DE2426235A1

DE2426235A1 - Kapazitiver stellungsgeber

Info

Publication number: DE2426235A1
Application number: DE19742426235
Authority: DE
Inventors: Willi Eschner
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1974-05-29
Filing date: 1974-05-29
Publication date: 1975-12-11
Also published as: DE2426235B2; NL7506182A; CH591679A5; DE2426235C3

Description

Kapazitiver Stellungsgeber Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven Stellungsgeber, mit parallel gegenüberstehenden ortsfesten Kondensatorplatten, zwischen denen eine Abschirmplatte beweglich ist und bei dem an eine der Kondensatorplatten und an die Abschirmplatte eine konstante Wechselspannung mit Erdpotential der Abschirmplatte angelegt ist und ein über eine Kapazität rückgekoppelter Meßverstärker an die Abschirmplatte und die a-ndere Kondensatorplatte angeschaltet ist, um diese virtuell auf Erdpotential zu legen.
Ein derartiger Stellngsgeber ist in der deutschen Auslegeschrift 1813153 in der Ausfuhrungsform als Drehwinkelgeber beschrieben. Der erfaßbare Drehwinkel beträgt maximal 1800, wobei die bewegliche Abschirmplatte eine halbkreisförmige Scheibe ist. Die Möglirhkeit, einen entsprechenden Geber für Translationsbewegungea vorzusehen, wird Zwar angedeutet, eine bestimmte Ausführungsform ist jedoch nicht offenbart. Die Ausführungen in der Auslegeschrift lassen jedoch erkennen, daß davon ausgeganger wird, daß in jedem Fall die Ausdehnung der Abschirmplatte in Bewegungsrichtung immer mindestens der Ausdehnung der ortsfesten Eondensatorplatten in dieser Richtung entspricht, da die Abschirmplatte in der Endstellung die beiden Kondensatorplatten völlig abdecken soll. Daraus folgt, daß der Platzbedarf eines derartigen Gebers für Translationsbewegungen-im Hinblick auf die Anfangsstellung mit einer Abmessung von mindestens zwei Plattenlängen relativ groB ist. Dieser Umstand beeinträchtigt zum Beispiel die Verwendung als Einstellorgan in Meßgeräten. Andererseits tritt bei der Ausführung als Winkelgeber der Nachteil auf, daß der erfaßbare Winkelbereich nicht über 1800 hinausgeht, Die Erfindung setzt sich das Ziel, einen kapazitiven Stellungsgeber dieser Art so auszubilden, daß er weniger Platz benötigt bzw. einen gröberen Einstellbereich aufweist, wobei die Bedingung der Linearität zwischen Ausgangssignal und Gebereinstellung erfüllt sein soll. Auberdem verfolgt die Erfindung den Zweck, durch Schaltungsmabnahmen das Ausgangssignal des Gebers anzuheben, Der diese Eigenschaften aufweisende kapazitive Geber der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmplatte in Bewegungsrichtung eine geringere Ausdehnung hat als die ortsfesten Platten, daß der Bewegungsbereich der Abschirmplatte so eingeschränkt ist, daß sie in Bewegungsrichtung die Enden der ortsfesten Platten nicht überdeckt und daß die Abschirmplatte und zumindest eine der ortsfesten Platten bezüglich ihrer Umrisse so gestaltet sind, daß die Summe der von der Abschirmplatte nicht abgedeckten Endflächen dieser ortsfesten Platte sich linear mit der Bewegung der Abschirmplatte ändert.
Bei einer Ausführungsform zur elektrischen Abbildung einer Drehbewegung hat zumindest eine der ortsfesten Platten einen sichelförmigen Umriß mit sich stetig ändernder Breite und die drehbewegliche Abschirmplatte ist bezüglich ihres Drehzentrums von radial verlaufenden Geradenstücken begrenzt.
Zur Verdoppelung des Ausgangssignals werden Abwandlungen solcher Geberausführungen vorgeschlagen, bei denen die an Wechselspannung liegende ortsfeste Kondensatorplatte zwei durch eine Isolationsstrecke voneinander getrennte, über den gesamten Einstellbereich der Abschirmplatte sich erstreckende leitfähige Bereiche aufweist, an welche gegenphasige Wechselspannungen angelegt sind, deren gemeinsame Nullpotential-Leitung geerdet und mit der Abschirmplatte verbunden ist.
Die Zeichnung zeigt in schematisierter perspektivischer Darstellung verschiedene Ausführungsformen- des erfindungsgemäßen Stellungsgebers, die nachfolgend näher erläutert werden. Der leichteren zeichnerischen Darstellung wegen sind die Plattenabstände zum Teil stark vergrößert wiedergegeben.
Es zeigt Figur 1 eine erste Ausführungsform für geradlinige Bewegungen Figur 2 eine zweite Ausführungsform für den gleichen Zweck Figur 3 eine Ausführungsform für Drehbewegungen und Figur 4 eine zweite Ausführungsform für Drehbewegungen.
Bei allen Geberanordnungen der Figuren 1 bis 4 sind die Vorrichtungen zur Fixierung der ortsfesten Platten und zur Führung und Stellungsbegrenzung der beweglichen Abschirmplatte nicht dargestellt. Diese Vorrichtungen können nach allgemein bekannten konstruktiven Grundsätzen ausgebildet sein und sind nicht Gegenstand der Erfindung. An sich kommt es nur auf die Relativbewegung zwischen der Abschirmplatte und den ortsfesten Platten an, wobei die hier beschriebene Möglichkeit die Abschirmplatte zu bewegen in kcnstruktiver Hinsicht einfacher zu realisieren ist.
