DE8816727U1

DE8816727U1 - Codierelement

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Publication number: DE8816727U1
Application number: DE8816727U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-11-10
Filing date: 1988-10-24
Publication date: 1990-06-13
Anticipated expiration: 1998-10-25
Also published as: WO1989004566A1; DE3738166A1

Description

.:■· GR 87 G" ·1&ogr;27 OE 'Ö4 Siemens Aktiengesellschaft

Codierelement
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Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung des im Oberbegriff von Schutzanspruch 1 definierten Codierelements, welches für sich durch

(1) US-A 3 733 122

vorbekannt ist. (1) gestattet bereits eine digitale feingestufte Fernsteuerung bzw. Fernmessung mit eindeutig einem Drehwinkel zugeordneten Codes und mit besonders wenig Signalbahnen. Daneben sind ähnliche Codierelemente durch Ö (2) EP-A2 94 828

vorbekannt.

Die Erfindung wurde zwar vorwiegend für Codierelemente entwickelt, '&ldquor;eiche, SOLLwert-Geber und ISTwert-Sensoren von durch Fernsteuerung bewegten Schiebedächern eines Kfz darstellen. Die Erfindung ist je- cch darüber hinaus bei allen jenen Codierelementen für Fernsteuerungen und auch für Fernmessungen anwendbar, die dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1 entsprechen.

(2) beschreibt das Abtasten der Sektoren beim Bewegen / Rotieren des Codierelementes. Der Code, der zu ein und derselben

j- Zeit von den verschiedenen Signalbahnen abgetastet ist, ist aber nicht eindeutig, weil derselbe Code an verschiedenen Stellen 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 abgetasteten Codesignale angebracht werden, weil nur mittels solcher Zählungen eindeutig ein bestimmter Rotationswinkel dem zunächst mehrdeutigen abgetasteten Code zugeordnet werden Kann. Die Erfindung gestattet jedoch, jeder relativen Verschiebung, z.B. jedem Ro-

2 GR 87 G 1827 DE 04 tationswinkel, jeweils einen eigenen eindeutigen Code zuzuordnen, und trotzdem eine Feingestuftheit der Zuordnung von Codes zu den Verschiebungen zu erreichen, ohne eine solche Zählung zu benötigen. Die Erfindung laßt aber zu, bei Bedarf auch mehrdeutiae Codes den einzelnen Verschiebungswerten bzw. Rotationswinkein zuzuordnen und die Eindeutigkeit mittels Zählern oder zählerähnlichen Einheiten zu erreichen.

Bei (2) sind an sich nur solche Anwendungen des Codierelsmentes beschrieben, bei denen es im wesentlichen als ISTwert-Sensor dient. Die Erfindung nutzt den bei (2) bereits vorhandenen, wenn auch dort nicht ausdrücklich offenbarten Vorteil, das Codierelement beliebig als SOLLwert-Geber und/oder als ISTweit-Sensor zu verwenden, wobei die Abtastung des betreffenden 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.
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Die Aufgabe der Erfindung,

in besonders raumsparender Weise besonders zuverlässig z.B. in der Kfz-Elektronik auch ungestört durch Temperaturdifferenzen zwischen dem SOLLwert-Geber und dem an einem getrennten Einbauort

eingebauten zugehörendem ISTwert-Sensor

eine besonders /eingestufte digitale Fernsteuerung bzw. Fernmessung, und zwar selbst bei einer ganz besonders geringen Anzahl vc»n Signalbahnen und damit einer ganz besonders geringen Anzahl von Abtastelementen sowie selbst bei einer mäßigen Anzahl von Sektoren pro Signalbahn, zu erreichen, ohne sin und denselben Code mehrfach, entsprechend mehreren relativen Verschiebungswerten, auf dem Codierelement anbringen zu müssen,

- und damit ohne, zur eindeutigen Definition dieses mehrfach angebrachten Code, zusätzlich einen Zähler oder eine zählerähnliche Einheit zur Zählung der beim Verschieben nach und * nach abgetasteten Codesignale anbringen JM müssen,

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wird dutch das Im Schutzanspruch 1 definierte Cödierelernent gelöst.

