DE2254567A1

DE2254567A1 - Kapazitiver winkelgeber

Info

Publication number: DE2254567A1
Application number: DE2254567A
Authority: DE
Inventors: George Melnyk
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-11-23
Filing date: 1972-11-08
Publication date: 1973-05-30
Also published as: FR2162857A5; JPS5524044B2; GB1373868A; JPS4860945A; US3702467A

Description

Diese Erfindung betrifft einen kapazitiven„Winkelgeber, der bei einer Verdrehung eines beweglichen Teiles zu einem stationären Teil ein der Verdrehung entsprechendes proportionales elektrisches Signal erzeugt und der aus einem von einer Wechselstromquelle gespeisten Wandlerteil und einem damit verbundenen Detektorschaltkreis besteht, derart, daß die Wechselstrqmquelle einen vorzugsweise geerdeten Bezugspunkt und zwei asymmetrische Anschlußpunkte aufweist, mit denen der Wandlerteil verbunden ist, der aus einem Differentialkondensator gebildet wird, welcher aus zwei miteinander gekoppelten drehbeweglichen Wandlerkondensatoren besteht, deren Kapazitäten von der Verdrehung des beweglichen Teiles gegenläufig abhängig sind und-die beide einen mit einem Anschlußpunkt verbundenen stationären Plattenbelag aufweisen, wobei diese beiden Plattenbeläge auf einer Statorscheibe angeordnet sind, der in parallelem geringem Abstand gegenüberliegend eine mit dem drehbeweglichen Teil verbundene Rotorscheibe angeordnet ist, welche mit einem für die beiden Wandlerkondensatoren gemeinsamen Gegenbelag versehen ist, der elektrisch durch ein übertragungselement mit dem Bezugspunkt verbunden ist.-

Dieser neue Winkelgeber bezweckt eine Verbesserung eines bekannten Positionsgebers derart, daß als Übergangselement für die Stromzuführung keine Schleifringe und Bürsten mehr benötigt werden, daß weniger Störsignale auftreten und daß die Meßsignale in einem vorteilhafteren Verfahren gewonnen werden.

Beim elektrischen Messen mechanischer Größen besteht u. a. auch die Forderung, daß die Messung möglichst rückwirkungsfrei erfolgt, d. h. daß die Meßeinrichtung nicht das Meßobjekt beeinflußt, ζ. B. durch eine Zusatzmasse oder durch Reibungskräfte. Wo derartige Forderungen bestehen, werden bevorzugt optische, photoelektrische, induktive oder kapazitive Meßverfahren angewandt, und es werden hierzu sog. Geber verwendet, welche die Änderungen der physikalischen Größe in elektrische, analoge oder digitale Signale wandeln. Diese Signale werden in der Meßtechnik dazu verwendet, um die Charakteristik des Meßobjektes aufzuzelgea, beispielsweise durch Registrierungen. In der Regel- und Steuerungstechnik werden diese Geber und die ron ihnen erzeugten Signale zu den verschiedensten Zwecken eingesetzt, beispielsweise in Kontrollgeräten für den Ist- und Sollwertvergleich, als Meßfühler in Steuerungsgeräten, die bei bestimmten Vorgabewerten neue Prozeßschritte einleiten.

Diese Geber oder Meßwandler bestehen im Prinzip aus einem von einer Stromquelle gespeisten inaktiven Wandlerteil, der beispielsweise als inaktive Geberelemente Kondensatoren enthält, deren Kapazität durch die Änderung der mechanischen Größe beeinflußt wird. Werden der oder die Kondensatoren mit einer Wechselstromquelle verbunden, so ändert sich durch die Kapazitätsänderung auch deren Impedanz. Bei einigen Meßverfahren wird durch die mechanische Änderung des Meßobjektes die Kapazität und damit die Impedanz von Kondensatoren geändert, wodurch ein den Wandlerteil speisender Tragerfrequenzstrom entsprechend der mechanischen Bewegung moduliert wird. In dem Meßwandler nachgeschalteten Schaltkreisen, z. B. Brückensystemen, Detektorstufen oder Demodulatoren, wird die Änderung der elektrischen

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Größen, ζ. B. der Kapazität, der elektrischen Ladung, der Impedanz oder der Wechselstrommodulation, in elektrische Strom- oder Spannungssignale umgeformt, welche in analoger Weise den mechanischen Änderungen entsprechen.

Zur Bestimmung des momentanen Verdrehungswinkels eines bewegten Teiles in bezug.zu einem feststehenden Teil, bei der die Messung nicht von der Bewegungsgeschwindigkeit abhängig sein soll oder von ihr beeinflußt wird, eignen sich besonders kapazitive Winr kelgeber, die dem Fachmann in verschiedenen Ausführungen bekannt sind.

Bei einem bekannten einfachen Meßverfahren zur Bestimmung der momentanen Winkelstellung, beispielsweise einer Welle, vrird diese mit einem Zahnrad bestückt, das sehr viele Zäiine aufweist. Am umfang des Zahnrades mit sehr geringem Abstand zur V: abgeflachten Spitze, wenigstens eines Zahnes, wird eine isolierte Fühlelektrode angeordnet. Bei einer gleichmäßigen Rotation des Zahnrades ändert sich dann periodisch die Kapazität zwischen der Fühlerele.ktrode urid den Zahnspitzen bzw. zum jeweiligen Zahngrund. Diese Kapazitätsänderungen werden, wie vorstehend erwähnt wurde, in elektrische Signale umgesetzt, die bei,einer Registrierung einen sinusförmigen Kurvenzug ergeben, oder sie werden einem Zähler zugeführt. Da die absoluten Kapäzitätswerte und demzufolge auch, ihre änderungen bei dieser bekannten Meßanordnung sehr klein sind, ergeben sich relativ stärke Störeinflüsse und es wird, um ein befriedigendes Ergebnis zu erhalten, eine aufwendige Meßapparatur benötigt. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Meßanordnung besteht darin, daß das Zahnrad sehr präzise hergestellt sein muß,, da sich eine Exzentrität und ungleiche Zahnhöhen verfälschend auf. das Meßergebnis auswirken.

