DE3738166A1 - Codierelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung des im Oberbe­ griff von Patentanspruch 1 definierten Codierelements, welches für sich durch
(1) EP-A2 94 828 und
(2) DE-A (= AS) 12 87 630
vorbekannt ist.

Die Erfindung wurde zwar vorwiegend für Codierelemente ent­ wickelt, welche SOLLwert-Geber und ISTwert-Sensoren von durch Fernsteuerung bewegten Schiebedächern eines Kfz darstellen. Die Erfindung ist jedoch darüber hinaus bei allen jenen Codier­ elementen für Fernsteuerungen und auch für Fernmessungen anwend­ bar, die dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 entsprechen.

Bei den durch (1) und (2) vorbekannten Codierelementen - hin­ gegen nicht bei der Erfindung - werden die Signalbahnen zur Er­ zeugung binär codierter Signale abgetastet, und zwar anschei­ nend jeweils mit optischen Mitteln.

(1) beschreibt das Abtasten der Sektoren beim Bewegen / Rotie­ ren des Codierelementes. Der Code, der zu ein und derselben Zeit von den verschiedenen Signalbahnen abgetastet ist, ist aber nicht eindeutig, weil derselbe Code an verschiedenen Stel­ len der Codierscheibe mehrfach verwendet wird. Die Zuordnung eines abgetasteten Code zu Rotationswinkeln des Codierelementes ist also hier mehrdeutig. Zur eindeutigen Definition, welchen Rotationswinkel die Codierscheibe momentan hat, muß daher hier zusätzlich ein Zähler bzw. ein zählerähnliches Schieberegister zur Zählung der beim Rotieren nach und nach abgetasteteten Code­ signale angebracht werden, weil nur mittels solcher Zählungen eindeutig ein bestimmter Rotationswinkel dem zunächst mehrdeu­ tigen abgetasteten Code zugeordnet werden kann. Die Erfindung gestattet jedoch, jeder relativen Verschiebung, z. B. jedem Ro­ tationswinkel, jeweils einen eigenen eindeutigen Code zuzuord­ nen, und trotzdem eine Feingestuftheit der Zuordnung von Codes zu den Verschiebungen zu erreichen, ohne eine solche Zählung zu benötigen. Die Erfindung läßt aber zu, bei Bedarf auch mehrdeu­ tige Codes den einzelnen Verschiebungswerten bzw. Rotationswin­ keln zuzuordnen und die Eindeutigkeit mittels Zählern oder zäh­ lerähnlichen Einheiten zu erreichen.

(2) beschreibt vor allem einen ganz speziellen Aufbau eines bi­ nären Code für ähnliche Codierelemente. Die Erfindung verwendet aber keinen binären Code. Darüber hinaus ist die Erfindung auch nicht an die Anwendung dieses ganz speziellen Aufbaus des Code gebunden.

Bei (1) und (2) sind an sich nur solche Anwendungen des Codier­ elementes beschrieben, bei denen es im wesentlichen als ISTwert- Sensor dient. Die Erfindung nutzt den bei (1) und (2) bereits vorhandenen, wenn auch dort nicht ausdrücklich offenbarten Vor­ teil, das Codierelement beliebig als SOLLwert-Geber und/oder als ISTwert-Sensor zu verwenden, wobei die Abtastung des be­ treffenden Code, welcher der relativen Verschiebung zwischen den Abtastelementen und den Sektoren entspricht, im Prinzip zur Fernsteuerung und/oder zur Fernmessung von beliebigen Objekten verwendet werden kann.

Weil die Signalbahnen in sehr viele Sektoren aufgeteilt und weil überdies im Prinzip beliebig viele solche Signalbahnen gleichzeitig auf dem Codierelement angebracht werden können, kann schon deswegen sowohl bei den durch (1) und (2) bekannten Codierelementen als auch bei der Erfindung eine sogar sehr feingestufte Abtastung der relativen Verschiebung zwischen den Abtastelementen einerseits und den Sektoren bzw. den Signalbah­ nen andererseits erreicht werden. Die Erfindung nutzt aber noch eine weitere, andere Maßnahme, um diese Feingestuftheit stark zu erhöhen. Die Erfindung gestattet jedoch, zusätzlich die An­ zahl der Signalbahnen sowie die Anzahl der Sektoren pro Signal­ bahn sehr groß zu machen, um auch dadurch weiter die Feinge­ stuftheit des Codierelementes zu erhöhen.

Die Erfindung nutzt also die für viele Fälle, vor allem in der Kfz-Elektronik für die Steuerung von Schiebedächern, Fenstern, Kühlerjalousien, Luftklappen der Klima­ anlage, usw.,
ausreichende Feingestuftheit der durch das erfindungsgemäße Co­ dierelement erreichbaren Codierung.

Die Erfindung nutzt außerdem den bei (1) und (2) bereits vor­ handenen, wenn auch dort nicht ausdrücklich offenbarten Vor­ teil, daß das Codierelement für sich gesehen kaum temperatur­ empfindlich ist, im Vergleich zu elektronischen, rein analog betriebenen SOLwert-Geberschaltungen oder ISTwert-Sensorschal­ tungen. Analoge elektronische Schaltungen reagieren nämlich häu­ fig recht empfindlich auf die jeweiligen Temperaturänderungen am Einbauort des betreffenden SOLLwert-Gebers oder ISTwert- Sensors, wobei gerade die Temperaturen in einem Kfz z. B. bei einem Stellmotor/ISTwert-Sensor in der Türe oder am Dach stark schwanken; ebenso schwanken die Temperaturen in einem Kfz bei einem SOLLwert-Geber, der z. B. hinter der Frontwandung des Innenraumes liegt, meistens recht stark. Temperaturempfindliche Schaltungen arbeiten aber dann oft zu ungenau; vor allem ändern sich die Stellungen der gesteuerten Objekte bei Temperaturände­ rungen an den Einbauorten dieser Schaltungen, auch wenn gar keine Stellungsänderung gewünscht war.