Der Stellungsgeber für geradlinige Bewegungen nach Figur 1 weist zwei ortsfeste längliche Kondensatorplatten 1 und 2 auf, zwischen denen eine Abschirmplatte 5 in Längsrichtung der ortsfesten Platten beweglich ist. Die beiden ortsfesten Platten sind in Längsrichtung schräg zugeschnitten und einander gleich, die Abschirmplatte ist rechteckförmig.
Die Platten können aus Metallblech bestehen oder aus Isolationsmaterial, das einseitig metallisiert ist. In Längsrichtung der ortsfesten Platten ist'die Abschirmplatte erheblich kürzer als diese.
An die ortsfeste Platte 1 und die -schirmplatte 5 ist eine konstante Wechselspannung gelegt, die aus einer Wechselspannungsquelle 4 entnommen ist, wobei die Abschirmplatte auf Erdpotential liegt. Die Platte 2 und die Abschirmplatte sind mit dem Eingang eines Meßverstärkers 5 verbunden, der durch eine Kapazität 6 rückgekoppelt ist. Aufgrund der Plattenkonfiguration ändert sich das Ausgangssignal des Gebers linear mit der Bewegung der Abschirmplatte, da die Summe der von ihr nicht abgedeckten Endflächen der beiden gleichen ortsfesten Platten in linearer Abhangigkeit zum Weg der Abschirmplatte steht. Damit der Linearitätsbereich nicht überschritten wird,, ist die Bewegung der Abschirmplatte durch Anschläge (nicht dargestellt) so zu beschränken, daß sie die Enden der ortsfesten Platten nicht überragen kann.
Das verstärkte Ausgangsaignal steht an den Klemmen 7 des Verstärkers zur Verfügung. An sich ist es nicht nötig, daß beide ortsfesten Platten identisch sind. Ss genügt, wenn nur eine einen schrägen zuschnitt aufweist und die Bedingung eingehalten ist, daß die andere Platte diese voll überdeckt.
Bei dem Stellungsgeber nach Figur 2 sind zwei gleiche rechteckförmige ortsfeste Platten 8 und 9 vorgesehen, wobei die Platte 8 durch eine diagonal verlaufende Isolationsstrecke 10 in zwei dreieckförmige leitfähige Bereiche 11 und 12 aufgeteilt ist. Die Abschirmplatte 13 ist wie bei dem Stellungsgeber der Figur 1 rechteckförmig und wird in Längsrichtung der rechteckförmigen Platten bewegt. An die leitfähigen Bereiche sind aus einem Wechselstromgenerator 14 gegenphasige Wechselspannungen angelegt, wobei deren gemeinsame Nullpotential-Leitung geerdet und mit der Abschirmplatte verbunden ist. Der über eine Eapazität 15 rückgekoppelte Meßverstärker 16 ist, wie in Figur 1 dargestellt, wiederum an die Abschirmplatte und die andere ortsfeste Platte angeschlossen.
Entsprechend den beiden leitfähigen Bereichen der Platte 8 entstehen zwei von der Bewegung der Abschirmplatte linear abhängige Ausgangssignale, die sich summieren. Das verstärkte Summensignal erscheint am Ausgang des Verstärkers.
Die Figuren 3 und 4 zeigen in schematischer Form den Plattenanordnungen der Lineargeber Figur 7 und Figur g analoge Plattenanordnungen für Drehbewegungen. Für die Beschaltung, die nicht mehr dargestellt ist, gelten entsprechende Richtlinien. Bei der Anordnung nech Figur 3 ist eine ortsfeste sichelförmige Platte 17 vorgesehen, die im wesentlichen außen durch eine kreisförmige Kontur 18 und innen durch eine spiralförmige Kontur 19 begrenzt wird, wobei sich der sichelförmige Bereich über einen Winkelbereich von fast 3600 erstreckt. Die andere ortsfeste Platte 20 hat die Form eines Kreisringabschnittes mit einem Spalt H1. Diese Platte könnte aber auch als Kreisringscheibe ohne Spalt ausgebildet sein. Zwischen den beiden Kondensatorplatten bildet eine sektorförmige Platte 22 mit einem wesentlich kleineren Winkelbereich als die ortsfesten Platten die bewegliche Abschirmplatte.
Mit A ist die Mittelachse der Anordnung bzw. die Drehachse der Abschirmplatte angedeutet. Die sichelförmige Ausbildung der Platte 17 bewirkt zusammen mit der sektorförmigen Ausbildung der Abschirmplatte die Linearität zwischen dem Drehwinkel und dem Ausgangssignal des Gebers, so lange die Abschirmplatte die Enden der sichelförmigen Platte nicht überdeckt.
Bei der Drehgeber-Anordnung nach Figur 4 weist eine ortsfeste Kondensatorplatte 23 ähnlich wie die Platte in Figur 2, zwei leitfähige Teilbereiche 24 und 25 auf, die sich hier durch eine spiralförmige Isolationsstrecke 26 getrennt, über einen Winkelbereich von fast 3600 erstrecken. Die zweite ortsfeste Kondensatorplatte 27 hat die Form einer Kreisringscheibe. Zwischen den beiden Platten ist wiederum eine sektorförmige Abschirmplatte 28 drehbar um die Achse A gelagert. Der Sektorwinkel ist kleiner als 90°, so daß der Linearbereich des Drehwinkelgebers größer als 1800 ist. Die Abschirmplatte bzw. der leitfähige Belag des Drehteiles muß -dies trifft auch auf das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 zu- nicht unbedingt sektorförmig sein. Die Linearitätsbedingung kann z.B.
auch durch eine Abschirmplatte in Form eines Kreisringabschnittes erfüllt werden. Die Anordnung nach Figur 4 ergibt bei einer der Figur 2 entsprechenden Beschaltung wiederum ein Verstärkerausgangssignal, das sich linear mit dem Drehwinkel der Abschirmplatte andert und das gleich der Summe der von den beiden Teilbereichen E4 und 25 herrührenden Signale ist.

