustand wird die aktuelle Position beibehalten, was die Anordnung wenig anfällig für ungewünschte Verstellung und somit Verstimmung des zugehörigen Schwingkreises macht.
Der verwendete Leiterplatten-Motor arbeitet mit einem elektrischen Feld, welches durch Anlegen mehrerer überlagerter Sinus- bzw. Cosinusschwingungen entsteht und welches eine laufende Welle ausbildet. Abhängig von der Geschwindigkeit dieser Welle wird der notwendigerweise eine Reibungskraft auf den Stator 15 ausübende Rotor 16 in Bewegung versetzt. Die überlagerten Schwingungen werden von einer Prozessoreinheit generiert, welche gleichzeitig den Schwingkreis überwacht. Auf diese Weise ist eine selbst regelnde Einstellung des Schwingkreises realisiert.
Vorstehend ist somit ein Stellkondensator beschrieben, welcher in einfacher Weise konstruierbar und sowohl präzise als auch robust herstellbar ist. Dies gelingt durch eine Plattenkondensatoranordnung, in welcher eine Vario-Kondensatorplatte in konstanter Höhe über wenigstens zwei benachbarten Stator-Kondensatorplatten beweglich gelagert ist, so dass eine Veränderung der Lage der Vario-Kondensatorplatte auch eine Veränderung der Kapazität der Gesamtanordnung bedeutet.

1: Leiterplatte
2: erste Stator-Kondensatorplatte
3: zweite Stator-Kondensatorplatte
4: Vario-Kondensatorplatte
5: Schieber
6: Piezo-Mini-Linearmotor
7: Verbindungselement
8: Schiebekulisse
9: Leiterzahn
10: Leiterzwischenraum
11: Verbindungsleiter
12: Vario-Leitelement
13: zweite Vario-Kondensatorplatte
14: Trägerelement
15: Stator
16: Rotor
17: Kontaktierung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 7061745 B2 [0002]
- DE 102004052396 B4 [0005, 0009]
- DE 102004059429 B4 [0016]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- www.pcbmotor.com [0024]

