DE7228392U

DE7228392U - Elektrischer Widerstandsgeber

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Publication number: DE7228392U
Application number: DE7228392U
Authority: DE
Original assignee: BBC AG
Current assignee: BBC AG
Priority date: 1972-07-11
Publication date: 1974-12-12

Description

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He.

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Elektrischer widerstandsgeber

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Widerstandsgeber zur Umformung einer Winkelgrösse in ein elektrisches Signal, mit einem Rotor und einem Stator und Mitteln zur Uebertragung einer Information vom Rotor auf den Stator.

Uebliche Widerstandsgeber der genannten Art weisen in der Regel einen mit einer Widerstandbahn oder einem Ring aus Widerstandsmaterial versehenen Stator und einen mit einem Schleifkontakt, der auf der Widerstandsbahn gleitet, versehenen Rotor auf ("Der Elektroniker" 4_, 167...175, 1967). Diese bekannten Widerstandsgeber sind jedoch meist nicht für hohe Winkelge-

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schwindigkeiten geeignet» da die Widerstandsschicht dabei relativ rasch zerstört wird. Auch darf die V/iderstandsschicht elektrisch nicht zu sehr belastet werden, da sie sonst durch Wärmeeinwirkung beschädigt werden kann.

Für hohe Winkelgeschwindigkeiten ist man daher auf berührungslos arbeitende Geber übergegangen (a.o.O. Tab. V und VI). Letztere erfordern dann zusätzlichen Aufwand, wenn kleine Winkelgeschwindigkeiten bzw. kleine Winkelgrössen in elektrische Signale umgeformt werden sollen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Widerstandsgeber zu schaffen, der die Nachteile der bekannten Geber nicht aufweist, der insbesondere für hohe und niedrige Winkelgeschwindigkeiten geeignet ist und sich durch einfachen Aufbau und hohe Betriebssicherheit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen '.Viderstandsgeber der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäss dadurch gelöst,, dass der Rotor aus einem elektrisch anisotrop leitenden Material besteht und dass der Stator mit mindestens einem Schleifkontakt versehen ist.

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Als Rotormaterial eignet sich besonders gut ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff mit Faserrichtung parallel zu einem Durchmesser des Rotors.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Widerstandgebers,

Fig. 2 eine mögliche Aus führ »mgs form eines elektrischen Widerstandgebers gemäss der Erfindung,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit zwischen Drehwinkel und der Ausgangsspannung des Widerstandsgebers .

In der schematischen Darstellung gemäss Fig. 1 ist mit 1 eine Scheibe aus kohlenstoff-faserverstärktem Kunststoff (CFK; bezeichnet, welche um ihren Mittelpunkt M drehbar gelagert ist. Sich diametral gegenüberliegend sind zwei Schleifkontakte 2 und 3 vorgesehen, welche mit einem nicht weiter dargestellten Stator verbunden sind. Zwischen den beiden Schleifkontak-

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ten 2 und 3 liegt eine Konctantstromquelle 4. Die Spannung zwischen den Schleifkontakten kann mit einem Voltmeter 5 gemessen werden.

Das Scheibenmaterial (CFK) besitzt bekanntlich mindestens eine ausgezeichnete Richtung (durch einen Pfeil in Fig. 1 angedeutet), in der der spezifische Widerstand und damit auch die elektrische Leitfähigkeit extremal sind. In der Scheibe 1 liegen die Kohlenstoff-Fasern parallel zu einem Scheibendurchmesser. Fällt nun die Vorzugsrichtung des Scheibenmaterials mit der Richtung der Verbundungslinie zwischen beiden Schleifkontakten zusammen, so ist die elektrische Leitfähigkeit gross und damit der zwischen den Schleifkontakten gemessene Spannungsabfall klein. Wird die Scheibe 1 um 90 bzw. um 270° weitergedreht, steigt der Spannungsabfall kontinuierlich bis zu einem Maximum an, da dann die elektrische Leitfähigkeit minimal wird.

Die zwischen den Schleifkontakten 2 und 3 abgreifbare Spannung U ist somit ein Mass für die jeweilige Winkellage

der Scheibe 1.

