DE1291374B - Kontaktlose Kodiervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine kontaktlose Kodiervor- Erfindung, die eine Stufe des Herstellungsverfahrens richtung, insbesondere zur Verwandlung der längen- des Musters veranschaulicht,

oder winkelmäßigen Stellung oder Bewegung eines F i g. 6 die Ansicht eines Teilschnitts durch das

Bauteils in einen elektrischen Kodewert, unter Ver- Muster bei einem weiteren Verfahrensschritt, wendung eines Musters von Kode-Elementen und 5 F i g. 7 die Ansicht eines Teilschnitts zur Erläuteeiner Abtastvorrichtung mit auf einem Kern an ver- rung eines weiteren Verfahrensschritts, schiedenen Stellen angeordneten Primär- und Sekun- F i g. 8 die Ansicht eines Teilschnitts durch ein

därwicklungen, die über den Kern induktiv mitein- Muster, die einen Verfahrensschritt der Technik zur ander verbunden sind, wobei die Primärspule von Herstellung des Musters nach F i g. 7 erläutert, einem Wechselstrom durchflossen wird, der in Ab- io Fig. 9 die Ansicht eines Teilschnitts durch ein hängigkeit von der Stellung eines Kode-Elements Element des Musters, die einen Schritt bei einem zu dem induktiven Flußweg in der Abtastvorrich- etwas abgeänderten Verfahren zur Herstellung des rung Ausgangssignale unterschiedlicher Amplitude Kodierungsmusters für die kontaktlose Kodierungserzeugt. vorrichtung nach der Erfindung wiedergibt,

Bei einer bekannten Kodiervorrichtung dieser Art 15 Fig. 10 die Ansicht eines Teilschnitts durch ein bestehen die Kode-Elemente aus magnetischem Element des Musters nach F i g. 8 in einem besonde-Material, welches die Abtastvorrichtung induktiv be- ren Verfahrensschritt der Technik zur Herstellung einflußt. Die Amplitude des Ausgangssignals ist groß, dieses Musters,

wenn sich ein Kode-Element im induktiven Flußweg Fig. 11 die Ansicht eines Teilschnitts zur Ver-

des Kerns befindet. Die Nachteile dieser Kodiervor- 20 anschaulichung eines anderen Verfahrens zur Herrichtung sind in erster Linie in der relativ geringen stellung eines Kodierungsmusters, Auflösung infolge der Herstellungsmöglichkeiten des F i g. 12 eine Draufsicht auf eine abgeänderte Aus-

Kodiermusters zu sehen. Wird das Ferritmaterial führungsform eines Abtastorgans, welches in der durch Pressen oder Gießen hergestellt, ist es praktisch kontaktlosen Kodierungsvorrichtung nach der Erfinnicht möglich, die für ein kleines Muster erforder- 25 dung verwendet werden kann, und liehen engen Toleranzen einzuhalten, da das Material F i g. 13 eine Seitenansicht der Ausführungsform

anschließend gesintert werden muß. Bei der photo- des Abtastorgans nach F i g. 12. chemischen Herstellung des Musters durch Weg- Wie man aus Fig. 1 ersieht, die ein bekanntes