Claims

Stellkondensator zur Abstimmung eines wenigstens eine Induktivität und eine Kapazität umfassenden RLC-Schwingkreises, wobei der Stellkondensator ein Plattenkondensator ist, welcher eine mittels eines elektromotorischen Antriebs bewegliche Vario-Kondensatorplatte (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vario-Kondensatorplatte (4) in konstanter Höhe gegenüber wenigstens zwei voneinander beabstandeten Stator-Kondensatorplatten (2, 3) bewegbar ist.
Stellkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator des Stellkondensators von zwei, vorzugsweise gleichen, Stator-Kondensatorplatten (2, 3) gebildet ist, die fest auf einer Leiterplatte (1) angeordnet sind und denen die beweglich gelagerte Vario-Kondensatorplatte (4), um das Dielektrikum des Stellkondensators beabstandet, zugeordnet ist.
Stellkondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb ein Piezo-Mini-Linearmotor ist, bei dem ein Piezo-Aktuator einen beweglichen Schieber (5) antreibt und dieser Schieber (5) mit der beweglichen Vario-Kondensatorplatte (4) und hierdurch mit dem Stellkondensator (C₁, C₂) verbunden ist.
Stellkondensator gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vario-Kondensatorplatte (4) in einer über den Stator-Kondensatorplatten (2, 3) aufgespannten Schiebekulisse (8) aufgenommen ist.
Stellkondensator gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stator-Kondensatorplatten (2, 3) rechenförmig mit Leiterzähnen (9) und Leiterzwischenräumen (10) ausgestaltet sind, wobei die Leiterzähne (9) jeweils einer Stator-Kondensatorplatte (2, 3) mittels eines Verbindungsleiters (11) elektrisch verbunden sind.
Stellkondensator gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterzähne (9) jeweils zweier Stator-Kondensatorplatten (2, 3) einander beabstandet gegenüberliegend angeordnet sind.
Stellkondensator gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vario-Kondensatorplatte (4) wenigstens ein Vario-Leitelement (12) aufweist, dessen Breite vorzugsweise kleiner oder gleich der Breite der Leiterzwischenräume (10) der Stator-Kondensatorplatten (2, 3) ist.
Stellkondensator gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils gleich viele Leiterzähne (9) und Leiterzwischenräume (10) an jeder Stator-Kondensatorplatte (2, 3) vorhanden sind wie Vario-Leitelemente (12) an der Vario-Kondensatorplatte (4).
Stellkondensator gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb ein rotatorischer Antrieb ist, und sowohl die Statur-Kondensatorplatten (2, 3), als auch die Vario-Kondensatorplatte (4) halbkreisförmig ausgebildet sind, wobei die Vario-Kondensatorplatte (4, 13) auf einem Trägerelement (14) angeordnet ist, welches mittels eines Motors in konstanter Höhe über den Statur-Kondensatorplatten (2, 3) verdrehbar ist.
Stellkondensator gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Trägerelement (14) neben der Vario-Kondensatorplatte (4) eine zweite, halbkreisförmige Vario-Kondensatorplatte (13) zugeordnet ist.
Stellkondensator gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb ein rotatorischer Antrieb ist, und sowohl die Statur-Kondensatorplatten (2, 3), als auch die Vario-Kondensatorplatte (4) viertelkreisförmig ausgebildet sind, wobei die Vario-Kondensatorplatte (4, 13) auf einem Trägerelement (14) angeordnet ist, welches mittels eines Motors in konstanter Höhe über den Stator-Kondensatorplatten (2, 3) verdrehbar ist und dem Trägerelement (14) neben der Vario-Kondensatorplatte (4) eine zweite, mit der Vario-Kondensatorplatte (4) elektrisch verbundene viertelkreisförmige Vario-Kondensatorplatte (13) zugeordnet ist.
Stellkondensator gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb aus einem Stator (15) und einem Rotor (16) besteht, wobei der Stator (15) aus kreisförmig um die Stator-Kondensatorplatten (2, 3) auf der Leiterplatte (1) angeordneten Aktuatoren gebildet und der Rotor (16) ein passives, mit dem Stator (15) eine Reibung aufbauendes, Element ist.
Stellkondensator gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass über die Aktuatoren auf dem Stator (15) ein Feld aus überlagerten Sinus- und Cosinus-Wellen angelegt wird, derart, dass sich über der Ausdehnung des Stators (15) eine laufende Welle ausbildet.
Stellkondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vario-Kondensatorplatte (4, 13) von einer Abdeckung übergriffen ist.
Stellkondensator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Vario-Kondensatorplatte (4) und die Stator-Kondensatorplatten (2, 3) auf den einander zugewandten Oberflächen jeweils von einer Folie übergriffen sind.
Stellkondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Antrieb des Stellkondensators zur Ausbildung eines selbst regulierenden Regelkreises mit einer Prozessor einheit verbunden ist, die mittels geeigneter Spannungspulse den Stellkondensator, und damit den RLC-Schwingkreis, bestimmungsgemäß einstellt und die Prozessoreinheit hierzu zusätzlich mit einer Sensorik zur Frequenz- und/oder Impedanzmessung des RLC-Schwingkreises verbunden ist.
Stellkondensator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit mittels einer geeigneten Software parametrierbar ist.
Verwendung eines Stellkondensators nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Tuning- und Matching-Kondensator eines RLC-Schwingkreises einer Antennenanordnung zur Auswertung der von einem oder mehreren RFID-Tags ausgesendeten Signale, insbesondere zu Zählzwecken im Rahmen einer Erfassungsvorrichtung zur Zählung von Textilien, insbesondere Wischmops mithilfe der erwähnten Antennenvorrichtung.
Verwendung eines Stellkondensators nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Einstellung eines RLC-Schwingkreises zur Erzeugung einer Radiowelle mit vorbestimmter Frequenz zur Verwendung in der Kernresonanzspektroskopie, insbesondere der NMR-Spektroskopie zur selbsttätigen Frequenzeinstellung (Tuning) und Impedanzeinstellung (Matching) des RLC-Schwingkreises.