Bei einer Prüfung von (1) und (2) zeigt ich übrigens, daß, abweichend von den in (1) und (2) beschriebenen Anwendungen, eigentlich dieses Codierelement nicht unbedingt selbst eine ro­ tierfähige Codierscheibe sein muß, um als SOLLwert-Geber oder als ISTwert-Sensor dienen zu können, vgl. auch die Figuren von (1) und (2). Es genügt bereits, wenn dieses Codierelement räum­ lich feststeht und nur die Abtastelemente längs der Signalbah­ nen bewegt werden. Zudem kann das Codierelement auch z. B. eine flache Scheibe sein, deren Signalbahnen jeweils eine Gerade statt einen Kreis oder Kreisabschnitt bilden - dann wird die relative Lage zwischen den Abtastflächen der Abtastelemente und den geradlinigen Signalbahnen durch Abtasten des Code bestimmt.

Es kommt also sowohl beim Stand der Technik als auch bei der Erfindung eigentlich nur auf die relative Verschiebung zwischen den Abtastelementen und den Sektoren an. Im Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1 wird daher nicht in zwingender Weise von einer Rotation des Codierelementes, sondern allgemein von relativen Verschiebungen zwischen dem - im Prinzip beliebig geformten - Codierelement und den Abtastelementen ausgegangen.

Abweichend von den in (1) und (2) offenbarten Anwendungen ist es oft
z. B. in der Kfz-Elektronik zur Steuerung von Schiebedächern, Fenstern, Kühlerjalou­ sien usw.
zweckmäßig, jeweils ein eigenes Codierelement für einen SOLL- wert-Geber
z. B. im Frontbereich vor dem Fahrersitz
und außerdem gleichzeitig ein weiteres Codierelement für einen ISTwert-Sensor am Stellmotor oder Stellgetriebe des zu verstel­ lenden Objektes
z. B. am Stellmotor oder Getriebe in der Türe oder am Dach
anzubringen, wobei der Stellmotor abhängig vom Vergleich des so feststellbaren ISTwertes und SOLLwertes vorwärts oder rückwärts gesteuert wird oder in seiner momentanen Stellung stehen gelas­ sen wird.

Die Aufgabe der Erfindung,

• - besonders zuverlässig
  besonders in der Kfz-Elektronik auch ungestört durch Temperaturdifferenzen zwischen dem Soll- wert-Geber und dem an einem getrennten Einbauort eingebauten zugehörenden ISTwert-Sensor
  eine besonders feingestufte digitale Fernsteuerung bzw. Fern­ messung, und zwar selbst bei einer ganz besonders geringen Anzahl von Signalbahnen und damit einer ganz besonders geringen Anzahl von Abtastelementen sowie selbst bei einer mäßigen Anzahl von Sektoren pro Signalbahn, zu erreichen,
• - ohne ein und denselben Code mehrfach, entsprechend mehreren relativen Verschiebungswerten, auf dem Codierelement anbrin­ gen zu müssen,
• - und damit ohne, zur eindeutigen Definition dieses mehrfach angebrachten Code, zusätzlich einen Zähler oder eine zähler­ ähnliche Einheit zur Zählung der beim Verschieben nach und nach abgetasteten Codesignale anbringen zu müssen,

wird durch das im Patentanspruch 1 definierte Codierelement ge­ löst.

Die die Signalbahnen tragende Oberfläche des erfindungsgemäß aufgebauten Codierelementes kann im Prinzip verschiedene Formen haben, nämlich z. B. walzenförmig sein und dann zueinander par­ allele Signalbahnen am Umfang der zylindrischen Oberfläche auf­ weisen. Die Signalbahnen und Abtastelemente können dann übri­ gens beliebig an der Innenoberfläche dieses Zylinders oder an dessen Außenoberfläche angebracht sein. Dieses Codierelement kann aber auch z. B. flach, rund und scheibenförmig und z. B. um einen Mittelpunkt drehbar sein, wobei dann die Signalbahnen be­ vorzugt konzentrisch um den Mittelpunkt dieses Codierelementes angebracht sind.

Die in den Unteransprüchen definierten Codierelemente bieten zusätzliche Vorteile. Zusätzlich gestattet nämlich das Codier­ element gemäß Patentanspruch

• 2, einen sehr kompakten Aufbau des Codierelementes zu errei­ chen,
• 3, eine besonders einfache Herstellung der Signalbahnen und der Versorgungsleitungen in einem gemeinsamen Herstellungs­ prozeß zu erreichen,
• 4, einen ganz besonders kompakten Aufbau des Codierelementes zu erreichen,
• 5, eine hohe Lebensdauer des Codierelementes zu erreichen, in­ dem die mechanische Abnutzung der Abtastelemente und/oder der Sektoren bei deren gegenseitigen Verschiebungen, näm­ lich mangels überstehender Stoßkanten der Sektoren, stark vermindert werden kann,
• 6, eine besonders raumsparende Anwendung des Codierelementes zu erreichen,
• 7, einen besonders einfachen Aufbau des Codierelementes zu er­ reichen und eine besonders geringe Anzahl von Abtastelemen­ ten zu benötigen,
• 8, eine besonders geringe Anzahl der Versorgungsleitungen auf dem Codierelement und/oder besonders geringe Längen der Versorgungsleitungen auf dem Codierelement zu erreichen, bzw. eine besonders raumsparende Unterbringung von zumindest einen Teil der zur Potentialversorgung der Sektoren angebrachten Spannungsteiler-Widerstände zu erreichen,
• 9, einen besonders geringen Aufwand für die Spannungsteiler zur Erzeugung der an die Sektoren gelegten Potentiale zu erreichen,
• 10, eine zuverlässige Fenster-Fernsteuerung bzw. -Fernmessung zu erreichen,
• 11, eine zuverlässige Schiebedach-Fernsteuerung bzw. -Fernmes­ sung zu erreichen,
• 12, eine zuverlässige Fernsteuerung bzw. Fernmessung der zwei Bewegungsvarianten eines Hub-Schiebedaches zu erreichen,
• 13, eine zuverlässige Abtastung des Potentials der Sektoren zu erreichen,
• 14, die Eindeutigkeit von abgetasteten Codes auch im Übergangs­ bereich zwischen zwei Sektoren zu erreichen,
• 15, die Eindeutigkeit von abgetasteten Codes mit besonders wenig Aufwand an Abtastelementen und an Auswerteschaltun­ gen, die an solche Abtastelemente anschließbar sind, zu erreichen, sowie
• 16, mit besonders wenig Aufwand eine Fernsteuerung zu erreichen.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiele weiter erläutert. Hierbei zeigt die

