DE2456541C3 - Mit einem Rad gekoppeltes elektromechanisches Wandlerelement zum Umsetzen einer Drehbewegung des Rades in die Drehung und die Stellung des Rades angebende elektrische Signale - Google Patents
Mit einem Rad gekoppeltes elektromechanisches Wandlerelement zum Umsetzen einer Drehbewegung des Rades in die Drehung und die Stellung des Rades angebende elektrische SignaleInfo
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- DE2456541C3 DE2456541C3 DE742456541A DE2456541A DE2456541C3 DE 2456541 C3 DE2456541 C3 DE 2456541C3 DE 742456541 A DE742456541 A DE 742456541A DE 2456541 A DE2456541 A DE 2456541A DE 2456541 C3 DE2456541 C3 DE 2456541C3
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Description
Die Erfindung betrifft ein mit einem Rad gekoppeltes elektromechanisches Wandlerelement zum Umsetzen
einer Drehbewegung des Rades in die Drehung und die Stellung des Rades angebende elektrische Signale, mit
einer ersten und einer zweiten Blende, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und von denen eine Blende
gegenüber der anderen Blende verdrehbar angeordnet und derart mit dem Rad gekoppelt ist, daß eine Drehung
des Rades auf diese Blende übertragbar ist, daß auf der ersten Blende mehrere Schlitze vorgesehen sind und
daß auf der zweiten Blende eine erste und eine zweite
Gruppe von Schlitzen vorgesehen sind, denen jeweils ein Fotorezeptor zugeordnet ist, der auf durch die
Schlitze fallendes Licht einer Lichtquelle anspricht.
Ein solches elektromechanisches Wandlerelement eignet sich insbesondere zur Verwendung in Stellungsanzeigern, bei denen die von dem Wandlerelement
erhaltenen Signale entweder dazu verwandt werden, die Stellung des Stellungsanzeigers sichtbar anzuzeigen
oder um die Bewegung eines Läufers auf einer Anzeigeeinrichtung zu steuern.
Aus der US-Patentschrift 35 41 541 ist bereits ein solcher Stellungsanzeiger mit verschiedenen Formen
von Wandlern zur Umwandlung seiner Bewegung in Stellungssignale bekannt, die in einer Anzeigeeinrichtung
benutzt werden. Bei einer Ausführungsform ist jeweils ein Potentiometer mit jeweils einem der Räder
des Stellungsanzeigers verbunden, um die Drehbewegung der Räder angebende Signale zu erzeugen. In einer
anderen Ausführungsform wird ein Scheibenverschlüß ler verwandt, der ein der jeweiligen Drehstellung der
Scheibe entsprechendes digitales Ausgangssignal er zeugt. Eine solche Scheibenanordnung ermöglicht
umittelbar ein digitales Ausgangssignal anstelle eines analogen Ausgangssignals der ersten Ausführungsform
zu erzeugen, das digital umgeformt werden muß, um von einer Computersteuerung einer Katodenstrahlanzcigeeinrichtung
verwandt werden zu können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromechanisches Wandlerelement der
eingangs erwähnten Art anzugeben, mit dem eine genaue Positionsangabe bei einer Drehung des Rades in
einer Stellungsanzeigeeinrichtung erhalten werden
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schlitze auf der ersten Blende auf einem
einzigen Umfang in gleichmäßigem Wiikelabstand
voneinander angeordnet sind, daß die erste und zweite Gruppe von Schlitzen auf der zweiien Blende auf
demselben Umfang angeordnet sind und ihre Gesamtzahl geringer als die Zihl der Schütze auf der ersten
Blende ist, daß die Schlitzbreite der Schlitze auf der zweiten Biemte jeweils geringer als die Schlitzbreite der
Schlitze auf der ersten Blende ist und daß die Schlitze der ersten Gruppe der zweiten Blende in bezug auf eine
Ausrichtung dieser Schlitze mit den Schlitzen der ersten Blende phasenversetzt zu den Schlitzen der zweiten
Gruppe angeordnet sind.
Mit dem elektomechanischen Wandlereiement können genaue Stellungsangaben erhalten werden, und
insbesondere kann mit einer einfachen Anordnung genau zwischen einer Vorwärts- und einer Rückwärtsbewegung
unterschieden werden. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße elektromechanische Wandlerelement
eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Mehrkoordinatenstellungsanzeiger, der mittels
zweier rechtwinklig zueinander angeordneter Transporträder über eine ihn tragende Fläche in zwei
Koordinaten (x-y-Koordinaten) bewegbar ist, wobei die
Drehbewegung eines jeden Rades durch ein damit gekoppeltes elcktromechanisches Wandlerelement
nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in elektrische Signale für eine Anzeigeeinrichtung zur Angabe der jeweiligen
Lage des Stellungsanzeigers innerhalb eines x-y-Koordinatensystems
umgewandelt wird und wobei die beiden Transporträder am Gehäuse des Stellungsanzeigers
derart gelagert sind, daß sie in einer gegenüber der sie tragenden Fläche einen Winkel von 50° bis 70°
einschließenden Ebene liegen, wobei die horizontalen Komponenten der Achsen der beiden Transporträder
orthogonal zueinander stehen und wobei die Drehung der beiden Transporträder die Bewegung des Stellungsanzeigers in der x- und y-Richtung auf jeweils eine Rolle
überträgt, die einerseits in bestimmter Winkelstellung in Reibungskontakt mit dem zugehörigen Transportrad
steht und andererseits mit der drehbaren Blende jeweils einen der elektromechanischen Wandler zur Erzeugung
von der jeweiligen Lage des Stellungsanzeigers innerhalb des x-y-Koordinatensystems entsprechende
elektrische Signale gekoppelt ist.
Im folgenden soll die Erfindung näher anhand eines Mehrkoordinatenstellungsanzeigers erläutert werden.
Im einzelnen zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Draufsicht auf einen Mehrkoordinaten-Stellungsanzeiger,
F i g. 2 eine perspektivische Draufsicht auf den Boden des in Fig. 1 gezeigten Mehrkoordinaten-Stellungsanzeigers,
der die Ausrichtung der Räder für die X- und Y- Richtung zeigt,
F i g. 3 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines elektromechanischen Wandlers, der einem Transportrad
zugeordnet ist, in auscinandergezogener Darstellung,
F i g. 4 eine Ansicht der in F i g. 3 gezeigten Teile von unten,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines in dem Mehrkoordip.aten-Stellungsanzeigers
montierten elektromechanischen Wandlers längs der Linie A-A in Fig.4 im
Zusammenwirken mit dem zugeordneten Transportrad, das die den Stellungsanzeiger tragende Fläche berührt.
und
Fig. 6 eine Schniudarstellung des elektromechanischen
Wandlers längs der Linie B-Bner F i g. 3.
In Fig. 1 ist ein Mehrkoordinaten-Stellungsanzeiger I dargestellt. Auf dem Oberteil eines Gehäuses 2 des Stellunganzeigers 1 sind Steuertasten 3 angeordnet, die das Schließen hier nicht gezeigter Schauer bewirken, die Impulse durch ein Kabel 5 abgeben, um bestimmte
In Fig. 1 ist ein Mehrkoordinaten-Stellungsanzeiger I dargestellt. Auf dem Oberteil eines Gehäuses 2 des Stellunganzeigers 1 sind Steuertasten 3 angeordnet, die das Schließen hier nicht gezeigter Schauer bewirken, die Impulse durch ein Kabel 5 abgeben, um bestimmte
ίο Änderungen der auf einem hier nicht gezeigten
Anzeigemonitor angezeigten Information zu signaliesieren. Eine horizontale Tragplatte 8 ist fest mit dem
Innenraum des Gehäuses 2 verbunden. An dieser Tragplatte sind Wandler 12 und 14 gehalten.
Die Wandler 12 und 14 sind jeweils mit Schrauben 16 und 18 auf der Tragplatte 8 befestigt, wie dieses in
F i g. 2 gezeigt ist. Transporträder 20 und 22 sind jeweils mit den Wandlern 12 und !4 gekoppelt. Die Räder 20
und 22 ermögiichcri zusammen mit einem Tragstempcl
26, daß der Stellungsanzeiger 1 au! einer ihn tragenden Fläche, wie einem Tisch, nach Art einer Dreipunktlagerung
getragen wird. Der Radius der Räder 20 und 22 und die Länge des Tragstempels 26 sind so gewählt, daß sich
der Stellungsanzeiger 1 in einer horizontalen Lage gegenüber der horizontalen Fläche befindet. Wird der
Stellungsanzeiger 1 auf der ihn tragenden Fläche bewegt, so drehen sich die Räder entsprechend der
Bewegung in Richtung der X- und K-Koordinaten in Berührung mit der Fläche. In diesem Zusammcnhang
gibt die Drehbewegung des Transportrades 20 die Bewegung in Richtung der V-Koordinate
des Stellungsanzeigers 1 und die Drehung des Transportrades 22 die Bewegung in Richtung der
V-Koordinate an.