Durch die amerikanische Patentschrift 3 221 256 wurde ein kapazitiver Positionsgeber bekannt, der in entsprechender Ausführung als Stellungsgeber für geradlinige Auslenkungen, Verschiebungen

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und Hübe verwendbar ist, oder der auch in einer anderen Bauweise als Winkelgeber für Drehbewegungen, z. B. bei Wellen und Motoren usw., eingesetzt wird. Dieser bekannte kapazitiver Winkelgeber enthält, wie eingangs bereits erwähnt wurde, in seinein Wandlerteil zwei Wandlerkondensatoren,die einen gemeinsamen verdrehbaren Gegenbelag aufweisen und welche einen Differentialkondensator bilden. Von jedem Wandlerkondensator ist auf einer Statorscheibe ein zahnkranzähnlicher Plattenbelag so angeordnet, daß die ebenen Zahnflächen beider Zahnkränze in den Lücken ineinandergreifen. Auf einer Rotorscheibe, die in axialer Richtung in geringem parallelen Abstand der Statoracheibe gegenüberliegt und die mit dem zu messenden drehbeweglichen Teil verbunden ist, befindet sich der zweite und gemeinsame Gegenplattenbelag für die beiden Wandlerkondensatoren. Dieser Gegenplattenbelag weist ebenfalls das Muster eines Zahnkranzes auf und er überdeckt mehr oder weniger in Abhängigkeit der Verdrehungslage der Rotorscheifoe die Zahnflächen der beiden stationären Plattenbeläge von den beiden Wandlerkondensatoren. Bei einer Drehung der Rotorscheibe ergeben sich somit bei den beiden Wandlerkondensatoren gegenläufige Kapazitätsänderungen bzw. Impedänzänderungen, da beide Kondensatoren mit einer Wechselstromquelle verbunden sind, lsi® beiden stationären Plattenbeläge der beiden Wandlerkondensatoren sind mit den Enden einer eine Mittenanzapfung aufweisenden Sekundärwicklung eines Transformators verbunden, und die leitungsverbindung zum gemeinsamen Gegen-Plattenbelag auf der Rotorscheib© enthält als übertragungselement einen Schleifring und wenigstens eine darauf schleifende Bürste. Die bei diesem bekannten kapazitiven Winkelgeber an der Mittenanzapfung auftretenden Potentialänderungen, welche proportional der jeweiligen Drehstellung der Rotorscheibe sind, werden in nachgeschalteten Detektorkreisen in, dem Drehwinkel entsprechende elektrische Signale gewandelt.

Dieser bekannte Positionsgeber und auch andere, bei denen Schleifringe und Bürsten zur Strom- bzw. Spannungszuführung vorgesehen

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sih-d_r haben die .Nachteile, daß die Kontaktverhältnisse unsicher sind, daß Störsignale entstehen, welche sich den meistens sehr kleinen Meßsignale überlagern, und daß durch die Reibung der Bürsten^ auf den Schleifringen die wirklichen Verhältnisse des Meßobjektes verfälscht werden, insbesondere, wenn es sich um kleine empfindliche Meßobjekte handelt. Ein weiterer Nachteil ist, daß eine Schleifringanordnung zusätzliche Kosten verursacht und Platz beansprucht.

Bei den bekannten Winkel- und Positionsgebern ist weiter nach*- teilig, daß sie in ihren Detektorschaltkreisen eine relativ große Anzahl von Bauelementen enthalten, wodurch sie aufwendig und teuer werden. Einfachere Detektorschaltkreise mit nur wenigen Bauelementen sind auch nicht zufriedenstellend, weil diese meistens einen einpoligen oder asymmetrischen Ausgang aufweisen, der häufig auf Erdpotential bezogen ist. Bei derartigen einfachen Schaltungsanördnungen ergibt sich der Nachteil, daß im Wandlerteil entstandene oder eingestreute Störsignale in den Detektorkreisen nicht eliminiert, sondern manchmal noch verstärkt werden und daß diese Störsignale den Meßsignalen überlagert an den Ausgang des Gebers gelangen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten kapazitiven Winkelgeber zu schaffen, der keine Schleifringe und Bürsten als Verbindungselemente enthält, oder andere Bauelemente, durch welche die Charakteristik des Meßobjektes infolge Rückwirkung beeinflußt oder verfälscht werden könnte. Außerdem soll der Winkelgeber so ausgelegt sein, daß er eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Störsignalen aufweist und diese im wesentlichen kompensiert.

Diese Aufgabe wird erfindungegemäß dadurch gelöst, daß das übertragungselement ein Kopplungskondensator^: konstanter Kapazität ist, daß dieser aus einem auf der Statorscheibe angeordneten und mit dem Bezugspunkt verbundenen dritten Plattenbelag und dem ' gemeinsamen Gegenbelag auf der,Rotorscheibe gebildet wird, daß

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in Reihe mit den beiden Speiseleitungen von der Wechselstromquelle zu den beiden Ausgangspunkten jeweils eine feste Impedanz geschaltet ist und daß bei gleicher Kapazität der Wandlerkondensatoren an den Ausgangspunkten erste und zweite Signale gleicher Amplitude, jedoch entgegengesetzter Phase vorhanden sind. <

Durch das erfindungsgemäße Merkmal, daß ein Kopplungskondensator zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Wandlerkondensatoren, welcher durch den gemeinsamen beweglichen Gegenplattenbelag gebildet wird, und dem Bezugspunkt der Wechselstromquelle angeordnet wird, ist die Verwendung eines die Störsignale erzeugenden Schleifringes mit Bürste nicht erforderlich. Durch diese verbesserte Konstruktion sind die bei den bekannten Winkelgebern vorhandenen und vorstehend erwähnten Nachteile nicht mehr vorhanden. Es ist ein Vorzug, daß dieser Kopplungskondensator auf sehr einfache Weise, lediglich durch das Hinzufügen eines weiteren dritten Plattenbelages auf der Statorscheibe geschaffen tfird. Ein weiterer Vorzug des verbesserten kapazitiven Winkelgebers besteht darin, daß er eine symmetrische, elektrische Schaltungsanordnung aufweist, daß an dem ersten und zweiten Ausgangspunkt der Wechselstromquelle bzw. des Wandlerteiles gegenphasige Spannungen liegen und daß diese beiden Ausgangspunkte einen symmetrischen Ausgang bilden, an dem modulierte Wechselstromsignale verfügbar sind, wobei deren Modulation der jeweiligen Winkelstellung entspricht. Durch die symmetrische Schaltungsanordnung des verbesserten Wandlers wird erreicht, daß irgendwie noch erzeugte Störsignale weltestgehend kompensiert und unterdrückt werden.

Das am ersten und zweiten Ausgangspunkt zur Verfügung stehende modulierte Wechselstromsignal kann, falls eine Aufzeichnung der Meßwertkurve durch einen Lichtstrahloszillographen erfolgen soll, einer Meßschleife zugeführt werden, deren Eigenfrequenz unterhalb der Frequenz der Wechselstromquelle des Gebers liegt. Mit dieser Anordnung ergibt sich ein Kurvenzug, der ohne den

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hochfrequenten Wechselstromanteil nur die Modulationskurve und damit die Drehbewegung darstellt.

Das modulierte Wechselstromsignal am Ausgang des Wandlerteiles kann jedoch auch auf bekannte Detektor- oder Demodulationsstufen gegeben werden, um ein der Winkelstellung analoges elektrisches Signal zu erhalten, das keine Wechselstromanteile mehr aufv/eist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen kapazitiven Winkelgebers besteht darin, daß die beiden Ausgangspunkte des Wandlerteiies mit den beiden Eingangsknotenpunkten eines aus vier Zweigen bestehenden Ringdemodulators verbunden sind» eher als Detektorstufe dient, und dessen Zweige jeweils aus Reihenschaltung einer Diode und eines Widerstandes bestehen.. An den beiden Ausgangsknotenpunkten dieses Ringdemodulatprs, welche den beiden Eingangsknotenpunkten gegenüberliegen, sind die dem Drehwinkel entsprechenden elektrischen Signale verfügbar.

