DE3538455C2 - Mit elektrostatischer kapazitaet arbeitender encoder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mit elektrostatischer Kapazität arbeitenden Encoder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein derartiger Encoder ist aus der US 42 38 781 bekannt. Bei diesem Encoder kommen als Sendeelektroden vier Vollkreis-Viertelsegmente zum Einsatz, denen zwei im wesentlichen nierenförmige Empfangselektroden auf der drehbaren Scheibe gegenüberliegen, die auf dieser Scheibe drehsymmetrisch um die Achse mit einem Abstand von 180° angeordnet sind. Mit diesen Empfangselektroden sind Koppelelektroden elektrisch verbunden, die auf der Rückseite der drehbaren Scheibe angeordnet sind und aus zwei konzentrischen Ringen bestehen. Diesem Ringmuster entsprechen die Ausgangselektroden auf der anderen ortsfesten Scheibe. Die Elektrodengeometrie, insbesondere die Geometrie der Empfangs- und der Sendeelektroden, dieses bekannten Encoders gewährleistet keine hinreichend feine Auslösung.

Aus der GB 21 33 889 ist ein Encoder bekannt, der zwei unterschiedlich konfigurierte Scheiben aufweist, wobei auf der Scheibe mit den Sendeelektroden eine ineinander verzahnte Elektrodenanordnung vorgesehen ist und wobei eine kreisförmige Empfangselektrode mit den Kreis radial durchsetzenden, strichförmigen Elektrodenabschnitten vorgesehen ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Encoder der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der im Hinblick auf seine Auflösung verbessert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Verbesserung der Elektrodenanordnung auf den Oberflächen der drehbaren Scheibe und der ersten und zweiten ortsfesten Scheiben die Möglichkeit schafft, einen Encoder vom elektrostatischen Kapazitätstyp in kleinerer Ausführung zu entwerfen und die Erfassungsgenauigkeit zu erhöhen.

Demnach sind sämtliche Elektroden am äußeren Umfangsrand der jeweiligen Scheiben angeordnet und entweder als einzelne Ringe oder als Ringsegmente ausgebildet, wobei eine hohe Auflösung des Encoders dadurch erreicht wird, daß eine Vielzahl von segmentartigen Sendeelektroden vorgesehen ist, die von ebenfalls ringsegmentförmigen Empfangselektroden abgetastet werden.

Da der Abstand zwischen der ersten und zweiten ortsfesten Scheibe und der drehbaren Scheibe äußerst eng ist, besteht kein großer Unterschied in der Dicke in Richtung der Drehwelle im Vergleich zur Dicke eines herkömmlichen Encoders, welcher dadurch geschaffen wird, daß nur die drehbare Scheibe und die ortsfeste Scheibe angeordnet werden, selbst dann wenn die erste und zweite ortsfeste Scheibe gegenüberliegend angeordnet sind und die drehbare Scheibe dazwischen liegt, wie es die vorliegende Erfindung zeigt.

Da erfindungsgemäß die Sende- und die Ausgangselektrode auf gesonderten ortsfesten Scheiben vorgesehen sind, können die Sendeelektroden und die Empfangselektroden auf den ortsfesten Scheiben mit kleinere Abmessungen und mit mehr Zwischenraum angeordnet werden, so daß der Encoder kleiner entwickelt werden kann.

Da ferner erfindungsgemäß die Sendeelektroden und die Ausgangselektrode auf den gesonderten ortsfesten Scheiben vorgesehen sind, können die den Sendeelektroden zugeordneten elektrischen Schaltkreise und die Ausgangs-Elektrode freiliegend auf den betreffenden ortsfesten Scheiben angeordnet sein, und der Abstand zwischen diesen Schaltkreisen kann sicherheitshalber weit genug sein, so daß von der Überlagerung der elektrostatischen Kapazität herrührenden Störungen sich nicht in den Schaltkreis der Ausgangselektrode mischen, und der Betrag der Verdrehung in der drehbaren Scheibe kann mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.

Des weiteren ist erfindungsgemäß der elektrische Schaltkreis, welcher die Spannung an die Sendeelektroden legt, auf der ersten ortsfesten Scheibe vorgesehen, und der elektrische Schaltkreis zur Weiterverarbeitung des von der Ausgangsspannung herrührenden Signals ist auf der zweiten ortsfesten Scheibe vorgesehen. Eine solche gesonderte Anordnung der betreffenden elektrischen Schaltkreise voneinander kann eine gegenseitige Beeinflussung ausschließen und kann eine Verringerung der Meßgenauigkeit verhindern, welche ansonsten ihre Ursache in der Einmischung von Störungen haben kann.