ätzen des nicht benötigten Ferritmaterials, welches Verfahren zur Herstellung eines kontaktlosen als dünne Schicht auf einem Träger aufgebracht ist, 30 Kodierungsmusters darstellt, verwendete man bisher ist die Begrenzung der Kode-Elemente unregelmäßig, eine Unterlage 10 aus irgendeinem geeigneten hochda die Ätzung auch die unter der Abdeckschicht permeablen magnetischen Material, beispielsweise ein liegenden Randzonen der Ferritschicht angreift. Eine Ferrit, welches auf seiner Oberfläche eine dem unregelmäßige Begrenzung ergibt sich auch, wenn Kodiermuster entsprechende Photoschicht 12 trägt, das Ferritmaterial durch Elektroplattieren aufgetra- 35 Bekanntlich wird beim Aufbringen eines solchen gen wird. Hierbei schlägt sich das aufzubringende Musters auf die Unterlage eine photoelektrische Material auch an den Rändern der abdeckenden Schicht auf die Oberfläche der Unterlage 10 auf-Photoschicht nieder, so daß die Randzonen der gebracht und durch ein Negativ das in die Unterlage Kode-Elemente ungleichmäßig verlaufen. 10 zu ätzende Muster belichtet. Nach erfolgter BeAufgabe der Erfindung ist die Vermeidung dieser 40 lichtung des Materials wird der nicht belichtete Teil Nachteile. Es soll insbesondere eine Kodiervorrich- abgewaschen, und es bleibt das Muster 12 übrig, tung geschaffen werden, die ein kleines Kodiermuster Sind diese Arbeiten abgeschlossen, läßt man eine gemit hohem Auflösungsvermögen aufweist, welches eignete ätzende Säure auf das Material einwirken, um zudem leicht herstellbar sein soll. Bei einer Kodier- die Stege 14 zwischen den Seitenteilen 16 unter dem Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese 45 Muster 12 herauszuätzen. Ein solches Verfahren Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das reicht zwar zur Herstellung verhältnismäßig großer Kodemuster aus abwechselnden Elementen aus elek- Muster aus, liefert aber nicht die erforderliche enge trisch leitendem und elektrisch nicht leitendem Begrenzung, wie sie bei kleinen Mustern mit großem Material besteht. Auflösungsvermögen erforderlich ist. Dieser Mangel

Die Wirkungsweise und Vorteile der Erfindung 50 ist darauf zurückzuführen, daß das Ätzmittel die werden an Hand der folgenden Beschreibung er- Flanken 16 an den Kanten der Stege 14 in den Beläutert. In der Zeichnung ist reichen 18 unterschneidet.

F i g. 1 eine schaubildliche Teilansicht eines EIe- F i g. 2 dient zur Erläuterung eines anderen Ver-

mentes, welches die Nachteile der früheren Art der fahrens, welches man früher benutzt hat, um Muster Herstellung eines Musters für eine kontaktlose 55 für kontaktlose Kodierungsvorrichtungen herzu-Kodiervorrichtung erläutert, stellen. Dort wird ein Muster 12 aus einer photo-

F i g. 2 eine schaubildliche Teilansicht eines ahn- elektrischen Schicht auf der Oberfläche einer geeignelichen Elementes, welches mit Hilfe eines anderen ten Unterlage 22 auf die gleiche Weise nieder-Herstellungsverfahrens erzeugt worden ist, geschlagen, wie es bei dem in Fi g. 1 erläuterten Ver-

F i g. 3 die schaubildliche Teilansicht eines kodier- 60 fahren geschieht. Hat man diese Schicht aufgebracht, ten Musters der kontaktlosen Kodiervorrichtung nach wird hochpermeables Material in die belichteten Beder Erfindung, reiche der Photoschicht gebracht. Wegen der Dicke

F i g. 4 eine schematische Darstellung der kontakt- der Flanken ist es unmöglich, die erforderliche Belosen Kodiervorrichtung nach der Erfindung und ein grenzung des Musters einzuhalten, weil das elektro-Schaltbild der zu der Kodiervorrichtung gehörenden 65 plattierte Material pilzartig nach außen über die Abtastorgane, Ränder der Photoschicht 20 in die Bereiche 26 hin-

F i g. 5 die Ansicht eines Teilschnitts durch ein ausragt, so daß die Kanten der Stege 24 nicht scharf Kodierungsmuster der Kodiervorrichtung nach der genug begrenzt sind. Aus diesem Grunde hat sich das