Es wird darauf hingewiesen, daß das Prinzip des erfindungsgemäßen kapazitiven Winkelgebers auch auf andere Stellungs~ oder Positions geber übertragbar ist, mit denen beispielsweise eine lineare lenkung, eine Verschiebung oder ein Hub bestimmt werden sol.1. liegt int Können eines Fachmannes * £n Hand der gegebenen Lehre für den erfinäungsgemäßen kapazitiven Winkelgeber geeignete Qe^ ber für andere Meßzwecke zu schaffen.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen kapazitiven Winkelgebers wird nachstehend anhand von Zeichnungen, Fign. I bis 3 beschrieben, um Einzelheiten aufzuzeigen.

Bei diesem verbesserten kapazitiven Winkelgeber- werden in Abhängigkeit von der Verdrehung erste und zweite_r von einer Wechsel·* Stromquelle gelieferte Signale gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter Phasenlage moduliert. Ein mit dem Ausgang des Wandler^ teiles verbundener Ring-Demodulator empfängt die modulierten

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ersten und zweiten Wechselstromsignale des Wandlerteiles und formt daraus ein ausbalanciertes, der jeweiligen Winkelstellung entsprechendes Ausgangssignal. Bei einer konstanten Winkelgeschwindigkeit des drehenden Teiles, z.B. einer Welle, ergibt sich ein demoduliertes Ausgangssignal, das im wesentlichen einen dreieckförmigen Kurvenzug bildet. In der Auswertung werden von diesem Kurvenzug die Null-Durchgänge und die Spitzen gezählt. Ein beliebiger Punkt der Verdrehung wird durch den kapazitiven Geber elektrisch definiert, durch die Größe der Amplitude und die Polarität der Wellenform, die Anzahl der Spitzen und Nullpunkt-Durchgänge des Kurvenzuges bezogen auf einen festen Ausgangspunkt.

Von den Figuren stellen dar:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen

kapazitiven Gebers,

Fig. 2 eine Draufsicht auf dessen Statorscheibe, Fig. 3 eine Draufsicht auf dessen Rotorscheibe,

Fig. 4 die Seitenansicht eines Kleinmotors, auf dessen

linken Lagerschild die Statorscheibe des Winkel-Gebers und auf dessen Wellenstumpf die Rotorscheibe des Winkelgebers befestigt sind,

Fig. 5 den Kurvenzug des demodulierten Spannungssignales

der sich mit diesem kapazitiven Geber ergibt bei einer gleichmäßigen Rotation der Motorwelle,

Fig. 6 ein Blockschaltbild von einem Winkelmeßsystem,

welches den erfindungsgemäßen kapazitiven Winkelgeber enthält,

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F±g. 7 einen Spannungsmesser mit einer an die Meßeinrichtung angepaßten Skala zur Winkelmessung, welcher in dem in Fig. 6 dargestellten Winkelmeßsystem zu verwenden ist.

Im Prinzipschaltbild der Fig. 1 stellt der linke umrahmte Block eine Wechselstromquelle 100 dar, welche einen ersten und zweiten Ausgangspunkt 121, 131 aufweist. Diese Wechselstromquelle 100' enthält einen Wechselstromoszillator oder Generator 101, dessen beide Ausgänge 102, 103 mit der Primärwicklung 109 eines Transformators 110 verbunden sind. Anstelle des Oszillators 101oder eines Generators ist auch ein astabiler Multivibrator verwendbar, je nach den vorliegenden Verhältnissen. Eine Sekundärwicklung 111 des Transformators 110 ist mit einer Mittelanzapfung versehen, welche vorzugsweise auf Erd- oder Massepotential ldägt und die folgend als Bezugspunkt 112 bezeichnet wird. Das eine Ende 119 der Sekundärwicklung 111 ist mit einer Impedanz, zweckmäßigerweise mit einem Widerstand 120, verbunden, der andererseits an den ersten Ausgangspunkt, 121 angeschlossen ist. Eine zweite Impedanz gleicher Größe, ebenfalls ein Widerstand 130, ist einerseits mit dem anderen freien Ende 129 der Sekundärwicklung 111 und andererseits mit dem zweiten Ausgangspunkt 131 verbunden. Die beiden Widerstände 120 und 130 haben gleiche ohmsche Widerstandswerte, so daß ihre Spannungsabfalle, bezogen auf Erdpotential, einander gleich sind, wenn an die ersten und zweiten Ausgangspunkte 121, 131 und den auf Erdpotential liegenden Bezugspunkt 112 jeweils eine gleiche äußere Impedanz angeschlossen wird. Die am ersten und zweiten Anschlußpunkt 121, 131 liegenden Spannungen sind in ihrer Phasenlage um 180 ° zueinander verschoben, d.h. sie sind im wesentlichen gegenphasig, da sie ja von den entgegengesetzten Enden 119, 129 der Sekundärwicklung 111 des Transformators 110 abgeleitet sind.

Der erste Ausgangspunkt 121 vom Wandlerteil 200 des kapazitiven Gebers enthält einen Differentialkondensator, welcher aus zwei ■ zu einer Einheit zusammengefaßten drehbaren Wandlerkondensato-

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ren. besteht. Jeder Wandlerkondensator enthält einen stationären Plattenbelag 210, 220 und einen gemeinsamen drehbeweglichen Gegenbelag 230. Der erste Ausgangspunkt 121 der Wechselstromquelle 100 ist mit dem stationären Plattenbelag 120 des ersten Wandlerkondensators verbunden und der zweite Ausgangspunkt 131 ist mit dem stationären Plattenbelag 220 des zweiten Wandlerkondensators verbunden. Der Wandlerteil 200 des kapazitiven Gebers enthält noch einen Kopplungskondensator, der einen stationären Plattenbelag 240 aufweist, welcher vorzugsweise auf Erd- oder Massepotential liegt, oder der auch direkt mit dem Bezugspunkt 112 der Sekundärwicklung 111 des Transformators 110 verbunden sein kann. Der aus den zwei Wandlerkondensatoren gebildete Differentialkondensator und der Kopplungskondensator sind miteinander durch den drehbeweglichen Gegenbelag 230 auf folgende Weise verbunden. Nähert sich der bewegliche Gegenbelag 230 dem stationären Belag 210 des ersten Wandlerkondensators, dann erhöht sich dadurch die Kapazität zwischen den Belägen 230 und 210, desgleichen erhöht sich die Kapazität zwischen den Belägen 220 und 230, wenn sich "er bewegliche Gegenbelag 230 dem stationären Belag 220 des zweiten Wandlerkondensators nähert. Die stationären Plattenbeläge 210, 220 und der bewegliche Gegenbelag 230 wirken so zusammen, daß, wenn sich der bewegliche Gegenbelag 230 dem stationären Plattenbelag 210 nähert, daß er sich dabei weiter von dem stationären Plattenbelag 220 entfernt. Wenn sich der bewegliche Gegenbelag 230 dem stationären Plattenbelag 220 des zweiten Wandlerkondensators nähert, entfernt sich der bewegliche Gegenbelag 230 von dem stationären Plattenbelag 210 des ersten Wandlerkondensators. Diese mechanische Änderung bewirkt, daß sich dadurch auch die Kapazität des ersten Wandlerkondensators erhöht und die Kapazität des zweiten Wandlerkondensators verringert. In der gleichen Weise, in der sich die Kapazität zwichen den Belagsplatten 230 und 220 des zweiten Wandlerkondensators erhöht, verringert sich die Kapazität zwischen den Belagsplatten 230 und 210 des ersten Wandlerkondensators. Es gibt einen Stellungspunkt des beweglichen Gegenbelages 230, bei dem

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die Kapazität zwischen den Plattenbelägen 230 und 210 des ersten Wandlerkondensätors und der Plattenbeläge 230, 210 des zweiten Wandlerkondensators gleich sind. Der bewegliche Gegenbelag 230 ist so konstruiert, daß unabhängig von seiner Stellung der Abstand und die Kapazität zwischen dem Gegenbelag 2 30 und dem Plattenbelag 240 des Kopplungskondensators immer konstant bleibt,

Wenn der bewegliche Gegenbelag 230 sich in der Stellung befindet, bei der sowohl der erste und der zweite Wandlerkondensator jeweils die gleiche Kapazität aufweisen, dann liegt an jedem der beiden symmetrischen Ausgangspunkte 121 und 131, bezogen auf den geerdeten Bezugspunkt 112, jeweils eine Wechselspannung von gleicher Höhe, jedoch in entgegengesetzter Phasenlage. Wenn der bewegliche Gegenbelag 230 sich dem stationären Plattenbelag 210 des ersten Wandlerkondensators nähert, erhöht sich dessen Kapazität, wie vorstehend bereits erklärt wurde, wodurch sich eine kleinere Impedanz am ersten Ausgangspunkt 121 ergibt. Durch diese kleinere Impedanz des ersten Wandlerkondensators ergibt sich am ersten Ausgangspunkt 121 auch eine entsprechend kleinere Spannung in bezug auf die Spannung, welche sich einstellt, wenn die beiden Wandlerkondensatoren in ihrer,Kapazität ausbalanciert sind. Zur gleichen Zeit, in der sich die Kapazität des ersten Wandlerkondensators durch die Annäherung des beweglichen ,Gegengelages 230 erhöht, verringert sich die Kapazität des zweiten Wandlerkondensators. Diese Kapazitätsverringerung hat zur Folge, daß "sich die Impedanz, des zweiten Wandlerkondensators erhöht, was bedeutet, daß zwischen dem zweiten Ausgangspunkt 131 und dem geerdeten Bezugspunkt 112 eine höhere Impedanz besteht. Durch diese erhöhte Impedanz liegt zwischen dem zweiten Ausgangspunkt 131 und dem geerdeten Bezugspunkt/112 eine größere Wechselspannung gegenüber dem Spannungswert, der sich bei aus- ; balancierten Wandlerkondensatoren ergibt. Aus_r den vorstehenden Erklärungen ist, ersichtlich, daß durch die, Stellungsänderung des beweglichen Gegenbelages 230, welcher als Kopplungselement zwischen dem ersten und zweiten Wandlerkondensator dient, die Ausgangsspannung der Wechselstromquelle 100 moduliert wird und

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daß die Spannungsänderungen an den beiden Ausgangspunkten 121, 131 zueinander komplementär sind.

Unter der Bezeichnung "komplementäre Modulation" ist zu verstehen, daß, wenn sich am ersten Ausgangspunkt 121 das Signal in seiner Amplitude erhöht, der bewegliche Gegenbelag 230 sich von dem stationären Plattenbelag 210 des ersten Wandlerkondensators entfernt, und daß sich dabei gleichzeitig die Amplitude des Signals am zweiten Ausgangspunkt 131 verringert, weil sich der bewegliche Gegenbelag 230 dem stationären Plattenbelag 220 des zweiten Wandlerkondensators nähert. Eine komplementäre Modulation besteht auch, wenn sich durch die Stellungsänderung des beweglichen Gegenbelages 230 die Amplitude des Signales am ersten Ausgangspunkt 121 verringert und sich gleichzeitig am zweiten Ausgangspunkt 131 die Amplitude des dort anstehenden Signales entsprechend erhöht. Befindet sich der bewegliche Gegenbelag 230 in einer ausbalancierten Stellung, so daß die beiden Wandlerkondensatoren jeweils die gleiche Kapazität aufweisen, dann besteht auch eine komplementäre Modulation, well in dieser Stellung am ersten und am zweiten Anschlußpunkt 121, 131 jeweils Signale gleicher Amplitude jedoch in entgegengesetzter Phasenlage zur Verfügung stehen.

Wie die Fig. 1 zeigt, ist der erste Ausgangspunkt 121 mit dem Knotenpunkt 360 und der zweite Ausgangspunkt 131 mit dem Knotenpunkt 370 eines Ringdemodulators 3OO verbunden, welcher als Detektorstufe dient und der aus vier Schaltungszweigen 312, 322, 332 und 342 besteht. Die einzelnen Zweige setzen sich jeweils aus der Reihenschaltung einer Diode 311, 321, 331, 341 und einem Widerstand 310, 320, 330, und 340 zusammen, wobei die Enden jedes Widerstandes mit einem Eingangsknotenpunkt 360, 370 des Ringdemodulators 300 verbunden sind. Der Ringdemodulator 300 weist zwei Ausgangsknotenpunkte 380 und 390 auf, die diagonal zu den Eingangsknotenpunkten 360 und 370 liegen. Der erste Zweig 312 liegt zwischen den Knotenpunkten 370, 380, wobei die Kathode der Diode 311 mit dem Ausgangsknotenpunkt 380 verbunden ist. Der zweite

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Zweig 322 liegt zwischen den beiden Knotenpunkten 360 und 380, wobei die Anode der Diode 321 an den Ausgangsknotenpunkt 380 angeschlossen ist. Der dritte Zweig 332 liegt zwischen den beiden Knotenpunkten 360, 390, wobei die Kathode der Diode 331 mit dem Ausgangsknotenpunkt 390 verbunden ist, und der vierte Zweig liegt zwischen den beiden Knotenpunkten 370, 390, wobei die Anode der Diode 341 an den Ausgangsknotenpunkt 390 angeschlossen ist. Es ist verständlich, daß in den vier Zweigen 312, 322, 332 und 342 die Widerstände 310, 320, 330, 340 auch an den Ausgangsknotenpunkten 380 und 390 angeschlossen werden können und die Dioden 311, 321, 331 und 341 dementsprechend an den Eingangsknotenpunkten 360 und 370 des Ringdemodulators 300, und daß außerdem die Dioden in entgegengesetzter Leitrichtung wie vorstehend erwähnt angeschlossen werden können. Es ist wichtig, daß die Dioden 311» 321, 331 und 341 so angeschlossen sind, daß sie den Strom in der gleichen Richtung innerhalb des Ringes leiten, der aus den Zweigen 312, 322, 332 und 342 gebildet wird; Die Widerstände 310, 320, 330 und 340 weisen alle den gleichen Widerstandswert auf und die Dioden 311, 321, 331 und 341 haben im wesentlichen die gleiche · Charakteristik.

Befindet sich der bewegliche Gegenbelag 230 in solch einer Stellung, daß der erste und zweite Wandlerkondensator jeweils die gleiche Kapazität aufweisen/r dann ergibt sich, wie bereits erklärt wurde, an den ersten und zweiten Ausgangspunkt 121 und 131 jeweils ein Spannungssignal mit gleicher Amplitude, jedoch besteht zwischen diesen beiden Spannungssignalen eine Phasenverschiebung von 180 °. In diesem Zustand liegt zwischen den beiden Ausgangspunkten 380 und 390 des Ringdemodulators 300 keine Ausgangsspannung, bzw. der Spannungswert 0. Wenn jedoch der bewegliche Gegehbelag 230 so eingestellt ist, daß sich.die Kapazität des ersten Wandlerkondensators erniedrigt und daß sich dementsprechend die Kapazität des zweiten Wandlerkondensators erhöht, gegenüber dem vorstehend erwähnten ausbalancierten Zustand, dann erhöht sich auch die Impedanz zwischen dem ersten Anschlußpunkt 121 und dem geerdeten Bezugspunkt 112, während sich dementspre-

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chend die Impedanz zwischen dem zweiten Ausgangspunkt 131 und dem Bezugspunkt 112 gegenüber dem ausbalancierten Zustand verringert. Durch die größere Impedanz zwischen dem ersten Anschlußpunkt 121 und dem Bezugspunkt 112 wird somit die Spannung am ersten Anschlußpunkt 121 ansteigen und am zweiten Anachlußpunkt 131, welcher eine kleinere Impedanz aufweist, wird sich die Spannung dementsprechend erniedrigen. In diesem Zustand weist der Eingangsknotenpunkt 360 des Ringdemodulators 300 gegenüber dem anderen Eingangsknotenpunkt 370 eine größere Spannungsamplitude auf, wobei auch diese beiden Spannungssignale im wesentlichen um 180 ° zueinander phasenverschoben sind. Dieser Zustand bewirkt, daß zwischen den beiden Ausgangsknotenpunkten 380, 390 des Ringdemodulators 300 eine Potentialdifferenz konstanter Amplitude und gleicher Polarität besteht. Diese Potentialdifferenz an den Ausgangsknotenpunkten 380, 390 des Ringdemodulators 300 ist die algebraische Summe der Amplituden von den SpannungsSignalen, welche an den beiden Ausgangspunkten 121 und 131 anstehen.

Wenn der bewegliche Gegenbelag 230 des Differentialkondensators mit einem rotierbaren Teil, z.B. einer Motorwelle oder einer Rotorscheibe verbunden wird, dann erhält man ein elektrisches Ausgangssignal zwischen den Ausgangsknotenpunkten 38O und 39O des Ringdemodulators 300, wobei dieses Ausgangssignal der jeweiligen Winkelstellung des rotierenden Teiles proportional ist. Da keiner der beiden Ausgangsknotenpunkte 380 und 390 geerdet ist, ergeben sich zwischen diesen beiden Ausgangsknotenpunkten 380, 390 Potentialdifferenzen oder Nutzsignale, die frei von Störsignalen sind und die keine Restwelligkeiten aufweisen.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausfuhrungsform einer Statorscheibe 2Ol des Differentialkondensators, welcher aus einem ersten und zweiten Wandlerkondensator gebildet wird. Die Fig. 3 zeigt eine Rotorscheibe 231, welche als Kopplungselement zwischen den beiden Wandlerkondensatoren zur Bildung des Differentialkondensators dient. Die Statorscheibe 201, welche im Zentrum der Scheibe 201 eine Bohrung 203 aufweist, die den Durchtritt

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., einer Welle ermöglicht, ist gemäß der Fig. 2 mit einem dielektrischen Belag 202 versehen. Auf dieser dielektrischen Belagschicht 202 ist ein erster Plattenbelag 210 für den ersten Wandlerkondeneator, ein zweiter Plattenbeljag 220 für den zweiten Wandlerkondensator und ein dritter Plattenbelag 240 für den Kopplungskondensator angeordnet. Der stationäre erste Platteribelag 210 weist die Form eines in sich geschlossenen Zahnkranzes auf, mit planen Zahnflächen 212, die sich von der Peripherie der Statorscheibe 201 in radialer Richtung nach innen erstrecken. Diese

Zahnflächen 212 sind an ihrer Außenseite durch einen ringförmigen Steg 211 elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Dieser erste Plattenbelag 210 ist mit einer Anschlußstelle 213 versehen, welche die elektrische Verbindung zum ersten Anschlußpunkt 121 ermöglicht. Der zweite Plattenbelag 220 für den zweiten Wandlerkondensator liegt auf der Statorscheibe 201 unmittelbar dem ersten Plattenbelag 210 gegenüber, so daß seine Zahnflächen 222 in die Lücken zwischen den Zähnen 212 des ersten Plattenbelages 2IO einragen. Die Zahnflanken 222 des zweiten Plattenbelages sind durch einen ringförmigen Steg 221 ebenfalls elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Eine Anschlußstelle 223 im zweiten Plattenbelag 220 ermöglicht eine elektrische Verbindung zum zweiten Anschlußpunkt 131. Der stationäre Plattenbelag 240 des Kopplimgskondensators bildet eine kreisringförmige Belags-fläche, welcher als dritter Plattenbelag auf der Statorscheibe 201 bezeichnet wird, und der auf der Statorscheibe 201 zwischen der zentralen Bohrung 203 und dem zweiten Plattenbelag 220 angeordnet ist. Dieser dritte Plattenbelag 240 ist ebenfalls mit einer Anschlußstelle 243 versehen ,welche vorzugsweise die Verbindung zur Masse oder dem Bezugspunkt 112 ermöglicht.

Die Flg. 3 zeigt eine kreisförmige Rotorscheibe 231, welche mit einer zentralen Bohrung 233 versehen ist und die auf wenigstens einer Oberflächenseite einen dielektrischen Belag 232 aufweist. Auf dieser dielektrischen Belagschicht 232 ist der Gegenbelag 230 angeordnet, welcher als Kopplungsbelag für die beiden Wandlerkondensatoren laid den Kopplungskondensator dient und der

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bisher als beweglicher Gegenbelag 230 bezeichnet wurde. Dieser beweglicher Gegenbelag 230 hat ebenfalls die Gestalt eines in sich geschlossenen Zahnkranzes, der in seinem inneren Bereich aus einer geschlossenen Kreisfläche 235 besteht, von der sich in radialer Richtung, in einer gleichmäßigen Teilung, Zahnflächen 234 nach außen zur Peripherie der Rotorscheibe 231 erstrekken. Die Fig. 4 zeigt einen Kleinmoter 400, auf dessen linken Lagerschild die Statorscheibe 201 befestigt ist und dessen Welle 401 mit der Rotorscheibe 231 fest verbunden ist. Die Statorscheibe 201 und die Rotorscheibe 231 des kapazitiven Gebers sind so auf dem Motor 400 angeordnet, daß die stationären Plattenbeläge 210, 220, 240 dem beweglichen Gegenbelag 230 gegenüberliegen, und zwar in einem sehr geringen Abstand, um zu vermeiden, daß sich diese Plattenbeläge berühren.

Der erste und der zweite Plattenbelag 210, 220 und der bewegliche Gegenbelag 230 weisen vorzugsweise jeweils die gleiche Anzahl von Zahnflächen 212, 222 und 234 auf. Wenn nun die Rotorscheibe 231 sich gegenüber der Statorscheibe 201 dreht, ergibt sich eine Kapazitätsänderung bei den beiden Wandlerkondensatoren dadurch, daß die Zahnflächen 212 bzw. 222 dieser beiden Wandlerkondensatoren mehr oder weniger von den Zahnflächen 234 des beweglichen Gegenbelages 230 überdeckt werden. Befindet sich die Rotorscheibe 231 in solch einer Stellung, daß die Zahnflächen 234 des beweglichen Gegenbelages 230 deckungsgleich über den Zahnflächen 212 des stationären Plattenbelages 210 liegen, dann ergibt sich die größte Kapazität des ersten Wandlerkondensators. Während die Kapazität des zweiten Wandlerkondensators einen Minimalwert aufweist. Die Rotorscheibe 231 kann so verdreht werden, daß die Zahnflächen 234 des beweglichen Gegenbelages 230 die Zahnflächen 222 des stationären Plattenbelages 220 des zweiten Wandlerkondensators überdecken, dann ergibt sich, daß dieser zweite Wandlerkondensator seine größte Kapazität aufweist und daß die Kapazität beim ersten Wandlerkondensator ein Minimum

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beträgt. Bei einer Verdrehung oder einer Stellung?änderung der Rotorscheibe 231 ergibt sich, daß der Kqppiungkondehsator immer eine konstante Kapazität aufweist*, da sich die beiden einander gegenüberliegenden Bolagsflachen 235 auf der Rotorscheibe 231 . und 240 auf der Statorscheibe201 immer im gleichen Maß überdecken, unabhängig von der jeweiligen Stellung der Rotorscheibe 231. .■:■'. ■ ■ '■ ■ V ■■■' . '.■■·-■■: ■ "- ; - . ^: ' "

Die konstante Kapazität des. Kopplungskondensators —. der aus dem stationären Plattenbelag 240 und der Belagsfläche 235 des beweglichen Gegenbelages. 230 gebildet wird - ermöglicht es, daß keine Schleifringe und Bürsten für die Strom- bzw. Spannungsleitung im Differentialkondensator benötigt werden. Durch den Kopplungskondensator ist somit der bewegliche Gegenbelag 230 kapazitiv zu dem Schaltkreis des Wandlerteiles gekoppelt. Dieses Merkmal des erfindungsgemäßen kapazitiven Gebers ist sehr vorteilhaft, da mit ihm einige Probleme beseitigt werden, welche bei den bekannten kapazitiven Winkelgebern bestehen, die mit Schleifringen und Bürsten ausgerüstet sind die im Betrieb häufig asymmetrische Störsignale erzeugen, welche sich in der Meßschaltung ausbreiten und die in manchen Schaltkreisen noch verstärkt werden.

Die Anordnung der Statorscheibe 201 und der Rotorscheibe.231 sowie der verschiedenen Plattenbeläge 210, 220, 230, 240, bringt weiter den Vorzug, daß die Statorscheibe 201 und die Rotorscheibe 231 nicht exakt parallel zueinander ausgerichtet sein müssen, daß geringfügige Abweichungen in der Parallelität und Fertigungstoleranzen sich von selbst kompensieren und daß sich ein scheinbarer mittlerer Abstand ergibt, weil,wenn auf einer Seite sich der Abstandsspalt verringert, sich auf der anderen Seite der Abstandsspalt erweitert. Um einen guten,Ausgleichdieser Abweichungen im. Spaltabstand zu bekommen, ist es sehr zweckmäßig, wenn die verschiedenen Plattenbläge 210, 220., 230 mit einer großen Anzahl von Zahnflächen 212, 222, 234 versehen werden.

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Wenn der kapazitive Geber gemäß der Fig. 4 angeordnet ist und wenn die Rotorscheibe 231 in Bezug zur Statorscheibe 201
gleichmäßig rotiert, d.h. daß sie eine gleiche Umfangsgeschwindigkeit aufweist, dann ergibt sich an den beiden Ausgangsknotenpunkten 380, 390 des Ringdemodulators 300 ein Ausgangssignal, das im wesentlichen einem dreieckförmigen Kurvenzug darstellt. Da die drei Plattenbeläge 210, 220 und 230 der beiden Wandlerkondensatoren jeweils zwölf deckungsgleiche Zahnflächen 212, 222 und 234 aufweisen, ergibt sich bei einer Umdrehung der Rotorscheibe 231 am Avisgang des kapazitiven Gebers ein Kurvenzug, welcher zwölf Perioden aufweist. Wenn die drei Plattenbeläge 210, 220 und 23O mit einer anderen Anzahl von
Zahnflächen 212, 222 und 234 versehen sind, ergibt sich dementsprechend auch ein anderer Kurvenzug, der bei einer Umdrehung der Rotorscheibe 231 jeweils die gleiche Anzahl von Perioden
aufweist, welche der Zahl der Zahnflächen eines Plattenbelages entspricht.

Durch die Winkelgeschwindigkeit der Rotorscheibe 231 wird die Steilheit der Flanken von der im wesentlichen dreieckförmigen Welle bestimmt. Von dem erhaltenen Kurvenzug gibt in Abhängigkeit von der Zeit der jeweilige Spannungswert und die
Polarität der Spannung den Verdrehungswinkel an, um welchen
die Rotorscheibe 231 gegen die Statorscheibe 201 verdreht wurde.

Die Fig. 6 zeigt ein komplettes Heßsystem unter Einschluß des erfindungsgemäßen kapazitiven Tiinkelgebers zur Bestimmung des Verdrehungsv/inkel eines drehbeweglichen Teiles. Dieses Meßsystem enthält wie bereits anhand der Fig. 1 beschrieben wurde, eine Wechselstromquelle 100, einen Wandlerteil 200, der durch den
Differentialkondensator gebildet wird und den Ringdemodulator 300, welcher den Detektor bildet. Die beiden Ausgangsknotenpunkte 380, 390 des Ringdemodulators 300 sind mit einem Spitzen-Detektor 640 verbunden, welcher von der Ausgangskurve die
Spannungsspitzenwerte und die Spannungsnulldurchgänge erkennen kann. Dieser Spitzendetektor 640 liefert an einen Zähler 650

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jeweils ein Signal, wenn er in der Ausgangskurve einen positiven oder negativen Spitzenwert, oder einen Spannungsnulldurchgang erkennt. Der Zähler 650 ist so eingestellt, daß er jeweils nach einer bestimmten Anzahl von Signalen, welche einer Umdrehung der Rotorscheibe 231 zur Statorscheibe 201 entsprechen in seine Grundstellung zurückgeführt wird. An die beiden Ausgangsknotenpunkte 380, 390 des Ringdemodulators 300 ist ebenfalls ein Voltmeter 660 angeschlossen, welches in Abhängigkeit von der Zeit die Größe und die Polarität der Ausgangsspannung anzeigt. Wenn die Rotorscheibe 231 in bezug zur Statorscheibe 201 eine relativ langsame Drehbewegung ausführt, dann genügt zur Bestimmung des Drehwinkels ein Voltmeter 660. Wenn sich die Rotorscheibe 231 jedoch mit einer großen Geschwindigkeit in bezug zur Statorscheibe. 201 dreht, dann ist es zweckmäßig zur Meßwertdarstellung einen Gleichstrom-Elektronenstrahloszillographen zu verwenden.

Nachstehend wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen kapazitiven Gebers beschrieben: -

Es wird angenommen, daß die Rotorscheibe 231 und die Statorscheibe 201 mit einem Motor 400 verbunden sind, wie dies die . Fig. 4 zeigt, und daß sich die Motorwelle 401 und damit auch die Rotorscheibe 231 gegenüber der Statorscheibe 201 um einen Winkel von 116,25° im Uhrzeigersinn verdrehen soll. Es wird nun angenommen, daß in der Ausgangsstellung, welche dem Winkel 0 entspricht, auch die Rotorscheibe 231 so eingestellt ist, daß sich im Ringdemodulator 300 zwischen den beiden Ausgangsknotenpunkten 380 und 390 der Spannungswert "Mull" ergibt und daß die erste Drehbewegung der Rotorscheibe 231 im Uhrzeigersinn ein positives Signal am Ausgangsknotenpunkt 390 in bezug zum Ausgangsknotenpunkt 380 erzeugt. Dieser Bezugspunkt ist in der Fig. 5 als Anfang der Spannungskurve 501 dargestellt.

Wenn sich die Motorwelle 401 und die Rotorscheibe 231 im Uhr-, zeigersinn weiterdrehen, so ergibt sich ein erster positiver

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Spitzenwert im Kurvenzug, welcher den Winkelwert 7,5° entspricht, Dieser Spannungsspitzenwert wird von dem Spitzendetektor 640 erkannt, v/elcher ein Signal erzeugt, das den nachgeschalteten Zähler 650 auf die Stellung "1" schaltet, oder der direkt den digitalen Winkelwert 7,5° anzeigt. Bei einer v/eiteren Drehung der Motorwelle 401 bzw. der Rotorscheibe 2 31 verrindert sich wieder die Aus gangs spannung bis zu einen llulldurch gang, der dann der Winkelsteilung 15 entspricht. Bei einer weiteren Drehung im Uhrzeigersinn werden dann die Winkelstellungen 15 , 30 , 45° und 60° erreicht, wobei sich diese Gradangaben jeweils auf die Ausgangsstellung von 0 beziehen. Wie die Fig. 5 zeigt, ergeben sich bei den Winkelstellungen 15°, 30°, 45°, 60° Spannungsnulldurchgänge des Signalkurvenzuges.

Diese Spannungsnulldurchgänge, bei denen die Spannungskurve 501 die horizontale Zeitachse kreuzt, werden ebenfalls von dem Spitzendetektor 640 erkannt, welcher wiederum ein Signal an den Zähler 650 liefert, der dann jeweils zur nächsthöheren Zahl v/eiterschaltet. Wird die Motorwelle 401 bzw. die Rotorscheibe 231 der Winkelstellung 15° weiter im Uhrzeigersinn gedreht, dann ergibt sich bei der Winkelstellung 22,5 eine negative Spannungsspitze, welche ebenfalls von dem Spitzendetektor 640 erkannt wird, durch dessen Signal dann der Zähler 650 zur nächsten Zahl "3" geschaltet wird, oder daß er direkt den Winkelwert 22,5 anzeigt. Bei einer weiteren Verdrehung der Motorwelle 401 bzw. der Rotorscheibe 231 erreicht man die Winkelstellung 30°, welche wieder einem Spannungsnulldurchgang entspricht. Auch in diesem Fall wird der Zähler 650 um eine Zahl, also auf "4" weitergeschaltet bzw. zeigt er jetzt digital den Winkelwert 30 an. Aus der Anzeige des Zählers 650 ersieht man, daß, sobald sich die Anzeige um eine Zahl erhöht hat, die Motorwelle 401 bzw. die Ro to rs eh»
gedreht hat.

die Rotorscheibe 231 jeweils um einen Winkel von 7,5 weiter-

Zu der Zeit, in der durch den Zähler 650 die fünfzehnte Zählung angezeigt'wird, hat die Motorwelle 401 bzw. die Rotorscheibe 231

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eine fortschreitende Drehbewegung von 112/5° ausgeführt, welche vom Zähler 65O entweder als Ziffer "15" oder als digitaler Winkelwert 112,5° angezeigt wird. Die Motorwelle 401 bzw. die Rotorscheibe 231 sollen jedoch wie gewünscht auf die Stellung 116,25° gedreht werden. Dieser gewünschte Stellungswert 116,25° liegt zwischen dem Wert der Zähleranzeige und vor dem Winkel-, wert 120° der nächsten Zähleranzeige. Um diesen gewünschten Zwischenwert 116,25 genau einstellen zu können/ ist es zweckmäßig zur Einstellung das Voltmeter 6 60 zu verwenden. Aus der Fig. 5 ersieht man, daß der Winkelwert 11,2,5° einem negativen Spannungsspitzenwert entspricht und der Winkelwert 120 einem Spannungsnulldurchgang, Der gewünschte Winkel von 116,25 liegt als Hälfte genau zwischen dem Winkel 112,5° und 120°, Man kann somit leicht diesen gewünschten Winkelwert von 116,25° einstellen/indem man am Voltmeter 660 den halben negativen Spannungswert durch Drehung der Rotorscheibe 231 einstellt. Aus den vorstehenden Erklärungen ist zu erkennen, daß der kapazitive Winkelgeber Ausgangssignale erzeugt, welche nur von der jeweiligen Stellung der Motorwelle 401 bzw. der Rotorscheibe 231 abhängig sind und nicht von deren Drehgeschwindigkeit, d.h., von dem-erfindungsgemäßen kapazitiven Geber werden Ausgangssignale erzeugt, welche nicht geschwind!gkeitsempfindlich sind.