Wie vorstehend beschrieben, wird es durch einen erfindungsgemäßen Encoder vom elektrostatischen Typ möglich, die Anordnung mit kleineren Abmessungen zu entwickeln und die Erfassungsgenauigkeit zu erhöhen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels weiter beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausbildung eines Encoders, der mit elektrostatischer Kapazität arbeitet, nach der Lehre der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Elektroden-Anordnung im Encoder gemäß Fig. 1.

Fig. 3 und 4 zeigen die Verdrahtung für die Sende-Elektroden und die Ausgangs-Elektrode im Encoder des Ausführungsbeispieles.

Fig. 5 zeigt den Aufbau eines Meßgerätes, in welchem der erfindungsgemäße Encoder benutzt wird.

Fig. 6 und 7 zeigen eine Ausbildung eines Encoders vom elektrostatischen Kapazitätstyp nach dem Stand der Technik.

Fig. 8 und 9 zeigen die allgemeinen Grundlagen eines Encoders, der nach dem Prinzip der elektrostatischen Kapazität arbeitet, und

Fig. 10 zeigt die Verdrahtung zu den Sende-Elektroden und zur Ausgangs-Elektrode des Kapazitäts- Encoders nach dem Stand der Technik.

In den Fig. 6 und 7 ist ein zum Stand der Technik gehörender, auf Ladungsverschiebung beruhender Encoder beschrieben. Dieser Encoder enthält eine scheibenförmige Platte 10, die an einer Rotationswelle 10a drehbeweglich befestigt ist, welche am Gehäuse angebracht ist, und eine ortsfeste, auf dem Gehäuse gegenüber der drehbaren Scheibe 10 angebrachte Scheibe, um den Betrag der Drehverschiebung der drehbaren Scheibe 10 gegen die ortsfeste Scheibe 12 zu ermitteln.

Dementsprechend sind auf der Oberfläche der ortsfesten Scheibe 12 eine Vielzahl von Sende-Elektroden 14 angeordnet, deren Zwischenabstand in Umfangsrichtung gleich ist. Mit diesen Elektroden 14 ist ein Schaltkreis 16 zur Spannungsbeaufschlagung verbunden, um nacheinander einen Wechselstrom mit Sinus- und Rechteckwellenform und mit einer Phasenverschiebung vorgegebener Größe, in der Darstellung beispielsweise π/4, anzulegen, und mehrere Einheiten von Elektrodengruppen 100 werden gebildet mit 8 Phasen-Elektroden als eine Einheit.

Andererseits sind auf der Oberfläche der drehbaren Scheibe 10 Empfangselektroden 18 in einer den Einheiten der Elektrodengruppe 100 entspechenden Anzahl angebracht, so daß sie einer Reihe von vorgegebenen Sende-Elektroden 14 gegenüberliegen können, welche in den betreffenden Einheiten der Elektrodengruppen 100 enthalten sind. In der Darstellung gemäß Fig. 7 ist die Empfangs-Elektrode 18 so angebracht, daß sie sich über vier aufeinanderfolgende Sende-Elektroden 14 erstreckt, denen sie gegenüberliegt, d. h., daß an der Sende-Elektrode eine Referenzspannung V₁ angelegt ist, und an die Sende-Elektroden entsprechende Spannungen V₂, V₃ und V₄ mit Phasenverschiebungen von π/4, 2π/4 und 3π/4 von der Referenzspannung V₁ angelegt sind.

Weiterhin ist auf der Oberfläche der drehbaren Scheibe 10 eine Masse-Elektrode 20 vorgesehen, die zwischen den jeweiligen Empfangs-Elektroden 18 gegenüber den Sende-Elektroden 14 liegt, an welche die gegenüber der Referenzspannung V₁ um 4π/4, 5π/4, 6π/4 und 7π/4 phasenverschobene Spannungen angelegt sind, um eine Beeinflussung elektrostatischen Kapazität zu verhindern, die zwischen den betreffenden Empfangs-Elektroden 18 und anderen Quellen auftritt. Wenn in der oben beschriebenen Zusammenstellung die drehbare Scheibe 10 gedreht wird, so wird das auf der elektrostatischen Kapazität beruhende Signal im periodischen Wechsel und in Übereinstimmung mit dem Betrag der Verdrehung in der drehbaren Scheibe 10 von den Empfangselektroden 18 durch eine Relativbewegung zwischen den Sende-Elektroden 14 und den Empfangs-Elektroden 18 festgestellt.

