DE2237658A1

DE2237658A1 - ELECTRIC RESISTOR

Info

Publication number: DE2237658A1
Application number: DE19722237658
Authority: DE
Inventors: John H Dr Greenwood; Leo Dipl Phys Schweri
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1972-07-11
Filing date: 1972-07-31
Publication date: 1974-01-31
Also published as: CH553471A

Description

Elektrischer Widerstands geber Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Widerstandsgeber zur Umformung einer Winkelgrösse in ein elektrisches Signal, mit einem Rotor-und einem Stator und Mitteln zur Uebertragung einer Information vom Rotor auf den Stator. Electrical resistance transmitter The invention relates to a electrical resistance transmitter for converting an angular variable into an electrical one Signal, with a rotor and a stator and means for transmitting information from the rotor to the stator.

Uebliche Widerstandsgeber der genannten Art weisen in der Regel einen mit einer Widerstandbahn oder einem Ring aus Widerstandsmaterial versehenen Stator und einen mit einem Schleifkontakt, der auf der Widerstandsbahn gleitet, versehenen Rotor auf (Der Elektroniker" 4, 167...175, 1967). Diese bekannten Widerstands geber sind jedoch meist nicht für hohe Winkelgeschwindigkeiten geeignet, da die Widerstandsschicht dabei relativ rasch zerstört wird. Auch darf die Widerstandsschicht elektrisch nicht zu sehr belastet werden, da sie sonst durch Wärmeeinwirkung beschädigt werden kann.Usual resistance transmitters of the type mentioned usually have a stator provided with a resistance track or a ring made of resistance material and one provided with a sliding contact that slides on the resistance track Rotor on (Der Elektroniker "4, 167 ... 175, 1967). These well-known resistors however, they are mostly not suitable for high angular velocities suitable, because the resistance layer is destroyed relatively quickly. The resistance layer is also allowed are not subjected to excessive electrical loads, otherwise they will be damaged by the effects of heat can be.

Für hohe Winkelgeschwindigkeiten ist man daher auf berührungslos arbeitende Geber übergegangen (a,o.O Tab. V und VI), Letztere erfordern dann zusätzlichen Aufwand, wenn kleine Winkelgeschwindigkeiten bzw. kleine Winkelgrössen in elektrische Signale umgeformt werden sollen.For high angular speeds one is therefore on contactless working Donors passed over (a, o.O Tab. V and VI), the latter then require additional effort, when small angular velocities or small angular quantities in electrical signals are to be reshaped.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen elektriscen Widerstandsgeber zu schaffen, der die Nachteile der bekannten Geber nicht aufweist, der insbesondere fUr hohe und niedrige Winkelgeschwindigkeiten geeignet ist und sich durch einfachen Aufbau und hohe Betriebssicherheit auszeichnet.It is the object of the invention to provide an electrical resistance transmitter create that does not have the disadvantages of the known donors, in particular is suitable for high and low angular velocities and is characterized by simple Construction and high operational reliability.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen §¢iderstandsgeber der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Rotor aus einem elektrisch anisotrop leitenden Material besteht und dass der Stator mit mindestens einem Schleifkontakt versehen ist.In the case of an electrical resistance sensor, this task is the one at the beginning mentioned genus according to the invention in that the rotor consists of an electrically anisotropically conductive material and that the stator with at least one sliding contact is provided.

Als Rotormaterial eignet sich besonders gut ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff mit Faserrichtung parallel zu einem Durchmesser des Rotors.A carbon fiber reinforced one is particularly suitable as the rotor material Plastic with the grain direction parallel to a diameter of the rotor.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is based on an embodiment shown in the drawing explained in more detail.

Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Widerstandgebers, Fig. 2 eine mögliche Ausführungsform eines elektrischen Widerstandgebers gemäss der Erfindung, Fig. 3 eine graphis-che Darstellung der Abhängigkeit zwischen Drehwinkel und der Ausgangsspannung des Widerstandsgebers.It shows Fig. 1 a schematic representation of an electrical resistance transmitter, Fig. 2 shows a possible embodiment of an electrical resistance transmitter according to of the invention, FIG. 3 shows a graphical representation of the dependency between the angle of rotation and the output voltage of the resistance sensor.

In der schematischen Darstellung gemäss Fig. 1 ist mit 1 eine Scheibe aus kohlenstoff-faserverstärktem Kunststoff (CFK) bezeichnet, welche um ihre-n Mittelpunkt M drehbar gelagert ist. Sich diametral gegenüberliegend sind zwei Schleifkontakte 2 und 3 vorgesehen, welche mit einem nicht weiter dargestellten Stator verbunden sind. Zwischen den beiden Schleifkontakten 2 und 3 liegt eine Konstantstromquelle 4. Die Spannung zwischen den Schleifkontakten kann mit einem Voltmeter 5 gemessen werden.In the schematic representation according to FIG. 1, 1 is a disk made of carbon-fiber reinforced plastic (CFRP), which around their-n center M is rotatably mounted. There are two sliding contacts diametrically opposite one another 2 and 3 are provided, which are connected to a stator not shown are. Between the two sliding contacts 2 and 3 are a constant current source 4. The voltage between the sliding contacts can be measured with a 5 voltmeter will.