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Elektroplattierungsverfahren für die Herstellung sehr die Bedingungen für den Schwingungsvorgang zu erkleiner Muster mit engen Toleranzen als ungeeignet füllen, dann schwingt der Kreis 40 mit einer Freerwiesen. quenz, die gegeben ist durch die Größe der Induk-F i g. 3 zeigt in schaubildlicher Teilansicht ein tivität, die parallel zu dem Kondensator 54 vorhan-Stück eines Kode-Elements, wie es in der Vorrichtung 5 den ist. Die Anordnung nach Fig. 4 erfordert somit nach der Erfindung benutzt wird. Bei dem dargestell- für die Abtastvorrichtung keine selbständige bzw. unten Ausführungsbeispiel trägt eine Unterlage 28 eine abhängige Hochfrequenzstromquelle.
Anzahl stromleitender Segmente 30, die in Aus- Befindet sich stromleitendes Material in der Nähe nehmungen 32 in der Unterlage 28 eingebettet sind. des Transformators 42 und im Bereich von dessen Die Herstellung dieses Musters erfolgt nach einem io Luftspalt 46, dann werden in dem Material Wirbel-Verfahren, das im folgenden noch näher beschrieben ströme induziert, die ihrerseits dem Fluß entgegenwerden soll. Die Unterlage 28 kann aus irgendeinem gesetzt gerichtet sind, der durch die Erregung d6r nicht stromleitenden Material bestehen, gegebenen- Primärwicklung erzeugt wird. Infolgedessen wird das falls auch aus einem hochpermeablen, nichtleitenden Spannungs-Übersetzungs-Verhältnis des Transforma-Material. 15 tors 42 beeinflußt, und der Kreis 40 schwingt auf Bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbei- eine verhältnismäßig kleinere Amplitude als diejenige, spiel der Vorrichtung nach der Erfindung ist der die beim Fehlen von stromleitendem Material in der Träger für die Kode-Elemente eine Scheibe 34, die Nähe des Luftspaltes 46 sich ergibt,
auf einer Welle 36 sitzt, deren Stellung kodiert wer- Aus dem oben Gesagten ergibt sich, daß beim den soll. Die Scheibe 34 trägt eine Anzahl strom- 20 Fehlen von stromleitenden Teilchen 38 in der Nähe leitender Elemente 38, die auf Kreisbögen liegen, um des Transformators 42 der Kreis 40 so schwingt, daß die erforderlichen elektrischen Ausgänge zu liefern, sich an der Leitung 72 eine Schwingung mit verhältweiche jeweils die Winkelstellung der Welle 36 nismäßig hoher Amplitude bildet. Dreht sich die wiedergeben. Welle 36 nun in eine Stellung, in der sich ein stromin dieser Figur ist die Abtastvorrichtung mit 40 25 leitendes Teilchen 38 in der Nähe des Luftspalts 46 bezeichnet. Selbstverständlich können mehrere der- befindet, dann arbeitet der Kreis 40 so, daß eine relaartige Vorrichtungen 40 verwendet werden, um die tiv niedrige Amplitude am Leiter 72 sich ergibt. Die erforderliche Anzahl von Ausgängen aus den ver- Ausgangsspannung am Leiter 72 ist also amplitudenschiedenen Kreisen stromleitender Segmente 38 zu er- moduliert. Eine niedere Amplitude entspricht dem geben. 30 logischen Wert »Null« im digitalen Ausgang, wäh-Die Abtastvorrichtung 40 enthält als eigentliches rend eine hohe Amplitude dem Wert »Eins« im Digi-Abtastorgan einen Ringkern-Übertrager 42, beispiels- talausgang entspricht. Das amplitudenmodulierte Siweise einen Toroidkern 44 mit einem Luftspalt 46. gnal wird durch einen Detektor- und Filterkreis 74 Auf ihm sind die Primärwicklung 48 und die Sekun- und hierauf durch einen getakteten Rechteckgenedärwicklung 50 angeordnet. Der Übertrager 42 liegt 35 rator 76 geschickt, so daß an den Ausgangsklemmen in einem Stromkreis mit einem Transistor 52, um auf 78 und 80 der Abtastvorrichtung eine Rechtecksdiese Weise einen Generator oder Oszillator zu bil- spannung entsteht.