In Fig. 8 ist in einer schematischen Darstellung die relative Zuordnung zwischen den Sende-Elektroden 14, den Empfangs- Elektroden 18 und der Masse-Elektrode 20 in dem Encoder gemäß Fig. 6 und 7 in einer geradlinigen Anordnung wiedergegeben. Fig. 9 zeigt Vector-Darstellungen von verschiedenen periodischen Wechseln im Kapazitätssignal, welches durch die Empfangs-Elektroden 18 erhalten wird.

Die ermittelte Spannung V₀ des Kapazitätssignales entspricht dem zusammengesetzten Spannungsvektor der betreffenden Sende- Elektroden 14, welche den Empfangs-Elektroden 18 gegenüberliegen. Folglich kann der Betrag der Verdrehung in der drehbaren Scheibe 10 oder in anderen Worten, der relative Betrag der Verschiebung zwischen den Sende-Elektroden 14 und den Empfangs-Elektroden 18 durch Ermittlung des Phasenunterschiedes zwischen dem zusammengesetzten Vector V₀ und Bezugsspannung V₁ erhalten werden. Mit anderen Worten, jede der Sende-Elektroden 14 hat die Weite l und die Empfangs-Elektroden 18 werden jeweils mit einer Weite von 4 l ausgebildet. Wenn die Lage der drehbaren Scheibe 10 zur ortsfesten Scheibe 12 dem in Fig. 8 gezeigten Zustand entspricht, wird die Spannung V₀ entsprechend der Addition der Spannungs-Vectoren V₁, V₂, V₃ und V₄ ausgegeben, die von den Empfangs-Elektroden 18 an die betreffenden Sende-Elektroden 14 angelegt werden, und die Phase R von V₀ bis V₁ wird als die Phasendifferenz ermittelt, die in Fig. 9(a) dargestellt ist.

Im nächsten Stadium, wenn sich die drehbare Scheibe 10 dreht und die Empfangs-Elektroden 18 bewegen sich um l/2 bezüglich der Sende-Elektroden 14, stellt man fest, daß V₀ im Vergleich zu V₁ um R=90 Grad vorgeschoben ist, wie es in Fig. 9(b) gezeigt ist. Wenn sich die drehbare Scheibe 10 weiterdreht, so daß sich die Empfangs-Elektroden 18 um l vom Ausgangszustand weiterbewegen, so eilt die Phase des Kapazitätssignals auf dieselbe Art vor, wie es in Fig. 9(c) gezeigt ist. Wenn die Empfangs- Elektroden 18 um 2 l, 3 l, 4 l, 5 l und 6 l bewegen, so eilen die Phasen des Kapazitätssignales wie in Fig. 9(d) bis (h) gezeigt, im Vergleich zu V₁ voran.

Folglich erhält man durch die Ermittlung der Phasendifferenz R gegenüber der Bezugsspannung V₁ im Kapazitätssignal den Betrag der Verschiebung der Empfangs-Elektroden 18 gegen die Sende-Elektroden, d. h. den Betrag der Verdrehung der drehbaren Scheibe 10 gegen die ortsfeste Scheibe 2.

In der Art, in welcher das von den Empfangs-Elektroden 18 von der Seite der drehbaren Scheibe 10 erzeugte Kapazitätssignal abgegriffen wird, ist dies jedoch mit einem Problem behaftet.

In dem bekannten Encoder gemäß Fig. 7 ist eine ringförmige Ausgangselektrode 22 innerhalb der Sende-Elektroden 14 auf der Oberfläche der ortsfesten Scheibe 12 vorgesehen. Die auf der drehbaren Scheibe 10 vorgesehenen Empfangs- Elektroden 18 sind so ausgebildet, daß sie der auf der ortsfesten Scheibe 12 vorgesehenen Ausgangs-Elektrode 22 gegenüberliegen, um eine elektrische Kopplung zu beiden Elektroden 18 und 22 herzustellen.

In der Zusammenstellung, wie sie oben bereits erwähnt wurde, ist dieser Encoder in der Lage, das Kapazitätssignal gemäß Fig. 9 an seinem Ausgang auszugeben, welches von den Empfangs- Elektroden 18 durch eine elektrostatische Kopplung ohne einen mechanischen Kontakt zwischen der drehbaren Scheibe 10 und der ortsfesten Scheibe 12 erhalten wird.

