Potentiometer

Die Erfindung betrifft ein Potentiometer mit (a) mindestens zwei elektrisch lei- tenden Segmenten, die jeweils eine Kontaktseite aufweisen, die von einer umlaufenden Kante berandet wird, die jeweils mit einem Abschnitt ihrer Kanten bündig aneinander angrenzen und (b) einer Verbindungsvorrichtung zum elektrischen Verbinden eines ersten Kontaktpunkts in einem ersten Segment mit mindestens einem zweiten Kontaktpunkt in einem von dem ersten Segment verschiedenen, zweiten Segment und ein Verfahren zum Ermitteln einer Winkellage eines Bauteils unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Potentiometers.

Potentiometer werden häufig zur Messung von Winkellagen eingesetzt, das heißt zur Ermittlung einer Verdrehung eines Körpers relativ zu einem anderen. Damit alle Winkellagen gemessen werden können, also kein Totwinkel entsteht, ist es notwendig, Modifikationen gegenüber herkömmlichen Potentiometern vorzunehmen. Ein Potentiometer ohne Totwinkel ist beispielsweise in der koreanischen Offenlegungsschrift KR 10 2001 099265 A offenbart. Nachteilig an dem dort offenbarten Potentiometer ist, dass es schlecht kapselbar ist. Es ist daher anfällig für Verschmutzung. Ein weiterer Nachteil ist, dass beide Teile des Potentiometers stromführend sind und das Potentiometer daher fehleranfällig ist.

Aus der DE 34 27 000 C2 ist ein gattungsgemäßes Potentiometer bekannt, bei dem zwei Schleifer miteinander und mit einem Endverstärker verbunden sind. Ein mittels der beiden Schleifer in die Segmente eingeprägter elektrischer Strom wird von den Segmenten, die durch den Schleifer kontaktiert werden, zu einem weiteren Segment geleitet und von dort aus Lautsprechern zugeführt.

Nachteilig an dem dort beschriebenen Potentiometer ist, dass die Schleifkontakte in einem Drehpunkt mit der Stromquelle verbunden werden müssen. Ein sich in diesem Punkt ändernder elektrischer Widerstand führt zu einem systematischen Messfehler. Nachteilig ist zudem, dass das Potentiometer nur in ei- nem Winkelbereich von 0 bis 180° betreibbar ist. Es ist daher bei Anwendungen nicht verwendbar, bei denen beliebige Winkel einstellbar sein müssen.

Aus der DE 10 2005 021 890 A1 ist ein Potentiometer bekannt, das drei konzentrische Leiter besitzt. über zwei drehbar gelagerte Arme können jeweils zwei Leiter miteinander verbunden werden. Der mittlere der drei Leiter weist einen erhöhten elektrischen Widerstand auf, so dass aus dem elektrischen Widerstand zwischen dem äußeren und dem inneren elektrischen Leiter auf eine Drehposition der Arme geschlossen werden kann. Nachteilig an dem Potentiometer ist dessen komplexer Aufbau.

Aus der DE 43 39 931 C 1 ist ein Positionsgeber für den Gangwählhebel eines Kraftfahrzeuggetriebes bekannt. Nachteiligkeit an dem Positionsgeber ist, dass er nicht zum Erfassen einer Drehbewegung geeignet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein robustes Potentiometer vorzuschlagen, mit dem die Winkellage eines Bauteils in allen Winkeln erfassbar ist.

Die Erfindung löst das Problem durch ein gattungsgemäßes Potentiometer, bei dem zwischen jeweils zwei Segmenten stets ein elektrischer Kontakt angeord- net ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Verfahren zum Ermitteln einer Winkellage eines Bauteils mit den Schritten (a) mechanisches Verbinden des Bauteils mit einer Verbindungsvorrichtung oder den Segmenten eines Potentiometers nach einem der vorstehenden Ansprüche, (b) Verbinden einer Stromquelle oder einer Spannungsquelle mit dem Potentiometer, so dass ein elektrischer Strom durch mindestens ein Segment fließt,

(c) Ermitteln mindestens einer ersten Spannung, die aufgrund des Stroms über einem Teil des Potentiometers abfällt, (d) aus der mindestens einen Spannung Ermitteln einer Drehposition der Verbindungsvorrichtung und (e) aus der Drehposition der Verbindungsvorrichtung Ermitteln der Winkellage des Bauteils.

Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Potentiometer ist, dass kein Strom und auch keine Spannung von einem drehbar gelagerten Bauteil abgegriffen werden müssen. Es ist möglich, entweder nur die Segmente oder nur die Verbindungsvorrichtung elektrisch zu kontaktieren. Dadurch wird das Potentiometer besonders robust. Ein weiterer Vorteil ist, dass es einfach herstellbar und damit kostengünstig zu fertigen ist. Es ist zudem möglich, das Potentiometer offen zu bauen.

Vorteilhaft ist zudem, dass es in einer flachen Bauweise gefertigt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Potentiometer so kapselbar ist, dass innerhalb der Kapselung keine drehbar gelagerten Komponenten notwendig sind. Es wird so ein unter Wasser leicht einsetzbares, störungsresistentes Potentiometer erhalten.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, nicht aber notwendig, dass die Verbindungsvorrichtung genau zwei Kontaktpunkte miteinander elektrisch verbindet. Möglich ist beispielsweise auch, dass die Verbindungsvorrichtung genau drei Kontaktpunkte miteinander verbindet. Es ist zudem möglich, nicht aber notwendig, dass die Verbindungsvorrichtung die Kontaktpunkte dau- erhaft miteinander verbindet. So ist eine Verbindungsvorrichtung einsetzbar, bei der zeitweise kein Kontaktpunkt kontaktiert wird. Die Verbindungsvorrichtung kann die beiden Kontaktpunkte elektrisch überbrücken, das heißt mit einem im Vergleich zu sonstigen elektrischen Widerständen des Potentiometers kleinen Widerstand verbinden und so als überbrückungsvorrichtung fungieren. Die Verbindungsvorrichtung kann aber auch die Kontaktpunkte dadurch verbinden, dass die Verbindungsvorrichtung an einem externen Stromkreis anschließbar ist, so dass ein Strom durch beide Kontaktpunkte fließt. In diesem Fall kann die

Verbindungsvorrichtung so ausgebildet sein, dass die beiden Kontaktpunkte elektrisch gegeneinander isoliert sind, wenn die Verbindungsvorrichtung nicht mit dem externen Stromkreis verbunden ist.

