DE4125143A1 - Einrichtung zur kontaktlosen uebertragung von wechselsignalen - Google Patents

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.