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Beschreibung:
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Wegmeßgeber nach Art eines Schiebewiderstandes,
wobei ein entlang einer Widerstandsleiterbahn verschieblich angeordnetes Abgriffselement
als Bestandteil eines Meß- oder Steuerkreises vorgesehen ist.
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Ein Schiebewiderstand läßt sich mittels des als Reiter längs des
Widerstands über die Widerstandsleiterbahn verschieblich angeordneten Abgriffselements
als Wegmeßgeber benutzen. Je nach Stellung des Schiebers greift dieser aufgrund
des sich in Abhängigkeit von seiner Stellung ändernden Spannungsabfalls eine Teilspannung
ab, die zum Abstand des Schiebers vom Ende des Widerstands proportional ist. Verbindet
man den Schieber beispielsweise mit einem relativ zur ortsfest angeordneten Widerstandsleitbahn
verfahrbaren Gegenstand, so läßt sich über die im Meßkreis zur Anzeige bringbare
abgegriffene Teilspannung reproduzierbar die Stellung des Gegenstandes bestimmen.
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Schiebewiderstände herkörnmlicher Art sind aber nicht besonders handlich
und lassen sich auch nicht überall mit Vorteil einsetzen. Ein solcher Wegmeßgeber
ist auch störanfällig wegen der verschleißfördernden Lagerung des Schiebers auf
der Widerstandsleiterbahn.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten
und demgemäß preiswert herzustellenden
Wegmeßgeber vorzuschlagen,
der bei platzsparender Ausführbarkeit praktisch nicht verschleißbehaftet ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe im wesentlichen und in erster Linie
dadurch, daß die Widerstandsbahn aus einem im Siebdruckverfahren aus Leitsilber,
Graphit, einer Mischung dieser Stoffe od.dgl. auf ein flächiges Substrat wie Kunststoffolie
aufgebrachten Druck besteht, der auf der Außenseite durch einen Siebdruckauftrag
aus Isolierstoff wie Lack kaschiert ist und daß das Abgriffselement aus einer eine
Kondensatorplatte darstellenden Leiterbahnfläche besteht, die die seiner Stellung
auf der Widerstandsleiterbahn entsprechende Spannung kapazitiv aus dieser auskoppelt.
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Der Wegmeßgeber nach der Erfindung läßt sich im wesentlichen vollständig
oder doch nahezu vollständig im Siebdruckverfahren herstellen, welches ein preiswertes
Verfahren ist, um große Stückzahlen gleichbleibender Qualität an Meßwertgebern herstellen
zu können. Die im wesentlichen lediglich in der Ebene der zu bedruckenden Substratfläche
angeordneten Leiterbahnen tragen kaum auf; hieraus ergibt sich ein äußerst flacher
Meßstreifen. Da sich die iderstandsleiterbahn auch auf flexible Kunststoffolien
als Substrate ohne weiteres aufdrucken läßt, sind den räumlichen Gegebenheiten für
die Anbringung des Meßstreifens kaum Beschränkungen auferlegt.
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Das die Widerstandsbahn tragende Substrat kann ein langgestreckter
mehr oder weniger breiter Streifen sein, der sich auf eine ebene bzw. plane Fläche
aufbringen, z.B. aufkleben
läßt. Ist das Substrat flexibel, läßt
sich der Meßstreifen auch z.B. auf die Außenfläche eines Zylinders oder die Innenfläche
eines Hohlzylinders, also konvex oder konkav gewölbt, aufbringen. Auch läßt sich
die Widerstandsleiterbahn in Kreisform oder in Kreisringform zur Bildung eines Winkel
Wegmeßgebers anordnen. Wesentlich ist, daß das Substrat mit der Widerstandsleiterbahn
und der Isolierschicht nur eine sehr geringe Dicke von z.B. unter 1 mm aufzuweisen
braucht.
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Auch das Abgreifelement kann im wesentlichen folienhaft ausgebildet
sein. Um die notwendige, als Kondensatorplättchen wirkende, Leiterbahn zu erzielen,
kann ein folienhaftes Kunststoffteil, z.B. ein das Substrat umgreifender Schieber,
aus einer Kunststoffolie vorgesehen werden.
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Die streifenförmig bedruckten Substrate können praktisch unbegrenzt
lang sein, wenn man die Widerstandsleiterbahnen im Rotationssiebdruck aufträgt.