Unter einer ringförmig geschlossenen Anordnung der Segmente wird insbesondere verstanden, dass die so angeordneten Segmente im mathematischen Sinne ein nicht einfach zusammenhängendes Gebiet bilden. Das Gebiet kann beispielsweise zweifach zusammenhängend sein. Es ist dazu möglich, nicht aber notwendig, dass die ringförmige Anordnung in der Mitte ein Loch aufweist. Es ist vielmehr ausreichend, wenn die Segmente eine solche ringförmige Anordnung bilden, dass der Strom in guter Näherung nicht durch eine Mitte zwischen den Segmenten hindurchfließt.

Unter einer Stromquelle wird insbesondere eine Vorrichtung verstanden, mittels der ein elektrischer Strom einer vorgegebenen Spannung oder eines vorgegebenen Stroms an zwei Kontakte angelegt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die Segmente eine geschlossene insbesondere eine ringförmig geschlossene Anordnung. Auf diese Weise wird ein Drehpotentiometer erhalten, das besonders gut zum Messen von Winkel eingesetzt werden kann. Es ist jedoch nicht notwendig, dass die Segmente eine geschlossene Anordnung bilden. Es ist vielmehr auch möglich, dass die Segmente hintereinander angeordnet sind und damit eine Reihe bilden.

Bevorzugt umfasst das Potentiometer elektrische Kontakte, über die ein durch alle Segmente fließender elektrischer Strom einprägbar ist. Es ist nicht notwendig, dass der Strom, der über die elektrischen Kontakte eingeprägt wird, stets durch alle Segmente fließt. Es ist beispielsweise möglich, dass die Verbindungsvorrichtung in einer Stellung ein gesamtes Segment überbrückt, so dass der elektrische Strom durch dieses Segment nicht oder nur zu einem verschwindend geringen Anteil fließt. Es ist insbesondere ausreichend, dass eine

Stellung der Verbindungsvorrichtung existiert, in der über das Paar elektrischer Kontakte ein durch alle Segmente fließender elektrischer Strom einprägbar ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kontaktseiten eben und liegen in einer gemeinsamen Kontaktseitenebene. In anderen Worten bedeutet das, dass die Segmente so aneinander anschließen, dass sie eine durchgehende glatte gemeinsame Fläche bilden. In diesem Fall kann die Verbindungsvorrichtung besonders einfach über die gemeinsame Kontaktseitenebene gleiten.

In einer bevorzugten Ausführungsform grenzt jedes Segment an genau zwei Nachbarn bündig an. Es ergibt sich so eine ringförmig geschlossene Anordnung. Besonders ist dabei jedes Segment mit beiden Nachbarn an den Stellen elektrisch verbunden, an denen sie bündig aneinander angrenzen. Es ist jedoch nicht notwendig, dass jedes Segment an genau zwei Nachbarn angrenzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die Segmente Kreisringsegmente. Diese Kreisringsegmente bilden einen geschlossenen Ring mit einer Ringbreite, die der Differenz zwischen Außenradius und Innenradius entspricht. Jedes Kreissegment hat dann zwei teilkreisförmig gebogene Begrenzungen und zwei gradlinig verlaufende Begrenzungen, wobei die Verlängerungen der gradlinig verlaufenden Begrenzungen sich in einem Mittelpunkt des Kreisrings treffen.

Besonders bevorzugt sind die Segmente jeweils gleich groß. Hierdurch wird ein besonders einfach zu fertigender Aufbau erhalten. Es ist bevorzugt, dass der spezifische elektrische Widerstand in einem Segment konstant ist. Der spezifische elektrische Widerstand gibt den elektrischen Widerstand an, der zwischen zwei Kontaktpunkten des Segments eines vorgegebenen Abstands anliegt. Besonders bevorzugt sind die spezifisch elektrischen Widerstände zweier benachbarter Segmente unterschiedlich. Die Größe des Unterschieds beträgt dabei beispielsweise mehr als 10 Prozent, bevorzugt aber mehr als 100 Prozent. Es ist auch möglich, dass der spezifische elektrische Widerstand zweier benachbarter Segmente ein Vielfaches voneinander beträgt.

Besonders bevorzugt ist der spezifische elektrische Widerstand in allen Segmenten unterschiedlich. Hierdurch kann aus Messungen von Spannungen zwischen einzelnen Segmenten besonders einfach die Drehposition der Verbin- dungsvorrichtung ermittelt werden.

Besonders bevorzugt überbrückt die Verbindungsvorrichtung genau zwei Kontaktpunkte, so dass zwischen den beiden Kontaktpunkten ein im Vergleich zu sonstigen Widerständen des Potentiometers kleiner Widerstand besteht. Es ergibt sich ein besonders leicht auswertbares Spannungssignal zur Ermittlung einer Winkelstellung der Verbindungsvorrichtung.

Besonders bevorzugt ist die Verbindungsvorrichtung in einem Drehpunkt drehbar gelagert, wobei der Drehpunkt mit dem Kreisringmittelpunkt zusammenfällt. Auf diese Weise kann ein von dem Potentiometer ermitteltes Spannungsergebnis besonders leicht in einen Drehwinkel umgerechnet werden, den die Verbindungsvorrichtung um den Drehpunkt durchgeführt hat.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindungsvorrichtung ausgebil- det, um Kontaktpunkte zum elektrischen Verbinden von Kontaktpunkten der Segmente herzustellen, wobei jeweils zwei Kontaktpunkte bezüglich des Drehpunkts um einen Spreizwinkel versetzt sind und wobei mindestens ein Spreizwinkel so groß ist, dass die zugehörigen Kontaktpunkte nicht in einem Segment liegen können. Hierdurch werden vorteilhafterweise Zweideutigkeiten vermie- den, so dass aus am Potentiometer gemessenen Spannungen stets eindeutig die Drehposition der Verbindungsvorrichtung ermittelt werden kann.

