DE2437837C3 - Fühler zur Erzeugung eines digitalen Meßsignals - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Fühler zur Erzeugung eines digitalen Meßsignals mit mehreren Binärstellen, das der relativen Stellung eines beweglichen Teiles in bezug auf einen Fixpunkt entspricht, mit einem Codierelement, das auf einer Oberfläche den einzelnen Binärstellen zugeordnete parallele Signalstreifen aus elektrisch leitenden und nichtleitenden Bereichen aufweist, wobei alle leitenden Bereiche des Codierelementes untereinander verbunden sind, und mit einem relativ zum Codierelement beweglichen Kontaktsatz mit jeweils einem Signalkontakt pro Signalstreifen zur Abtastung der Signalstreifen, wobei das Codierelement ferner eine Einrichtung mit in konstanter Teilung abwechselnden Bereichen einer ersten und einer to zweiten Art enthält.

Ein Fühler dieser Art ist bekannt (ATM 1956, Seiten R 67 bis R 70). Dieser Druckschrift ist ein Momentanwert-Verschlüßlcr mit einer Verschliißlerscheibe und einem Kontaktsatz zu entnehmen. Die Verschlüßler- <>5 scheibe enthält sieben »parallele« Streifen mit jeweils leitenden und nichtleitenden Bereichen. Die Streifen sind dabei in Kreisringform angeordnet. Jeder der sieben Streifen entspricht einer Binärstelle. An ihren äußeren Umfang besitzt die bekannte Verschlüliler scheibe einen »Zahnkranz« als Quantisierungsring, de nur bestimmte Stellungen, also diskrete Meßwerti /.maßt. Die Zähne dieses Zahnkranzes sollen offenba mit einer Rasleinrichtiing zusammenwirken, die für eim schrittweise Drehung der Verschlüßlerscheibe sorgt. Be dem bekannten Momenlanwert-Vcrschlüßler wird da her auf mechanischem Wege dafür gesorgt, daß di< sieben Signalkoniaklc nur in bestimmten Stellungen de VerschliilJlerscheibe abtasten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fühler dei eingangs genannten Art so auszugestalten, daß au einfache Weise ohne eine mechanische Steuerung dei Bewegung des Codierelementes die Bildung fehlerhafter Meßwerte verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erlindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichenteils des Patentanspruchs I gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung situ in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung sichi /ur Verhinderung der Bildung nicht eindeutiger digitaler Meßwerte einen Taktstreifen in ähnlicher Art wie die Signalstreifen vor, der gleichfalls von einem Kontakt (Takikontakt) abgetastet wird. Eine takigesleuerte Speicherschaltung sorgt dann dafür, daß nur solche Meßwerte in digitaler Form weitergegeben werden, die den leitenden Bereichen des Taktst.eifens auf dem Codierelement entsprechen. Dabei ist es sehr wesentlich, daß der Taktstreifen etwa in der Mitte zwischen den Signalstreifen angeordnet ist, da dadurch die Sicherheit gegen Fehlmessungen am größten wird.

Im Vergleich zu der bekannten Verschlüßlerscheibe ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung nicht nur einen sehr viel einfacheren mechanischen Aufbau des Fühlers, sondern darüber hinaus auch seine universelle Einsatzmöglichkeit. Wenn nämlich mit der bekannten Verschlüßlerscheibe beispielsweise die Winkelstellung eines sich drehenden Teiles in einen digitalen Meßwert umgesetzt werden soll, dann führt dies zwangsläufig dazu, daß sich infolge der notwendigen schrittweisen Drehung der Verschlüßlerscheibe auch das drehbare Teil, mit dem die letztere ja verbunden werden muß, nur schrittweise drehen kann. Außerdem kann der erfindungsgemäße Fühler im Gegensatz zu dem bekannten Momentanwert-Verschlüßler auch bei Anwendungsfällen eingesetzt werden, bei denen sich der Kontaktsatz gegenüber einem feststehenden Codierelemen t dreht.