Fig. 1 ein Beispiel eines runden scheibenförmigen, um einen Mit­ telpunkt drehbaren Codierelementes, also einer drehbaren Codierscheibe,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das in Fig. 1 gezeigte Beispiel, und

Fig. 3 schematisch ein Beispiel für zwei spezielle Bewegungsvari­ anten eines Kfz-Hub-Schiebedaches.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein rundes, flaches, um sein Mittelloch L drehbares Beispiel des Codierelementes CE, welches hier eine dünne Codierscheibe darstellt. Sie besteht im wesentlichen aus dem Isolator IS und weist ein zentrisches Loch L auf, durch das eine Achse steckbar ist. Das Loch L hat z. B. 8 mm Durchmesser. Der Außendurchmesser dieser Codierscheibe beträgt z. B. 37 mm.

Die Codierscheibe CE trägt auf der Oberfläche ihres Isolators IS zwei Signalbahnen SB 1, SB 2, welche ihrerseits einen konstan­ ten Abstand voneinander aufweisen und zusätzlich in Längsrich­ tung in Sektoren SK unterteilt sind, vgl. Fig. 1.

Bei der Erfindung sind die Sektoren SK der Signalbahnen SB 1, SB 2 jeweils elektrisch leitend. Sie bestehen z. B. aus einer ge­ nügend abriebfesten Kupferlegierung. Im Betrieb sind an diese Sektoren SK jeweil elektrische Potentiale gelegt, welche mit­ tels elektrisch leitender Abtastelement AE 1, AE 2 abgetastet werden.

Hierbei sind den einzelnen Signalbahnen SB 1, SB 2, vgl. Fig. 2, jeweils eigene Abtastelemente AE 1, AE 2 zugeordnet, welche - z. B. längs einer Senkrechten der Signalbahnen SB 1/SB 2, also z. B. längs des Radius R 1 der in Fig. 1 gezeigten Codierscheibe CE - die Potentiale der Sektoren SK abtasten. Das Potentiale­ muster, das gemeinsam gleichzeitig von allen Abtastelementen AE 1/AE 2 abgetastet wird, stellt einen Code dar, der seinerseits der momentanen relativen Verschiebung - hier: der momentanen gegenseitigen Verdrehung - zwischen der Stellung der Abtastele­ mente AE 1/AE 2 einerseits und der momentanen Stellung der Codier­ scheibe CE andererseits entspricht. Der jeweiligen relativen Verschiebung zwischen der Codierscheibe CE und den Abtastele­ menten AE 1/AE 2 ist also in ganz spezieller Weise jeweils ein eigener, möglichst eindeutig definierter Code in Form von Digit­ mustern aus vielstufigen Digits, also in Form von Potentiale­ mustern, zugeordnet.

Eine Besonderheit der Erfindung besteht also darin, daß beim Abtasten an den Sektoren SK jeweils nicht nur ein elektrisches Potential von maximal zwei möglichen elektrischen Potentialen liegt, welche nur binäre Codesignale als Digitmuster ergeben würden. Bei der Erfindung sind in diesem Abtastzustand mehr als nur zwei verschiedene elektrische Potentiale auf den Sektoren SK abtastbar, so daß die Abtastelemente AE 1, AE 2 vielstufige Digits abtasten, die nämlich dann ihrerseits mehr als nur zwei mögliche Potentialpegel aufweisen, z. B. drei, fünf oder acht verschiedene mögliche Potentialpegel.

Die gezeigte Codierscheibe CE gestattet wegen der mehr als zwei Potentiale aufweienden abtastbaren Digits eine ganz besonders fein gestufte digitale Fernsteuerung bzw. Fernmessung, obwohl im gezeigten Beispiel nur zwei Signalbahnen SB 1, SB 2 mit je­ weils verhältsnismäßig wenigen Sektoren SK angebracht sind.

Falls also die Sektoren SK jeweils fünf verschiedene Potentiale aufweisen können, können bei dieser Codierscheibe, die nur zwei Signalbahnen SB 1/SB 2 trägt, bis zu 25 verschiedene Codes abge­ tastet werden.

Diese 25 Codes können z. B. so um den Mittelpunkt der Codier­ scheibe verteilt werden, daß eine 25stufige, und zwar eindeu­ tige, Zuordnung des Drehwinkels zwischen der Codierscheibe CE und den Abtastelementen AE 1, AE 2 besteht, ohne daß dann noch ein Zähler oder noch eine zählerähnliche Einheit zur eindeuti­ gen Diagnose von zunächst mehrdeutigen Codes nötig ist.