In Fig- 2 ist ein mögliches Ausführungsbexspiel eines elektrischen Widerstandsgeber zur Umformung einer Winkelgrösse

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in ein elektrisches Signal dargestellt, der nach dem oben geschilderten Prinzip aufgebaut ist. Der Ro\or, also die Scheibe 1, besteht beispielsweise aus Kohlenstoff-Fasern mMBPMHH·- von Courtaulds (60 Vol.%) mit Epotynovolak-Harz Ly 55 8 mit einem Härter HT 9 73 (UO Vol.% ausgehärtetes Harz) von Ciba-Geigy, Basel. Zur Herstellung geht man dabei von einer in bekannter Weise gewonnenen CFK-Platte mit einer Stärke von ca. 10 mm aus. Letztere wird beispielsweise nach einem aus "The Chartered Mechanical Engineer", Febr. 19 70, S. 56...60, bekannten Verfahren hergestellt. Aus dieser Platte wird eine Scheibe entsprechenden Durchmessers (im Ausführungsbeispiel ca. UO mm) gewonnen. Diese Scheibe wird beidseitig unter Zwischenschaltung Isolierscheiben 6 und 6a, z.B. aus Teflon, mit Wellenstummeln 7, 7a versehen. Diese sind in Lagern 8, 9 des Stators 10 drehbar gelagert. Auf der Mantelfläche der Scheibe gleiten die Schleifkontakte 2, 3. Diese bestehen aus dünnen Bronzestreifen. Die Schleifkontakte sind am Stator des Gebers isoliert befestigt und mit Anschlussklemmen 11, 12 versehen. Für Prüf- und Abgleichzwecke ist der Rotor 1 mit einem Zeiger 13, der auf einer der Wellenstununel 7, 7a befestigt ist, versehen. Dem Zeiger 13 ist eine 360 -Einteilung auf dem Stator 10 zugeordnet.

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Fig, 3 zeigt eine graphische Darstellung der Abhängigkeit zwischen Drehwinkels^, der Scheibe 1 und der Spannung U

zwischen den Klemmen 2 und 3. Die dieser Messkurve zugrundeliegende Scheibe wies Kohlenstoff-Fasern auf, die parallel zu den Fasern einen spezifischen Widerstand von ca. 0,02 Ohm*cm, senkrecht dazu einen solchen von ca. 1 Ohm·cm hatten. Die Anisotropie der fertigen Scheibe ist geringer.

Bei Speisung mit einem konstanten Strom ergeben sich im Idealfall mit Quotienten U_s o/^u _s ο ^v°n annähernd 50. Die mit dem Widerstandgeber erzielbare Auflösung ist von der Parallelität der Fasern und der Art der Schleifkontakte abhängig und wird umso besser je kleiner die Auflagefläche sich in Umfangsrichtung erstreckt. Bei dem in Fig. dargestellten Ausführungsbeispiel lag die Auflösung bei 2%. Weiterhin wird das Auflösungsvermögen durch die dem Widerstandsgeber nachgeschaltete Auswerteeinrichtung bestimmt.

Statt die Scheibe 1 aus CFK herzustellen ist es auch möglich, ein auf die folgende Weise gewonnenes Material zu verwenden: In ein Epoxid-Harz, z.B. der oben genannten Art wird eine Vielzahl von untereinander isolierten, parallel zueinander verlaufenden Metall-Drähten, Fäden, Streifen oder Bänder eingebettet. Als Metall kann bei-

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spielsweise sogenannter Widerstands draht oder auch Kupferdraht verwendet werden. Diese Drähte oder Fäden treten an der Mantelfläche zutage. Ein über die Mantelfläche gleitender Schleifkontant stellt die elektrische Verbindung zwischen einem oder mehreren diametral verlaufenden Drähten oder Fäden her, wenn die Drahtrichtung mit der Verbindungslinie zwischen den beiden Schleifkontakten zusammenfällt. Bei den letztbetrachteten möglichen Ausführungsformen erhält man jedoch kein kontinuierliches Ausgangssignal, sondern ein sprunghafxes.

Claims

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nsprüche

1. Elektrischer Widerstandsgeber- zur Umformung einer Winkelgrösse in ein elektrisches Signal, mit einem Rotor und einem Stator und Mitteln zur Uebertragung einer Information vom Rotor auf den Stator, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) aus einem elektrisch anisotrop leitenden Material besteht und dass der Stator (10) mit mindestens einem Schleifkontakt (2; 3) versehen ist.

2. V/iderstandsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das anisotrope Material eine Vorzugsrichtung annähernd parallel zu einem Durchmesser des Rotors (1)·aufweist.

3. Widerstandsgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das anisotrope Material ein kohlenstoff-faserverstärkter Kunststoff (CPK) mit Faserrichtung parallel zu einem Durchmesser des Rotors (1) ist.

Ί. Widerstandsgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) aus einem Isoliermaterial mit parallel zu einem Durchmesser verlaufenden, in dem Isoliermaterial eingebetteten und an der Umfangsfläche des Rotors (1) an die Oberfläche tretenden Metalldrähten, -fäden, -streifen oder -bändern besteht.

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5. Widerstandsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekannzeichnet, dass der Stator (10) mit zwei Schleifkontakten (2, 3) versehen ist, die derart ausgebildet und angeordnet sind j dass deren Berührungsflächen mit dem Rotor sich diametral gegenüber liegen.

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