den, der normalerweise mit einem Ausgang arbeitet, An Stelle des gezeigten Oszillators kann man auch der auf einer verhältnismäßig hohen Amplitude liegt. andere Schwingkreise verwenden, beispielsweise CoI-Die Primärwicklung 48 und ein Abstimmkonden- 40 pitts-, Hartley- oder Clapp-Kreise. Bei dem darsator 54 liegen parallel zwischen der positiven gestellten Ausführungsbeispiel ist eine spezielle Form Klemme 56 einer passenden Stromquelle und dem des Transformators 42 wiedergegeben, bei welcher Kollektor 58 des Transistors 52. Ein Vorspannungs- der Kern 44 die Form eines Toroids mit einem sehr widerstand 60 und die Sekundärwicklung 50 des breiten Luftspalt 46 aufweist. Man kann aber auch Transformators 42 liegen in Reihe zwischen der 45 ohne weiteres andere Kernformen wählen, beispiels-Klemme 56 und der Basis 62 des Transistors 52. Ein weise den in Fig. 12 dargestellten Kern 82, der in weiterer Vorspannungswiderstand 64 verbindet den Seitenansicht die Form eines Keils aufweist, dessen Emitter 66 des Transistors 52 mit einer Erdleitung schmaler Teil in unmittelbarer Nachbarschaft der 68. Eine Regeldiode 70 liegt zwischen der Erdleitung Scheibe 34 liegt und eine ebene Oberfläche 84 auf-60 und dem gemeinsamen Punkt des Widerstandes 50 weist. Wahlweise kann man auch einen rechteckigen 60 und der Wicklung 50. Kern mit einem dünnen Schenkel in der Nähe der Dieser Kreis schwingt normalerweise so, daß er an Scheibe 34 oder mit einem offenen Schenkel zur Bildern Ausgangsleiter 72 aus dem Kollektor 58 einen dung eines Luftspaltes in der Nähe der Scheibe ver-Oszillatorausgang mit hoher Amplitude liefert. Ein wenden. Wesentlich ist, daß sich ein Streufluß bildet, Ringkern-Übertrager mit getrennten Wicklungen, wie 55 der durch das stromleitende Element oder Teilchen er in F i g. 4 wiedergegeben ist, besitzt die an sich be- hindurchgehen soll.

kannte Eigenschaft, daß im Bereich der Primär- und Das Material für den Körper 34 kann irgendein

der Sekundärwicklung 48 bzw. 50 ein starker Streu- passendes, den Strom nichtleitendes Material sein,

fluß auftritt. Dieser Streufluß erzeugt ein magneti- Vorzugsweise soll es ein hochpermeables, nicht-

sches Feld in der Umgebung der Wicklung. Das Aus- 60 leitendes Material sein, damit der Körper eine stär-

maß dieses Streuflusses begrenzt die induzierte kere Flußänderung erzeugt, sobald sich der Trans-

Sekundärspannung auf einen Wert, der etwas unter formatorkern aus einem Bereich des nichtleitenden

der Primärspannung liegt, wobei die Sekundärspan- Materials in einen Bereich des stromleitenden Mate-

nung eine Größe aufweisen kann, die sich erheblich rials bewegt.

von der Größe unterscheidet, die man erwarten kann, 65 Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung von

wenn man nur das Verhältnis der Windungszahlen stromleitendem Material für die Elemente 30 in der

zugrunde legt. Stellt man die Spannungsverstärkung Unterlage 28 die gewünschte Wirkung bereits zeigt,

von Basis zu Kollektor des Transistors 52 ein, um wenn man dieses Material in außerordentlich geringer

Stärke verglichen mit der Stärke eines ferromagnetischen Elementes in den bekannten Vorrichtungen verwendet. Das bedeutet, daß eine Stärke des stromleitenden Materials in der Größenordnung von 0,025 bis 0,0025 mm dieselbe Wirkung zeigt wie die EIemente hochpermeablen Materials der früheren Art mit Dicken von über 0,127 mm.

Die F i g. 5 und 6 dienen zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung eines Kodierelementes, welches ein bündiges Muster aufweist. Bei diesem Verfahren wird eine Photoschicht 82 auf eine Unterlage aus irgendeinem nichtleitenden Material aufgebracht, welches beispielsweise eine ferromagnetische Legierung sein kann, die aus Nickel, Eisen, Kobalt oder sonstigem Ferritmaterial besteht. Nachdem die Schicht 82 auf die Oberfläche der Unterlage aufgebracht worden ist, wird durch ein Negativ das zu erzeugende Muster exponiert, worauf die nicht exponierten Teile weggewaschen werden. Als nächster Verfahrensschritt erfolgt die Einwirkung eines ao geeigneten Ätzmittels, um die Ausnehmungen 86 in der exponierten Oberfläche der Unterlage 84 entstehen zu lassen. Hierauf wird strömleitendes Material in den Ausnehmungen 86 niedergeschlagen. Es kann dies beispielsweise im Wege der Elektroplattierung erfolgen, wobei die stromleitenden Elemente 88 entstehen. Das stromleitende Material kann irgendein nicht ferromagnetisches Material, beispielsweise Kupfer, Silber, Gold od. dgl. sein. Sind die Elemente 88 entstanden, wird die Photoschicht 82 entfernt, und nach dem Polieren erscheint das Muster in der Form, wie es die Fi g. 6 zeigt.