Bevorzugt umfasst die Verbindungsvorrichtung einen geschlossenen, flexiblen Leiter, der so zu den elektrisch leitenden Segmenten angeordnet ist, dass er durch Druck in einem Kontaktpunkt mit einem der Segmente in elektrischen Kontakt bringbar ist. Dazu wird beispielsweise ein flexibler elektrischer Leiter räumlich von den Kontaktseiten der Segmente beabstandet angeordnet. Durch

Druck in dem Kontaktpunkt verformt sich der flexible Leiter und kommt in Kontakt mit der Kontaktseite des Segments. Wird an einer zweiten Stelle ebenfalls ein Druck auf den flexiblen Leiter aufgebracht, so gelangt der flexible Leiter an zwei Stellen in Kontakt mit Segmenten und stellt so einen elektrischen Kontakt zwischen beiden her. Der flexible Leiter weist vorzugsweise einen geringen e- lektrischen Widerstand auf. Beispielsweise ist der spezifisch elektrische Widerstand des flexiblen Leiters klein gegenüber dem spezifisch elektrischen Widerstand der Segmente.

Die Segmente und Teile der Verbindungsvorrichtung, insbesondere der flexible Leiter, sind von einer flexiblen Umhüllung flüssigkeitsdicht umgeben. So wird vorteilhafterweise ein flüssigkeitsdichtes Potentiometer erhalten, das zur Herstellung eines flüssigkeitsfesten Drehsensors verwendet werden kann.

Erfindungsgemäß umfasst das Potentiometer eine Koppeleinheit zum Aufbringen eines Drucks auf den flexiblen Leiter in mindestens zwei Kontaktpunkten. Diese Koppeleinheit ist beispielsweise Teil der Verbindungsvorrichtung. Beispielsweise ist die Koppeleinrichtung drehbar gelagert, so dass ein Verdrehen der Koppeleinrichtung dazu führt, dass der flexible Leiter an zwei sich verän- dernden Kontaktpunkten den ersten Kontaktpunkt in dem ersten Segment mit dem zweiten Kontaktpunkt in dem zweiten Segment verbindet. Auf diese Weise kann eine Drehstellung der Koppeleinrichtung auch in Flüssigkeitsumgebungen erfasst werden, die Segmente von einer flüssigkeitsdichten Umhüllung umgeben sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen jeweils zwei Segmenten stets ein elektrischer Kontakt angeordnet. über diesen elektrischen Kontakt ist eine elektrische Spannung abgreifbar, die über das Segment abfällt.

Bevorzugt umfasst das Potentiometer eine Spannungsermittlungsvorrichtung und eine Steuerung, die ausgebildet ist zum Verbinden von jeweils zwei Kontakten mit einer Stromquelle und zwei Kontakten mit der Spannungsermitt-

lungsvorrichtung. Die Steuerung ist dabei dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren, wie es weiter unten beschrieben ist, durchzuführen. Bei den Kontakten kann es sich um mit Segmenten verbundene Kontakte oder um Kontakte der Verbindungsvorrichtung handeln.

In einer bevorzugten Ausführungsform verbindet die Verbindungsvorrichtung den ersten Kontaktpunkt in dem ersten Segment mit dem zweiten Kontaktpunkt in dem vom ersten Segment verschiedenen zweiten Segment und genau einem dritten Kontaktpunkt. Dieser dritte Kontaktpunkt liegt besonders bevorzugt stets in einem von dem ersten und zweiten Segment verschiedenen dritten Segment. Besonders günstig ist der Einsatz eines erfindungsgemäßen Potentiometers als Drehwinkelsensor in einer Prothese wie einer Arm- oder Handprothese. Durch die Kapselbarkeit kann die Prothese auch unter Wasser eingesetzt werden.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst bevorzugt den Schritt des Anlegens des elektrischen Stroms an ein zweites Paar elektrischer Kontakte, nachdem an dem ersten Paar elektrischer Kontakte eine erste Spannung ermittelt worden ist.

Dadurch ist das Verfahren mit nur einer Stromquelle und nur einer Spannungs- ermittlungsvorrichtung durchführbar. Insbesondere umfasst das Verfahren das Ermitteln von Endspannungen zwischen Endpaaren elektrischer Kontaktierungen, wobei n > 1 gilt und wobei die n Paare so gewählt sind, dass jede Drehposition der Verbindungsvorrichtung genau einer Kombination der Endspannun- gen entspricht. Hierdurch kann aus den gemessenen Spannungen auf eindeutige Weise die Drehposition der Verbindungsvorrichtung zugeordnet werden.

Das erfindungsgemäße Potentiometer kann eine Verbindungsvorrichtung aufweisen, die an zwei, drei, vier oder fünf Kontaktstellen mit den Segmenten in Kontakt steht. Besonders einfach aufgebaute Ausführungsformen kommen jedoch mit zwei oder drei Kontaktstellen aus.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Figur 1a eine schematische Ansicht eines ersten erfindungsgemäßen Po- tentiometers mit drei Segmenten und einer Verbindungsvorrichtung in einer ersten Stellung, Figur 1b ein Ersatzschaltbild des Potentiometers gemäß Figur 1a,

Figur 2a das Potentiometer nach Figur 1a mit einer anderen Stellung der Verbindungsvorrichtung,

Figur 2b das Ersatzschaltbild für das Potentiometer mit der in Figur 2a gezeigten Stellung,

Figur 3a das Potentiometer aus den Figuren 1 a und 2a mit einer dritten Stellung der Verbindungsvorrichtung, und

Figur 3b das zu Figur 3a gehörige Ersatzschaltbild.

Figur 4a zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Potentiometers mit sechs Segmenten, bei dem die Verbindungsvor- richtung in einer ersten Position ist und

Figur 4b zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild.

Figur 5a zeigt das Potentiometer nach Figur 4a, bei dem die Verbindungsvorrichtung in einer zweiten Position ist und Figur 5b zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild.

Figur 6a zeigt das Potentiometer nach Figur 4a, bei dem die Verbindungsvorrichtung in einer dritten Position ist und

Figur 6b zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild.

Figur 7a zeigt das Potentiometer nach Figur 4a, bei dem die Verbindungsvorrichtung in einer vierten Position ist und

Figur 7b zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild.

Figur 8a zeigt das Potentiometer nach Figur 4a, bei dem die Verbindungsvorrichtung in einer fünften Position ist und Figur 8b zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild.

Figur 9a zeigt das Potentiometer nach Figur 4a, bei dem die Verbindungsvorrichtung in einer sechsten Position ist und

Figur 9b zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild.

Figur 10a zeigt das Potentiometer nach Figur 4a, bei dem die Verbindungsvorrichtung in einer siebten Position ist und

Figur 10b zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild.

Figur 11a zeigt das Potentiometer nach Figur 4a, bei dem die Verbindungsvorrichtung in einer achten Position ist und Figur 11 b zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild.

Figur 12a zeigt das Potentiometer nach Figur 4a, bei dem die Verbindungs- Vorrichtung in einer neunten Position ist und

Figur 12b zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild.

Figur 13a zeigt das Potentiometer nach Figur 4a, bei dem die Verbindungsvorrichtung in einer zehnten Position ist und Figur 13b zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild.

Figur 14a zeigt das Potentiometer nach Figur 4a, bei dem die Verbindungsvorrichtung in einer elften Position ist und

Figur 14b zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild.

Figur 15a zeigt das Potentiometer nach Figur 4a, bei dem die Verbindungsvorrichtung in einer zwölften Position ist,

Figur 15b zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild. Die

Figuren16a und 16 b zeigen einen Querschnitt entlang der Linie A gemäß der

Figuren 1a und 4a. Die

Figuren 17a, 17b, 18a, 18b, 19a, 19b, 20a, 20b, 21a, 21 b, 22a und 22b zeigen eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Potentiometers und die jeweils zugehörigen Ersatzschaltbilder. Die

Figuren 23a, 23b sind Diagramme, die die Abhängigkeit von an Kontakten des Potentiometers gemäß den Figuren 4a bis 15b abfallenden Spannungen in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Verbindungsvorrich- tung darstellen.

Figur 24 ist ein sich aus Teilberechnungen resultierender Kurvenverlauf der Spannung über 360° des Drehwinkels für ein Potentiometer gemäß den Figuren 17a bis 22b.

Figur 1a zeigt eine ein Potentiometer 10 mit drei Segmenten 12.1 , 12.2, 12.3 die jeweils eine Kontaktseite 14.1 , 14.2 und 14.3 aufweisen. Die Kontaktseite 14.1 ist von einer Kante 16.1 berandet, die einmal um das Segment 12.1 herumläuft. Auf diese gleiche Weise ist die Kontaktseite 14.2 von einer Kante 16.2 und die Kontaktseite 14.3 von einer Kante 16.3 umrandet. Gleichartige Objekte tragen jeweils gleiche Bezugzeichen mit ggf. unterschiedlichen, dem Durch- nummerieren dienenden Suffixen.

Die Kante 16.1 besitzt einen ersten Abschnitt 18.1 und einen zweiten Abschnitt 20.1. Auf gleiche Weise besitzen die Kanten 16.2 bzw. 16.3 erste Abschnitte 18.1 bzw. 18.3 und zweite Abschnitte 20.2 bzw. 20.3. Die Segmente 12.1 , 12.2 und 12.3 liegen in ihren ersten Abschnitten 18 und ihren zweiten Abschnitten 20 jeweils bündig aneinander an, so dass sie in elektrischem Kontakt miteinander stehen. Durch das Angrenzen bilden die Segmente 12.1 bis 12.3, die als Kreis-

ringsegmente ausgebildet sind, einen geschlossenen Kreisring, bei dem jedes Segment mit genau zwei benachbarten Segmenten aufgrund ihres bündigen Kontakts elektrisch miteinander verbunden ist.

Die Segmente 12.1 , 12.2 und 12.3 sind jeweils gleich groß und weisen einen homogenen, das heißt vom Ort unabhängigen, spezifischen elektrischen Widerstand auf. So besitzt das Segment 12.1 einen spezifischen elektrischen Widerstand M , der sich von einem spezifischen elektrischen Widerstand r2 von Segment 12.2 und einem spezifischen elektrischen Widerstand r3 von Segment 12.3 unterscheidet.

Zwischen jeweils zwei Segmenten befindet sich ein elektrischer Kontakt. So befindet sich ein elektrischer Kontakt 22.1 zwischen den Segmenten 12.1 und 12.2. Ein elektrischer Kontakt 22.2 ist zwischen den Segmenten 12.2. und 12.3 und ein elektrischer Kontakt 22.3 ist zwischen den Segmenten 12.3 und 12.1 angeordnet. über die elektrischen Kontakte 22.1 bis 22.3 kann eine Spannung ermittelt werden, die über das jeweilige Segment abfällt. In einer alternativen Ausführungsform können die Kontakte 22 auch an beliebigen anderen Stellen der Segmente angeordnet sein, beispielsweise in der jeweiligen Segmentmitte.

über die elektrischen Kontakte 22.1 und 22.3 ist ein vorgegebener Strom I einprägbar, der von einer Stromquelle 24.1 abgegeben werden kann. Alternativ ist eine Spannungsquelle 24.2 vorhanden, die an die elektrischen Kontakte 22.1 und 22.3 eine vorgegebene Spannung Ui von beispielsweise 5V anlegt.

Die in Figur 1 gezeigten Segmente 12.1 bis 12.3 bilden eine Lage des Potentiometers 10. Figur 16a zeigt einen Schnitt entlang der Linie A. Wie zu sehen ist, umfasst das Potentiometer 10 einen Träger 26, auf den die Segmente 12.1 bis 12.3 aufgebracht sind, wobei in Figur 16a nur das Segment 12.2 gezeigt ist. Entlang eines äußeren Kreisringradius Kauf _e n und eines inneren Kreisringradius Kjnnen sind ein innerer Abstandsring 28 und ein äußerer Abstandsring 30 angeordnet, die eine Deckmembran 32 auf Abstand von dem Träger 26 halten. An

der Deckmembran 32 ist ein flexibler Leiter 34 in Form einer Silberschicht befestigt, der eine kreisringförmige Gestalt hat und von den Segmenten 12.1 bis 12.3 beabstandet ist.

Wie Figur 16b zeigt, führt ein Druck mit einer Koppeleinrichtung 36 auf die Deckmembran 32 dazu, dass sich der flexible Leiter 34 verformt und so in einem Kontaktpunkt in Kontakt mit dem jeweiligen Segment, hier mit Segment 12.2, kommt. Dadurch wird ein elektrischer Kontakt zwischen dem flexiblen Leiter 34 und dem Segment 12.2 hergestellt. Die Deckmembran 32, der flexible Leiter 34 und die Koppeleinrichtung 36 sind Teile einer Verbindungsvorrichtung 38. Alternativ kann die Verbindungsvorrichtung auch bekannte Schleifkontakte umfassen, die drehbar gelagert sind.