Wenn man hingegen z. B. sechs verschiedene Potentiale der Sekto­ ren SK bzw. der Digits zuläßt, können auf dieser Codierscheibe CE, wenn sie nur zwei Signalbahnen SB 1/SB 2 aufweist, bis zu 36 verschiedene Drehwinkel eindeutig einem eigenen Code zugeordnet werden.

Die Erfindung gestattet überdies, das Codierelement CE mit mehr als nur zwei verschiedenen Signalbahnen SB auszustatten, wo­ durch die Feingestuftheit der Zuordnung von Codes zu Drehwin­ keln bzw. zu Verschiebungswerten nahezu beliebig weiter hoch getrieben werden kann, so daß sogar quasi-analoge, quasi-stufen­ freie Zuordnungen möglich sind.

Wenn nämlich sechs verschiedene Potentiale je Digit und zusätz­ lich statt zwei Signalbahnen drei Signalbahnen angebracht wer­ den, können bei der Erfindung statt 36 also sogar bis zu 216 verschiedenen Drehwinkeln eindeutig ein eigener Code zugeordnet werden.

Die Erfindung gestattet also, eine extreme Feingestuftheit der Zuordnung von Codes zu Drehwinkeln zu erreichen - eine extreme Feingestuftheit, die nahezu einer rein analogen Signalabtastung entspricht, und zwar ohne die Nachteile, z. B. Temperaturempfind­ lichkeit, von analogen Schaltungen in Kauf nehmen zu müssen.

Überdies gestattet die Erfindung, die jeweilige Zuordnungsnorm der Potentialemuster - also die Norm für die Zuordnung der phy­ sikalischen Struktur eines bestimmten Code - zu einem bestimm­ ten Verschiebungs- bzw. Winkelwert weitgehend beliebig zu wäh­ len. Die Erfindung ist also nicht an eine spezielle Norm für die Zuordnung von Potentialemustern zu Zahlenfolgen gebunden.

Überdies ist die Erfindung - beim Übergang von einem Codewert zum benachbarten nächsten Codewert - nicht an die Einhaltung bestimmter konstanter Schritte von Verschiebungen bzw. von Win­ keln längs der Signalbahnen SB 1, SB 2 gebunden. Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel dafür: Dort ist der Sektor SK 0 äußerst schmal im Vergleich zu den anderen benachbarten Sektoren SK, wobei auch im übrigen viele Sektoren SK deutlich breiter sind als andere Sektoren SK. Unterschiedlich lange Schritte zwischen den be­ nachbarten Codewerten sind vor allem bei vielen ISTwert-Senso­ ren vorteilhaft, weil man dann bei Bedarf gewisse Abschnitte der Signalbahnen ganz besonders feinstufig und andere Abschnit­ te entsprechend grobstufig messen bzw. fernsteuern kann.

Beim in Fig. 1 und 2 gezeigten Beispiel der Codierscheibe CE sind also im Betrieb viele verschiedene Potentiale auf den Sek­ toren SK abtastbar. Daher trägt dieses Codierscheibenbeispiel zusätzlich Versorgungsleitungen VL, VM nicht nur auf der Vorder-, sondern auch auf der Rückseite zur Potentialversorgung der ein­ zelnen Sektoren SK, vielleicht auch in Multilayertechnik noch in einer inneren Ebene innerhalb des Isolators IS. Die in den Figuren gezeigten Anordnungen der Versorgungsleitungen VL, VM gestatten einen besonders kompakten Aufbau der Codierscheibe CE. Zumindest die Versorgungsleitungen VL, welche auf derselben Seite der Codierscheibe wie die Sektoren SK bzw. Signalbahnen SB 1, SB 2 angebracht sind, können in einem einzigen Herstel­ lungsprozeß zusammen mit den Sektoren SK hergestellt werden. Die auf der Rückseite angebrachten Versorgungsleitungen VM wer­ den mit Hilfe von Durchkontaktierungen leitend mit den jeweils betreffenden Sektoren SK verbunden.

Jeder Sektor SK erhält auf diese Weise ein eigenes definierba­ res Potential.

Ausnahmsweise kann dieses "eigene definierbare" Potential aber auch ein floatendes Potential sein, wenn nämlich ein Sektor SK absichtlich nicht angeschlossen wird, damit sein Potential floaten kann - ein Sektor SK mit floatendem Potential hat aber nahezu die gleiche Wirkung, als ob dieser Sektor SK überhaupt nicht vorhanden wäre, also als ob statt dieses Sektors SK nur die Oberfläche des Isolators IS vorhanden wäre. Das von einem floatenden Sektor SK abgetastete Potential entspricht also einem bestimmten Potentialwert eines Digit im mehrstelligen digitalen Code. Dieses floatende Potential eines Digit kann also im Prinzip einem beliebigen logischen Wert zugeordnet werden, z. B der logischen Null.

Die Potentiale können im Prinzip auf verschiedene Weise an die Sektoren SK gelegt werden. Man kann den Sektoren einzeln indi­ viduell eigene Potentialquellen zuordnen. Man kann auch einen - z. B. sogar einen einzigen, allen Sektoren SK gemeinsamen - Spannungsteiler aus Widerständen verwenden, wobei die betref­ fenden Sektoren SK jeweils über eine Versorgungsleitung VL, LM mit einem Abgriff des Spannungsteilers leitend verbunden werden.

Die Widerstände der Spannungsteiler - oder des einzig vorhande­ nen Spannungsteilers - können abseits vom Codierelement CE an­ gebracht werden, wobei dann die vom Spannungsteiler abgegriffe­ nen Potentiale z. B. über zusätzliche Schleifspuren an die Ver­ sorgungsleitungen VL, VM weitergeleitet werden können. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel CE kann aber in besonders platz­ sparender Weise zumindest ein Teil dieser Widerstände unmittel­ bar auf der Codierscheibe CE befestigt werden: Dazu weist ein Teil der Versorgungsleitungen, vgl. VL in Fig. 1, Kontaktflecken K auf. Jeweils zwei solche Kontaktflecken K liegen so nahe bei­ einander, daß sie leicht mit Hilfe eines angelöteten oder ange­ schweißten Widerstandes oder mit Hilfe einer gedruckten oder aufgedampften Widerstandsschicht überbrückt werden können. Je nach dem Widerstandswert des überbrückenden Widerstandes, und je nachdem, um welchen Widerstand der verschiedenen Spannungs­ teiler-Widerstände es sich jeweils handelt, liegen jeweils unterschiedliche Potentiale an den angeschlossenen Sektoren SK.

Die mit Hilfe der Abtastelemente AE 1, AE 2 abgetasteten Potenti­ ale werden häufig eigenen, diesen Abtastelementen AE individu­ ell zugeordneten Verstärkern zugeleitet, wobei diese Verstärker bekanntlich jeweils eigene Eingangswiderstände aufweisen. Der Eingangswiderstand ist dann jeweils als Bestandteil jenes Span­ nungsteilers zu betrachten, der das am abgetasteten Sektor SK liegende Potential erzeugt. Die am betreffenden Verstärker-Ein­ gangswiderstand anliegende Spannung hängt ab von dem Wider­ standswert sowohl des Eingangswiderstandes als auch der übrigen Widerstände im Spannungsteiler, von dessen Abgriff der Sektor SK sein Potential erhält. Dies bedeutet, daß häufig das momen­ tane Sektorpotential jeweils erheblich davon abhängen kann, ob gerade sein Potential von einem Abtastelement AE abgetastet wird oder nicht abgetastet wird, weil der Eingangswiderstand des betreffenden Verstärkers nur während der Abtastung als Be­ standteil des Spannungsteilers wirkt. Das Potential dieses Sek­ tors SK neigt also dazu, mehr oder weniger stark auf die Ab­ tastung zu reagieren, besonders wenn zwischen dem betreffenden Spannungsteiler-Abgriff und dem abzutastenden Sektor SK jeweils ein eigener Abzweigwiderstand eingefügt ist. Die betreffenden, über einen solchen Abzweigwiderstand angeschlossenen Sektoren SK, deren Potential nicht abgegriffen wird, weisen also zu­ nächst Potentiale auf, welche besonders stark von jenen Poten­ tialen abweichen, welche während des Abtastens an diesen Sekto­ ren SK liegen.

Um eine zuverlässige Abtastung der Potentiale der Sektoren SK zu erreichen, kann man, betrachtet längs der Signalbahnen SB 1 bzw. SB 2, die Länge der Abtastfläche des die betreffende Si­ gnalbahn berührenden Abtastelementes AE 1 bzw. AE 2 jeweils kür­ zer machen als den Abstand zwischen zwei Sektoren SK der be­ treffenden Signalbahn SB 1 bzw. SB 2. Dadurch wird nämlich ver­ hindert, daß die Abtastfläche beim Gleiten auf der Signalbahn in einzelnen der Verschiebungsstellungen gleichzeitig zwei Sek­ toren SK der betreffenden Signalbahn SB abtastet.

Die Eindeutigkeit von abgetasteten Codes kann im Übergangsbe­ reich zwischen zwei Sektoren weiter verbessert werden, indem eine einzige Signalbahn, z. B. SB 1, gleichzeitig von mehreren Abtastelementen, z. B. von mehreren AE 1, gemeinsam abgetastet wird. Diese gemeinsam abtastenden Abtastelemente AE 1 sind so gegeneinander versetzt angeordnet, vgl. den Winkel W zwischen den Radien R 1 und R 2 in Fig. 1, daß das eine dieser mehreren Abtastelemente AE 1 auf dem Radius R 1 mit Sicherheit einen Sek­ tor SK dieser Signalbahn SB 1 abtastet, falls momentan ein ande­ res dieser Abtastelemente AE 1 auf dem Radius R 2 gerade nur die Isolator-Oberfläche IS zwischen zwei Sektoren SK dieser Signal­ bahn SB 1 abtastet, so daß das letzere, nur die Isolator-Ober­ fläche IS abtastende Abtastelement AE 1 kein Potential eines Sektors SK abtasten kann. Es gibt dann also keine toten Ver­ schiebungsstellungen mehr, weil die gemeinsam abtastenden Ab­ tastelemente AE 1 nun stets einen eindeutigen, nämlich eindeutig einem definierbaren Verschiebungswert zugeordneten, Code abta­ sten.

Es ist auch auf andere Weise möglich zu vermeiden, daß die Ab­ tastelemente AE 1, AE 2 in nicht eindeutig zuordenbarer Weise nur eine Isolator-Oberfläche IS zwischen Sektoren SK abtasten. Dazu kann man - entweder für die drehbar gelagerten Abtastelemente AE 1/AE 2, oder auch für das drehbar gelagerte Codierelement CE - jeweils eine Rasteranordnung zum Einrasten der Verschiebungen anbringen, so daß nur bestimmte definierte Verschiebungen sta­ bil auftreten können, und daß aber zwischen diesen stabilen Verschiebungslagen alle übrigen Verschiebungslagen instabil sind. Dadurch wird die Eindeutigkeit der Zuordnung der abgeta­ steten Codes zu definierbaren Verschiebungslagen/Verdrehungs­ winkeln mit besonders wenig Aufwand an Abtastelementen AE 1, AE 2 und besonders wenig Aufwand an zugehörigen Verstärkern / Aus­ werteschaltungen erreicht.