Dadurch, daß die Taktsignaianordnung in der Mitte des gesamten Leitermusters angeordnet ist, wird es vorteilhafterweise möglich, eine größere Abweichung der mechanischen Elemente zuzulassen und deren Einstellung zu vereinfachen, und demnach ein fehlerhaftes Funktionieren auszuschließen und ein genaues Digitalsignal zu erzeugen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Fühlers,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Codicrclements,

F i g. 3 ein elektrisches Schallbild einer Digitalsignalgenerator-Schaltung für den Fühler,

Fig. 4 die in die Ebene abgewickelte Oberfläche des Codierelements und

Fig. 5a und 5b Darstellungen der Oberfläche des Codierelements ähnlich F i g. 4, die zur Erläuterung der Vorteile des Fühlers dienen.

Fig. I zeigt eine Ski/./e eines Fühler,, ik-r ein digitales Siyn;il entsprechend der DrosselklappenölT niing eines Fahrzeugs erzeugen kiiiiii. [);is liezugszei chen 1 bezeichnet allgemein einen Fühler, der eine ;il.s C'odierelement dienende zylindrische Trommel \b ·, iiiifweist. Die Trommel I/) isi am I inifang mit einer bestimmten ims Signalslreil'en \h_u !/>.,, l/>.,, W>, (F i g. 2) und einem Tiiktstreil'en Wj₁ (I-ig. 2) bestehenden Leiteranordnung versehen. Oer Fühler I enthält ferner einen Kontaktsatz la, der aus sechs Kor.uiklen Ui] bis ι» l;i„ besieht, die mit dem ( Odicrelnueni im (ileitkontakt sinti.

Ilern Kontiiktsat/ la kann entsprechend der relativen Stellung des C'odierelemenis W) /um Kontaklsat/ ein digitales Signal entnommen werden. Die Trommel Wj ist is als Einheit mit einer als Antriebsmittel dienenden Welle Ic ausgebildet, so daß die Stellung der Trommel relativ zum Kontaktsatz durch Drehung der Welle Ir verändert werden kann. Das Bezugs/eichen 2 bezeichnet eine Digilulsignalgenerator-Sehaliung, die Eingänge 2«ii bis 2;ib und Ausgänge 2a₇ bis 2;i|₍₎ besitzt. Signale vom Kontaktsatz la werden an die Hingänge 2<-j| bis 2;/,, geführt, so daß ein von den Signalkoniaklen iu_u In₂, la.₍ und l.-ii an die Signaleingänge 2;i\, 2;/.,, 2iu und 2;>-, angelegtes und der vorgenannten relativen Stellung entsprechendes digitales Signal zu einem Zeitpunkt an den Signalausgängcn 2;i₇ bis 2;j,,, auftritt, zu dem am Takteingang 2;jj ein Taktsignal vom Taktkontakt Ia₁ erscheint. Die Welle Ic wird durch Niederdrücken eines Gaspedals 3 gedreht, so daß ihre Stellung durch die Stellung des Gaspedals bestimmt ist. Die an dem Umfang der Trommel \b vorgesehene Leiteranordnung ist so gcstaitet, daß eines von 4-Bit-Digitalsignalen entsprechend der relativen Stellung der Trommel \b, d.h. also der Stellung des Gaspedals 3, den Signalausgängcn 2;i₇ bis 2am entnommen werden kann. F i g. 2 zeigt iiv einzelnen die auf den Umfang der Trommel \b gedruckte Leiteranordnung. Sie besteht aus sechs parallelen oder axialen Feldern bzw. Streifen l£>i bis W\„ die das digitale Meßsignal, das Taktsignal und die gemeinsame Verbindung besorgen. Die Signalstreifen W)I, W>2, ibt und \tn entsprechen den Stellen 2^!, 2¹, 2° und 2² eines Digitalsignals. Der Taktstreifen W>j dient der Erzeugung eines Taktsignals, während der Streifen ibb als gemeinsame Verbindung vorgesehen ist. Die Streifen dieser Leiteranordnung 3b\ bis lob stehen mit den entsprechenden Kontakten lai bis lab des Kontaktsatzes la gemäß F i g. I in Kontakt. Die einzelnen Kontakte des Kontaktsatz.es sind wiederum mittels sechs Leitungsdrähten mit den entsprechenden Eingän- so gen 2ai bis 2:ib der Digitalsignalgenerator-Schaltung 2 verbunden.