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Der Wegmeßgeber nach der Erfindung ist weiterhin durch dichtgedrängten,
mäander- bzw. zick-zack-förmigen Verlauf der Widerstandsleiterbahn auf der Substratfläche
gekennzeichnet. Je länger die auf dem Substrat unterzubringende Widerstandsleiterbahn
ist, um so genauer und eindeutiger reproduzierbar sind die im Meßkreis abgegriffenen
Teilspannungswerte. In diesem Zusammenhang sieht ein besonders vorteilhafter Vorschlag
nach der Erfindung vor, daß die Widerstandsleiterbahn in zwei Ebenen zu beiden Seiten
und um die Längsränder einer die Leiterebenen unterteilenden Isolierschicht verläuft,
derart, daß wenigstens eine streifenförmige Mittenzone längs des Wegmeßgebers ausgebildet
ist, in deren flächennormaler
Projektion stets ein Widerstandsleiterbahnabschnitt
vorliegt. Bei dieser Ausführung windet sich die Widerstandsleiterbahn gewissermaßen
um die dazwischen angeordnete Isolierschicht herum und erhält dadurch die Konfiguration
einer extrem flachen Spule, deren Längsachse in Längsrichtung des Substrats und
zu diesem parallel verläuft. Der besondere Vorteil dieser Anordnung, die mit geringem
Aufwand ebenfalls vollständig im Siebdruckverfahren hergestellt werden kann, besteht
darin, daß an jeder beliebigen Abgriffsstelle längs des Meßstreifens im Überdeckungsbereich
des Abgriffselements ein Leiterbahnabschnitt liegt. Unter Verwendung eines solchen
"Spulenmeßstreifens" ergeben sich besonders feine Meßwertdifferenzen, wenn das Abgriffselement
in Richtung des Meßstreifens auch nur geringfügig verschoben wird.
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Mit einem einfachen Wegmeßgeber der bisher geschilderten Art läßt
sich eine eindimensionale Strecken-Standortbestimmung vornehmen. Ein rechtwinkliges
Koordinatensystem läßt sich exakt reproduzierbar abtasten bzw. durch Vorgabe von
Teilspannungs-Werten ansteuern, wenn entsprechend einem weiteren, auf dem geschilderten
Prinzig aufbauenden Vorschlag der Erfindung in der Ebene eines ersten Wegmeßgebers
und an ihm entlangführbar ein zweiter Wegmeßgeber vorgesehen ist, dessen Längsachse
mit der des ersten Meßweggebers einen Winkel von 900 einschließt und das dem ersten
Wegmeßgeber zugeordnete Abgriffselement bewegungseinheitlich mit dem zweiten Wegmeßgeber
verbunden ist. Erstreckt sich z.B. der erste Wegmeßgeber entlang einer x-Achse und
der zweite entlang einer senkrecht dazu in derselben Ebene angeordneten y-Achse,
lassen sich jeder Koordinate (x, y) zwei Spannungswerte zuordnen, deren
einer
vom ersten Wegmeßgeber und deren zweiter vom zweiten Wegmeßgeber kapazitiv ausgekoppelt
wird. Da die Meßwerte reproduzierbar sind, eignet sich dieser zweidimensionale Meßwertgeber
auch zur Ansteuerung von Koordinaten. So könnte man beispielsweise bei einem Plotter
durch Eingabe der gewünschten Koordinaten, die in die entsprechenden Teilspannungswerte
umgerechnet werden, den Schreibstiftschlitten in x- und in y-Richtung so weit verfahren,
bis die gemessenen Ist-Spannungen mit den vorgegebenen Soll-Spannungen übereinstimmen
und sich der Schreibstift dann an der gewünschten Koordinate befindet.
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Eine dreidimensionale Meßvorrichtung läßt sich selbstverständlich
ebenfalls realisieren, wenn ein dritter Meßwertgeber vorgesehen ist, dessen Längsachse
zu den Längsachsen des ersten und des zweiten Wegmeßgebers jeweils einen Winkel
0 von 90 einschließt. Jeder beliebigen Koordinate (x, y, z) lassen sich demzufolge
drei Spannungen Ux, Uy und Uz zur eindeutigen Lokalisierung zuordnen.
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Die Erfindung versteht sich im übrigen am besten aus der nachfolgenden
Beschreibung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. In
den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine schematisierte Darstellung eines linearen Wegmeßgebers,
Fig. 2 eine ebenfalls schematisierte Darstellung einer doppelten Wegmeßgeberanordnung
zur Koordinatenbestimmung in einem rechtwinkligen, zweiachsigen Koordinatensystem,
Fig.
3 eine schaubildliche Ansicht einer beispielhaften Gestaltungsform für einen Meßstreifen
und Fig. 4 eine schematisierte Ansicht des Meßstreifens nach Fig. 3.
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Grundlage des linearen Wegmeßgebers nach Fig. 1 ist ein streifenförmiges
Substrat 10, beispielsweise eine, ggf.
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auf der Rückseite klebebeschichtete, Polyesterfolie. Auf deren Oberfläche
11 ist ein im wesentlichen zick-zack- oder mäanderförmiges Band 12 aus Leitsilber,
Graphit, einer Mischung dieser Stoffe od.dgl. im Siebdruckverfahren aufgedruckt.
Sämtliche Abschnitte 13, 14 der Widerstandsleiterbahn 12 sind zusammenhängend und
gleichzeitig mit einem Siebdruckauftrag aufgebracht, so daß eine einzige zusammenhängende
Widerstandsleiterbahn zwischen den beiden äußersten Anschlußenden 15 und 16 verläuft.
Die einzelnen Abschnitte 13 und 14 sollen dabei dichtgedrängt aneinandergerückt
sein, so daß die Abstände zwischen ihnen möglichst gering sind. Die Widerstandsleiterbahn
12 wird nach außen hin durch einen in Fig. 1 nicht dargestellten Siebdruckauftrag
aus einem Isoliermittel, insbesondere aus einem Ein- oder Mehrkomponentenisolierlack
mechanisch geschützt und elektrisch isoliert. Auch diese Schicht wird vorzugsweise
siebgedruckt.
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Die Widerstandsleiterbahn 12 erhält über ihren Anschlußabschnitt
15 von einer Gleichspannungsquelle UB die Betriebsspannung und ist mit dem Anschluß
16 an Masse 17 gelegt.
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In Längsrichtung 18 des Meßstreifens ändert sich somit das Potential
vom ert der Betriebsspannung UB auf den Wert Null.
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Das jeweilige Potential läßt sich mit einem Abgriffselement 19 kapazitiv
auskoppeln, das in und entgegen der Pfeilrichtung 18 bezüglich des Meßstreifens
auf nicht dargestellte, geeignete Weise längsgeführt angeordnet ist. Das Abgriffselement
19 besitzt wenigstens eine Leiterbahn 20, die beim Ausführungsbeispiel als Kreisring
dargestellt ist und die den Pol eines Kondensators bildet, dessen anderer Pol aus
dem jeweils überdeckten Bereich der Widerstandsleiterbahn 12 besteht. Wie ersichtlich,
ist das Abgriffselement 19 an einen Meßkreis 21 über Leitungen 22 und 23 an Masse
17 geschaltet.
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Mit 24 ist ein Voltmeter bezeichnet, welches die der jeweiligen Zuordnung
des Abgriffselements 19 zur Widerstandsleiterbahn 12 entsprechende Teilspannung
mißt und ggf. anzeigt. Üblicherweise ist anstelle des dargestellten Voltmessers
24 eine Auswerteschaltung in den Meßkreis 21 eingeschleift.
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Der Anfang der Widerstandsleiterbahn 12 beim Anschluß 15 oder das
Ende bei 16 bilden den Bezugsnullpunkt der Meßeinrichtung. Die in den Meßkreis 21
ausgekoppelte Spannung ist umso höher, je geringer der Abstand zwischen dem Abgriffselement
19 und dem Anschlußende 15 der Widerstandsleiterbahn ist und geht gegen Null, wenn
das Abgriffselement 19 zu dem am Potential anliegenden Widerstandsleiterbahnende
16 rückt.
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Die bei 24 zu messenden Spannungswerte ändern sich linear und sind
wegen ihrer eindeutigen Zuordnung zur Stellung des Abgriffselements reproduzierbar.
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Die kapazitive Auskopplung der vom Abgriffselement 19 abgegriffenen
Teilspannung bzw. des abgegriffenen Potentials
besitzt den erheblichen
Vorteil, daß die Meßleitung 21 und damit die Messung selbst, die Primärspannung
des Meßstreifens S nicht belastet.
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Fig. 2 veranschaulicht eine Doppelanordnung derjenigen nach Fig.
1. Zunächst ist wiederum ein erstes Substrat 10 mit darauf aufgedruckter und anschließend
isolierter Widerstandsleiterbahn 12 vorgesehen, welches sich in y-Richtung längserstreckt.
Zur kapazitiven Auskopplung ist auch hier ein Abgriffselement 19, in und entgegen
der y-Richtung verschiebbar angeordnet. Wiederum liegt der Anfang 15 der Widerstandsleiterbahn
12 am Potential einer Spannungsquelle UB und das andere Ende 16 ist gegen Masse
17 geschaltet.