Um eine möglichst hohe Lebensdauer der abgetasteten Sektoren SK und der abtastenden Fläche der Abtastelemente AE 1, AE 2 zu er­ reichen, kann z. B. jedes dieser Abtastelemente AE ein kleines, elektrisch leitendes Rädchen mit einer eigenen kleinen elek­ trisch leitenden Achse enthalten, vgl. Fig. 2, wobei das Räd­ chen über die Signalbahnen SB 1/SB 2 bzw. über deren Soktore SK rollen kann. Um die Lebensdauer des Codierelementes CE zu erhö­ hen, nämlich um die mechanische Abnutzung der Abtastelemente AE und/oder der Sektoren SK zu verringern, können außerdem die Sektoren SK so tief in die sie tragende Isolator-Oberfläche IS eingelassen werden, daß zwischen den abgetasteten Oberflächen der Sektoren SK und den dazu jeweils benachbarten Bereichen der Isolator-Oberfläche IS zumindest nahezu keine Stoßkanten mehr bestehen. Dann können nämlich die Abtastelemente AE nahezu stoßfrei von der Isolator-Oberfläche IS auf die Sektorenober­ fläche SK gleiten oder rollen. Eine solche Absenkung der Sek­ toren SK in die Isolator-Oberfläche IS ist z. B. dadurch erreich­ bar, daß als Isolatormaterial IS ein thermoplastisch verformba­ rer oder in der Hitze aushärtbarer Kunststoff verwendet wird und indem die Sektoren SK bei erhöhter Temperatur mittels eines glatten Stempels in die dann (zunächst noch) weiche Isolator­ masse IS eingedrückt werden. Ein solches Codierelement CE mit abgesenkten Sektoren SK kann aber auch auf andere Weise herge­ stellt werden, z. B. indem die vorgefertigten, mit den Versor­ gungsleitungen VL, LM mechanisch starr verbundenen Sektoren SK durch Spritzen der zunächst noch flüssigen, danach aushärtenden Isolatormasse IS nahezu stoßfrei im Isolator IS eingebettet werden.

Es können auch - z. B. in einem Kfz - mehrere erfindungsgemäße Codierscheiben CE zur Steuerung der Bewegungen eines einzigen Objektes angebracht sein. Zum Beispiel kann bei Verwendung der Erfin­ dung in der Kfz-Technik eine erste solche Codierscheibe CE als SOLLwert-Geber hinter der Innenraumverkleidung vor dem Fahrer­ sitz, als z. B. hinter dem Armaturenbrett nahe bei Klimaanlage- Schaltern oder sonstigen Schaltern, angebracht sein, wobei eine zweite derartige Codierscheie CE nahe beim zu bewegenden Ob­ jekt, z. B. unmittelbar im Kfz-Dach auf einer Getriebeachse des Schiebedach-Stellmotors, als ISTwert-Sensor angebracht sein kann. Durch Vergleich des vom SOLLwert-Geber abgetasteten Code mit dem vom ISTwert-Sensor abgetasteten Code mittels einer Ver­ gleicherschaltung sind Ausgangssignale zur Steuerung des betref­ fenden, das Objekt bewegenden Stellmotors erzeugbar: Entweder ergibt der Vergleich ein Ausgangssignal, welches den Motor vor­ wärtslaufen läßt, oder ein Ausgangssignal, welches den Motor rückwärtslaufen läßt, oder ein Ausgangssignal, welches veran­ laßt, daß sich der betreffende Stellmotor nicht bewegt.

Wenn bei diesem Beispiel, das sowohl einen erfindungsgemäßen SOLLwert-Geber als auch einen erfindungsgemäßen ISTwert-Sensor enthält, zusätzlich die Sektoren - vor allem des ISTwert-Sen­ sors - betrachtet in Längsrichtung der Signalbahnen SB 1/SB 2 teils sehr schmal und teils ziemlich breit macht - vgl. den oben beschriebenen besonders schmalen Sektor SK 0 - , dann kann man manche Schritte sehr feinstufig, die übrigen mehr oder we­ niger grobstufig fernsteuern. Durch eine geschickte Wahl der Breite dieser Sektoren SK 0/SK kann man zusätzlich eine gewisse Hysterese der erreichten Stellung des zu bewegenden Objektes mehr oder weniger eliminieren bzw. bewußt mehr oder weniger stark erzeugen: Die vom ISTwert-Sensor gemessene erreichte Stellung des zu bewegenden Objektes wird nämlich häufig mittels eines Stellmotors eingestellt, der kurzzeitig noch etwas weiter­ läuft (Nachlauf), auch wenn er bereits abgeschaltet ist. Je nachdem, ob ein solcher nachlaufender Stellmotor beim Vorwärts­ lauf oder beim Rückwärtslauf in seine SOLLstellung gebracht wird, wird er schließlich links oder rechts von der durch die Sektorkanten des SOLLwert-Gebers "vorgegebenen" SOLLstellung zum Stehen kommen, also eine gewisse Hysterese seiner Stellung aufweisen. Durch eine geeignete Breite der betreffenden Sekto­ ren SK kann erreicht werden, daß der Stellmotor fast exakt in derselben Stellung stehen bleibt, unabhängig davon, ob er von rechts oder von links her hinlief, weil der Nachlauf in etwa der doppelten Breite des betreffenden Sektors SK bzw. SK 0 ent­ spricht. Macht man hingegen die betreffenden Sektoren SK/SK 0 breiter oder schmäler als dem doppelten Wert des Nachlaufes entspricht, dann kann man bewußt Abweichungen der Ruhestellun­ gen des Stellmotors, abhängig von seiner Drehrichtung zulassen bzw. einplanen.