Figur 1a zeigt die Koppeleinrichtung 36, die in einem Mittelpunkt M um einen Drehwinkel φ drehbar belagert ist. An ihren Enden drückt die Koppeleinrichtung

36 in zwei Kontaktpunkten Pi, P2 auf die Deckmembran 32 (Figur 16b) und schließt so die entsprechenden Segmente, in Figur 1a die Segmente 12.1 und 12.2, in den Kontaktpunkten Pi und P ₂ kurz. Dadurch verändert sich, wie weiter unten näher erläutert wird, die Spannung, die zwischen zwei Segmenten abfällt.

Die beiden Kontaktpunkte Pi und P ₂ liegen bezüglich des Mittelpunkts M um einen Spreizwinkel α voneinander beabstandet (Figur 1a), der größer ist als der von einem Segment überspannte Winkelbereich, im vorliegenden Fall 120°.

Figur 1 b zeigt das zu dem Drehwinkel φ gehörende Ersatzschaltbild für das

Potentiometer 10. Der elektrische Widerstand eines jeden Segments 12.1 bis 12.3 ist dabei in zwei Teilwiderstände unterteilt, die den elektrischen Widerstand im Uhrzeigersinn vor dem Kontaktpunkt P ₁ , P ₂ bzw. danach darstellen. Die Summe der Teilwiderstände, die mit dem Suffix „a" bzw. „b" bezeichnet sind, entspricht jeweils dem Gesamtwiderstand r des Segments. Die Größe jedes der Teilwiderstände hängt von dem Drehwinkel φ ab, sofern einer der beiden Kontaktpunkte Pi bzw. P ₂ sich in dem betreffenden Segment befindet.

Aus dem in Figur 1 b dargestellten Ersatzschaltbild lassen sich durch Anwendung der Kirchhoff sehen Regeln die Spannungen Ui, U ₂ und U ₃ ermitteln, die bei einem vorgegebenen Strom I oder bei einer vorgegebenen Spannung über die Segmente 12.1 , 12.2 und 12.3 abfallen, und die mit den elektrischen Kontakten 22.1 , 22.2 und 22.3 gemessen werden können. Wird eine vorgegebene Spannung Ui angelegt, so können die Spannungen U ₂ und U3 entsprechend berechnet werden.

Figur 2a zeigt das Potentiometer 10, bei dem die Koppeleinrichtung 36 unter einem anderen Drehwinkel φ steht, so dass der Kontaktpunkt Pi im Segment 12.3 liegt und der Kontaktpunkt P ₂ im Segment 12.1 liegt. Es ergibt sich das in Figur 2b gezeigte Ersatzschaltbild.

Figur 3a zeigt eine dritte mögliche Stellung der Koppeleinrichtung 36, bei der der erste Kontaktpunkt Pi sich im Segment 12.2 und der zweite Kontaktpunkt P2 sich im Segment 12.3 befindet. Es ergibt sich das in Figur 3b gezeigte Ersatzschaltbild.

Anhand der in den Figuren 1b, 2b und 3b gezeigten Ersatzschaltbilder lässt sich bei vorgegebenem Strom I oder vorgegebener Spannung U für jeden gezeigten Drehwinkel φ ein Paar aus erster Spannung Ui und zweiter Spannung U ₂ ermitteln, das dem Drehwinkel φ eineindeutig entspricht. Durch Ermitteln von zwei der drei Spannungen Ui bis U ₃ lässt sich damit eindeutig auf den Drehwin- kel φ schließen.

Figur 4a zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Potentiometers 10 mit sechs Segmenten 12.1 , 12.2, 12.3, 12.4, 12.5 und 12.6. Die Segmente 12.1 bis 12.6 sind so angeordnet wie es oben für die erste Ausfüh- rungsform beschrieben ist. Zwischen den einzelnen Segmenten sind elektrische Kontakte 22.1 bis 22.6 angeordnet. Die Kontakte 22.1 und 22.4 sind mit einer nicht eingezeichneten Spannungsquelle verbunden, die über die beiden elektri-

sehen Kontakte eine elektrische Spannung V von beispielsweise 5V anlegt, welche einen Strom I zur Folge hat, der durch alle Segmente 12.1 bis 12.6 fließt. Figur 4b zeigt das Ersatzschaltbild für das Potentiometer 10, wenn sich die Koppeleinrichtung 36 in der in Figur 4 gezeigten Stellung befindet. Die Wi- derstände sind wiederum mit η, mit i=1 ,2,3,4,5,6 angegeben.

Die Figuren 5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 10a, 10b, 11 a, 11 b, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b und 15a bzw. 15b zeigen jeweils die weiteren möglichen Stellungen der Koppeleinrichtung 36 und die zugehörigen Ersatzschaltbilder. Im Zusammenhang mit der Beschreibung der Figuren 23a, 23b wird weiter unten hergeleitet, welche Spannungen zwischen einzelnen elektrischen Kontakten 22.1 bis 22.6 für unterschiedliche Drehwinkel φ messbar sind.

Figur 17a zeigt eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Potentiometers 10, das zwei Segmente 12.1 und 12.2 aufweist, die Kanten 16.1 und 16.2 besitzen. Die Kanten 16.1 und 16.2 grenzen mit ihren jeweiligen ersten Abschnitten 18.1 bzw. 18.2 einerseits und ihren zweiten Abschnitten 20.1 und 20.2 andererseits bündig so aneinander an, dass sie elektrisch miteinander in Kontakt stehen.

Die beiden Segmente 12.1 , 12.2 bilden eine kreisringförmige Anordnung, in deren Mittelpunkt M eine Verbindungsvorrichtung 38 drehbar um den Mittelpunkt M gelagert ist. Die Verbindungsvorrichtung 38 weist einen ersten Arm 40, einen zweiten Arm 42 und einen dritten Arm 44 auf, die an ihrem dem Mittelpunkt M abgewandten Ende in einem ersten Kontaktpunkt Pi, in einem zweiten P ₂ bzw. in einem dritten Kontaktpunkt P ₃ in elektrischem Kontakt mit dem jeweiligen Segment stehen. Auf diese Weise werden Schleifkontakte gebildet.