Fig. 3 zeigt das Schaltbild der Digitalsignalgeneratorschaltung. In F i g. 3 ist der Eingang 2ue, geerdet. Mit Von ist ein Anschluß für eine positive Vorspannung ys bezeichnet, der mit dem positiven Pol einer Stromversorgung verbunden ist. 2°-, 2¹-, 2²- und 2'-Signale werden zu den entsprechenden Signaleingängen 2a.,, 2a₂,2a₅ und 2;ii geführt; außerdem wird das Taktsignal an den Takteingang 2ai angelegt. Mit 2Wn, 2Ki:, 2K:i, 2Ku, <><> 2K)i, 2Ki:, 2K-II, 2Ki:, 2K,i und 2K-,: sind Widerstände Lind mit 2/)ii, 2bu, 2A>ii. 2b-u uiitl 2/v,i Inverter bezeichnet, während mit 2/>i:, 2/'::, 2/>i: und 2hi: /MTipflops bezeichnet sind, die durch eine integrierte MOS-Sehaluing gebildet sein können. \i

Die Wirkungsweise der obigen Anlage wird in Verbindung mit F i g. 4 beschrieben, die den Mantel der Trommel 1Λ abgewickelt zeigt. Da der Eingang 2u_b geerdet ist, stellen alle schraffierten Teilslücke der Leiteranordnung den Pegel ·>()« dar. Wenn das Gaspedal 3 niedergedrückt wird, wird die Trommel IΛ zusammen mit der Welle Ic bezüglich des Kontaklsat zes la verdreht. Wenn die Trommel \b in die Stellung kommt, bei der die Kontakte lai bis Iah auf einer Linie Jl in Fi g. 4 liegen, nimmt das 2°-Signal am Signaleingang 2a.i durch den Widerstand 2ΛΉ den Pegel »1« an, während durch ilen Inverter 2b\\ ein Signal mit dem Pegel »()<( an den Dateneingang D des D-Flipllops 2b\< geschallet wird. In ähnlicher Weise erhält das 2'-Signal am Signaleingang 2:i₂ durch den Widersland 2K?i den Pegel »I«, während tier Daleneingang I) des DTTipflops 2b>2 über den Inverter 2/\>i auf den Pegel »0« gelegt wird. Das 2²-Signal am Signaleingang 2a-, und das 2'-Signal am Signaleingang 2ai besitzen den Pegel »0«, so daß tlie entsprechenden Dateneingänge D der D-Flipflops 2bi2 und 2642 über die Inverter 2b\\ und 2/>.,i auf den Pegel »I« gelegt werden. Unterdessen liegt das Taktsignal am Takteingang 2aj auf dem Pegel »0«, wodurch die Takteingänge ("der einzelnen /J-Ripflops 2b\2, 2t>27, 26)2 und 2642 über den Inverter 2£>₅i auf den Pegel »1« gelegt werden und das Signal vom Dateneinang D eines .jeden F'lipflops an seinem Ausgang Q erscheint. Daher erhalten die Ausgangssi- ^nale an den Signalausgängcn 2.I-/ und 2an, die die Stellen 2° bzw. 2¹ des Digitalsignals darstellen, den Pegel »()<;, während die den Stellen 2² bzw. 2' entsprechenden Signalausgänge 2ao und 2ai₀ den Pegel »1« aufweisen. Auf diese Weise kann das Ausmali des Niederdrückens des Gaspedals 3, d. h. also der Drosselklappen-Öffnung durch ein 4-Bit-Digitalsignal, dargestellt werden. Wenn die Trommel Ib infolge eines weiteren Niederdrückens des Gaspedals 3 zu einer Stellung weitergedreht wird, bei der die Kontakte lai bis lab auf einer Linie 3Γ in F i g. 4 liegen, erhält das Signal am Takteingang 2a^ den Pegel »1«, so daß die Takteingänge C der D-Flipflops 2b\2, 2Ö22, 2Ö32 und 2Ö42 über den Inverter 2b$\ auf den Pegel »0« gelegt werden. Auf diese Weise wird an den Signalausgängcn 2<)7 bis 2aiodas vorhergehende Digitalsignal beibehalten.