Es ist für sich bekannt, das Schiebedach eines Kfz mit ein und demselben Codierelement, also z. B. mit ein und derselben Co­ dierscheibe CE, in verschiedener Weise zu bewegen. Fig. 1 zeigt ein Beispiel, bei welchem die Codierscheibe CE bei zwei Varian­ ten S 1, S 2 der Stellungsänderungen des Schiebedaches mitwirkt, vgl. auch Fig. 3, nämlich sowohl beim Schieben des Schiebeda­ ches in die Stellung S 2 nach hinten unter den dortigen Dachbe­ reich, als auch beim Anheben des Schiebedaches in der Stellung S 1 alleine durch Anheben an der rückwärtigen Kante nach oben über den dortigen Dachbereich hinaus. Das Schiebedach kann in feinen Stufen mehr oder weniger stark durch Schieben S 2 oder Anheben S 1 geöffnet werden. Dazu weist die in Fig. 1 gezeigte Codierscheibe CE längs seiner Signalbahnen SB 1, SB 2 zwei anein­ ander angrenzende, die zwei Varianten S 1, S 2 getrennt erfassen­ de Signalbahnbereiche SBB 1, SBB 2 mit jeweils eigenen Sektoren SK auf, nämlich einen ersten Signalbahnbereich SBB 1 für dasn An­ heben S 1 und einen zweiten Signalbahnbereich SBB 2 für das Schie­ ben S 2. An der Grenze G zwischen diesen beiden Signalbahnberei­ chen SBB 1, SBB 2 liegt der Code für völliges Schließen des Schie­ bedaches, vgl. S 0 in Fig. 3. Mit wachsendem Abstand von dieser Grenze G liegen an den Sektoren SK jeweils die Codes für zuneh­ mend stärker geänderte Stellungen S 1 bzw. S 2 dieses Schiebeda­ ches. Damit ist eine zuverlässige feingestufte Fernsteuerung bzw. Fernmessung dieser zwei Bewegungsvarianten mit Hilfe eines einzigen Codierelementes / einer einzigen Codierscheibe CE er­ reichbar.

Die Erfindung eignet sich nicht nur zur Fernsteuerung bzw. Fernmessung im Kfz, z. B. zur feingestuften Steuerung eines Kfz- Fensters, Schiebedaches, einer Kühlerjalousie oder Luftklappe der Klimaanlage, zur feingestuften Bewegung der Motorhaube und des Kofferraumdeckels, und zu feingestuften Sitzverstellungen usw., wobei moderne Kfz sehr viele solche, jeweils mit der Er­ findung gesteuerte Stellmotoren enthalten können.

Die Erfindung ist nämlich darüber hinaus auch außerhalb von Kfz, z. B. zur Steuerung von Fenstern, Türen und Behälteröffnun­ gen in Gebäuden, oder zur Steuerung von Wehren und Toren von Staudämmen und Schiffsschleusen, und zur Fernsteuerung von Schaltern in Hochspannungs- und Starkstromanlagen anwendbar - darüber hinaus schlechthin zur Fernsteuerung praktisch beliebi­ ger bewegbarer technischer Objekte, also auch Roboter usw.

Weil die Erfindung eine besonders geringe Temperaturempfind­ lichkeit aufweist, besonders im Vergleich zu analogen elektro­ nischen Schaltungen, kann die Erfindung auch unter sehr extre­ men Verhältnissen verwendet werden, wie z. B. zur Steuerung von Kränen, Verladebühnen sowie Flugzeug- und Schiffsbestandtei­ len, welche jeweils extremen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.

Claims (17)

1. Codierelement (CE) - z. B. drehbares Codierelement (Fig. 1) - als ISTwert-Sensor und/oder SOLLwert-Geber, bevorzugt für die Kfz-Elektronik, zur Zuordnung eines digitalen Code zu dem Aus­ maß einer relativen Verschiebung zwischen dem Codierelement (CE) und Abtastelementen (AE 1, AE 2) - z. B. zu einem Verdrehungs­ winkel zwischen dem Codeelement (CE) und den Abtastelementen (AE 1, AE 2) - wobei

• - es (CE) eine Oberfläche aufweist, welche ihrerseits minde­ stens zwei, bevorzugt nebeneinander in konstantem Abstand zueinander angeordnete, zur Codebildung in Längsrichtung in Sektoren (SK) unterteilte Signalbahnen (SB 1, SB 2) trägt, und
• - im Betrieb jede Signalbahn (SB 1, SB 2) bzw. deren Sektoren (SK) von jeweils mindestens einem Abtastelement (AE 1, AE 2) abgetastet wird, um aus den abgetasteten Signalen den der momentanen Verschiebung zugeordneten Code zu erhalten,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - es (CE) einen Isolator (IS) in solcher Weise enthält, daß die die Signalbahnen (SB 1, SB 2) tragenden Bereiche seiner(CE) Oberfläche eine Isolator-Oberfläche (IS) ist,
• - die Sektoren (SK) der Signalbahnen (SB 1, SB 2) elektrisch lei­ tend sind, und
• - die Sektoren (SK) im Betrieb, nämlich beim Abtasten, mehr als nur zwei verschiedene elektrische Potentiale, zum Abtasten eines Code aus - mehr als nur zwei mögliche Potentialpegel aufweisenden - Digits mittels elektrisch leitenden Abtastele­ menten (AE 1, AE 2), aufweisen.

2. Codierelement (CE) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - es (CE) zusätzlich elektrisch leitende Versorgungsleitungen (VL, VM) zur Potentialversorgung von an die Versorgungslei­ tungen(VL, VM) angeschlossenen Sektoren (SK) trägt.

3. Codierelement (CE) nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zumindest einige der Versorgungsleitungen (VL) neben den Si­ gnalbahnen (SB 1, SB 2) auf derselben Isolator-Oberfläche (IS) angebracht sind.

4. Codierelement (CE) nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zumindest eine der Versorgungsleitungen (VM) auf einer ande­ ren Ebene des Isolators (IS) angebracht ist, und
• - die betreffende Versorgungsleitung (VM) jeweils mittels einer Durchkontaktierung leitend mit mindestens einem der Sektoren (SK) verbunden ist.

5. Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zumindest die Sektoren (SK) so tief in die sie (SK) tragende Isolator-Oberfläche (IS) eingelassen sind, daß zwischen den Sektoren (SK) und den dazu jeweils benachbarten Bereichen der Isolator-Oberfläche (IS) zumindest nahezu keine Stoßkanten mehr bestehen, also
• - die von den Abtastelementen (AE 1, AE 2) abzutastenden Sekto­ renoberflächen (SK) und die dazu jeweils benachbarten Berei­ che der Isolator-Oberfläche (IS) zumindest nahezu stoßfrei ineinander übergehen.

6. Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - es (CE) eine runde flache Codierscheibe mit konzentrisch um den Mittelpunkt der Codierscheibe angeordneten Signalbahnen (SB 1, SB 2) ist.

7. Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - es nur zwei Signalbahnen (SB 1, SB 2) aufweist.

8. Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zumindest ein Teil seiner Versorgungsleitungen (VL) Kontakt­ flächen (K) aufweisen, an welche (K) jeweils mindestens ein elektrischer Widerstand eines Spannungsteilers angeschlossen ist.

9. Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, bevorzug nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Innenwiderstand des an das Abtastelement (z. B. AE 1) ange­ schlossenen Signalempfängers als Spannungsteiler-Widerstand zur Erzeugung von während des Abtastens auftretenden Sektor- Potentialen (auf SK) ausgenutzt ist.

10. Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - es (CE) als SOLLwert-Geber oder ISTwert-Sensor zur Steuerung der Stellung eines Kfz-Fensters dient.

11. Codierelement (CE) nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß

• - es (CE) als SOLLwert-Geber oder ISTwert-Sensor zur Steuerung der Stellung (S 0, S 1, S 2) eines Kfz-Schiebedaches dient.

12. Codierelement (CE) nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß

• - es (CE) bei zwei Varianten (S 1, S 2) der Stellungsänderungen (S 0 zu S 1, S 0 zu S 2) des Schiebedaches mitwirkt, nämlich so­ wohl beim Schieben des Schiebedaches nach hinten (S 2) unter den dortigen Dachbereich, als auch beim Anheben (S 1) des Schiebedacher alleine an dessen rückwärtiger Kante nach oben über den dortigen Dachbereich hinaus,
• - es (CE) längs seiner Signalbahnen (SB 1, SB 2) jeweils zwei aneinander angrenzende, die zwei getrennten Varianten (S 1, S 2) getrennt erfassende Signalbahnbereiche (SBB 1, SBB 2) mit jeweils eige­ nen Sektoren (SK) aufweist, nämlich einen ersten Signalbahn­ bereich (SBB 1) für das Anheben (S 1) und einen zweiten (SBB 2) für das Schieben,
• - an der Grenze (G) zwischen diesen beiden Signalbahnbereichen (SBB 1, SBB 2) der Code für völliges Schließen (S 0) des Schie­ bedaches liegt, und
• - mit wachsendem Abstand von der Grenze (G) an den Sektoren (SK) jeweils Codes für zunehmend stärkere Stellungsänderungen (S 1, S 2) des Schiebedaches liegen.

13. Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - betrachtet längs der Signalbahnen (SB 1, SB 2), die Länge der Abtastfläche des die betreffende Signalbahn (SB 1, SB 2) berüh­ renden Abtastelementes (AE 1, AE 2) jeweils kürzer ist als der Abstand zwischen zwei an Potentiale gelegten Sektoren (SK) der betreffenden Signalbahn (SB 1, SB 2).

14. Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - im Betrieb mehrere Abtastelemente (z. B. mehrere AE 1) gemein­ sam eine einzige Signalbahn (z. B. SB 1) so gegeneinander (um den Winkel W) versetzt abtasten, daß
  • -- falls ein erstes dieser mehreren Abtastelemente (AE 1) die betreffende Signalbahn (SB 1) an einer Stelle der Isolator- Oberfläche (IS) zwischen zwei Sektoren (auf dem Radius R 2) abtastet, also ohne dadurch ein angelegtes Potential als Codesignal abtasten zu können,
• - ein zweites dieser mehreren Abtastelemente (AE 1) einen Sektor (auf dem Radius R 1) dieser Signalbahn (SB 1) abtastet.

15. Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine Rasteranordnung zum Einrasten der Verschiebungen zwi­ schen den Abtastelementen (AE 1, AE 2) und dem Codierelement (CE) vorhanden ist, so daß nur bestimmte definierte Verschie­ bungen stabil eingestellt werden können und daß aber zwischen diesen stabilen Verschiebungseinstellungen alle Verschie­ bungseinstellungen instabil sind.

16. Fernsteuereinrichtung zur Steuerung eines bewegbaren Objektes, mit zwei Codierelementen (CE) nach einem der vorher­ gehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das erste Codierelement (CE) einen abseits vom Objekt ange­ brachten SOLLwert-Geber darstellt, dessen momentane eigene relative Verschiebung einem SOLLwert der Stellung des zu steuernden Objekts entspricht,
• - das zweite Codierelement (CE) einen nahe am zu steuernden Ob­ jekt angebrachten ISTwert-Sensor darstellt, dessen momentane eigene relative Verschiebung dem momentanen Steuerzustand des zu steuernden Objektes entspricht,
• - der vom ersten Codierelement abgetastete Code mit dem vom zweiten Codierelement abgetasteten Code verglichen wird, und
• - bei Ungleichheit der beiden verglichenen Codes der Stellmotor des Objektes läuft, bis die beiden Codes gleich sind.