über einen ersten Bestromungskontakt 46 und einen zweiten Bestromungskon- takt 48 wird durch eine nicht eingezeichnete Stromquelle ein elektrischer Strom

I aufgeprägt, der von der Stromquelle kommend über den ersten Arm 40 durch den Kontaktpunkt Pi, durch das Segment 12.1 oder durch die Segmente 12.1

und 12.2, durch den Kontaktpunkt P ₂ und den zweiten Arm 42 zur Stromquelle zurückfließt. Der erste Arm 40 ist gegen den zweiten Arm 42 elektrisch isoliert, so dass ein Stromfluss vom ersten Bestromungskontakt zum zweiten Bestro- mungskontakt durch die beiden Arme 40, 42 allein nicht möglich ist. Alternativ kann anstelle des elektrischen Stroms I auch eine elektrische Spannung U an die beiden Bestromungskontakte 46, 48 angelegt werden.

Aufgrund des oben beschriebenen elektrischen Stroms bildet sich zwischen den Kontaktpunkten P ₃ und P ₁ und den Kontaktpunkten P ₃ und P ₂ eine elektrische Spannung aus, die von einer nicht eingezeichneten Spannungsmessvorrichtung gemessen werden kann. Dazu wird die Spannung zwischen dem Messkontakt 50 und dem ersten Bestromungskontakt bzw. dem zweiten Bestromungskontakt 48 gemessen.

Figur 17b zeigt das Ersatzschaltbild des in Figur 17a gezeigten Potentiometers bei der dort gezeigten Drehwinkelstellung φ . Die Notation der Widerstände entspricht der Notation für die beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispiele.

Figur 18a zeigt das Potentiometer in einer anderen Winkelstellung und Figur 18b zeigt das zugehörige Ersatzschaltbild.

Die Figuren 19a, 19b, 20a, 20b, 21a, 21 b sowie 22a und 22b zeigen weitere mögliche Stellungen der übertragungsvorrichtung 38 und die jeweils zugehörigen Ersatzschaltbilder.

Berechnung der gemessenen Spannungen in Abhängigkeit vom Drehwinkel für die zweite Ausführungsform

Aus den in den Figuren 17b, 18b, 19b, 20b, 21b und 22b gezeigten Ersatzschaltbildern können bei einem vorgegebenen Strom I die zwischen dem ersten Kontaktpunkt Pi und dem dritten Kontaktpunkt P ₃ bzw. dem zweiten Kontaktpunkt P2 und dem dritten Kontaktpunkt P ₃ gemessenen Spannungen wie folgt berechnet werden.

Für die Berechnungen wird ein Spreizwinkel α zwischen den beiden Betätigungselementen von 90° angenommen. Für den Widerstandsbelag wird ein Wert von 10ω pro Grad (°) angenommen. Es jedes Segment 12.1 bis 12.6 ü- berstreicht 60°, so dass der Widerstand eines Segments 600ω beträgt.

Wird laut Figur 4a zwischen den Anschlüssen 22.1 (U = +5 V) und 22.4 (Masse) eine Spannung angelegt, und der Winkel φ zwischen 0° und 30° geändert so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 4b.

Die Teilwiderstände in der Figur 4b errechnen sich wie folgt:

r1 φ ^* 10 ω r2 (60 - φ) ^* 10 ω r3 600 ω r4 600 ω r5 600 ω r6 = (30 + φ) ^* 10 ω r7 (30- φ) * 10 ω r8 600 ω

Mittels Hilfe der Kirchhoff sehen Gesetze ergibt sich der in Figur 23a im Intervall 0° ≤ φ ≤ 30° gezeigte Spannungsverlauf für die Spannungen U1 zwischen dem Kontakt 22.2 und Masse, U2 zwischen dem Kontakt 22.3 und Masse, U3 zwi-

sehen dem Kontakt 22.5 und Masse sowie U4 zwischen dem Kontakt 22.6 und Masse.

Wird laut zwischen den Anschlüssen 22.1 (+ 5V) und 22.4 (Masse) eine Spannung U angelegt und der Winkel φ entsprechend Figur 5a zwischen 30° und 60° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 5b. Die Teilwiderstände in der Figur 5b errechnen sich wie folgt:

r1 φ ^* 10ω r2 (60-φ)*10ω r3 600 ω r4 600 ω r5 600 ω r6 600 ω r7 (φ-30) ^* 10ω r8 (90-φ) ^* 10ω

Mittels Hilfe der Kirchhoff sehen Gesetze ergibt sich der in der Figur 23a im Intervall 30° < φ < 60° gezeigte Spannungsverlauf.

Wird der Winkel φ entsprechend Figur 6a zwischen 60° und 90° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 6b. Die Teilwiderstände in der Figur 6b errechnen sich wie folgt:

r1 600 ω r2 (φ-60) ^* 10ω r3 (120-φ) ^* 10ω r4 600 ω r5 600 ω r6 600 ω r7 (φ-30) ^* 10ω r8 (90- φ) ^* 10 ω

Mittels Hilfe der Kirchoff ¹ sehen Gesetze ergibt sich der in Figur 23a im Intervall 60° < φ < 90° gezeigte Spannungsverlauf.

Wird der Winkel φ entsprechend Figur 7a zwischen 90° und 120° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 7b. Die Teilwiderstände in der Figur 7b errechnen sich wie folgt:

r1 (φ-90) ^* 10ω r2 (150-φ)*10ω r3 (φ-60) ^* 10ω r4 600 ω r5 600 ω r6 600 ω r7 (φ-30)*10ω r8 (90-φ)*10ω

Mittels Hilfe der Kirchoff sehen Gesetze ergibt sich der in Figur 23a im Intervall 90° < φ < 120° gezeigte Spannungsverlauf.

Wird der Winkel φ entsprechend Figur 8a zwischen 120° und 150° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 8b. Die Teilwiderstände in der Figur 8b errechnen sich wie folgt:

r1 (φ - 90) * 10ω r2 (150 -φ) ^* 10ω r3 (φ-120) ^* 10ω r4 (180 -φ) ^* 10ω r5 600 ω r6 600 ω r7 600 ω r8 600 ω

Mittels Hilfe der Kirchhoff sehen Gesetze ergibt sich der in Figur 23a im Intervall 120° < φ < 150° gezeigte Spannungsverlauf.