In manchen Fällen ist es erwünscht, das Muster als vertiefte oder erhabene stromleitende Elemente auf der Unterlage entstehen zu lassen. In diesem Falle wird, wie F i g. 7 zeigt, das Muster 90 der Photoschicht auf genau die gleiche Weise erzeugt, wie es in Verbindung mit der Schilderung der Vorgänge im Zusammenhang mit Fig. 4 erläutert worden ist, nur daß jetzt nicht die Bereiche der Unterlage 84, die belichtet worden waren, weggeätzt werden, sondern daß das stromleitende Material in die exponierten Bereiche hinein plattiert oder auf andere Weise niedergeschlagen wird, um die in F i g. 8 gezeigten Elemente 92 entstehen zu lassen.

Man kann auch das in F i g. 8 veranschaulichte Verfahren zur Formung eines Musters so abwandeln, indem man eine dünne Schicht 94 aus stromleitendem Material auf eine Unterlage 84 aufbringt, wie dies die F i g. 9 zeigt. Sodann wird das Muster 96 der Photoschicht auf die Schicht 94 aufgebracht werden (Fig. 10). Es wird dann das stromleitende Material 94 in den belichteten Bereichen herausgeätzt, um die stromleitenden Elemente iü der Anordnung entstehen zu lassen, wie dies Fi g. 8 zeigt. Schließlich kann man aber auch noch, wie dies Fig. 11 zeigt, die Photoschicht 98 auf der Oberfläche der Unterlage 84 belassen und dann das stromleitende Material 100 über die gesamte Oberfläche plattieren. Die Schicht 98 wird dann aufgelöst und die gesamte Oberfläche so behandelt, daß das Muster aus stromleitenden Elementen 92 entsteht, wie es die F i g. 8 zeigt.

An Stelle der beschriebenen Kodiermuster können auch andere Systeme verwendet werden. So kann man beispielsweise eine stromleitende Farbe auf eine nicht stromleitende Unterlage, beispielsweise eine Karte drucken und diese Karte mit Hilfe der Abtastvorrichtung ablesen. Es könnte auch ein Lochstreifen aus einem Kunstharz oder einem anderen Werkstoff, der mit einem nicht ferromagnetischen strömleitenden Material beschichtet ist, über einen Block aus nicht stromleitendem Material geführt werden, welches z. B. ein magnetisch höchpermeables Material sein könnte, damit die Abtastvorrichtung von einem hohen Ausgangspegel beim Abtasten eines Lochs in dem Streifen auf einen niedrigen Ausgangspegel übergeht, wenn die Bereiche des vollen Streifens zwischen den Löchern in der Nähe der Abtastvorrichtung sind.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kontaktlose Ködiervorrichtung, insbesondere zur Verwandlung der längen- oder winkelmäßigen Stellung oder Bewegung eines Bauteils in einen elektrischen Kodewert, unter Verwendung eines Musters von Kode-Elementen und einer Abtastvorrichtung mit auf einem Kern an verschiedenen Stellen angeordneten Primär- und Sekundärwicklungen, die über den Kern induktiv miteinander verbunden sind, wobei die Primärspule von einem Wechselstrom durchflossen wird, der in Abhängigkeit von der Stellung eines Kode-

" elements zu dem induktiven Flußweg in der Abtastvorrichtung Ausgangssignale unterschiedlicher Amplitude erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kodemuster aus abwechselnden Elementen aus elektrisch leitendem (30, 38) und elektrisch nicht leitendem Material (28, 34) besteht (Fig. 3 und 4),

2. Kodiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht leitende Material hochpermeabel, vorzugsweise eine ferromagnetische Legierung ist.

3. Kodiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Elemente (30, 38) auf einer Unterlage (28, 34) aus nicht leitendem Material angeordnet sind (Fig. 3,4).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen