Vorrichtung zur Umsetzung der Winkelpositionen eines umlaufenden
Elementes in eine digitale, binär-codierte elektrische Anzeige
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umset zung der Winkelposition eines umlaufenden Elementes, insbesondere einer schrittweise umlaufenden Zählwerks welle, in eine digitale binärcodierte elektrische Anzeige, mit einer Kontaktscheibe, auf welcher eine Anzahl von
Schleifkontakten in verschiedenen radialen Abständen schleifen und auf welcher die von den Schleifkontakten bestrichenen, konzentrischen Ringflächen derart als Kon taktflächen in Form von Ringsektoren ausgebildet sind, dass sich für eine diskrete Anzahl von Winkelbereichen der Kontaktscheibe eine verschiedene Kontaktkombina tion ergibt.
Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung werden die unterschiedlichen Codekombinationen von Schleifkon takten abgegriffen, die mit getrennten Ausgängen verbun den sind, während alle Kontaktflächen der Kontakt -scheibe miteinander leitend verbunden und geerdet sind.
Der digitale Code ergibt sich daraus, dass in jeder Winkel stellung der Scheibe eine unterschiedliche Kombination der Schleifkontakte über die Kontaktscheibe geerdet wird.
Bei dieser Anordnung müssen die Schleifkontakte in sol cher Anzahl vorhanden sein, als die Stellenzahl des Codes beträgt.
Demgegenüber wird gemäss der vorliegenden Erfin dung eine Vorrichtung der genannten Art geschaffen, bei der die Anzahl der Schleifkontakte nicht unbedingt gleich der Stellenzahl des Codes sein muss, und die ausserdem eine erhöhte Betriebssicherheit und grössere Vielseitigkeit besitzt.
Gemäss der Erfindung ist eine Vorrichtung der ein gangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kontaktscheibe eine mindestens der Stellenzahl des Codes entsprechende Anzahl von getrennten Strombah nen ausgebildet ist, wobei jede Strombahn Kontaktflä chen, die einer oder mehreren Ringflächen angehören, in solcher Anordnung enthält, dass die mit elektrischer Spannung versorgten Schleifkontakte in jedem Winkelbereich der Kontaktscheibe einer verschiedenen Kombination der
Strombahnen ein elektrisches Signal zuführen.
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar zur Umsetzung der Winkelpositionen einer schrittweise umlaufenden Zählerwerkswelle in eine binärcodierte elektrische Anzeige, die einem Computer zugeführt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist anschliessend anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines elektromagnetischen Zählermodelles mit einer einzelnen Ziffernrolle, mit dem zusammen das verbesserte Schaltmuster verwendet werden kann, um eine elektrische binärcodierte dezimale Anzeige der Position der Ziffernrolle des Zählermodelles vorzusehen;
Fig. 2 eine vergrösserte Ansicht der verbesserten Schleifkontaktanordnung, befestigt auf der Ziffernrolle des Zählermodelles;
Fig. 3 einen vergrösserten Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;
Fig. 4 einen vergrösserten Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 2;
;
Fig. 5 eine vergrösserte Ansicht, die das verbesserte aufgedruckte Schaltmuster zeigt, das auf ein Schaltbrett aufgedruckt ist (gezeigt in unterbrochenen Linien) zur Verwendung mit der verbesserten Schleifkontaktanordnung.
In Fig. 1 ist ein elektromagnetisches dekadisches Zählermodell 10 mit einer einzelnen Ziffernrolle gezeigt. Die hauptsächlichen Komponenten eines solchen Zählers sind ein Relais 12, sein Relaisanker 14, ein Hebelarm 16, betätigt durch den Anker, eine Sperrklinke 18, verbunden mit dem Hebelarm und ein Sperrad 20, das schrittweise von der der Sperrklinke bewegt wird und das auf einer Welle 21 befestigt ist. Ebenfalls befestigt auf der Welle 21 ist ein Zahnrad 22, das mit einem Zahnrad 23 in Eingriff steht, das auf einer anderen Welle 24 befestigt ist. Eine Ziffernrolle 26 ist ebenfalls auf der Welle 24 befestigt. Die zehn Dezimalziffern von 0 bis 9 sind gleichmässig auf der Aussenseite 28 der Ziffernrolle 26 verteilt.