Wenn bei fortgesetztem Niederdrücken des Gaspedals 3 die Trommel \b noch weiter in eine Stellung gedreht wird, bei der die Kontakte lai bis Ia₆ auf einer Linie 33 in F i g. 4 liegen, fällt der Pegel des Taktsignals an dem Takteingang 2a3 wieder auf den Wert »0«, so daß zu diesem Zeitpunkt die Pegel »I«, »1«, »0« und »1« von den Dateneingängen D der entsprechenden FlipHops 2£>i2, 2£>22, 2Z>32 und 2bw in dieser Form an den jeweiligen Signalausgängen 2a7 bis 2a_!0 als 4· Bit-Digitalsignal erscheinen.

Es wird im folgenden der Einfluß der Anordnung de«; Taktstreifens in der Mitte der Gesamtanordnung nach Fig.4 erörtert. Zum Vergleich ist in Fig.5a eine entsprechende Leiteranordnung mit Signalstreifen für die Stellen 2°, 2', 2² und 2ⁱ eines Digitalsignals, einem gemeinsamen Streifen 16h' und keinem Taktstreifen dargestellt. Es ist sehr schwierig, bei der Herstellung eines derartigen Fühlers die mit der Trommel ir Berührung stehenden Spitzen der Kontakte de; Kontaktsatzes genau aiii einer Linie rechtwinklig zui Streifenanordnung auszurichten. Tatsächlich liegen dii Kontaktspit/.en daher gewöhnlich um eine Fluchtlinie herum, wie es in T' i g. 5a durch Punkte gezeigt ist. Wem in einem solchen Fail die Trommel in eine Stelluni gelangt, bei der die Kontakte auf einer Linie 43 ii F i g. 5a liegen sollten, haben die Signale für die Stellet 2°, 2¹ und 2² des Digitalsignals den Pegel »1«, wahrem

das Signal für die Stelle 2^J den Pegel »0« aufweist. Dies führt zu einem falschen Meßwert, da das Signal dasselbe ist, wie es sein würde, wenn die Kontakte auf der Linie 43' in Fig.5a lägen. Solche falschen Meßwerte lassen sich durch den crfindungsgemälJcn Taktsircifen 161 für das Taktsignal, wie er in Fig.4 gezeigt ist, vermeiden, da das digitale Meßsignal nur für solche Stellungen der Trommel 16 erfaßt werden, bei denen das Taktsignal vom Taktstreifen den Pegel »0« aufweist.

Bei der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform liegt der Taktstreifen 16j etwa in der Mitte der gesamten Leiteranordnung. F i g. 5b zeigt zum Vergleich einen Fall, bei dem der Taktstreifen Ib/ am Rand der gesamten Leiteranordnung liegt. Es kann aufgrund äußerer Einwirkungen, wie z. B. Erschütterungen, vorkommen, daß die Spitzen der Kontakte des Kontaktsatzes Iu nicht auf der Linie 44 rechtwinklig zu den Streifen, sondern schräg auf einer Linie 44' liegen. Infolge solcher äußeren Einwirkungen kann die Abweichung der Lage der Kontakte noch größer werden, als es aufgrund der anhand von Fig. 5a beschriebenen Ursache der Fall ist. Eine solche Abweichung führt dann zu einem falschen Mcßsignal, wenn der Winkel (-) zwischen der tatsächlichen Linie 44' und der Soll-Linie 44 einen bestimmten Wert überschreitet. Da folgende Gleichung gegeben ist:

