DE4125143A1 - Einrichtung zur kontaktlosen uebertragung von wechselsignalen - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur
kontaktlosen Übertragung von Wechselsignalen mit einem
Sender und einem Empfänger, die wechselweise an eine
Sender- und Empfangselektronik anschließbar sind.
Durch die DE-A1-34 02 351 ist eine Einrichtung dieser
Art bekannt. Der Sender und der Empfänger sind hierbei
durch zwei Spulen gebildet, die konzentrisch ineinander
an einem rotierend antreibbaren Maschinenteil und einem
dieses aufnehmenden Gehäuse angebracht sind. Mit Hilfe
dieser Ausgestaltung können somit zwar Meßdaten zwischen
zwei relativ zueinander verdrehbaren Bauteilen kontaktlos
übertragen werden, diese Einrichtung erfordert aber, da
die ineinander angeordneten Spulen auftragen, einen großen
Bauraum. Vor allem ist von Nachteil, daß eine Abschirmung
nicht oder nur mit großem Bauaufwand zu bewerkstelligen
und daß eine hohe Störanfälligkeit durch andere Magnet
felder gegeben ist. Außerdem weisen die Spulen interne
Wicklungskapazitäten auf und die Übertragung erfolgt
nicht eisenlos, so daß Verluste auftreten. Die bekannte
Einrichtung ist daher nur bis zu einer gewissen Frequenz
verwendbar. Der Einsatzbereich dieser Einrichtung ist
daher beschränkt.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine Einrichtung
zur kontaktlosen Übertragung von Wechselsignalen zu
schaffen, die nicht nur sehr einfach in ihrer konstruk
tiven Ausgestaltung und damit wirtschaftlich herzustellen
ist, sondern die auch klein baut und äußerst vielseitig
eingesetzt werden kann. Vor allem soll erreicht werden,
daß eine hohe Datenübertragungsrate gegeben und ohne
Schwierigkeiten auch eine Abschirmung gegen Störfelder
zu bewerkstelligen ist, so daß die Einrichtung auch in
einer gestörten Umgebung verwendet werden kann.
Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Einrichtung
zur kontaktlosen Übertragung von Wechselsignalen der
vorgenannten Gattung dadurch erreicht, daß der Sender
und der Empfänger als flächige Antennen ausgebildet sind,
die auf einem vorzugsweise starren Träger aus einem
isolierenden Werkstoff angebracht und unmittelbar einander
gegenüberliegend angeordnet sind.
Zweckmäßig ist es hierbei, den Träger als Platte, als
Scheibe, als Zylinder, als Kugel oder als Quader aus
zubilden.
Zur induktiven Übertragung von Wechselsignalen können
die Antennen jeweils durch einen oder mehrere flächig
auf dem Träger angeordnete in sich geschlossene Leiter,
beispielsweise nach Art einer Leiterschleife oder einer
gedruckten Platine, gebildet sein, wobei die Leiterschlei
fen in Form eines Rechteckes oder eines Polygons
oder eines unterbrochenen Kreisringes angeordnet sein
können.
Zur kapazitiven Übertragung bpm Wechselsignalen können
die Antennen jeweils durch einen oder mehrere flächig
auf dem Träger angeordnete Kondensatoren vorzugsweise
in Form einer Metallfolie, eines metallisierten Lackfilmes
oder durch eine Platine gebildet sein.
Bei dieser Ausgestaltung der Antennen können die Konden
satoren jeweils in Form zweier Kämme mit von vorzugsweise
mittig auf dem Träger angebrachten Verbindungsstegen
nach außen abstehenden mit seitlichem Abstand zueinander
angeordneten Kondensatorplatten gebildet werden, es ist
aber auch möglich, die Kondensatoren jeweils aus zwei
oder mehreren konzentrisch ineinander auf dem Träger
angeordneten ringförmig gestalteten Kondensatorplatten
zu bilden, die mit vorzugsweise radial gerichteten
Schlitzen versehen sein können.
Zur induktiven und/oder kapazitiven Übertragung der
Wechselsignale können die Antennen aber auch aus in
sich geschlossenen Leiter und Kondensatoren bestehen,
wobei kammartig ausgebildete Kondensatoren innerhalb
rechteckig gestalteter Leiter angeordnet oder ringförmig
ausgebildete und vorzugsweise mit radial gerichteten
Schlitzen versehene Kondensatoren innerhalb eines in Form
eines durchbrochenen Kreisringes angeordneten Leiters
eingesetzt sein können.
