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Vorrichtung zur Erzeugung zweier gegeneinander phasenverschobener
elektrischer Signale Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung zweier
gegeneinander phasenverschobener elektrischer Signale mit gleichem Strom- oder Spannungsverlauf,
in je einem elektrischen Kreis.
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Aus der deutschen Patentschrift 968 340 ist es zur Erzeugung einer
sägezahnförmigen Spannung bekannt, den Luftabstand eines Ankers von einem Magneten
periodisch zu verändern. Dies geschieht dadurch, daß der Anker als exzentrisch gelagerter
Zylinder ausgebildet ist, welcher parallel zu seiner Achse auf der Mantelfläche
eine sprunghafte Erhöhung besitzt.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1112196 ist bekannt, bei einem selbsttätigen
Analogkompensator zur Kompensation von Meßströmen und Spannungen als Stellglied
dienende Widerstände auf einem elastisch verformbaren Körper in Form von Dehnungsmeßstreifen
aufzubringen. Mit dem elastisch verformbaren Körper ist eine Tauchspule verbunden.
Diese ist verschiebbar im Luftspalt eines Elektromagneten angeordnet, wodurch der
Widerstandswert der Dehnungsmeßstreifen veränderbar ist. Die bekannten Vorrichtungen
können allein schon aus geometrischen Gründen lediglich zur Erzeugung eines einzigen
Signals verwendet werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine exakte Phasenverschiebung
zwischen zwei Signalen aufrechtzuerhalten.
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Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen -an sich bekannten -
ein dem gewünschten Signalverlauf entsprechendes Profil aufweisenden, drehbaren
Nocken und durch zwei federnd vierbiegbare, mit einem der Phasenverschiebung entsprechenden
Winkel - vorzugsweise mit 90° - um die Drehachse des Nockens gegeneinander versetzt
angeordnete, den Nocken berührende Glieder, die mechanisch auf in den elektrischen
Kreisen liegende mechanoelektrische Wandler, einen elektrischen Parameter dieser
Wandler verändernd, einwirken.
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Selbst bei beliebig langsamen Signalverläufen kann eine exakte Phasenverschiebung
aufrechterhalten werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die den Nocken
berührenden Glieder als einseitig verstellbar eingespannte Ausleger od. dgl. ausgebildet.
Als mechanoelektrische Wandler können belastungsempfindliche Widerstände, z. B.
piezoelektrische Wandler dienen. Als belastungsempfindliche Elemente sind vorzugsweise
zwei einander gleiche piezoelektrische Elemente vorgesehen, die im gleichen Bereich
des federnd vierbiegbaren Gliedes, jedoch auf einander gegenüberliegenden Seiten
desselben angeordnet sind. Hierdurch erleiden die Elemente bei Auslenkung des Gliedes
eine zwar gleiche, jedoch gegensinnig gerichtete Änderung ihrer Widerstandswerte.
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Der Nocken kann beispielsweise eine zylindrische Fläche aufweisen,
die zur Schaffung einer Wirkverbindung zwischen dem Nocken und dem federnd vierbiegbaren
Glied exzentrisch zur Drehachse des Nockens angeordnet ist. In einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung ist der Nocken als Nockenkopfkreis ausgebildet, der
mit dem federnd vierbiegbaren Glied über eine Stirnfläche im Eingriff steht. Die
Stirnfläche des Nockens ist dabei zweckmäßig als plane, im Winkel zur Drehachse
des Nokkens angeordnete Fläche ausgebildet, wodurch der Nocken nach Art einer Taumelscheibe
auf das deformierbare Glied einwirkt. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn
das federnd vierbiegbare Glied derart angeordnet ist, daß der Radius, bei welchem
es mit der einen Stirnfläche des Nockens im Eingriff steht, veränderbar ist, so
daß das bei vollem Hub des Nockens auftretende Maß der Auslenkung des deformierbaren
Gliedes veränderbar ist. Zur Auslenkung mittels Auslenkvorrichtungen können mehrere
mit
Wandlern gekoppelte, federnd verbiegbare Glieder vorgesehen
sein. Beispielsweise kann man zwei federnd verbiegbare Glieder verwenden, die derart
zur Auslenkvorrichtung ausgerichtet sind, daß sie mit einer Phasendifferenz von
90° zueinander ausgelenkt werden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
dargestellt. Darin zeigt F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes
der Erfindung in schematischer Darstellung, F i g. 2 ein elektrisches Ersatzschaltbild
der Vorrichtung nach F i g. 1, F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Gegenstandes
der Erfindung in teilweise geschnittener und gebrochener Darstellung, F i g. 4 eine
Draufsicht auf einen Teil der Vorrichtung nach F i g. 3.
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Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 und 2 zeigt eine Vorrichtung
zur Erzeugung zweier gegeneinander phasenverschobener elektrischer Signale und zwar
mit einer mit dem Sinus eines Winkels A multiplizierten Signalspannung V. Die Vorrichtung
weist dabei als mechanoelektrische Wandler zwei piezoelektrische Elemente 11 und
12 auf. Die Elemente 11 und 12 sind zu beiden Seiten eines als dünner Balken 13
ausgebildeten verbiegbaren Gliedes befestigt, wobei dieses Glied nach Art eines
Auslegers in einem Gehäuse 14 der Vorrichtung untergebracht ist. Die Elemente 11
und 12 sind im gleichen Abschnitt des Balkens, jedoch an gegenüberliegenden Seiten
desselben angeordnet und in Serie zueinander geschaltet.