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Das Abgriffselement 19 ist bewegungseinheitlich mit einem zweiten
Meßstreifen S' verbunden, der gleich lang, kürzer oder länger als der erste Meßstreifen
S sein kann und analog aufgebaut ist. Auch hier liegt ein Substrat 10' vor mit aufgedruckter
Widerstandsleiterbahn 12', den entsprechenden Anschlußenden 15' und 16' und einem
in Längsrichtung des Streifens 10', also in und entgegen der Richtung x verfahr-oder
verschiebbaren Abgriffselement 19'. x- und y-Richtung stehen beim Ausführungsbeispiel
unter einem rechten Winkel.
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Wird der Meßstreifen S' in y-Richtung am Meßstreifen S entlang verfahren,
ändert sich das durch das Abgriffselement 19 vom ersten Meßstreifen S abgegriffene
Potential im Meßkreis 21, wohingegen sich in dem an das zweite Abgriffslement 19'
angeschalteten Meßkreis 25 die Spannung (Voltmeter 26) erst dann ändert, wenn das
Abgriffselement 19' in oder entgegen der x-Richtung längs des Meßstreifens S' verfahren
wird. Jede
Koordinate (x, y), an der sich das Abgriffselement 19'
jeweils befindet, wird eindeutig und reproduzierbar durch die beiden Spannungswerte
Ux und Uy dargestellt.
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Wie weiter oben bereits erwähnt, sollen die einzelnen Abschnitte
13 und 14 (bzw. 13' und 14') der Widerstandsleiterbahn möglichst dichtgedrängt aneinander
angeordnet werden.
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Eine in diesem Sinne dichteste Packung ergibt sich bei einer Ausbildung
des ,dePJstreifens S nach den Fig. 3 und 4. Hier ist auf die Fläche 11 des Substrats
10 zunächst eine Schicht aus Leitsilber, Graphit od.dgl. aufgedruckt, die aus einzelnen,
bandartig mit geringem Abstand nebeneinander angeordneten, jeweils streifenförmigen
Leiterbahnabschnitten 14 besteht.
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Deren "Bandbreite" ist mit B bezeichnet. Darüber ist eine Isolierschicht
27, wiederum im Siebdruckverfahren, aufgedruckt, die z.B. aus einem unter UV-Licht
aushärtenden Isolierlack bestehen kann. Die Breite dieser Isolierschicht b ist geringer
als die Bandbreite B, so daß über den Längsrand der Isolierschicht 27 die Widerstandsleiterbahnabschnitte
14 mit Anschlußenden 14a vorstehen. Über die bisher gedruckte Anordnung wird dann
eine zweite Leiterbahnabschnittschicht gedruckt, die aus den geometrisch ähnlich
angeordneten Leiterbahnstreifen 13 bestehen. Jeder einzelne Leiterbahnstreifen 13
steht mit seinen über die Längsränder der Isolierschicht 27 überragenden Abschnitten
13a mit den Anschlußenden 14a der Leiterbahnabschnitte 14 in leitender Verbindung
derart, daß jeweils ein Leiterbahnabschnitt 13 die einander an gegenüberliegenden
Seitenrändern der Isolierschicht 27 hervortretenden Anschlußenden 14a zweier in
Längsrichtung des Streifens S aufeinanderfolgender Widerstandsbahnabschnitte 14
miteinander
verbindet. Es entsteht somit ein durchgehender, um die Isolierschicht 27 spulenartig
"herumgewickelter" bei 15 beginnender und bei 16 endender Widerstandsleiterbahnzug.
Die einzelnen Leiterbahnabschnitte 14 und 13 sollen jeweils möglichst dicht beieinander
liegen, so daß mindestens in einem mittleren bandartigen Bereich, der hier grob
mit 28 bezeichnet ist, in der ebenennormalen Projektion, also in Aufsicht auf die
Fig. 4, an jeder beliebigen Stelle längs des Streifens S entweder auf der Oberseite
oder auf der Unterseite der Zwischenschicht 27 lückenlos ein Leiterbahnabschnitt
13 oder ein Leiterbahnabschnitt 14 vorliegt.
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Zur elektrischen Isolierung und zum mechanischen Schutz ist als äußerste
Schicht auf das Substrat 10 und die darauf bis dahin aufgebrachten Schichten noch
eine Isolierlackschicht 29 aufgedruckt, die bis auf die austretenden Abschnitte
15 und 16 auch die seitlichen Ränder der elektrisch leitenden Aufdruckschichten
abdeckt (Fig. 3).