Jedesmal wenn das Relais 12 angeregt wird, bewirkt die Sperrklinke 18 eine Drehung des Sperrades 20 und der Welle 21 um einen Schritt gegen den Uhrzeigersinn. Die Zahnräder 22 und 23 bewirken eine Drehung der Welle 24 und der Ziffernrolle 26 um einen Schritt im Uhrzeigersinn. Folglich wer den die Dezimalziffern auf der Aussenseite 28 der Ziffern rolle 26 von einem gegebenen Punkt aus in Schritten von 36 bewegt.
Befestigt auf der Ziffernrolle 26 ist eine Schleifkontaktanordnung 30 in Form einer flachgewölbten Metallplatte, die mit vier Schleifkontakten 32, 34, 36 und 38 aus einem Stück besteht. Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen genauer die Schleifkontaktanordnung 30. Jeder Schleifkontakt ist aus der Zeichenebene herausgebogen und trägt an seinem Ende zwei Zinken. Der Kontakt 34 z. B. hat zwei Zinken 40 und 42, die den wirksamen Kontakt oder die Schleiffläche des Schleifkontaktes bilden. Die Rolle 26 besteht aus einem scheibenartigen Teil 25 mit einer zentralen Bohrung 27, wobei sich die Oberfläche 28 rund um den scheibenartigen Teil erstreckt. Der scheibenartige Teil trägt einstückige Stehbolzen, wie z.
B. 46 und 48, die durch entsprechende Öffnungen in der Schleifkontaktanordnung 30 hindurchragen; Diese Bolzen können darauf einem Befestigungsprozess unter Druck oder Wärmezufuhr unterworfen werden, um die Schleifkontaktanordnung 30 an der Zif.
fernrolle 26 zu befestigen. Die zentrale Bohrung 27 nimmt die Welle 24 der Ziffernrolle auf.
Die vier Kontakte 32, 34, 36 und 38 sind so auf der Kontaktanordnung angebracht, dass ihre Kontaktflächen in unterschiedlichen radialen Abständen von der zentralen Bohrung 27 entfernt sind, wodurch jeder Schleifkontakt in der Lage ist, mit einer unterschiedlichen ringförmigen Fläche des gedruckten Schaltmusters, das weiter unten in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben wird, zusammenzuwirken. Ausserdem sind die vier Schleifkontakte auf der Anordnung 30 in der Weise angebracht, dass keiner der Kontakte einen anderen überlappt. Zusätzlich dazu bildet die Ausführung der gewölbten Platte und die Anbringung der Schleifkontakte eine ausgeglichene Schleifkontaktanordnung.
Natürlich kann die Schleifkontaktanordnung 30 auch die Form einer gewölbten Platte haben, auf der vier getrennte Schleifkontakte befestigt sind.
Fig. 5 zeigt eine bedruckte Kontaktplatte 50 zum Einbau in ein Zählermodell 10, um mit der Schleifkontaktanordnung 30 zusammenzuarbeiten und eine elektrische binärcodierte dezimale Anzeige der Winkelposition der Ziffernrolle 26 zu ergeben. Die Kontaktplatte 50 trägt eine Mehrzahl leitfähiger Segmente, die in im wesentlichen ringförmigen Flächen auf ihrer abgerundeten Seite 52 angebracht sind. Bei Verwendung im Zählermodell 10 wird die Platte 50 an der Seite des Modelles angebracht, wie es die unterbrochenen Linien der Fig. 1 zeigen, so dass der Mittelpunkt 53 des Schaltmusters mit der Achse der Welle 24 und der Bohrung 27 zusammenfällt und die Schleifkontakte 32, 34, 36 und 38 die vier Ringflächen des aufgedruckten Schaltmusters berühren, wie weiter unten beschrieben wird.
Die Ansicht der bedruckten Schaltplatte nach Fig. 5 ist durch die Rückseite der Kontaktplatte in der Position auf dem Zählermodell 10 gemäss der Ansicht in Fig. 1 betrachtet, mit der Schleifkontaktanordnung 30 hinter der Platte, wie es in unterbrochenen Linien gezeigt ist.
Das aufgedruckte Schaltmuster an der Seite 52 der Schaltplatte 50 besteht aus fünf gedruckten Leitern, die in vier Ringflächen zum Zusammenwirken mit den vier Schleifkontakten der Schleifkontaktanordnung 30 angeordnet sind. Das Schaltmuster kann als in zehn gleiche Sektoren von 36 unterteilt betrachtet werden, von denen jeder Sektor mit der Winkeldrehung der Ziffernrolle 26 bei jedem Schritt des Sperrades 20 übereinstimmt. Diese Sektoren sind in Fig. 5 mit den zehn Dezimalziffern 0 bis 9 beziffert, um mit den zehn Positionen der Ziffernrolle 26 und damit mit den zehn Positionen der Schleifkontaktanordnung 30 auf dem gedruckten Schaltmuster übereinzustimmen.
Es sei angenommen, dass der Schleifkontakt 38 mit der Nullstellung der Ziffernrolle 26 übereinstimmt Folglich kennzeichnet der Sektor, in dem der Schleifkontakt 38 auftaucht, bei irgendeiner Stellung der Schleifkontaktanordnung 30 die dezimale Positionsanzeige der Ziffernrolle 26.
Bei genauerer Betrachtung des gedruckten Schaltmusters ist vor allem zu bemerken, dass das Muster hauptsächlich aus vier konzentrischen Ringflächen besteht, wobei der Radius jeder Ringfläche mit dem radialen Abstand der verschiedenen Schleifkontakte der Schleifkon íaktanordnung 30 von der Mittelachse der Bohrung 27 übereinstimmt. Die innerste Ringfläche ist als ein kontinuierlich gedruckter Leiter 54 ausgebildet, der als gemeinsamer Leiter oder Energieleiter bezeichnet werden soll, da er aus einem Stück mit einem keilförmigen Segment 56 besteht, das sich über die drei äusseren Ringflächen im Sektor 2 erstreckt und über eine gedruckte Leitung 58 mit einer gedruckten Anschlussklemme 60 verbunden ist, an die eine elektrische Energieversorgungsquelle angeschlossen werden kann, um eine elektrische binärcodierte Dezimal-Anzeige (BCD-Anzeige) zu bewirken.
Einem gedruckten Leiter 62 ist die Wertigkeit 1 in dem binärcodierten dezimalen Ziffernsystem zugeordnet, wobei der Leiter aus verschiedenen einstückigen Segmenten in den drei äusseren konzentrischen Ringflächen rund um den gemeinsamen Ringleiter 54 herum besteht; genauer ausgedrückt, (bei Betrachtung allein der drei äusseren Ringflächen des Schaltmusters, d. h. ausschliesslich der Fläche des Leiters 54) besitzt der Leiter 62 einstückige Segmente in der äusseren Fläche des Sektors 1, in der mittleren Fläche des Sektors 0 und in der inneren Fläche der Sektoren 1, 9, 7, 5 und 3. Ausserdem ist der Leiter 62 über eine gedruckte Halbleiterdiode 64 und eine gedruckte Leitung 66 mit einem gedruckten BCD 1 Ausgangsendkontakt 68 verbunden.
Ein weiterer gedruckter Leiter 70 trägt die Wertigkeit 2 im BCD-System und besitzt ein einstückiges Segment, das die äussere und mittlere Ringfläche im Sektor 3 bedeckt, ein weiteres einstückiges Segment in der mittleren Fläche des Sektors 4, ein weiteres in der mittleren Fläche des Sektors 7 und ein weiteres, das sowohl die innere und mittlere Fläche des Sektors 8 bedeckt. Der Leiter 70 ist ebenfalls über eine gedruckte Halbleiterdiode 72 und eine gedruckte Leitung 74 mit einem gedruckten BCD- 2 Endausgangskontakt 76 verbunden.