Weil die Slgnalbähnen 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 Signalbahnen andererseits erreicht werden. Die Erfindung gestattet jedoch, zusätzlich die Anzahl der Signalbahnen sowie die Anzahl &ngr; der Sektoren pro Signalbahn sehr groß zu machen, um auch dadurch weiter die Feingestuftheit des Codierelementes zu erhöhen.

Die Erfindung nutzt also die für viele Fälle, |

vor allem in der Kfz-Elektrohik für die ;

Steuerung von Schiebedächern, Fenstern, i

Kühlerjalousien, Luftklappen der Klima- j

anlage, usw. , j

ausreichende Feingestuftheit der durch das erfindungsgemäße Co- I

dierelement erreichbaren Codierung. |

Die Erfindung nutzt außerdem den bei (1) und (2) bereits vorhandenen, wenn auch dort nicht ausdrücklich offenbarten Vorteil, daß das Codierelement für sich gesehen kaum temperaturempfindlich ist, im Vergleich zu elektronischen, rein analog betriebenen SOLLwert-Geberschaltungen oder ISTwert-Sensorschaltungen. Analoge elektronische Schaltungen reagieren nämlich häu fig recht empfindlich auf die jeweiligen Temperäturänderungen 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 Türen oder am Dach stark schwanken; ebenso schwanken die Temperaturen in einem Kfz bei einem SOLLwert-Geber, der z.B. hinter der Frontwar.dung des Innenraumes liegt, meistens recht stark. Temperaturempfindliche Schaltungen arbeiten aber dann oft zu ungenau j vor allen! andern

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4 GR 87 G 1827 DE 04 sich die Stellungen der gesteuerten Objekte bei Temperaturänderungän an den Einbauorten dieser Schältungen, auch Wenn gär ke;J.'Se SteliungsMnderung gewünscht war*

Bei der Erfindung kann das CodiereJement rotiert werden* Es kann aber auch dieses Codierelement fäumÜGh feststehen und nur die Abtastelemente längs der Signalbahnen bewegt werden.

Die in den Unteransprüchen definierten Codierelemente bieten zusätzliche Vorteile. Zusätzlich gestattet nämlich das Codierelement gemäß Schutzanspruch

2j einen sehr kompakten Aufbau des Codierelementes zu erreichen,
3, eine besonders einfache Herstellung der Signalbahnen und der Versorgungsleitungen in einem gemeinsamen Herstellungsprozeß zu erreichen,

Und 5, einen ganz besonders kompakten Aufbau des Codierelementes zu erreichen,

6, eine hohe Lebensdauer des Codierelementes zu erreichen, indem die mechanische Abnutzung der Abtastelemente und/öder der Sektoren bei deren gegenseitigen Verschiebungen, nämlich mangels überstehender Stoßkanten der Sektoren, stark vermindert werden kann,

7, einen besonders einfachen Aufbau des Codierelementes zu erreichen und eine besonders geringe Anzahl von Abtastelementen 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,

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10, eine zuverlässige Fenster-Fernsteuerung bzw. "Fernmessung zu erreichen,

11, eiria zuverlässige Schiebedach-Fernsteuerung bzw* -Fernmessung 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,

1Ö 14, die Eindeutigkeit von abgetasteten Codes auch im Ubergängs-

bereich zwischen zwei Sektoren zu erreichen, sowie 15, die Eindeutigkeit von abgetasteten Codes mit besonders

wenig Aufwand an Abtastelementen und an Auswerteschaltunü gen, die an solche Abtastelemente anschließbar sind, zu erreichen»

Die Erfindung wird anhand der in den FIGUREN gezeigten Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Hierbei zeigt die FIGUR

1 ein Beispiel eines runden scheibenförmigen, um seinen Mittelpunkt drehbaren Codierelementes, also einer drehbaren Codierscheibe,

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

3 schematisch ein Beispiel für zwei spezielle Bewegungsvarianten eines Kfz-Hub-Schiebedaches.

/-&ngr; 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 SBl, SB2, welche ihrerseits einen konstanten Abstand voneinander aufweisen und zusätzlich in Längsrichtung in Sektoren SK unterteilt sind, vgl. FIG. 1.