Deshalb kann anhand eines herkömmlichen Encoders, der mit elektrostatischer Kapazität arbeitet, der Betrag der Verschiebung in der drehbaren Scheibe 10 mit einer einfachen Anordnung und mit hoher Genauigkeit gemessen werden.

In den letzten Jahren entstand jedoch das Bedürfnis, den Encoder, welcher auf dem elektrostatischen Kapazitätsprinzip beruht, mit kleineren Abmessungen und mit geringerem Gewicht zu entwerfen, um die Möglichkeiten für einen tragbaren Einsatz und den Betriebsumfang der Anordnung zu erhöhen, ohne daß die Erfassungsgenauigkeit abnimmt.

Um die vor allem erwünschte Erfassungsgenauigkeit bei dem Encoder vom elektrostatischen Kapazitätstyp zu erhalten, ist es notwendig, die passenden Elektrodenabmessungen und Abstände der betreffenden Elektroden, insbesondere der Sende-Elektroden 14 nach der geforderten Meßauflösung anzulegen.

Da jedoch in dem nach dem Stand der Technik bekannten Kapazitäts-Encoder sowohl die Sende-Elektroden 14 als auch die Ausgangs-Elektrode 22 zusammen auf der ortsfesten Scheibe 12 angeordnet sind, ist eine Vergrößerung der Abmessungen der drehbaren Scheibe 10 und der gegenüberliegenden ortsfesten Scheibe 12 erforderlich, um die Erfassungsgenauigkeit zu erhöhen. Da die Anordnung folglich nicht in radialer Richtung kleiner ausgebildet werden kann, muß dies als Nachteil betrachtet werden.

Da ferner in dem herkömmlichen Encoder die Sende-Elektroden 14 und die Ausgangs-Elektrode 22 nebeneinander auf derselben ortsfesten Scheibe 12 angeordnet sind, tritt eine Beeinflussung der elektrostatischen Kapazität zwischen den Elektroden 14 und 22 auf, und das Ausgangssignal enthält ein Rauschen oder andere Störungen.

Um das oben erwähnte Problem zu lösen, ist es erforderlich, den Abstand zwischen den Sende-Elektroden 14 und der Ausgangs-Elektrode 22 geeignet anzulegen und die ringförmige Masse- Elektrode 24 zwischen den Elektroden 14 und 22 vorzusehen. Infolgedessen ist es unvermeidlich, daß die ortsfeste Scheibe 12 eine größere und kompliziertere Form erhält und darauf ist wieder zurückzufühen, daß die Anordnung in dieser Hinsicht nicht klein genug entwickelt werden kann.

Des weiteren sind die Sende-Elektroden 14 und die Ausgangs- Elektrode 22 in dieser Encoder-Art auf der ortsfesten Scheibe 12 vorgesehen, und so müssen elektrische Schaltkreise 14a und 22a der betreffenden Elektroden 14 und 22 in komplizierter Weise nebeneinander auf der Rückseite der ortsfesten Scheibe 12 angeordnet werden, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Daher beeinflussen sich die beiden Schaltkreise 14a und 20a gegenseitig und so ist der Nachteil unvermeidlich, daß die daher rührenden Störungen die Meßgenauigkeit verringern.

Da der Schaltkreis 16 zum Anlegen der Spannung und der Signal- Detektor 36, die mit den Sende-Elektroden 14 und der Ausgangs- Elektrode 22 verbunden werden sollen, in einem gewissen Abstand voneinander untergebracht werden müssen, um nicht Störungen voneinander aufzufangen, ist viel Platz erforderlich, um diese elektrischen Schaltkreise anzubringen, was bei der Minimierung der gesamten Größe der Anordnung zu Problemen führen kann.

In der folgenden Beschreibung der Erfindung sind gleiche Elemente, die der Anordnung nach dem Stand der Technik, wie er in Fig. 6 bis 10 gezeigt ist, entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die zugehörige Beschreibung wird jeweils ausgelassen.

Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Encoder nach dem elektrostatischen Kapazitätsprinzip. Der Encoder in der vorliegenden Erfindung enthält eine drehbare Scheibe 10, die auf einer Drehwelle 10a montiert ist, welche drehbeweglich am Körper der Anordnung angebracht ist, eine erste ortsfeste Scheibe 30 und eine zweite ortsfeste Scheibe 32, welche mit dem Körper in der Weise verbunden sind, daß sie einander frontal gegenüberstehen, wobei die drehbare Scheibe 10 dazwischen angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung auf den betreffenden Oberflächen der drehbaren Scheibe 10, der ersten und zweiten ortsfesten Scheiben 30 und 32, wobei die drehbare Scheibe 10 in ihren zwei Oberflächen gezeigt wird, welche der ersten stationären Scheibe und der zweiten stationären Scheibe gegenüberliegen.