Um das Übertragungsverhalten zu verbessern, ist es ferner
angezeigt, die Träger auf der den Antennen abgekehrten
Seiten jeweils mit einem flächig ausgebildeten Kondensator
zu versehen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung können die Antennen
auch relativ zueinander verstellbar, vorzugsweise gegen
einander linear verschiebbar oder verdrehbar, angeordnet
werden, bei zwei linear gegeneinander verstellbar an
geordneten Antennen ist es angebracht, diese in Ver
stellrichtung unterschiedlich groß auszubilden.
Angezeigt ist es ferner, die Antennen einzeln oder ge
meinsam in einem diese ganz oder teilweise umgebenden
Gehäuse vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff
einzusetzen.
Wird eine Einrichtung zur kontaktlosen Übertragung von
Wechselsignalen gemäß der Erfindung ausgebildet, so ist
nicht nur eine kraftfreie und berührungslose Übertragung
von analogen oder digitalen Wechselsignalen von einem
Sender zu einem Empfänger problemlos bei störungsfreiem
Betrieb zu bewerkstelligen, sondern es ist auch eine
hohe Datenübertragungsrate gegeben. Werden nämlich der
Sender und der Empfänger als flächige auf einem starren
Träger aufgebrachte und unmittelbar einander gegenüber
liegend angeordnete Antennen ausgebildet, so ist es
möglich, diese auf sehr einfache Weise gegen Störfelder
abzuschirmen. Außerdem weist die vorschlagsgemäß ge
staltete Einrichtung ein geringes Eigengewicht auf,
und diese baut auch klein, so daß, da somit nur wenig
Bauraum zu deren Unterbringung erforderlich ist, ein
vielseitiger Einsatz, gegebenenfalls auch in einer ge
störten Umgebung, möglich ist.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der
gemäß der Erfindung ausgebildeten Einrichtung zur kontakt
losen Übertragung von Wechselsignalen dargestellt, die
nachfolgend im einzelnen erläutert sind. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine Übertragungseinrichtung mit zwei auf
einem planen Träger angeordneten als Leiter
schleifen ausgebildete Antennen zur induktiven
Wechselsignalübertragung,
Fig. 2 eine Übertragungseinrictung nach Fig. 1
mit aus Kondensatoren bestehenden Antennen
zur kapazitiven Übertragung von Wechselsignalen,
Fig. 3 eine Einrichtung gemäß den Fig. 1 und 2
zur induktiven und kapazitiven Signalüber
tragung,
Fig. 4 eine als Platine ausgebildete Antenne
in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 5 die Platine nach Fig. 4 mit einem weiteren
auf deren Rückseite angeordneten Kondensator
im Schnitt,
Fig. 6 eine Übertragungseinrichtung nach Fig. 1
mit einer kreisringförmig angeordneten
Leiterschleife, in einem Axialschnitt,
Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII
der Fig. 6,
Fig. 8 eine Übertragungseinrichtung nach Fig. 2
mit kreisringförmig angeordneten
Kondensatorplatten in einem Axialschnitt,
Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX der
Fig. 8,
Fig. 10 eine Einrichtung zur induktiven und kapazi
tiven Signalübertragung nach den Fig. 6
und 8 mit kreisringförmig angeordneten
Antennen und
Fig. 11 und 12
Übertragungseinrichtungen mit einer
verschiebbar angeordneten Antenne,
jeweils in einem Axialschnitt.
Die in Fig. 1 dargestellte und mit 11 bezeichnete Ein
richtung dient zur kontaktlosen Übertragung von Wechsel
signalen zwischen einer Senderelektronik a und einer
Empfängerelektronik b und besteht aus zwei an diese
angeschlossenen und einander gegenüberliegend angeord
nete flächig ausgebildete Antennen 12 und 13, die als
Sender bzw. Empfänger wirksam sind. Die Antennen 12
und 13 sind jeweils durch eine auf einem starren Träger
14 bzw. 15 aus einem isolierenden Werkstoff aufgebrachte,
in sich geschlossene Leiterschleifen 16 bzw. 17 gebildet,
die rechteckig und in einer Ebene verlaufend angeordnet
sind.
Bei einer Übertragung von Wechselsignalen wird, je nach
dem welche der Antennen 12 oder 13 als Sender wirksam
ist, in dieser ein Magnetfeld erzeugt, durch das in der
als Empfänger wirksamen Antenne 13 oder 12 eine Spannung
hervorgerufen wird, die mit Hilfe der an diese angeschlos
senen Empfängerelektronik b bzw. a ausgewertet werden kann.
Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung 21 ist zur kapa
zitiven Übertragung von Wechselsignalen vorgesehen. Die
einander gegenüberliegend angeordneten und an eine Sende
elektronik a′ und eine Empfängerelektronik b′ ange
schlossenen Antennen 22 und 23 sind hierbei durch auf
starren Trägern 24 und 25 angebrachte Kondensatoren
26, 26′ bzw. 27, 27′ gebildet.
Damit keine Kreisströme durch Magnetfelder entstehen,
sind die einander gegenüberliegenden jeweils gleich
groß bemessenen Kondensatoren 26, 26′ bzw. 27, 27′ in
besonderer Weise gestaltet. An etwa mittig auf den
Trägern 24 und 25 angeordneten Verbindungsstegen 28
sind hierbei jeweils nach außen abstehende Kondensator
platten 29 angebracht, so daß Schlitze 30 gebildet sind.
Und um Störungen durch gleichtaktige Signale unterdrücken
zu können, sind jeweils Doppelkondensatoren 26, 26′
bzw. 27, 27′ vorgesehen.
Bei der Übertragungseinrichtung 31 nach Fig. 3 sind
die Antennen 32 und 33 zur induktiven und kapazitiven
Übertragung von Wechselsignalen geeignet. Um dies zu
ermöglichen, sind auf Trägern 34 und 35 jeweils in sich
geschlossene Leiter in Form von Leiterschleifen 36 bzw.
37, die mit der Sendeelektronik a und der Empfänger
elektroni b verbunden sind, sowie an die Sendeelektronik
a′ und die Empfängerelektronik b′ angeschlossene Kon
densatoren 38 bzw. 39 aufgebracht, und zwar jeweils
in einer Ebene. Mit der Einrichtung 31 können somit
Wechselsignale auf zwei Kanälen übertragen werden.
Die in Fig. 4 dargestellte Antenne 42 ist in gleicher
Weise einsetzbar. Als Träger ist hierbei eine Platine
44 vorgesehen, auf der eine Leiterschleife 46 sowie
ein Doppelkondensator 48 aufgedruckt sind.
Zur internen Abschirmung kann, wie dies in der Schnitt
zeichnung gemäß Fig. 5 dargestellte ist, auf der der
Antenne 42 abgekehrten Seite der Platine 44 ein flächig
ausgebildeter Kondensator 49 angebracht sein. Das Über
tragungsverhalten der Antenne 42 wird auf diese Weise
verbessert.
Die zur induktiven Übertragung von Wechselsignalen vor
gesehene Einrichtung 51 nach den Fig. 6 und 7 besteht
wiederum aus auf starren Trägern 54 und 55 angeordneten
einander gegenüberliegenden Leiterschleifen 56 und 57,
durch die die Antennen 52 bzw. 53 gebildet sind. Zur
Abschirmung gegen Störfelder sind die Antennen 52 und
53 jeweils in einem diese aufnehmenden Gehäuse 58 bzw.
59 eingesetzt.
Die Leiterschleifen 56 und 57 sind in besonderer Weise
getaltet, und zwar in Form eines Kreisringes, der in
dem den Anschlüssen gegenüberliegenden Bereich unter
brochen ist.
Gemäß den Fig. 8 und 9 sind die zur kapazitiven
Übertragung von Wechselsignalen vorgesehenen Antennen
62 und 63 der Einrichtung 61 durch auf Trägern 64 bzw.
65 angeordnete Doppel-Kondensatoren 66 und 67 gebildet
und in einem geschlossenen Gehäuse 68 eingebaut. Die
Doppel-Kondensatoren 66 und 67 sind hierbei kreisring
förmig gestaltet, und zur Vermeidung von Wirbelströmen
mit radial gerichteten Schlitzen 69 bzw. 69′ versehen.
Die in Fig. 10 in einem Axialschnitt gezeigte Einrich
tung 71 eignet sich zur induktiven und kapazitiven
Übertragung von Wechselsignalen. Die dargestellte Antenne
72 besteht wiederum aus einer in Form eines unterbroche
nen Kreisringes ausgebildeten und auf einem Träger 73
aufgebrachten Leiterschlaufe 74 und einem Kondensator
75, der in der Leiterschlaufe 74 angeordnet ist. Durch
ein die Antenne 72 umgebendes Gehäuse 76 ist diese
gegen Störfelder abgeschirmt.
Die in den Fig. 11 und 12 jeweils in einem Axial
schnitt gezeigten Einrichtungen 81 und 91 weisen jeweils
eine lageveränderbare Antenne 83 bzw. 93 auf, die mit
einer ortsfest angeordneten Antenne 82 bzw. 92 zusammen
wirken, so daß eine Übertragung von Wechselsignalen
von einem oder zu einem verstellbaren Bauteil ohne
Schwierigkeiten zu bewerkstelligen ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 ist die
Antenne 83 in einem zur Abschirmung vorgesehenen
Gehäuse 84 verschiebbar eingesetzt, nach Fig. 12
ist das die Antennen 92 und 93 aufnehmende zweiteilige
Gehäuse 94 dagegen als Zylinder ausgebildet, so daß
eine Übertragung von Wechselsignalen auch bei Relativ
verdrehungen der beiden Teile des Gehäuses 94 zueinander
und bei einer Axialverschiebung der Antenne 93 möglich
ist.
Claims (16)
1. Einrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Wechsel
signalen mit einem Sender und einem Empfänger, die
wechselweise an eine Sender- und Empfangselektronik
anschließbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Sender und der Empfänger als flächige Antennen
(12, 13; 22, 23; 32, 33; 42; 52, 53; 62, 63; 72;
82, 83; 92, 93) ausgebildet sind, die auf einem vor
zugsweise starren Träger (14, 15; 24, 25; 34, 35;
44; 54, 55; 64, 65; 73) aus einem isolierenden Werk
stoff angebracht und unmittelbar einander gegenüber
liegend angeordnet sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Träger (14, 15; 24, 45; 34, 35; 44; 54, 55;
64, 65; 73) als Platte, als Scheibe, als Zylinder,
als Kugel oder als Quader ausgebildet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur induktiven Übertragung von Wechselsignalen die
Antennen (12, 13; 32, 33; 42; 52, 53; 72) jeweils durch
einen oder mehrere flächig auf dem Träger (14, 15;
34, 35; 54, 55; 73) angeordnete in sich geschlossene
Leiter, beispielsweise nach Art einer Leiterschleife
(16, 17; 36, 37; 46; 56, 57; 74) oder einer gedruckten
Platine (44), gebildet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leiterschleifen (16, 17; 36, 37; 46) in Form
eines Rechteckes oder eines Polygons angeordnet sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leiterschleifen (56, 57; 74) in Form eines
unterbrochenen Kreisringes angeordnet sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur kapazitiven Übertragung von Wechselsignalen die
Antennen (22, 23; 32, 33; 62, 63; 72) jeweils durch
einen oder mehrere flächig auf dem Träger (24, 25; 34,
35; 64, 65; 73) angeordnete Kondensatoren (26, 26′; 27,
27′; 38, 39; 48; 66, 67; 75), vorzugsweise in Form einer
Metallfolie, eines metallisierten Lackfilmes oder
durch eine Platine (44), gebildet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kondensatoren (26, 26′; 27, 27′) jeweils
in Form zweier Kämme mit von vorzugsweise mittig
auf dem Träger (24, 25) angebrachten Verbindungsstegen
nach außen abstehenden mit seitlichem Abstand zuein
ander angeordneten Kondensatorplatten (29) ausge
bildet sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kondensatoren (66, 67) jeweils aus zwei
oder mehreren konzentrisch ineinander auf dem Träger
(64, 65) angeordneten ringförmig gestalteten Konden
satorplatten gebildet sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kondensatoren (66, 67) mit vorzugsweise
radial gerichteten Schlitzen (69) versehen sind.
10. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antennen (32, 33; 42; 72) jeweils durch
in sich geschlossene Leiter (Leiterschleifen 36,
37; 46; 74) und Kondensatoren (38, 39; 48; 75)
zur induktiven und/oder kapazitiven Übertragung
der Wechselsignale gebildet sind.
11. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß kammartig ausgebildete Kondensatoren (38, 39)
innerhalb rechteckig gestalteter Leiterschleifen
(36, 37) angeordnet sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß ringförmig ausgebildete und vorzugsweise mit
radial gerichteten Schlitzen versehene Kondensatoren
(75) innerhalb einer in Form eines durchbrochenen
Kreisringes angeordneten Leiterschleife (74) ein
gesetzt sind.
13. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur internen Abschirmung die Träger (Platine 44)
auf der den Antennen (48) abgekehrten Seiten jeweils
mit einem flächig ausgebildeten Kondensator (49) ver
sehen sind.
14. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antennen (82, 83; 92, 93) relativ zuein
ander verstellbar, vorzugsweise gegeneinander
linear verschiebbar oder verdrehbar, angeordnet
sind.
15. Einrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei zwei linear gegeneinander verstellbar
angeordneten Antennen (82, 83; 92, 93) diese in
Verstellrichtung unterschiedlich groß ausgebildet
sind.
16. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antennen (52, 53; 62, 63; 72; 82, 83;
92, 92) einzeln oder gemeinsam in einem diese
ganz oder teilweise umgebenden Gehäuse (58, 59;
68; 76; 84; 94) vorzugsweise aus einem ferromag
netischen Werkstoff eingesetzt sind.
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