6 GR 87 G 1827 DE Öei der Erfindung sind die Sektoren SK der Sigrvglbahnen SB2 jeweils eiekti-i&üh leitend. Sie bestehen z.B. aus einer genügend abriebfesten Kupferlegierung* Im Betrieb sind an diese Sektoren SK jeweils elektrische Potentiale gelegt, welche mittels elektrisch leitender Abtastelemente AEl, ÄE2 abgetastet werden.

Hierbei sind den einzelnen Signalbahnen SBl, SB2, vgl. FIG₁ 2, jeweils eigene Abtastelemente AEl, AE2 zugeordnet, weiche z.B. iings einer Senkrechten der signalbahnen sbI/sbz, also z.B. längs des Radius Rl der in FIG. 1 gezeigten Codierscheibe CE - die Potentiale der Sektoren SK abtasten. Das Potentiale-I/ muster, das gemeinsam gleichzeitig von allen Abtastelementen AE1/AE2 abgetastet wird, stellt einen Code dar, der seinerseits der momentanen relativen Verschiebung - hier &iacgr; der momentanen gegenseitigen Verdrehung - zwischen der Stellung der Abtastelemente AE1/AE2 einerseits und der momentanen Stellung der Codierscheibe CE andererseits entspricht. Der jeweiligen relativen Verschiebung zwischen der Codierscheibe CE und den Abtastelementen AE1/AE2 ist also in ganz spezieller Weise jeweils ein eigener, möglichst eindeutig definierter Code in Form von Oigitmustern aus vielstufigen Digits, also in Form von Potentialemustern, zugeordnet.

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-&ugr; 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 binare Codesignale als Digitmuster ergeben 30 würden. Bei der Erfindung sind in diesem Abtästzustand mehr als nut zwei verschiedene elektrische Potentiale auf den Sektoren SK abtastbar, so daß die Abtastelemente AEl, &Agr;&Egr;2 vielstufige Digits abtasten, die nämlich dann ihrerseits mehr als nur zwoi mögliche Potentialpegel aufweisen, z.B. drei, fünf oder ach* verschiedene mögliche Potentxalpegel.

Die gezeigte Codierscheibe CE gestattet wegen der mehr als zwei Potentiale aufweisenden abtastbaren Digits eine ganz besonders

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fein gestufte digitale Fernsteuerung bzw. Fernmessung, obwohl im gezeigtem Beispiel nur zwei Signalbahnen SBl, SB2 mit jeweils verhältnismäßig wenigen Sektoren SK angebracht sind.

Falls also die Sektoren SK jeweils fünf verschiedene Potentiale aufweisen können, können bei dieser Codierscheibe, die nur zwei Signalbahnen SBl/ SB2 trägt, bis zu 25 verschiedene Codes abgetastet werden.

Ciese 25 Codes können z.B. so um den Mittelpunkt der Codierscheibe verteilt werden, daß eine 25-stufige, und zwar eindeutige, Zuordnung des Drehwinkels zwischen der Codierscheibe CE L.-c den Abtastelementen AEl, AE2 besteht, ohne daß dann noch ei- Zähler oder noch eine zählerähnliche Einheit zur eindeutioer Diagnose von zunächst mehrdeutigen Codes nötig ist.

hi-nn man hingegen z.B. sechs verschiedene Potentiale der Sektoren SK bzw. der Digits zuläßt, können auf dieser Codierscheibe C^c, wenn sie nur zwei Signalbahnen SB1/SB2 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, woeuren die Feingestuftheit der Zuordnung von Codes zu Drehwin- € kein bzw. zu Verschiebungswerten nahezu beliebig weiter hoch getrieben werden kann, so daß sogar quasi-analoge, quasi-stufenfreie Zuordnungen möglich sind.

Kenn nämlich sechs verschiedene Potentiale je Digit und zusätzlich statt zwei Signalbahnen drei Signalbahnen angebracht werden, können bei der Erfindung statt 36 also sogar bis zu 216 verschiedenen Drehwinkeln eindeutig ein eigener Code zugeordnet

werden.
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I Die Erfindung gestattet äiäö, eine extfeme Feingestuftheit der i Zuordnung von Codes 2U Öfehwinkeln 2u erreichen *■ eine extfeme | Feingestuftheit, die nahezu einer rein analogen Signalabtastung %

8 GR 87 G 1827 DE entspricht, und zwar ohne die Nachteile, z.B. Temperaturempfindlichkeit, von analogen Schaltungen in Kauf nehmen zu müssen.

überdies gestattet die Erfindung, die jeweilige Zuordnungsnorm der Potentialemuster - also die Norm für die Zuordnung der physikalischen Struktur eines bestimmten Code - zu einem bestimmten Verschiebungs- bzw. Winkelwert weitgehend beliebig zu wählen. 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 Winkein längs der Signalbahnen SBl, SB2 gebunden. Die FIG. 1 zeigt ein Beispiel dafür: Dort ist der Sektor SKO 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 benachbarten Codewerten sind vor allem bei vielen ISTwert-Sensoren vorteilhaft, weil man dann bei Bedarf gewisse Abschnitte der Signalbahnen ganz besonders feinstufig und andere Abschnitte entsprechend grobstufig messen bzw. fernsteuern kann.

Beim in FIG. 1 und 2 gezeigten Beispiel der Codierscheibe CE &agr;- sind also im Betrieb viele verschiedene Potentiale auf den Sektoren SK abtastbar. Daher trägt dieses Codierscheibenbeispiel zusätzlich Versorgungsleitungen VL, VM nicht nur auf der Vordersondern auch auf der Rückseite zur Potentialversorgung der einzelnen 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 SBl, SB2 angebracht sind, können in einem einzigen Herstel» lungsprozeß zusammen mit den Sektoren SK hergestellt werden. Die auf der Rückseite angebrachten Versorgungsleitungen VM wer-

9 GR 87 G 1827 DE den mit Hilfe von Durchkontaktierungen leitend mit den jeweils betreffenden Sektoren SK verbunden.

Jeder Sektor SK erhält auf diese Weise ein eigenes definierbares 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 O die Oberfläche des Isolators IS vorhanden wäre. Das von einem floatendem 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. dei- logischen Null.

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

Die Widerstände der Spannungsteiler - oder des einzig vorhandenen Spannungsteilers - können abseits vom Codierelement CE angebracht werden, wobei dann die vom Spannungsteiler abgegriffenen Potentiale z.B. über zusätzliche Schleifspuren an die Versorgungsleitungen VL, VM weitergeleitet werden können. Bei dem in FIG. 1 gezeigten Beispiel CE kann aber in besonders platzsparender Weise zumindest ein Teil dieser Widerstände unmittelbar auf der Codierscheibe CE befestigt werden: Dazu weist ein Teil der Versorungsleitungen, vgl. VL in FIG. 1, Kontaktflecken

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K auf. Jeweils zwei solche Kontakt flecken K liegen so nahe beieinander, daß sie leicht mit Hilfe eines angelöteten oder angeschweißten Widerstandes oder mit Hilfe einer gedruckten oder aufgedompften Widerstandsschicht überbrückt werden können. Je nach dem Widerstandswert des überbrückenden Widerstandes, und je nach dem, um welchen Widerstand der verschiedenen Spannungsteiler-Widerstände es sich jeweils handelt, liegen jeweils unterschiedliche Potentiale an den angeschlossenen Sektoren SK.

Die mit Hilfe der Abtastelemente AEl, AC2 abgetasteten Potentiale werden häufig eigenen, diesen Abtastelementen AE individuell zugeordneten Verstärkern zugeleitet, wobei diese Verstärker bekanntlich jeweils eigene Eingangswiderstände aufweisen. Der Eingangswiderstand ist dann jeweils als Bestandteil jenes Spannungsteilers zu betrachten, der das am abgetasteten Sektor SK liegende Potential erzeugt. Die am betreffenden Verstärker-Eingangswiderstand anliegende Spannung hängt ab von dem Widerstandswert sowohl des Eingangswiderstandes als auch der übrigen Widerstände im Spannungsteiler, von dessen Abgriff der Sektor SK sein Potential erhält. Dies bedeutet, daß häufig das momentane Sektorpotential jeweils erheblich davon abhängen kann, ob gerade sein Potential von einem Abtastelement AE abgetastet wird oder nicht abgetastet wird, wtil der Eingangswiderstand des betreffenden Verstärkers nur während der Abtastung als Be_ä-v standteil des Spannungsteilers wirkt. Das Potential dieses Sektors SK neigt also dazu, mehr oder weniger stark auf die Abtastung zu reagieren, besonders wenn zwischen dem betreffenden Spannungsteiler-Abgriff und dem abzutastenden Sektor SK jeweils ein eigener Abzweigv/iderstand eingefügt ist. Die betreffenden, über einen solchen Abzweigwiderstanc¹ angeschlossenen Sektoren SK, deren Potential nicht abgegriffen wird, weisen also zmnächst Potentiale auf, welche besonders stark von jenen Potentialen abweichen, welche während des Abtastens an diesen Sektoren SK liegen.