Auf der Oberfläche der ortsfesten Scheibe 12 sind eine Vielzahl von Sende-Elektroden 14 mit gleichen Zwischenabständen entlang der Umfangsrichtung angeordnet. Mit diesen Elektroden 14 ist ein Schaltkreis 16 zum Anlegen einer Spannung verbunden, mit welcher ein Wechselstrom mit Sinus- oder Rechteckwellenform nacheinander mit einem vorgegebenen Impulsunterschied angelegt wird, in der Ausführung beispielsweise π/4, und mehrere Einheiten von Elektrodengruppen 100 werden mit acht Phasenelektroden als eine Einheit gebildet.

Andererseits ist auf der Oberfläche der drehbaren Scheibe 10 dieselbe Anzahl von Empfangs-Elektroden 18 wie die Anzahl der Elektrodengruppen 100 angeordnet, so daß sie einer Folge von vorgegebenen Sende-Elektroden 14 gegenüberstehen, die in den betreffenden Einheiten der Elektrodengruppen 100 enthalten sind.

Des weiteren ist auf der Oberfläche der drehbaren Scheibe 10 eine mit Erde verbundene Masse-Elektrode 20 zwischen den betreffenden Empfangselektroden 18 bereitgestellt, um eine Beeinflussung der elektrostatischen Kapazität zu verhindern, welche zwischen den betreffenden Empfangselektroden 18 und von anderen Quellen herrühren kann.

Deshalb wird die Spannung V₀, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, von den Empfangs-Elektroden 18 entsprechend dem Betrag der Verdrehung der drehbaren Scheibe 10 induziert.

Erfindungsgemäß ist eine Koppel-Elektrode 34 auf der Oberfläche der rotierenden Scheibe 10 gegenüber der zweiten stationären Scheibe 32 vorgesehen, um die Spannung V₀ abzugreifen, die durch die auf der drehbaren Scheibe 10 ausgebildeten Empfangs-Elektroden 18 erhalten wird. Die Koppel-Elektrode 34 ist elektrisch mit den betreffenden Empfangs-Elektroden 18 verbunden.

Im Ausführungsbeispiel ist die Koppel-Elektrode 34 ringförmig in Umfangsrichtung auf der drehbaren Scheibe 10 ausgebildet.

Auf der Oberfläche der zweiten stationären Scheibe 32 ist eine Ausgangs-Elektrode 22 gegenüber der Koppel-Elektrode 34 vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist diese Ausgangs-Elektrode 22 ringförmig in Umfangsrichtung auf der zweiten ortsfesten Scheibe 32 ausgebildet.

Wie oben schon beschrieben, ermöglicht die elektrostatische Kopplung zwischen der Koppel-Elektrode 34 und der Ausgangs- Elektrode 32 bei dem erfindungsgemäßen Encoder, daß das Signal, welches durch die Empfangs-Elektroden 18 - wie in Fig. 9 gezeigt - induziert wird, ausgangsseitig an der Ausgangs- Elektrode 22 abgegriffen werden kann. Das erfaßte und ermittelte Signal V₀ welches von der Ausgangs-Elektrode 22 ausgegeben wird, wird mit dem Bezugssignal V₁ in einem Detektor 36 verglichen, und der Betrag der Verdrehung in der drehbaren Scheibe 10 wird entsprechend der Phasendifferenz R ermittelt.

Wie oben bereits beschrieben, wird das in Fig. 9 gezeigte Signal V₀, welches mit dem Betrag der Drehverschiebung der drehbaren Scheibe 10 übereinstimmt, erfindungsgemäß an den Empfangs-Elektroden 18 mit Hilfe der auf der ersten stationären Scheibe 30 vorgesehenen Sende-Elektroden 14 und den auf der Drehscheibe 10 vorbereiteten Empfangs-Elektroden 18 erzeugt, und dieses Signal V₀ wird von der Ausgangs-Elektrode 22 durch die elektrostatische Kopplung zwischen der auf der drehbaren Scheibe 10 vorgesehenen Koppel-Elektrode 34 und der auf der stationären Scheibe 32 vorbereiteten Ausgangs-Elektrode 22 abgegriffen. Die Sende-Elektroden 14 und die Ausgangs-Elektrode 22 liegen einander gegenüber, wobei die Empfangs-Elektroden 18 und die Koppel-Elektrode 34 dazwischen angeordnet sind, so daß die Beeinflussung, welche zwischen den Elektroden 14 und 22 auftreten könnte, ausreichend kontrolliert werden kann, und das Signal V₀ am Ausgang der Elektrode 22 mit einem hohen S/N-Verhältnis ausgegeben werden kann.

Ferner sind erfindungsgemäß auf den betreffenden Oberflächen der ersten ortsfesten Scheibe 30, der drehbaren Scheibe 10 und der zweiten ortsfesten Scheibe 32 pro Scheibe nur eine Art von Elektroden mit Ausnahme der Masse-Elektrode vorgesehen, das sind die Sende-Elektroden 14, die Empfangs- Elektroden 18, die Koppel-Elektrode 34 und die Ausgangs- Elektrode 22. Es ist nicht notwendig, die Beeinflussung der elektrostatischen Kapazität zwischen den verschiedenen Elektroden auf den betreffenden Scheibenoberflächen in Betracht zu ziehen. Daher können die betreffenden Oberflächenzonen der drehbaren Scheibe 10 und der ersten und zweiten ortsfesten Scheiben 30 und 32, die zur Unterbringung der betreffenden Elektroden gebraucht werden, verringert werden, so daß die Ausdehnung der Anordnung, das bedeutet in der radialen Richtung der drehbaren Scheibe 10, viel begrenzter entworfen werden kann, falls die Meßergebnisse derselben Erfassungsgenauigkeit und derselben Auflösung eines herkömmlichen Encoders genügen, und der Encoder selbst kann insgesamt viel kleiner entworfen werden.

Nebenbei bemerkt wird der erfindungsgemäße Encoder im Vergleich zu einem Encoder nach dem Stand der Technik in Richtung auf die Welle 10a durch die Dicke der zusätzlich aufgestellten, zweiten ortsfesten Scheibe 32 dicker. Der Abstand zwischen der drehbaren Scheibe 10 und der ersten ortsfesten Scheibe 30 oder der zweiten ortsfesten Scheibe 32 ist jedoch äußerst eng, in der vorliegenden Ausbildung, ungefähr 1/10 mm, und der Dickenzuwachs in Achsrichtung der Welle 10a, der aus der Hinzufügung der zweiten ortsfesten Scheibe 32 herrührt, kann vernachlässigt werden.

Da die Sende-Elektroden 14 und die Ausgangs-Elektrode 22 ferner erfindungsgemäß getrennt auf den auseinander liegenden, ortsfesten Scheiben 30 und 32 vorgesehen sind, kann die mit den Sende-Elektroden 14 zu verbindende Verdrahtung des elektrischen Schaltkreises 14a einfach auf der Rückseite der ersten ortsfesten Scheibe 30 gemäß Fig. 3 angeordnet werden, ohne sich darüber hinaus auszudehnen, und die mit der Ausgangs-Elektrode 22 zu verbindende Verdrahtung der elektrischen Schaltkreise 22a kann genug getrennt von dem zu den Sende-Elektroden 14 gehörenden Schaltkreisen auf der Rückseite der zweiten ortsfesten Scheibe 32 gemäß Fig. 4 angeordnet werden. Folglich können erfindungsgemäß die beiden elektrischen Schaltkreise 14a und 22a auf einfache Weise verdrahtet werden, und die Beeinflussung der elektrostatischen Kapazität zwischen den beiden Verdrahtungen kann außerordentlich verringert werden, so daß das bevorzugt gewünschte Ermittlungssignal V₀ am Ausgang der Ausgangs-Elektrode 22 mit einer geringen Störbeimischung ausgegeben werden kann.

Weiterhin ist erfindungsgemäß jede der Sende-Elektroden 14 und Ausgangs-Elektroden 22 unabhängig voneinander jeweils auf der ersten ortsfesten Scheibe 30 und zweiten ortsfesten Scheibe 32 ausgebildet. Deshalb können der Schaltkreis 16, welcher die Sende-Elektroden 14 mit Spannung beaufschlagt, und der von der Ausgangs-Elektrode 22 mit dem Signal V₀ eingangsseitig beaufschlagte Detektor 36 - durch die zwischen beiden vorgesehene drehbare Scheibe 10 voneinander getrennt - auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet werden, was die Möglichkeit einer einfachen elektrischen Verdrahtung bietet, und die Beeinflussung der elektrostatischen Kapazität zwischen den beiden Schaltkreisen 16 und 36 kann auf einfache Weise verhindert werden.