In F i g. 3 ist eine Seitenansicht in auseinandergezogener
Darstellung eines Transporirades 22 zusammen mit dem mit ihm gekoppelten Wandler gezeigt. Das Rad 22
ist drehbar an einem Wandlergehäuse 30 mit Hilfe einer Schraube 32 und einer mit einem Flansch versehenen
Welle 34 gelagert. Die Drehung des in dem Gehäuse 30 gelagerten Rades 22 bewirkt die Drehung einer aus
gehärtetem Stahl hergestellten Rolle 38. Die Drehung des Rades 22 wird damit auf die Rolle 38 übertragen, die
auf einer Welle 40 aufgepaßt ist. Die Rolle 38 wird <<uf
4S der Welle 40 mit Hilfe zugehöriger Kugellager 42 und
44 auf jeder Seite festgehalten, die über eine Schraube 48 befestigt sind. Eine Blende 46 ist einstückig mit dem
einen Ende der Welle 40 neben dem Kugellager 42 verbunden, um eine sich drehende Blendenanordnung
so zu bilden. Die Schraube 48 ist so befestigt, daß die Innenringe der Kugellager 42 und 44, die Rolle 38 und
die Welle 40 sich zueinander in einer festen Beziehung befinden. Die Drehung der Rolle 38, die durch Drehung
des Rades 22 verursacht wird, bewirkt damit die Drehung der Blende 46.
Eine feste Blende 52, mit einem größeren Durchmesser als der der sich drehenden Blende 46, ist auf den
Innenflächen des Gehäuses 30 so befestigt, daß sie konzentrisch zu der sich drehenden Blende 46
angeordnet ist. Am äußeren Ende der Blende 52 ist eine Lampe 56 befestigt, die in die Blende 46 hineinragt, um
in dieser eine Lichtquelle zu bilden. Wie auch in der entsprechenden, in F i g. 4 gezeigten Ansicht von unten
zu ei kennen ist, hat die sich drehende Blende 46 eine Vielzahl von Schlitzen, die um ihrem Umfang ; iit
gleichem Abstand zueinander angeordnet sind. Die Schlitze haben einen gegenseitigen Abstand X und eine
Breite von etwa von '/2 X. Bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel beträgt die Sehlitzgröße etwa
0,53 mm χ 5.1 mm. Die feste Blende 52 weist zwei Gruppen von Schlitzen auf, wobei die Schlitze einer
gegebenen Gruppe die gleiche Winkelanordnung wie
die Blende 46 haben, jedoch die Winkelanordnung zwischen den Schlitzen unterschiedlicher Gruppen um
ein V'criel oder ein ganzzahliges Vielfaches des
Wi.ikelabstandes zwischen den Schlitzen versetzt sind,
jede Gruppe von Schlitzen der Blende 52 wirkt mit einem zugeordneten Kanal 60 zusammen, an dessen
Ende ein lichtempfindliches Element 66, wie ein Fototransistor angeordnet ist, der auf jedes Zusammenfallen
von Schlitzen der sich drehenden Blende 46 und der festen Blende 52 anspricht, das den von der Lampe
56 ausgestrahlten Licht durch einen zugehörigen Kanal 60 hindurch ein Auflreffen auf dem lichtempfindlichen
Element 66 ermöglicht.
Bei diesem bevorzugten Ausführungsbei^piel ist das
lichtempfindliche Element 66 ein Fototransistor. Mit dem Auftreffen des Lichts auf den Fototransistor 66
fließt ein Strom vom Kollektor zum Emitter, um ein Signal zu erzeugen, dessen Signalübergänge die
Drehung des Transportrades 22 angeben. Da die Breite der Schlitze der Blende 46 gleich der halben Entfernung
zwischen den Schlitzen ist, ist die vom Transistor 66 erzeugte Signalform während der Drehung des Rades
22 zur Hälfte ein Signal hohen Pegels und zur Hälfte ein Signal niedrigen Pegels. Drei Schlitze bilden jeweils eine
Gruppe von Schlitzen der Blende 52, wobei jeder Schlitz so schmal wie möglich in bezug auf die Empfindlichkeit
des Transistors 66 ist. Infolge dieser praktischen Erwägungen haben die Schlitze der Blende 52 etwa ein
Drittel der Breite der Schlitze der Blende 46. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Schlitze also
etwa 0,18 mm breit und etwa 6,4 mm lang. Die relative Breite der Schlitze der jeweiligen Blenden 46 und 52
machen Übergangsgradienten der Lichtintensität so klein wie möglich, die sonst beim Zusammenfallen der
Schlitze auftreten und Mehrdeutigkeiten beim Schalten des Transistors 66 bewirken wurden.
In Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung des montierten
Wandlers längs der Linie A-A der F ig. 4 gezeigt. Die relative Anordnung der Blenden 46 und 52, der Welle 40,
des Transportrades 22 und des Gehäuses 30 ist klar zu erkennen. In Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung des
montierten Wandlers längs der Linie B-B der F i g. 3 gezeigt. Die relative Anordnung der Schlitze der
jeweiligen Blenden 46 und 52 in bezug auf den Kanal 60 und den Transistor 66 ist ebenfalls klar zu erkennen.
Die Anzahl der Schlitze in der sich drehenden Blende bestimmt die Anzahl der Ausgangsimpulse, die vom
Transistor 66 pro Entfernungseinheit erzeugt werden, die der Stellungsanzeiger auf der ihn tragenden Fläche
zurücklegt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind 30 Schlitze über den Umfang der sich drehenden
Blende 46 vorgesehen, die zu einem jeweiligen Ausgangssignal des Transistors 66 mit fünfzig Impulsen
pro 2,5 cm führen, die von dem Stellungsanzeiger auf der Fläche zurückgelegt werden. iJa die Signalform des
Ai:seangssigna!s des Transistors hh zur Halfic hohen
unü zur Hälfte niedrigen Pei'H hat, sind die die Drehung
des Rades 22 angebenden Ausgangssignale etwa eine Rcchteckwelle, deren Impulsbreite gleich der Impulspause
ist. Dw die Gruppen von Schlitzen der Blende 52
winkelmäßig um eine Differenz von 1Z4 um die
Winki'lentfernung zwischen den Seliiu/.en versetzt sind,
ist eine Rechicckwellc. d>e von einem Transistor W>
erzeugt wird, gegenüber der jeweils anderen um W phasenvursetzt. Die Drehrichtung des Rades 22 ist
daher dadurch zu bestimmen, welches Ausgangssignal der Transistoren dem anderen Ausgangssignal um eine
Phasendifferenz voreilt.
Bei diesem bevorzugten Ausführiingsbcispic! Kt das
Tran^rtrad 22 eine aus Stahl hergestellte Kugellageranordnung, dessen Inncnlaufring axial auf einer festen
Welle 34 angeordnet ist, wie dieses in F i g. 5 gezeig; ist. Infolge d;-r Winkeibeziehung zwischen der Rolle 38 und
der Welle 34 behält das Rad 22 die Berührung mit der Rolle 38 durch die natürliche Kraft aufrecht, die von der
den Stellungsanzeiger 1 tragenden Fläche ausgeübt wird. Das in dieser Weise angeordnete Rad 22 bewirkt
eine reibungsarme Drehung, die wirksam die Bewegung des Stellungsanzeigers 1 über die ihn tragende Fläche
überträgt. Die erwähnte Lagerung des Rades 22 am Gehäuse 30 ist derart, daß das Rad 22 in einer Ebene
liegt, die etwa b0" gegenüber der den Stellungsanzeiger
jo 1 tragenden Fläche angeordnet ist. Diese Winkelanordnung des Rades 22 zwischen der es tragenden Fläche
und der Rolle 38 verbessert die Übertragung einer Radialbewegung vom Rad aui die Rolle 38, ohne daß
zusätzliche mechanische Elemente, wie Vorspannfedem. erforderlich sind, die selbst Drehkräfte durch
Erzeugung unerwünschter Rollreibungsverluste aufnehmen wurden. Der Bereich der zulässigen Winkelstellung
der Radebene gegenüber der es tragenden Fläche liegt zwischen 50 und 70D. Die Berührungskanten des Rades
22 sind mit einem Radius von etwa 0,51 bis etwa 0,64 mm abgerundet, um eine geeignete Auflage des Rades 22 auf
der es tragenden Fläche zu bewirken, so daß das Rad 22 den tatsächlichen Wert seiner X- oder Y-Koordinate
der Bewegung des Stellungsanzeigers 1 aufnimmt und diesen Wert über seine Kopplung an die sich drehende
Blende 46 überträgt.