Das Scheibenmaterial (CFK) besitzt bekanntlich mindestens eine ausgezeichnete Richtung (durch einen Pfeil in Fig. 1 angedeutet), in der der spezifische Widerstand und damit auch die elektrische Leitfähigkeit extremal sind. In der Scheibe 1 liegen die Kohlenstoff-Fasern parallel zu einem Scheibendurchmesser. Fällt nun die Vorzugsrichtung des Scheibenmaterials mit der Richtung der Verbundungslinie zwischen beiden Schleifkontakten zusammen, so ist die elektrische Leitfähigkeit gross und damit der zwischen den Schleifkontakten gemessene Spannungsabfall klein. Wird die Scheibe 1 um 900 bzw. um 2700 weitergedreht, steigt der Spannungsabfall kontinuierlich bis zu einem Maximum an, da dann die elektrische Leitfähigkeit minimal wird.The disc material (CFRP) is known to have at least one excellent Direction (indicated by an arrow in Fig. 1) in which the specific resistance and thus also the electrical conductivity are extremal. Lying in disc 1 the carbon fibers parallel to a disk diameter. The preferred direction now falls of the disc material with the direction of the connection line between the two sliding contacts together, the electrical conductivity is high and thus that between the Voltage drop measured by sliding contacts is small. If the target 1 is reduced by 900 resp. turned further by 2700, the voltage drop increases continuously up to a maximum because the electrical conductivity is then minimal.

Die zwischen den Schleifkontakten 2 und 3 abgreifbare Spannung U ist somit ein Mass für die jeweilige Winkellage 5 der Scheibe 1.The voltage U is that can be tapped between the sliding contacts 2 and 3 thus a measure for the respective angular position 5 of the pane 1.

In Fig. 2 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel eines elektrischen Widerstandsgebers zur Umformung einer Winkelgrösse in ein elektrisches Signal dargestellt, der nach dem oben geschilderten Prinzip aufgebaut ist. Der-otor, also die Scheibe X, besteht beispielsweise aus Xohlenstoff-Fasern Typ "Graphil iiS" von Courtaulds (60 Vol.%) mit Epotynovolak-Harz Ly 558 mit einem Härter HT 973 (40 Vol.% ausgehärtetes Harz) von Ciba-Geigy, Basel. Zur Herstellung geht man dabei von einer in bekannter Weise gewonnenen CFK-Platte mit einer Stärke von ca. 10 mm aus. Letztere wird beispielsweise nach einem aus 'The Chartered Mechanical Engineer", Febr. 1970, 5. 56...60, bekannten'Verfahren hergestellt. Aus dieser Platte wird eine Scheibe entsprechenden Durchmessers (im Ausführungsbeispiel ca. 40 mm) gewonnen. Diese Scheibe wird beidseitig unter Zwischenschaltung Isolierscheiben 6 und 6a, -z.B aus Teflon, mit Wellenstummeln 7, Ta versehen Diese' sind in Lagern 8, 9 des Stators 10 drehbar gelagert Auf der Mantelfläche der Scheibe gleiten die Schleifkontakte 2, 3. Diese bestehen aus dünnen Bronzestreifen. Die Schleifkontakte sind am Stator des Gebers isoliert befestigt und mit Anschlussklemmen 11, 12 versehen. Für Prüf- undAbgleichzwecke ist der Rotor 1 mit. einem Zeiger 13, der auf einer der Wellenstummel 7, 7a befestigt ist, versehen. Dem Zeiger 13 ist eine 360°-Einteilung auf dem Stator 10 zugeordnet.In Fig. 2 is a possible embodiment of an electrical Resistance transmitter for converting an angle into an electric Signal shown, which is constructed according to the principle described above. The-otor, So the disk X, consists for example of X carbon fibers type "Graphil iiS" von Courtaulds (60 vol.%) with Epotynovolak resin Ly 558 with a hardener HT 973 (40 Vol.% Hardened resin) from Ciba-Geigy, Basel. To manufacture one goes there from a CFRP plate obtained in a known manner with a thickness of approx. 10 mm the end. The latter is named, for example, after one from 'The Chartered Mechanical Engineer', Febr. 1970, 5. 56 ... 60, known 'processes. This record becomes a disk of the appropriate diameter (in the exemplary embodiment approx. 40 mm) obtained. This washer is placed on both sides with the interposition of insulating washers 6 and 6a, -e.g. made of Teflon, provided with stub shafts 7, Ta These 'are in bearings 8, 9 of the Stator 10 rotatably mounted The sliding contacts slide on the outer surface of the disk 2, 3. These consist of thin bronze strips. The sliding contacts are on the stator of the encoder attached in an insulated manner and provided with connection terminals 11, 12. For test and adjustment purposes, the rotor 1 is with. a pointer 13, which is on one of the shaft stubs 7, 7a is attached, is provided. The pointer 13 is a 360 ° graduation on the stator 10 assigned.

Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Abhängigkeit zwischen DrehwinkelÇC der Scheibe 1 und der &pannung Us zwischen den Klemmen 2 und 3. Die dieser Messkurve zugrundeliegende Scheibe wies Kohlenstoff-Fasern auf, die parallel zu den Fasern einen spezifischen Widerstand von ca. 0,02 Ohmcm, senkrecht dazu einen solchen von ca. 1 Ohmcm hatten. Die Anisotropie der fertigen Scheibe ist geringer.Fig. 3 shows a graph of the dependency between Angle of rotationÇC of disc 1 and the voltage Us between terminals 2 and 3. The disk on which this measurement curve is based had carbon fibers, the parallel to the fibers a specific resistance of approx. 0.02 Ohmcm, perpendicular to it one those of about 1 Ohmcm. The anisotropy of the finished disk is lower.

Bei Speisung mit einem konstanten Strom ergeben sich im Idealfall mit Quotienten U,OO/Us o von annähernd 50. Die mit dem Widerstandgeber erzielbare Auflösung ist von der Parallelität der Fasern und der Art der Schleifkontakte abhängig und wird umso besser 3e kleiner die Auflagefläche sich in Umfangsrichtung erstreckt. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel lag die Auflösung bei 2%.When fed with a constant current, this results in the ideal case with quotients U, OO / Us o of approximately 50. The one that can be achieved with the resistance transmitter The resolution depends on the parallelism of the fibers and the type of sliding contacts and the smaller the 3e the smaller the contact surface extends in the circumferential direction. In the embodiment shown in FIG. 2, the resolution was 2%.

Weiterhin wird das Auflösungsvermögen durch die dem Widerstandsgeber nachgeschaltete Auswerteeinrichtung bestimmt.Furthermore, the resolving power is determined by the resistance sensor downstream evaluation device determined.

Statt die Scheibe 1 aus CFK herzustellen ist es auch mdglich, ein auf die folgende Weise gewonnenes Material zu verwenden: In ein Epoxid-Harz, z.B. der oben genannten Art wird eine Vielzahl von untereinander isolierten, parallel zueinander verlaufenden Metall-Drähten, Faden, Streifen oder Bänder eingebettet. Als Metall kann beispielsweise sogenannter Widerstandsdraht (Konstantan-Draht) oder auch Kupferdraht verwendet werden. Diese Drähte oder Fäden treten an der Mantelfläche zutage. Ein über die-Manteilfläche g-leitender Scheifkontant stellt die elektrische Verbindung zwischen einem oder mehreren diametral verlaufenden Drähtenoder Fäden her, wenn die-Drahtrichtung mit der Verbindungslinie zwischen den beiden Schleifkontakten zusammenfällt. Bei den letztbetrachteten möglichen 'Ausführungsformen erhält man jedoch kein kontinuierliches Ausgangssignal, sondern ein sprunghaftes.Instead of producing the disk 1 from CFRP, it is also possible to use a to use material obtained in the following way: In an epoxy resin, e.g. of the type mentioned above will be a multitude of mutually isolated, parallel metal wires, threads, strips or ribbons running towards each other. As a metal, for example so-called resistance wire (constantan wire) or copper wire can be used. These wires or threads occur on the lateral surface revealed. A grinding constant, which is g-conductive over the M-portion area, provides the electrical Connection between one or more diametrically extending wires or threads when the wire direction matches the connecting line between the two sliding contacts coincides. In the case of the possible embodiments last considered, one obtains however, not a continuous output signal, but an erratic one.

Claims

1. Electric position sensor for converting an angular quantity into an electrical signal, with a rotor and a stator and means for transmission information from the rotor to the stator, characterized in that the rotor (1) consists of an electrically anisotropically conductive material and that the stator (10) is provided with at least one sliding contact (2; 3).

2. Wlderstandsgeber according to claim 1, characterized in that the anisotronous material has a preferred direction approximately parallel to a diameter of the rotor (l).

3. Resistance Zeber according to claim 2, characterized in that the anisotropic material is a carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) with the direction of the fibers is parallel to a diameter of the rotor (1).

4. Resistance transmitter according to claim 2, characterized in that the rotor (1) made of an insulating material with parallel to a diameter, embedded in the insulating material and on the peripheral surface of the rotor (1) the surface is made of metal wires, threads, strips or collars.

5. Resistance transmitter according to one of claims 1 to LI, characterized in that that the stator (10) is provided with two sliding contacts (2, 3) which are designed in this way and are arranged so that their contact surfaces with the rotor are diametrically opposite lie.