Wird der Winkel φ entsprechend Figur 9a zwischen 120° und 180° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 9b. Die Teilwiderstände in der Figur 9b errechnen sich wie folgt:

r1 600 ω r2 (φ-150) ^* 10ω r3 (210 -φ)* 10ω r4 (φ-120)* 10ω r5 (180 -φ)* 10ω r6 600 ω r7 600 ω r8 600 ω

Mittels Hilfe der Kirchhoff sehen Gesetze ergibt sich der in Figur 23a im Intervall 150° < φ ≤ 180° gezeigte Spannungsverlauf.

Wird der Winkel φ entsprechend Figur 10a zwischen 180° und 210° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 10b. Die Teilwiderstände in der Figur 10b errechnen sich wie folgt:

r1 600 ω r2 (φ-150) ^* 10ω r3 (210 -φ) *10ω r4 600 ω r5 (φ-180) ^* 10ω r6 (240 - φ) ^* 10ω r7 600 ω r8 600 ω

Mittels Hilfe der Kirchhoff sehen Gesetze ergibt sich der in Figur 23a im Intervall 180° ≤ φ ≤ 210° gezeigte Spannungsverlauf.

Wird der Winkel φ entsprechend Figur 11a zwischen 210° und 240° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 11 b. Die Teilwiderstände in der Figur 11b errechnen sich wie folgt:

r1 600 ω r2 600 ω r3 (φ-210) ^* 10ω r4 (270 - φ ) ^* 10ω r5 (φ-180) MOω r6 (240 - φ) ^* 10ω r7 600 ω r8 600 ω

Mittels Hilfe der Kirchhoff sehen Gesetze ergibt sich der in Figur 23a im Intervall 210° < φ < 240° gezeigte Spannungsverlauf.

Wird laut Figur 4a zwischen den Anschlüssen 22.1 (+ 5V) und 22.4 (Masse) eine Spannung angelegt und der Winkel φ entsprechend Figur 12a zwischen 240 und 270° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 12b. Die Teilwiderstände in der Figur 12b errechnen sich wie folgt:

r1 600 ω r2 600 ω r3 (φ-210) *10ω r4 (270 - φ ) ^* 10ω r5 600 ω r6 (φ - 240) M0ω r7 (300 - φ) ^* 10ω r8 600 ω

Mittels Hilfe der Kirchhoff sehen Gesetze ergibt sich der in Figur 23a im Intervall 240° < φ < 270° gezeigte Spannungsverlauf.

Wird laut Figur 4a zwischen den Anschlüssen 22.1 (+ 5V) und 22.4 (Masse) eine Spannung angelegt und der Winkel φ entsprechend Figur 13a zwischen 270 und 300° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 13b.

Die Teilwiderstände in der Figur 13b errechnen sich wie folgt:

r1 600 ω r2 600 ω r3 600 ω r4 (φ - 270) ^* 10 Q r5 (350 - φ) * 10 Q r6 (φ - 240) * 10 ω r7 (300 - φ) * 10 Q r8 600 ω

Mittels Hilfe der Kirchhoff sehen Gesetze ergibt sich der in Figur 23a im Intervall 270° < φ < 300° gezeigte Spannungsverlauf.

Wird der Winkel φ entsprechend Figur 14a zwischen 300 und 330° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 14b. Die Teilwiderstände in der Figur 14b errechnen sich wie folgt:

r1 600 ω r2 600 ω r3 600 ω r4 (φ - 180 ) ^* 10 Q r5 (270 - φ) ^* 10 Q r6 600 ω r7 (φ - 330) * 10 Q r8 (360 - φ) * 10 ω

Mittels Hilfe der Kirchhoff sehen Gesetze ergibt sich der in Figur 23a im Intervall 300° < φ < 330° gezeigte Spannungsverlauf.

Wird der Winkel φ entsprechend Figur 15a zwischen 330 und 360° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 15b. Die Teilwiderstände in der Figur 8b errechnen sich wie folgt:

r1 600 ω r2 600 ω r3 600 ω r4 600 ω r5 (φ - 330) ^* 10 ω r6 (390 - φ) ^* 10 ω r7 (φ - 300) ^* 10 ω r8 (360 - φ) ^* 10 ω

Mittels Hilfe der Kirchhoff sehen Gesetze ergibt sich der in Figur 23a im Intervall 330° < φ < 360° gezeigte Spannungsverlauf.

über 0° < φ < 360° ergibt sich so insgesamt der in Figur 23a gezeigte Kurvenverlauf. Für größere Drehwinkel als 360° ist der Drehwinkel stets modulo 360° zu betrachten.

Wird zwischen an den Kontakt 22.2 (Figur 4a) eine Spannung von U=+ 5V angelegt und der Kontakt 22.5 auf Masse geschaltet und werden die Spannungen U1 an 22.3, U2 an 22.4, U3 an 22.6 und U4 an 22.1 gemessen, ergibt sich ein um im Drehwinkel φ um -60° verschobener Kurvenverlauf, der in Figur 23b gezeigt ist.

Zum Ermitteln des Drehwinkels φ aus den gemessenen Spannungen

Zunächst wird eine Spannung U = 5V zwischen den Kontakten 22.1 und 22.4 angelegt. Es versteht sich, dass keiner der Kontakte geerdet sein muss; es werden dann die oben beschriebenen Spannungen zum Potential des Kontakts 22.4 gemessen. Es wird sodann überprüft, ob die Bedingungen U4 = 3,33 ± 0,2 V und U3 = 1 ,66 ± 0,2 V erfüllt sind. Wenn ja, wird wie weiter unten beschrieben ist, aus den Spannungen U4 und U3 der Drehwinkel bestimmt. Wenn nein, wird die Spannung U über die entgegen dem Uhrzeigersinn nächsten Kontakte 22.2 und 22.5 angelegt.

In Figur 4a ist ein Weiterschaltwinkel ß gezeigt, der bezüglich des Mittelpunkts M den Winkel zwischen dem Kontakt 22.1 und dem Kontakt angibt, an dem die Spannung U angelegt wird. Wenn die Bedingungen U4 = 3,33 ± 0,2 V und U3 = 1 ,66 ± 0,2 V erfüllt sind, wenn die Spannung U über die Kontakte 22.1 und 22.4 abfällt, so ist ß = 0°. Sind die Bedingungen erfüllt, wenn die Spannung U über 22.2 und 22.5 abfällt, so ist ß = 60°, und so fort.