Ein gedruckter Leiter 78 trägt die Wertigkeit 4 im BCD-System und besitzt einstückig ein Segment in der äusseren Ringfläche im Sektor 4, ein weiteres Segment bedeckt sowohl die äussere als auch die mittlere Fläche der Sektoren 5 und 6 und noch ein weiteres einstückiges Segment liegt in der äusseren Ringfläche des Sektors 7.
Der Leiter 78 ist ebenfalls über eine gedruckte Halbleiterdiode 80 und eine gedruckte Leitung 72 mit einem BCD 4 Endausgangskontakt 84 verbunden.
Ein gedruckter Kontakt 86 trägt die Wertigkeit 8 im BCD-System und besitzt ein einstückiges Segment, das die äussere und mittlere Ringfläche im Sektor 9 bedeckt und ein weiteres einstückiges Segment in der äusseren Fläche des Sektors 8. Der Leiter 86 ist über eine gedruckte Halbleiterdiode 88 und eine gedruckte Leitung 90 mit einem BCD 8 Endausgangskontakt 92 verbunden.
Weiterhin sind unangeschlossene oder OLeiterseg- mente in der äusseren Fläche des Sektors 0 und in der inneren Fläche der Sektoren 0, 4 und 6 aufgedruckt.
Wie oben erwähnt sind die vier aufgedruckten Leiter 62, 70, 78 und 86 und ihre zugehörigen einstückigen Segmente in drei konzentrischen Flächen angeordnet, um mit der Lage der Schleifkontakte 34, 36 und 38 an der Schleifkontaktanordnung 30 übereinzustimmen. Genauer gesagt, der Schleifkontakt 38 berührt oder überstreicht die Leitersegmente in der äusseren Ringfläche des aufgedruckten Schaltmusters, der Schleifkontakt 36 die mittlere Ringfläche und der Schleifkontakt 34 die innere Ringfläche. Dar über hinaus ist der ringförmige gemeinsame oder Energieversorgungsleiter 54 so angebracht, dass er kontinuierlich vom Schleifkontakt 32 überstrichen wird.
Im Betriebszustand bilden die umlaufende Schleifkontaktanordnung 30 und das gedruckte Schaltmuster eine Wellencodiermaschine, um die Winkelpositionen der Schleifkontaktanordnung (und damit der Ziffernrolle 26) in eine binärcodierte dezimale Anzeige an den Endkontakten 68, 76, 84 und 92 umzuwandeln. Energie wird über den gemeinsamen Kontakt 60, den inneren ringförmigen gemeinsamen Leiter 54 und den Schaltkontakt 32 zu irgendeinem der Leiter 62, 70, 78 und 86 zugeführt, deren einzelne einstückige Segmente von irgendeinem der anderen Schleifkontakte berührt werden. Die berührten Segmente stellen dann eine Verbindung zwischen dem gemeinsamen Endkontakt 60 und den Ausgangsendkontakten 68, 76, 84 und 92 entsprechend den berührten Segmenten her, wobei sie den Ausgangsendkontakten elektrische Impulse zuführen, die mit den berührten Segmenten übereinstimmen.
Speziell soll die Position der Schleifkontaktanordnung 30 betrachtet werden, die in unterbrochenen Linien in Fig.
5 gezeigt ist. Der Kontakt 34 ruht auf einem Segment im Sektor 6, der Kontakt 36 ruht auf dem gemeinsamen Segment 56 in Sektor 1 und der Kontakt 38 ruht auf einem Segment im Sektor 0. Folglich erreicht kein elektrischer Ausgangsimpuls irgendeinen der BCD-Endausgangskontakte 68, 76, 84 und 92. Diese Bedingung stellt eine BCD-Anzeige oder einen Ausgang 0 dar, der auch mit dem dezimalen Ausgang 0 übereinstimmt.