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Eine Auslenkvorrichtung nach Art eines kreisscheibenförmigen drehbaren
Nockens 15, der auf einer drehbaren Welle 10 befestigt ist, steht mit dem einen
Ende des Balkens 13 im Eingriff. Ein zweiter, in das Gehäuse 14 als sogenannter
Ausleger od. dgl. eingesetzter Balken 20 mit einander gleichen piezoelektrischen
Elementen 21 und 22 ist um 90° zur Achse der Welle 10 verschoben.
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Bei dem vom drehbaren Nocken 15 gesteuerten Betrieb der Vorrichtung
wird das eine Ende des Auslegers 13 derart in einer vorgegebenen periodischen Weise
bewegt, daß der elektrische Widerstand jedes Elements 11 und 12 proportional dem
Sinus des Winkels A ist, um den sich der Nocken 15 gedreht hat. Gleichzeitig mit
der Auslenkung des Auslegers 13 wird der Widerstand des unteren Elements 12 im hierzu
entgegengesetzten Sinn geändert. Folglich ist das bei 16 zwischen den Widerständen
11 und 12 zur Verfügung stehende Ausgangsignal dem Sinus des Winkels proportional.
Das Ersatzschaltbild nach F i g. 2 zeigt das unabhängig veränderbare Signal V, das
von einer Signalquelle 17 abgegriffen und an die Widerstandselemente 11 und 12 angelegt
wird. Bei 16 wird dabei ein dem erwünschten Wert V,1" - A proportionales
Ausgangssignal abgenommen.
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Zur Erzielung eines weiteren, dem Wert V", - A
proportionalen
Ausgangssignals dienen Elemente 21 und 22, die in gleicher Weise mit dem Ausleger
20 verbunden sind.
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Das Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3 und 4 entspricht im wesentlichen
jenem der F i g. 1 und 2. Hiernach sind die als piezoelektrische Elemente 111 und
112 ausgebildeten belastungsempfindlichen Widerstände jeweils auf der einen Seite
eines dünnen Balkens 113 befestigt, der als federnd verbiegbares Glied dient und
fest in einem Gehäuse 114 der Vorrichtung untergebracht ist. Die Elemente 111 und
112 sind wiederum im gleichen Abschnitt des Balkens 113 angeordnet und miteinander
in Reihe geschaltet.
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Ferner ist als Auslenkvorrichtung ein kreisscheibenförmiger, drehbarer
Nocken 115 vorgesehen, der eine zur Drehachse seiner Welle 110 winkelig angeordnete
ebene Stirnfläche aufweist. Diese ebene Stirnfläche steht mit dem einen Ende des
Auslegers 113 nach Art einer Taumelscheibe in mechanischer Wirkverbindung. Ein mit
Widerstandselementen 121 und 122 versehener zweiter Ausleger 120 ist im Gehäuse
untergebracht. Der Ausleger 120 ist an der Welle 110 angeordnet und dabei
um 90° zum Ausleger 113 versetzt und dient dem gleichen Zweck wie der Ausleger 20
der Ausführung nach F i g. 1 und 2.
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Die Ausleger 113 und 120 sind mittels Schrauben 123 im Gehäuse 114
gehalten. Sofern diese Schrauben gelockert sind, werden die Ausleger 113 und 120
unabhängig voneinander in ihren axialen Richtungen verschoben, wodurch der Radius,
bei dem die Spitzen jedes einzelnen Auslegers mit der Taumelscheibenfläche des Nockens
115 im Eingriff stehen, geändert wird.
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Dementsprechend kann eine genaue mechanische Steuerung des Maßes erzielt
werden, mit dem jeder Ausleger bei vollem Hub des Nockens 115 ausgeienkt wird. Diese
Höhe der Auslenkung steuert die maximale Amplitude der durch die Vorrichtung möglichen
Signaländerung.
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In diesem Zusammenhang sei noch erwähnt, daß von den vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispielen abweichende Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung
geschaffen werden können. Beispielsweise muß beim Ausführungsbeispiel nach den F
i g. 1 und 2 der Nocken 15 nicht unbedingt kreisscheibenförmig sein. Dieser Nocken
kann z. B. jede beliebige Gestalt haben, sofern er nur die gewünschte Beanspruchung
der Elemente 11 und 12 ermöglicht. Beim Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3 und
4 muß beispielsweise die Fläche des Nokkens 115 nicht eben sein. Bei den vorerwähnten
Ausführungsbeispielen müssen auch die Balken nicht unbedingt als Ausleger gestaltet
sein, sondern diese können im Bereich ihrer Enden gelagert sein und jeweils an bestimmten
Punkten durch ein Gestänge unter Druck gesetzt werden. Ferner können anstatt der
piezoelektrischen Elemente andere Wandler verwendet werden. Sofern deren variabler
Parameter ein Widerstandsparameter ist, können die Widerstände der Elemente so festgelegt
sein, daß sie vorgegebenen Folgen von Werten folgen und nicht proportional dem Sinus
oder Cosinus eines Winkels sind. Die Elemente können dabei in einer gegenüber dem
Vorerwähnten völlig unterschiedlichen Weise angeordnet werden. Auch ist es denkbar,
daß mehrere Wandlerelemente je Ausleger vorhanden sind.
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Die Vorrichtung kann als Ersatz für Auflöser in der Radartechnik (Resolver),
Sinus- oder Cosinus-Potentiometer, lineare Variometer, mehrphasige Signalquellen,
Generatoren und Vervielfacher dienen.
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Einer der wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht in der Reibungsfreiheit zwischen den elektrischen Elementen und den beweglichen
Teilen der Vorrichtung.
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Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung besteht darin, daß Gleichstromsignale
und Signale niederer und hoher Frequenz angelegt werden können.