Claims

Patentansprüche:

) Kapazitiver Stellungsgeber mit parallel gegenüberstehenden ortsfesten Kondensatorplatten, zwischen denen eine Abschirmplatte beweglich ist und bei dem an eine der Kondensatorplatten und an die Abschirmplatte eine konstante Wechselspannung mit Erdpotential der Abschirmplatte angelegt ist und ein über eine Kapazität rückgekoppelter MeZverptärker an die Abschirmplatte und die andere Kondensatorplatte angeschaltet ist, um diese virtuell auf Erdpotential zu legen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmplatte (3; 13; 22; 28) in Bewegungsrichtung eine geringere Ausdehnung hat als die ortsfesten Platten (1,3; 8,9; 17, 20; 23, 27), daß der Bewegungsbereich der Abschirmplatte so eingeschränkt ist, daß sie in Bewegungsrichtung die Enden der ortsfesten Platten nicht überragt und daß die Abschirmplatte und mindestens eine der ortsfesten Platten bezüglich ihrer Umrisse so gestaltet sind, daß sich die Summe der von der Abschirmplatte bei ihrer Bewegung nicht abgedeckten Endflächen dieser ortsfesten Platte linear mit der Bewegung ändert.
2. St-ellungsgeber nach Anspruch 1 zur elektrischen Abbildung einer geradlinigen Bewegung, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der ortsfesten Platten (1 bzw. f) in Bewegungsrichtung der Abschirmplatte (3) einen schrägen Zuschnitt aufweist und daß die Abschirmplatte rechteckförmig ist.
3. Stellungsgeber nach Anspruch 1 zur elektrischen Abbildung einer geradlinigen Bewegung, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der ortsfesten Platten (8) rechteckförmig ist und aus zwei, durch eine diagonal verlaufende Isolationsstrecke (10) getrennten, leitfähigen Bereichen (11, 12) besteht, an welche gegenphasige Wechselspannungen angelegt sind, wobei deren gemeinsame Nullpotential-Leitung geerdet und mit der Abschirmplatte (13) verbunden ist und daß die in Längsrichtung der ortsfesten Platten bewegliche Abschirmplatte rechteckförmig ist.
4. Stellungsgeber nach Anspruch 1 zur elektrischen Abbildung einer Drehbewegung, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der ortsfesten Platten (17) einen sichelförmigen Umriß mit sich stetig ändernder Breite hat und daß die drehbewegliche Abschirmplatte (22) bezüglich ihres Drehzentrums von radial verlaufenden Geradenstücken begrenzt ist.
5. Stellungsgeber nach Anspruch 1 zur elektrischen Abbildung einer Drehbewegung, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der ortsfesten Platten (23) die Form eines Kreisringstückes hat, das durch eine über den gesamten Winkelbereich verlaufende Isolationsstrecke (26) in zwei leitfähige sichelförmige Bereiche (24, 25) mit sich stetig -ändernder Breite aufgeteilt ist, an welche gegenphasige Wechselspannungen angelegt sind, deren gemeinsame Nullpotential-Leitung geerdet und mit der Abschirmplatte (28) verbunden ist und daß die drehbewegliche Abschirmplatte bezüglich ihres Drehzentrums von radial verlaufenden Geradenstücken begrenzt ist.