Betrachtet man ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem der momentane Stellungswinkel ermittelt werden soll, unter Verwendung des in Fig. 6 dargestellten Meßsystems.und der Meßanordnung nach Fig. 4 bei der Annahme, daß der Zähler 650 die Sahl "4" anzeigt, die, wie aus der Kurvendarstellung der Fig. 5 ersichtlich. 1st, dem Winkelwert 30 entspricht. Diese Zähleranzeige sagt jedoch nicht aus, daß die Motorwelle 401 bzw. die Rotorscheibe 231 sich genau in der Winkelsteilung 30° befindet, denn sie können auch eine Stellung einnehmen, welche von diesem Wert abweicht. Es ist deshalb erforderlich, um den genauen Stellüngswert zu erhalten, daß die Restspannung sowie deren Polarität an den Ausgangsknotenpunkten 380, 390des Ringdemodulators 300 mit dem

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Voltmeter 660 ermittelt wird. Durch eine Interpolierung des am Voltmeter 660 abgelesenen Spannungswertes kann der abweichende Winkelwert errechnet werden und dieser ermittelte Winkelwert wird zu dem Winkelwert 30 hinzuaddiert, so daß sich durch diese Korrektur der wirkliche Stellungsvrinkel ergibt, um den die Motorwelle 401 bzw. die Rotorgeheibe 231 vom Bezugspunkt aus verdreht wurde.

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Claims

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P ATE M TAWSP R Ü C H Ξ

Kapazitiver Winkelgeher, der bei einer Verdrehung eines beweglichen Teiles zu einem stationären Teil ein der Verdrehung entsprechendes proportionales elektrisches Signal erzeugt und der aus einem von einer Wechselstromquelle gespeisten Wandlerteil und einem damit verbundenen Detektorschaltkreis besteht, derart, daß die T'iechselstromquelle einen vorzugsweise geerdeten Bezugspunkt -und zwei dazu asymmetrische Anschlußpunkte aufweist, mit denen der Kandierteil verbunden 1st, der aus einem Diffefentialkondensator gebildet wird, welcher aus zwei miteinander gekoppelten drehbeweglichen Wandlerkondensatoren besteht, deren Kapazitäten von der Verdrehung des beweglichen Teiles gegenläufig abhängig sind und die beide einen mit einem Anschlußpunkt verbundenen stationären Plattenbelag aufweisen, wobei diese beiden Plattenbeläge auf einer Statorscheibe angeordnet sind, der in parallelem geringem Abstand gegenüberliegend eine mit dem drehbeweglichen Teil verbundene Rotorscheibe angeordnet ist, welche mit einem, für die beiden Wandlerkondensatoren gemeinsamen Gegenbelag versehen ist, der elektrisch durch ein übertragungselement mit dem Bezugspunkt verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das übertragungselement ein Kopplungskondensator konstanter Kapazität ist, daß dieser aus einem auf der Statorscheibe (201) angeordneten und mit dem Bezugspunkt (112) verbundenen dritten Plattenbelag (240) und dem gemeinsamen Gegenbelag (230) auf der P.otorscheibe (231) gebildet wird, daß in Reihe mit den beiden Speiseleitungen von der Wechselstromquelle (100) zu den beiden Ausgangspunkten (121, 131) jeweils eine feste Impedanz (120, 130) geschaltet ist, und daß bei gleicher Kapazität der Wandlerkondensatoren an den Ausgangspunkten (121, 131) erste und zweite Signale gleicher Amplitude, jedoch entgegengesetzter Phase vorhanden sind.

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2. Winkelgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausgangspunkte (121, 131) des Wandlerteiles (200) mit den beiden Eingangsknotenpunkten (360, 370) eines aus vier Zweigen (312, 322, 332, 342) bestehenden Ringdemodulators (300) verbunden sind, daß jeder dieser Zweige aus einer Reihenschaltung einer Diode (311, 321, 331, 341) und eines Widerstandes (310, 320, 330, 340) gebildet wird, daß jeweils zwei Zweige (312, 322) und (332, 342) hintereinandergeschaltet sind, so daß diese parallel zu den Eingangsknotenpunkten (360, 370) liegen und zueinander eine entgegengesetzte Leitrichtung aufweisen, und daß die Verbindungspunkte der hintereinandergeschalteten Zweige die Ausgangsknotenpunkte (380, 390) bilden, an denen das dem jeweiligen Drehwinkel entsprechende Ausgangssignal verfügbar ist.
3. Winkelgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, öaß die Wechselstromquelle (100) einen Transformator (110) enthält, dessen Primärwicklung (109) von einem Generator oder einer Schwingstufe (101) gespeist wird, daß die Sekunda rwicklung (111) des Transformators eine als Bezugspunkt (112) dienende und vorzugsweise auf Erdpotential liegende Hittenanzapfung aufweist, daß das eine Ende (119) der Sekundärwicklung (111) in Reihe mit einer ersten Impedanz (120) irit dem ersten Ausgangspunkt (121) des Wandlerteiles (200) verbunden ist, und daß das andere Ende (129) der Sekundärwicklung in Reihe mit der zv/eiten Impedanz (130) mit dem zweiten Ausgangspunkt (131) des Wandlerteiles (200) verbunden ist.
4. Winkelgeber nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Impedanzen (120, 130) ohmsche Widerstände sind und daß sie gleiche Widerstandswerte aufweisen.

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5. Winkelgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die Statorscheibe (201) eine zentrale Bohrung (203) aufweist, daß die auf einer Oberflächenseite angeordneten drei Plattenbeläge (210^'22Q, 240) ringförmig sind und an ihren einander benachbarten Kanten durch schmale isolierende Spalten (202) voneinander getrennt sind, daß die stationären Plattenbeläge (210_r 220) der beiden Wandlerkondensatoren zwei im Außenbereich der Statorscheibe angeordnete und ineinandergreifende plane Zahnkränze bilden, wobei deren einzelne Zahnflächen (212, 222) vorzugsweise gleiche Abmessungen aufweisen und durch schmale Stege miteinander verbunden sind, und daß der stationäre Plattennbelag (240) des Kopplungskondensators als volle innere Kreisringfläche zwischen der zentralen Bohrung (203) und den beiden äußeren Plattenbelägen (210, 220) angeordnet ist»
6. Winkelgeber nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Gegenplattenbelag (230) der beiden Wandlerkondensatoren und des Kopplungskondensators auf der Rotorscheibe (231) eine innere kreisringförmige Belagsfläche aufweist., die wenigstens deckungsgleich zum stationären PlättenbeXag (240) des Kopplungskondensators auf .der Statorscheibe (201) ist, und daß sich von dieser Belagsfläche in radialer Rieh·' tung sich durch Lücken geteilte Zahnflächen (234) erstrecken, die deckungsleich mit den einzelnen Zahnflächen (212, 222) der Plattenbeläge (210, 220) auf der Statorscheibe (201) sind. ·
7. Winkelgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorscheibe (201) und die Rotorscheibe (231) jeweils eine Trägerscheibe aufweisen, die mit einem Dielektrikum (232) beschichtet ist, und daß auf dieser dielektrischen Schicht die metallischen

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Plattenbeläge (210, 220, 230, 240), die nach einem der bekannten Ätz- oder Niederschlagsverfahren hergestellt wurden, angeordnet sind.
8. Winkelgeber nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugspunkt (112) und der stationäre Plattenbelag (240) des Kopplungskondensators auf Erdpotential liegen.

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