Wie oben bereits beschrieben wurde, ist der gesamte Entwurf der erfindungsgemäßen Anordnung auf kleinere Abmessungen ausgerichtet, und die Verhinderung einer Störungseinmischung, die durch die Beeinflussung der elektrostatischen Kapazität verursacht wird, gibt die Möglichkeit, die Erfassungsgenauigkeit bzw. Meßgenauigkeit in hohem Maße zu steigern.

Folglich ermöglicht der Einbau des erfindungsgemäßen Encoders, beispielsweise als Bestandteil eines Meßgerätes, in der Anordnung, daß die drehbare Scheibe 10 in Übereinstimmung mit dem Betrag der Verdrehung eines Meßobjektes rotiert, daß das Gerät insgesamt mit kleineren Abmessungen entworfen werden kann und daß der Betrag der Verdrehung mit großer Genauigkeit gemessen werden kann.

In Fig. 5 ist beispielhaft ein Fall gezeigt, in welchem der erfindungsgemäße Encoder in ein Meßgerät eingebaut ist, welches den Innendurchmesser eines Werkstückes mißt. Das dargestellte Meßgerät enthält einen Meßfühler 42 zum Messen eines Innendurchmessers, welcher zylinderförmig ausgebildet ist und welcher am vorderen Ende eines Rahmens 40 in radialer Richtung gemäß Pfeil Y vorwärts und rückwärts beweglich angebracht ist. Das Meßgerät enthält weiter eine vom Rahmen 40 aufgenommene Spindel 46, die mit der Innenseite des Meßfühlers 42 an seinem vorderen Ende 44 in Eingriff steht und welche gemäß Pfeil Z in ihrer Achsrichtung vorwärts und rückwärts bewegbar ist.

Im Ausführungsbeispiel sind die Meßfühler 42 am vorderen Ende des Rahmens 40 an drei Orten unter einem Winkel von jeweils 120 Grad angebracht. Jeder der Meßfühler 42 wird von Blattfedern 48 nach innen gedrückt, um in Eingriff mit der Spindel 46 an ihrem vorderen Ende 44 zu sein.

Das vordere Ende 44 der Spindel 46 ist konisch ausgeformt und die innere Oberfläche der betreffenden Meßfühler 42 ist beispielsweise durch Fräsen so ausgeformt, daß es der konischen Form des vorderen Endes 44 angepaßt ist, und entlang der konischen Form mit dieser in Eingriff steht.

In dem Meßgerät wird ein mit der Spindel 46 gleitend verbundener rohrförmiger Ring 50 in Drehung versetzt, so daß die Spindel 46 entsprechend Pfeil Z in Achsrichtung vorwärts und rückwärts bewegt werden kann, um ihr vorderes Ende 44 in die Lage zu versetzen, die Meßfühler 42 in radialer Richtung vorwärts und rückwärts zu bewegen.

Deshalb kann der Innendurchmesser des Werkstückes als der Betrag der Verschiebung der Spindel 46 in die Z-Richtung dadurch ermittelt werden, daß man einen Zustand herbeiführt, in welchem die drei am vorderen Ende des Rahmens 40 angebrachten Meßfühler 42 an drei Stellen in Kontakt mit der inneren Oberfläche des Werkstückes gebracht sind.

In dem wiedergegebenen Meßgerät wird der Betrag der Verstellung in der Spindel 46 durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Encoders ermittelt und die dem festgestellten Betrag der Verstellung entsprechenden elektrischen Impulse werden einem Zähler zugeführt, welcher die vom Encoder ausgegebenen Impulse des elektrischen Signals zählt. Der Zählwert wird an einer seitlich am Rahmen 40 angebrachten digitalen Anzeige in digitaler Darstellung angezeigt.

Der in dem wiedergegebenen Gerät verwendete Encoder enthält die erste und die zweite ortsfeste Scheibe 30 und 32, welche am Rahmen 40 befestigt sind, und die drehbare Scheibe 10, welche zwischen der ersten und zweiten ortsfesten Scheibe 30 und 32 vorgesehen ist, um sich entsprechend der Drehung der Spindel 46 zu drehen.

Die erste und zweite ortsfeste Scheibe 30 und 32 sind ringförmig ausgebildet. Die Spindel 46 ist derart mit der Basis 52 des Körpers 40 verbunden, daß sie durch Öffnungen 30a und 32a, deren Mittelteil für eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung vorgesehen sind, hindurchgeführt ist.