Nun sei angenommen, dass das Sperrad 20 die Ziffernrolle 26 zu einer Drehung von einer Stufe im Uhrzeiger sinn veranlasst. Die Ziffernrolle 26 und die Schleifkontakt anordnung 30 befinden sich nun in der Dezimalposition 1 . Der Kontakt 34 ruht nun im Sektor 7 auf einem Segment des BCD 1 am Leiter 62. Der Kontakt 36 verbleibt auf dem gemeinsamen Leitersegment 56, aber Sektor 2 und der Kontakt 38 ruht auf einem Segment der 1 am Kontakt 62 im Sektor 1. Folglich wird ein Stromkreis geschlossen zwischen dem gemeinsamen Endausgangskontakt 60 und dem BCD 1 Endausgangskontakt 68 über den gemeinsamen Leiter 54, die Schleifkontaktanordnung 30 und den Leiter 62, um einen elektrischen Impuls an den 1 Endausgangskontakt 68 zu geben. Die anderen Endausgangskontakte werden von keinem Impuls erreicht.
Unter dieser Bedingung iss ein BCD-Ausgang oder eine Anzeige von 1 definiert, die ebenfalls der Dezimalposition 1 der Ziffernrolle 26 entspricht.
Die folgende Tabelle gibt die Positionen der drei Schleifkontakte 34, 36 und 38 relativ zu den vier Leiterelementen 62, 70, 78 und 86 wieder, die gekennzeichnet sind durch ihre BCD-Wertigkeiten 1 , 2 , 4 und 8 .
In Spalte 1 der Tabelle sind die zehn dezimalen Positionen der Ziffernrolle 26 aufgeführt, die gleichzeitig die zehn gleichen Sektoren 0 bis 9 auf dem gedruckten Schaltmuster gemäss Fig. 5 kennzeichnen. Die Spalten 2, 3 und 4 geben die Wertigkeiten der Leitersegmente, die von jedem der Schleifkontakte 34, 36 und 38 in jedem der zehn Sektoren oder Dezimalpositionen berührt werden, wieder. Spalte 5 zeigt in Ausdrücken der beigeordneten Wertigkeiten an, welcher von den Ausgangsendkontakten 68, 76, 84, 92 in jeder der zehn Positionen der Schleifkontaktanordnung 30 einen Ausgangsimpuls erhält.
Dezimalziffer Kontakte BCD (Zählerposition) Anzeige (Sektor) (1) (2) (3) (4) (5) 0 - - - 0
1 1 - 1 1
2 - 2 2 2
3 2 2 1 2+1
4 4 4 - 4
5 4 4 1 4+1
6 4 2 - 4+2
7 4 2 1 4+2+1
8 8 8 - 8
9 8 1 1 8+1
Ausserdem sind auf der Schaltplatte 50 zwei Paare 94 und 96 von zusätzlichen Endkontakten aufgedruckt, um das Zählerrelais 12 mit einer geeigneten Zählersteuerung zu verbinden, die das Relais anregt, um den Zähler schrittweise zu bewegen.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst fünf Hauptmerkmale:
1. Ein einheitlich gedrucktes Schaltmuster für eine binärcodierte dezimale Anzeige.
2. Eine einheitliche Schleifkontaktanordnung zur Benutzung mit dem gedruckten Schaltmuster, die ein Aufteilungsfilter unnötig macht und eine verbesserte ausgegli chene Schleifkontaktlokalisierung vorsieht.
3. Eine verbesserte Wellencodiermaschine, die das
Schaltmuster und die Schleifkontaktanordnung umfasst, um eine binärcodierte dezimale Anzeige der Winkelposition der rotierenden Welle vorzusehen.
4. Eine Kombination einer Wellencodiermaschine mit einem Zählermodell, das dekadisch arbeitet bzw. eine ein zelne Rolle besitzt, um eine elektrische BCD-Anzeige der
Position der Zählerrolle vorzusehen.
5. Die Anzahl der erforderten Schleifkontakte ist um eins grösser als die tatsächlich verwendete Anzahl der
BCD-Wertigkeiten.