Um eine zuverlässige Abtastung der Potentiale der Sektoren SK z:u erreichen, kann man, betrachtet längs der öignalbahnen SBl

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11 GR 87 G 1827 DE 04 bzw. SB2, -Jie Länge der Abtastfläche des die betreffende Signalbahn berührenden Äbtastelementes AEl bzw. AE2 jeweils kurzer machen als den Abstand zwischen zwei Sektöfen SK der be- treffenden Signalbahh SBi bzw. SB2. Dadurch wird nämlich verhindert, daß die Abtastfläche beim Gleiten auf der Signälbähn in einzelnen der Verschiebungsstellungen gleichzeitig zwei Sektoren SK der betreffenden Signälbähn SB abtastet.

Die Eindeutigkeit von abgetasteten Codes kann im Ubergangsbereich zwischen zwei Sektoren weiter verbessert werden, indem eine einzige Signalbahn, z.B. SBl, gleichzeitig von mehreren Abtastelementen, z.B. von mehreren AEl, gemeinsam abgetastet

&lgr;~ wird. Diese gemeinsam abtastenden Abtastelemente AEl sind so gegeneinander versetzt angeordnet, vgl. den Winkel W zwischen den Radien Rl und R2 in FIG. 1, daß das eine dieser mehreren Abtastelemente AEl auf dem Radius Rl mit Sicherheit einen Sektor SK dieser Signalbahn SBl abtastet, falls momentan ein anderes dieser Abtastelemente AEl auf dem Radius R2 gerade nur die Isolator-Oberfläche IS zwischen zwei Sektoren SK dieser Signalbahn SBl abtästet, so daß das letztere, nur die Isolator-Oberfläche IS abtastende Abtastelement AEl kein Potential eines Sektors SK abtasten kann. Es gibt dann also keine toten Verschiebungsstellungen mehr, weil die gemeinsam abtestenden Abtastelemente AEl nun stets einen eindeutigen, nämlich eindeutig &zgr; einem definierbaren Verschiebungswert zugeordneten, Code abtasten.

Es ist auch auf andere Weise möglich zu vermeiden, daß die Abtastelemente AEl, AE2 in nicht eindeutig zuordenbarer Weise nur eine Isolator-Oberfläche IS zwischen Sektoren SK abtasten. Dazu kann man - entweaer für die drehbar gelagerten Abtastelemente AE1/AE2, oder auch für das drehbar gelagerte Codierelement CE jeweils eine Rasteranordnung zum Einrasten der Verschiebungen anbringen, so daß nur bestimmte definierte Verschiebungen stabil auftreten können, und daß aber zwischen diesen stabilen Verschiebungslagen alle übrigen Verschiebungslagen instabil sind. Dadurch wird die Eindeutigkeit der Zuordnung der abgeta-

12 GR 87 G 1827 DE 04 steten Codes zu definierbaren Verschiebungslagen / Verdrehungswinkeln mit besonders wenig Aufwand an Abtastelementen AEl, AE2 und besonders wenig Aufwand an zugehörigen Verstärkern / Aus-Werteschältungen erreicht.

Um eine möglichst hohe Lebensdauer der abgetasteten Sektoren SK Und der abtastenden Fläche der Abtastelemente AEl, AE2 zu erreichen, kann z.B. jedes dieser Abtastelemente AE ein kleines, elektrisch leitendes Rädchen mit einer eigenen kleinen elektrisch leitenden Achse enthalten, vgl. FIG. 2, wobei das Rädchen über die Signalbahnen SB1/SB2 bzw. über deren Sektore SK rollen kann. Um die Lebensdauer des Codierelementes CE zu erhö- \J 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 de± 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 Sektorenoberfläche SK gleiten oder rollen. Eine solche Absenkung der Sektoren SK in die Isolator-Oberfläche IS ist z.B. dadurch erreichbar, daß als Isolatormaterial IS ein thermoplastisch verformbarer oder in der Hitze aushärtbarer Kunststoff verwendet wird *-i und indem die Sektoren SK bei erhöhter Temperatur mittels eines glatten Stempels in die dann (zunächst noch) weiche Isolatormasse IS eingedrückt werden. Ein solches Codierelement CE mit abgesenkten Sektoren SK kann aber auch auf andere Weise hergestellt werden* z.B. indem die vorgefertigten, mit den Versorgungsleitungen 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 einziges Objektes angebracht sein, Z=B, kann bei Verwendung der Erfin-

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13 GR 87 G 1827 DE

dung in der Kfz-Technik eine erste solche Codierscheibe CE als SOLLwert-Geber hinter der Innenraumverkleidung vor dem Fahrersitz, alsd z.B. hinter dem Armaturenbrett nahe bei KÜmaanläge-Schaltern öder sonstigen Schaltern, angebracht sein, wobei eine zweite derartige Codierscheibe CE nahe beim zu bewegenden Objekt, 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 betreffenden, 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 veranlaßt, 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-Sensors - betrachtet in Längsrichtung der Signalbahnen SB1/SB2 teils sehr schmal und teils ziemlich breit macht - vgl. den oben beschriebenen besonders schmalen Sektor SKO - , dann kann man manche Schritte sehr feinstufig, die übrigen mehr oder weniger grobstufig fernsteuern. Durch eine geschickte Wahl der

\ Breite dieser Sektoren SKO/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 weiterläuft (Nachlauf), auch wenn er bereits abgeschaltet ist. Je nach dem, ob ein solcher nachlaufender Stellmotor beim Vorwärtslauf 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 tier betreffenden Sektö-

14 GR 87 G 1827 DE ren SK kann erreicht werden, daß der Stellmotor fast exakt in derselben Stellung scehen bleibt, unabhängig davon, ob er von recht oder von links her hinlief, weil der Nachlauf in etwa der doppelten Breite des betreffenden Sektors SK bzw. SKO entspricht. Macht man hingegen die betreffenden Sektoren SK/SKO breiter oder schmäler als dem doppelten Wert des Nachlaufes entspricht, dann kann man bewußt Abweichungen der Ruhestellungen des Stellmoters, abhängig von seiner Drehrichtung zulassen bzw. einplanen.

Es ist für sich bekannt, das Schiebedach eines Kfz mit ein und demselben Codierelement, also ZiB. mit ein und derselben Codierscheibe CE. in verschiedener Weise zu bewegen. FIG* 1 zeigt ein Beispiel, bei welchem die Codierscheibe CE bei zwei Varianten Sl, S2 der Stellungsänderungen des Schiebedaches mitwirkt, vgl. auch FIG. 3, nämlich sowohl beim Schieben des Schiebedaches in die Stellung S2 nach hinten unter den dortigen Dachbereich, als auch beim Anheben des Schiebedaches in der Stellung Sl 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 S2 oder Anheben Sl geöffnet werden. Dazu weist die in FIG. 1 gezeigte Codierscheibe CE längs seiner Signalbahnen SBl, SB2 zwei aneinander angrenzende, die zwei Varianten Sl, S2 getrennt erfassende Signalbahnbereiche SBBl, SBB2 mit jeweils eigenen Sektoren SK auf, nämlich einen ersten Signalbahnbereich SBBl für das Anheben Sl und einen zweiten Signalbahnbereich SBB2 für das Schieben S2. An der Grenze G zwischen diesen beiden Signalbahnbereichen SBBl, SBB2 liegt der Code für völliges Schließen des Schiebedaches, vgl. SO in FIG. 3. Mit wachsendem Abstand von dieser Grenze G liegen an den Sektoren SK jeweils die Codes für zunehmend stärker geänderte Stellungen Sl bzw* S2 dieses Schiebedaches. Damit ist eine zuverlässige feingestufte Fernsten^-run- bzw. Fernmessung dieser zwei Bewegungsvarianten mit Hilfe eines einzigen Codierelementes / einer einzigen Codierscheibe CE erreichbar.

15 GR 87 G 1827 DE |

Die Erfindung eignet sich nicht nur zur Fernsteuerung bzw. |

Fernmessung im Kfz, z.B. zur feingestuften Steuerung eines Kfz- |

I Fensters, Schiebedaches, einer Kühlerjalousie oder Luftklappe §

der Klimaanlage, zur feingestuften Bewegung der Motorhaube und y

des Kofferraumdeckels, und zu feingestuften Sitzverstellungen usw., wobei moderne Kfz sehr viele solche, jeweils mit der Erfindung gesteuerte Stellmotoren enthalten können.

Die Erfindung ist nämlich darüber hinaus auch außerhalb von

Kfz, z.B. zur Steuerung von Fenstern, Türen und Behälteröffnungen 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 beliebiger bewegbarer technischer Objekte, also auch Roboter usw.

V/eil die Erfindung eine besonders geringe Temperaturempfindü:hkeit aufweist, besonders im Vergleich zu analogen elektronischen Schaltungen, kann die Erfindung auch unter sehr extremer Verhältnissen verwendet werden, wie z.B. zur Steuerung von Kränen, Verladebühnen sowie Flugzeug- und Schiffsbestandteilen, welche jeweils extremen Temperaturschwankungen ausgesetzt si'-.d.

Claims

16 GR 87-b-iS27 DE Schutzansprüche

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 Ausmaß einer relativen Verschiebung zwischen dem Codierelement (CE) und Abtastelementen (AEl, AE2) - z.B. zu einem Verdrehungswinkel zwischen dem Codeelement (CE) und den Abtastelementen (AEl, AE2) - , wobei

- es (CE) eine Oberfläche aufweist, welche ihrerseits mindestens zwei, bevorzugt nebeneinander in konstantem Abstand zueinander angeordnete, zur Codebildung in Längsrichtung in Sektoren (SK) unterteilte Signalbahnen (SBl, SB2) trägt,

C _ im Betrieb jede Signalbahn (SBl, SB2) bzw. deren Sektoren (SK) von jeweils mindestens einem Abtastelement (AEl, AE2) abgetastet wird, um aus den abgetasteten Signalen den der momentanen Verschiebung zugeordneten Code zu erhalten,

- es (CE) einen Isolator (IS) in solcher Weise enthält, daß die u'ie Signalbahnen (SBl, SB2) tragenden Bereiche seiner (CE) Oberfläche eine Isolator-Oberfläche (IS) ist,

- die Sektoren (SK) der Signalbahnen (SBl, SB2) elektrisch leitend 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 Pctentialpegel g- aufweisenden - Digits mittels elektrisch leitenden Abtastelementen (AEl, AE2), aufweisen, wodurch der Code mindestens zwei nichtbinäre Digits, die mehr als
zwei Potentialpegel aufweisen können, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Potentiale an die Sektoren (SK) zumindest sehr weitgehend wenn nicht überall jeweils durch das Abgriffpotential eines aus nur zwei Widerstände gebildeten Widerstandsteilers erzeugt ist, von denen

-- der eine jeweils ein einziger konkreter, auf dem Codierelement (CE) befestigter ohmscher Widerstand ist, und -« der ändere jeweils der effektive Eirtgangsinnenwiderstand eines däm betreffenden Abtästelement ((AEl, AE2) zugeordneten Verstärkers 1st·

17 GR 8-1-G"-1827*-DE'''

2. Codierelement (CE) nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß _ der auf ihm (CE) befestigte konkrete Widerstand jeweils ein

aufgedruckter bzw. aufgedampfter Schichtwiderstand ist. 5

3. Codierelement (CE) nach Schutzanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

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

4. Codierelement (CE) nach Schutzanspruch 3,

__ dadurch gekennzeichnet, daß O _ zumindest einige der Versorgungsleitungen (VL) neben den Signalbahnen (SBl, SB2) auf derselben Isolator-Oberfläche (IS) angebracht sind,

5. Codierelement (CE) nach Schutzanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß - zumindest eine der Versorgungsleitungen (VM) auf einer anderen Ebene des Isolators (IS) angebracht ist, und

- die betreffende Versorgungsleitung (VM) jeweils mittels einer Durchkontaktierung leitend mit mindestens einem der Sektoren (SK) verbunden ist.

6. Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche,

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 (AEl, AE2) abzutastenden Sektorenoberflächen (SK) und die dazu jeweils benachbarten Bereiche der Isolator-Oberfläche (IS) zumindest nahezu stoßfrei ineinander übergehen.

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

- es (CE) eine runde flache Codierscheibe mit konzentrisch um den Mittelpunkt der Codierscheibe angeordneten Signalbahnen

(SBl, SB2) ist.

8. Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß

- es nur zwei Signalbahnen (SBl, SB2) aufweist.

9. Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Schutzan- * } sprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß

- zumindest ein Teil seiner Versorgungsleitungen (VL) Kontaktflächen (K) aufweisen, an welche (K) jeweils der konkrete Widerstand angeschlossen ist.

10. Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche, bevorzugt nach Schutzanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Potentiale an den abgetasteten Sektoren (SK) SOLLwert-Potentiale bzw. STwert-Potentiale zur Steuerung der Stellung eines Kfz-Fensters darstellen.

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

- die Potentiale an den abgetasteten Sektoren (SK) SOLLwert-

Potentiale bzw. ISTwert-Potentiale zur Steuerung der Stellung eines Kfz-Schiebedaches darstellen.

12. Codierelement (CE) nach Schutzanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß - es (CE) längs seiner Signalbahnen (SBl, S32) jeweils zwei aneinander angrenzende, die zwei Varianten (Sl, S2) getrennt erfassende Signalbahnbereiche (SBBl, SBB2) mit jeweils eigenen Sektoren (SK) aufweist, nämlich einen ersten Signälbahnbereich (SBBl) für das Anheben (Sl) und einen zweiten (SBB2) für das Schieben,

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G 88 10 727.5 ^tli ^&iacgr; I?'''"* ⁴ⁱ**Gft*87 G 1631 DE Ol - an der Grenze (G) zwischen diesen beiden Signälbahnbefeictien (SBBl, SBB2) der Code für völliges Schließen (SO) des Schiebedaches liegtj und

- mit wachsendem Abstand von der Grenze (G) an den Sektoren (SK) jeweils Codes füf zunehmend stärkere Stelluncjsänderungeh (Sl, S2) des Schiebedaches liegen.

13. Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Schutzan·^ sprücho,

dadurch gekennzeichnet, daß

- betrachtet längs der Signälbahnen (SBl, SB2), die Lange der Abtastfläche des die betreffende Signälbähn (SBl, SB2) berührenden Abtastelementes (AEl, AE2) jeweils kurzer ist als der Abstand zwischen zwei an Potentiale gelegten Sektoren (SK) der betreffenden Signalbahn (SBl, SB2).

14. Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß - im Betrieb mehrere Abtastelemente (z*B* mehrere qEl) gemeinsam eine einzige Signalbahn (z.B. SBl) so gegeneinander (um den Winkel W) versetzt abtasten, daß
— falls ein erstes dieser mehreren Abtastelemente (AEl) die betreffende Signalbahn (SBl) an einer Stelle der Isolator--Oberfläche (IS) zwischen zwei Sektoren (auf dem Radius R2) abtastet, also ohne dadurch ein angelegtes Potential als Codesignal abtasten zu können,

ein zweites dieser mehreren Abtastelemente (AEl) einen Sektor (auf dem Radius Rl) dieser Signalbahn (SBl) abtastet. 30

15» Codierelement (CE) nach einem der vorhergehenden Schutzansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß

- eine Rasteranordnung zum Einrasten der Verschiebungen zwisehen den Abtastelementen (AEl, AE2) und dem Codierelement (CE) vorhanden ist, so daß nur bestimmte definierte Verschiebungen stabil eingestellt werden können und daß aber zwischen diesen stabilen Verschiebungseinstellungen alle Verschiebungseinstellungen instabil sind.