Die drehbare Scheibe 10 ist ebenso wie die ortsfesten Scheiben ringröhrenförmig ausgebildet, damit sie auf einen Drehzylinder 54 aufgesetzt werden kann, welcher drehbeweglich den Umfang der Spindel 46 herum vorgesehen ist und sie ist so angebracht, daß sie der ersten und der zweiten ortsfesten Scheibe 30 und 32 gegenüberliegt.

Am inneren Umfang des Drehzylinders 54 ist ein Stift 56 zum Eingriff in eine keilförmige Nut 58 vorbereitet, welche auf dem Außenumfang der Spindel 46 in Achsrichtung vorgesehen ist. Deshalb ermöglicht der Eingriff zwischen dem Stift 56 und der Nut 58 eine Drehung des Drehzylinders 54, wenn der rohrförmige Ring 50 betätigt und gedreht wird, um die Spindel 46 in eine Drehbewegung zu versetzen und vorwärts und rückwärts entlang ihrer Achsrichtung Z (wie in der Figur gezeigt) zu bewegen. Die drehbare Scheibe 10 dreht sich dabei in vorgegebenen Abständen, die zwischen ihr und der ersten ortsfesten Scheibe 30 oder der zweiten ortsfesten Scheibe 32 gewahrt sind, in Übereinstimmung mit dem Betrag der Verstellung der Spindel 46. Folglich kann gemäß dem gezeigten Gerät der Betrag der Verschiebung des Meßfühlers 42 in seine radiale Richtung gemäß Pfeil Y genau als der Betrag der Drehverschiebung bzw. Verdrehung der drehbaren Scheibe 10 durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Encoders ermittelt werden, so daß der Innendurchmesser von verschiedenen Werkstücken mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann.

In der oben beschriebenen Realisierung ist die Beschreibung auf einen solchen Fall beschränkt, in welchem der erfindungsgemäße Encoder in einem Meßgerät eingesetzt ist, in welchem beispielhaft der Innendurchmesser eines Werkstückes gemessen werden kann.

Es ist jedoch offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung nicht nur auf eine Anwendung in dem oben erwähnten Meßgerät beschränkt ist, sondern auch bei einem Mikrometer, einer Feinmeßvorrichtung, einer Mikromeßvorrichtung und bei anderen Meßgeräten Verwendung finden kann.

Claims (1)

1. Mit elektrostatischer Kapazität arbeitender Encoder mit einer drehbeweglich an einem Körper vorgesehenen drehbaren Scheibe,
   einer ersten und einer zweiten ortsfesten Scheibe, die, sich frontal gegenüberstehend, fest mit dem Körper verbunden sind, wobei eine drehbare Scheibe zwischen den beiden ortsfesten Scheiben angeordnet ist, einer Vielzahl von Sendeelektroden, die auf der ersten ortsfesten Scheibe in Umfangsrichtung abstandsgleich angeordnet sind, auf der drehbaren Scheibe, den Sendeelektroden gegenüberliegend angeordneten Empfangselektroden,
   einer der zweiten ortsfesten Scheibe gegenüberliegenden Koppelelektrode, die mit den Empfangselektroden elektrisch verbunden ist,
   einer auf der zweiten ortsfesten Scheibe der Koppelelektrode gegenüberliegend angeordneten Empfangselektrode, wobei ein Wechselstrom jeweils phasenverschoben an die Sendeelektroden angelegt ist, und der Betrag einer Drehverstellung der drehbaren Scheibe entsprechend dem sich bei einer Drehung der drehbaren Scheibe ändernden Ausgangssignal der Ausgangselektrode ermittelt wird,
   dadurch gekennzeichnet,
   daß die Sende-, die Empfangs-, die Koppel- und die Ausgangselektroden (14, 18, 34, 22) entlang dem Umfang der jeweiligen Scheibe (30, 10, 32) angeordnet sind,
   daß die Sendeelektroden (14) und die Empfangselektroden (18) ringsegmentförmig ausgebildet sind,
   daß die Koppelelektrode (34) und die Ausgangselektrode (22) als gleich große Ringe ausgebildet sind,
   daß die Sendeelektroden (14) in wenigstens zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Elektrodengruppen (100) zu jeweils acht Elektroden zusammengefaßt und daß jeweils vier benachbarte Sendeelektroden (14) eine Empfangselektrode (18) zugeordnet ist, deren Fläche der Summe der Flächen der vier Sendeelektroden im wesentlichen entspricht, wobei der Abstand der Empfangselektroden zueinander in Umfangsrichtung der Segmentlänge dieser Elektroden entspricht.