I₄=I₂- tan W,

wobei mit h und A die in F i g. 5b eingezeichneten Längen gemeint sind, wird durch die Anordnung von Fig. 4, bei der der Taktstreifen 16j für das Taktsignal etwa in der Mitte angeordnet ist, ein solcher auf einem Verkanten beruhender Fehler verringert, denn bei gleichem Winkel H isi die Länge der Auslenkung /) s (F i g. 4) kleiner als die vergleichbare Länge /ι in I·' i g. 5b. Dies rührt von der Tatsache her, daß die Lange /| (F i g. 4), die etwa der halben Tronimclbreile entspricht, kleiner als die vergleichbare Länge /> (Fig. 5b) ist. welche der ganzen Trommelbreite entspricht. Damit in gilt:

/j=/i · tan θ .

Während in der vorstehenden Ausführung in der Digitalsignalgcncra torschaltung D-Flipflops benutzt

is werden, können gleiche Wirkungen auch durch Verwendung von ÄS-Flipflops oder durch //C-Flipflops erzielt werden. Ebenso kann cine inverse Arbeitsweise zum Erreichen gleicher Wirkungen dadurch erzielt werden, daß die gemeinsame Verbindung aller leitenden

jo Strcifenteileden Pegel »1« erhält.

Selbstverständlich kann zum Verändern der relativen Stellung der Trommel 16 gegenüber dem Kontaktsatz la anstelle der in der vorstehenden Ausführung vorgesehenen Drehung der Trommel 16 der Kontakt-

2s satz la bewegt werden. Weiterhin muß das in der vorstehenden Ausführung durch die Trommel Ii gebildete Codierclcmcnt nicht zylindrisch, sondern kann flach sein, wobei dann die relative Bewegung gradlinig wäre.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   !. Fühler zur Erzeugung eines digitalen Meßsigiinls mit mehreren Binärstellen, das tier relativen "> Stellung eines beweglichen Teiles in bezug auf einen t'ix.punkt entspricht, mit einem C'odierelemeni, das hui' einer Oberfläche den einzelnen Riniirstcllen zugeordnete parallele Signalstreil'en aus elektrisch leitenden und nichtleitenden Hureichen aufweist, i<> wobei alle leitenden Bereiche des Codierelemenles untereinander verbunden sind, und mit einem relativ zum C'oclierelement beweglichen Kentaktsatz mit jeweils einem .Signalkontakt pro Signalstreil'en zur Abtastung der Signalstreifcn, wobei das Codierelement ferner eine Hinriehiung mit in konstanter Teilung abwechselnden Bereichen einer ersten und einer zweiten Art enthält, ;! a d u r c h g e k c η η ζ e i c h net, dal.i zwischen einer auf beiden Seiten annähernd gleichgroßen Zahl von Signalstreil'en jn zusätzlich ein den Signals!reifen (ibt, ibt, Ifa, \l>,) ähnlicher und zu diesen paralleler Taktstreifen (löj) mit abwechselnd leitenden und nichtleitenden Bereichen sowie einem eigenen Taktkontakt (l.ij) des Kontaktsatzes {[11) angeordnet ist, und daß eine Speicherschaltung (Fig. J) vorgesehen ist, deren Signaleingänge (2.7|, 2;/2, 2iu, 2ih) jeweils mit. einem Signalkontakt (l;/|, l;/2, 1<'4, l.'s) verbunden sind, und deren Takteingang (2.7j) mit dem Taktkontakt verbunden ist, wobei die an den Signaleingängen anstehenden Signale nur bei einem Signal am Takteingang in die Speicherschaltung und zu deren Signalausgängen (2:ij bis 2,Ίιο) übernehmbar sind.
2. 2 Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Codierelement eine zylindrische Trommel (ib) ist, die mittels einer an ihr fest angebrachten Welle (Ir,¹ verstellbar ist.
3. 3. Fühler nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem bewegten Teil, dessen relative Stellung in ein digitales Mcßsignal umgesetzt werden soll, um ein Gaspedal (3) handelt, das mit der Welle (Ic,)gekuppelt ist.