Während die Fig. 3 bis b einen Wandler 14 und das
Transportrad 22 zeigen, geben die gleichen Darstellungen auch Aufbau und Wirkungsweise des Wandlers 12
und seines zugehörigen Transportrades 20 an. Da die horizontale Komponente der Achsen der zugehörigen
Räder 20 und 22 orthogonal zueinander ist, ist das Transportrad 20 so angeordnet, daß es die Bewegung
des Stellungsanzeigers 1 in einer Koordinatenrichtung aufnimmt, die gegenüber der vom Transportrad 22
aufgenommenen Koordinatenrichtung um 90° versetzt ist.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Mit einem Rad gekoppeltes elektromcchanisches Wandlerelement zum Umsetzen einer Drehbewegung
des Rades in die Drehung und die Stellung des Rades angebende elektrische Signale,
mit einer ersten und einer zweiten Blende, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und von
denen eine Blende gegenüber der anderen Blende verdrehbar angeordnet und derart mit dem Rad
gekoppe't ist, daß eine Drehung des Rades auf diese Blende übertragbar ist, daß auf der ersten Blende
mehrere Schlitze vorgesehen sind und daß auf der zweiten Biende eine erste und eine zweite Gruppe
von Schlitzen vorgesehen sind, denen jeweils ein Fotorezeptor zugeordnet ist, der auf durch die
Schlitze fallendes Licht einer Lichtquelle anspWcht, dadurch gekennzeichnei, daß die Schlitze
auf der ersten Blende (46) auf einem einzigen Umfang in gleichmäßigem Winkelabstand voneinander
angeordnet sind, daß die erste und zweite Gruppe von Schlitzen auf der zweiten Blende (52)
auf demselben Umfang angeordnet sind und ihre Gesamtzahl geringer als die Zahl der Schlitze auf
der ersten Blende (46) ist, daß die Schlitzbreite der Schlitze auf der zweiten Blende (52) jeweils geringer
als die Schlitzbreite der Schlitze auf der ersten Blende (46) ist und daß die Schlitze der ersten
Gruppe der zweiten Blende (52) in bezug auf eine Ausrichtung dieser Schlitze mit den Schlitzen der
ersten Blende (46) phasenversetzt zu den Schlitzen der zweiten Gruppe angeordnet sind.
2. Wandlerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze der ersten Blende
(46) mit gleichen Winkelabständen zueinander angeordnet sind und die Schlitze der ersten Gruppe
der zweiten Blende (52) den gleichen Winkelabstand wie die Schlitze der ersten Blende (46) haben.
3. Wandlerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze der ersten
Gruppe der zweiten Blende (52) gegenüber den Schlitzen der zweiten Gruppe dieser Blende (52) um
ein Viertel des Winkelabstandes der Schlitze versetzt sind, wodurch die Impulsfolgen der beiden
lichtempfindlichen Elemente (66) zueinander um 90° phasenversetzt sind.
4. Wandlerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der
Schlitze der ersten Blende (46) etwa gleich der Hälfte des Abstandes zwischen den Schlitzen ist.
5. Wandlerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der
Schlitze der zweiten Blende (52) ein Drittel der Breite der Schlitze der ersten Blende (46) ist.
6. Elektromechanisches Wandlerelement zur Verwendung
in einem Mehrkoordinaten-Stellungsanzeiger (1), der mittels zweier rechtwinklig zueinander
angeordneter Transporträder (20, 22) über eine ihn tragende Fläche in zwei Koordinaten (x-y-Koordinaten)
bewegbar ist, wobei die Drehbewegung eines jeden Rades (20, 22) durch ein damit gekoppeltes elektromechanisches Wandlerelement
nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in elektrische Sginale für eine Anzeigeeinrichtung zur Angabe der
jeweiligen Lage des Stellungsanzeigers innerhalb eines x-y-Koordinatensystems umgewandelt wird
und wobei die beiden Transporträder (20, 22) am Gehäuse des Stellungsanzeigers (1) derart gelagert
sind, daß sie in einer gegenüber der sie tragenden Fläche einen Winkel von 50° bis 70° einschließenden
Ebene liegen, wobei die horizontalen Komponenten der Achsen der beiden Transporträder orthogonal
zueinander stehen und wobei die Drehung der beiden Transporträder (20, 22) die Bewegung des
Stellungsanzeigers (1) in der x- und y-Richtung auf
jeweils eine Rolle (38) überträgt, die einerseits in bestimmten Winkelstellungen in Reibungskontakt
mit dem zugehörigen Transportrad (20 bzw. 22) steht und andererseits mit der drehbaren Blende (46)
jeweils einen der elektromechanischen Wandler (12 bzw. 14) zur Erzeugung von der jeweiligen Lage des
Stellungsanzeigers innerhalb des x-y-Koordinatensystems
entsprechende elektrische Signale gekoppelt ist.
7. Elektromechanisches Wandlerelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Transporträder
(20, 22) jeweils in einer Ebene liegen, die einen Winkel von etwa 60° gegenüber der sie
tragenden Fläche einschließen.
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