Es werden also lange die Kontakte, über die die Spannung U angelegt wird, um jeweils 1 Segment (ß = 60°) weitergeschaltet, bis die Bedingungen U4 = 3,33 ± 0,2 V und U3 = 1 ,66 ± 0,2 V erfüllt sind.

Der Drehwinkel φ kann aus den gemessenen Spannungen wie folgt berechnet werden.

Wenn IM > Y ₂ U = 2,5 V ist, gilt: φ = (ß + (900 - 2,5 ^* U1 )/5) mod 360, Wenn IM < Y ₂ U = 2,5 V ist, gilt: φ = (ß + (900 - 2,5 * U2)/5) mod 360

Dabei bezeichnet mod 360 die Modularfunktion, für die (a+ z 360°) mod 360 a für alle a zwischen 0° und 360° und alle ganzen Zahlen z gilt.

Berechnung der gemessenen Spannungen in Abhängigkeit vom Drehwinkel für die dritte Ausführungsform

Für die in Figur 17a gezeigte Ausführungsform wird ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch durchgeführt, dass ein Strom I durch den ersten und den zweiten Bestromungskontakt 46 bzw. 48 geschickt wird. Dazu wird entweder eine Spannung U oder ein Strom I angelegt.

Für die folgenden Berechnungen wird ein Spreizwinkel α zwischen den drei Armen 40, 42, 44 von α = 120° angenommen. Für den Widerstandsbelag wird ein Wert von 10 ω pro Grad für das Segment 12.2 und 100 ω pro Grad für das Segment 12.1 angenommen.

Wird über den ersten Bestromungskontakt 46 des ersten Arms 40 und den Messkontakt 50 des Arms 44 (Figur 17a) zwischen den Kontaktpunkten P1 (+ 5V) und P3 (Masse) eine Spannung U = 5V angelegt und der Winkel φ zwischen 0° und 60° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 17b. Die Teilwiderstände ri in der Figur 17b errechnen sich wie folgt:

r1 kein Einfluss r2 1200 ω r3 (60 -φ) * 10 ω r4 (60 + φ) * 100 ω r5 kein Einfluss

Wird, wie in Figur 18a gezeigt, der Winkel φ zwischen 60° und 120° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 18b. Die Teilwiderstände in der Figur 18b errechnen sich wie folgt:

r1 keinen Einfluss r2 (180 - φ) * 10 ω r3 (φ - 60) ^* 100 ω r4 1200 r5 keinen Einfluss

Wird, wie in Figur 19a gezeigt, der Winkel α zwischen 120° und 180° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 19b. Die Teilwiderstände in der Figur 19b errechnen sich wie folgt:

r1 (φ-120)*10ω r2 keinen Einfluss r3 (180-φ) ^* 10ω r4 (φ - 60) ^* 100 ω r5 (240-φ)*100

Wird, wie in Figur 20a gezeigt, der Winkel φ zwischen 180° und 240° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 20b. Die Teilwiderstände in der Figur 20b errechnen sich wie folgt:

r1 (φ-120) ^* 10ω r2 keinen Einfluss r3 keinen Einfluss r4 12000 ω r5 (240 -φ)* 100 ω

Wird, wie in Figur 21a gezeigt, der Winkel φ zwischen 240 und 300° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 21b. Die Teilwiderstände in der Figur 21 b errechnen sich wie folgt:

r1 (φ~240)*10ω r2 1200 r3 keinen Einfluss r4 keinen Einfluss r5 (360 -φ)* 100 ω

Wird, wie in Figur 22a gezeigt, der Winkel φ zwischen 300 und 360° geändert, so ergibt sich eine Ersatzschaltung laut Figur 22b. Die Teilwiderstände in der Figur 22b errechnen sich wie folgt:

r1 (φ - 240) ^* 10 ω r2 (420 - φ) * 10 ω r3 keinen Einfluss r4 keinen Einfluss r5 (360 - φ) ^* 100

Aus den obigen Teilberechnungen ergibt sich für eine Spannung U = 5V der in Figur 24 gezeigte Kurvenverlauf einer Spannung U _meS s , die zwischen dem Kontaktpunkt P ₂ und dem Kontaktpunkt P ₃ anliegt, über dem Drehwinkel φ.

Wird zwischen den Anschlüssen P ₂ (+ 5V) und Pi (Masse) eine Spannung U angelegt und die Spannung U _meSs , ₂ an P ₃ gemessen, ergibt sich ein um den Weiterschaltwinkel ß = -120° verschobener Kurvenverlauf.

Wird zwischen den Anschlüssen P ₃ (+ 5V) und P ₂ (Masse) eine Spannung an- gelegt und die Spannung U _mes s, ₃ an Pi gemessen, ergibt sich ein um den Weiterschaltwinkel ß = +120° verschobener Kurvenverlauf.

Für die Messung des Winkels wird eine Spannung U zunächst zwischen den Kontaktpunkten Pi und P ₃ angelegt, anschließend zwischen den Kontaktpunk- ten P ₂ und P ₁ und danach zwischen P ₃ und Pi. Es werden jeweils die oben beschriebenen Spannungen U _me ss, U _me ss,2 und U _meS s,3 gemessen. Jeder Kombination dieser drei Spannungen entspricht genau ein Drehwinkel φ, der aus einer Tabelle interpoliert wird, die aus in einem digitalen Speicher einer elektrischen Auswerteschaltung in Form eines Mikroprozessors gespeichert ist.

Eine erfindungsgemäße Prothese umfasst zwei gegeneinander um einen Schwenkwinkel verschwenkbare Elemente. Handelt es sich bei der Prothese

beispielsweise um eine Knieprothese, so sind die beiden Schenkel der Oberschenkel (Schaft) und der Unterschenkel. Die beiden Schenkel der Prothese werden so miteinander verbunden, dass ein Schwenken der beiden Schenkel gegeneinander auf eineindeutige Weise eine Drehung der Verbin- dungsvorrichtung relativ zu den Segmenten bewirkt.

In anderen Worten führt ein Schwenken der beiden Schenkel zueinander zu einer Bewegung der Verbindungsvorrichtung des Potentiometers relativ zu den Segmenten und umgekehrt kann eine Drehbewegung der Verbindungsvorrich- tung des Potentiometers relativ zu den Segmenten des Potentiometers nur dann erfolgen, wenn die beiden Schenkel gegeneinander bewegt werden.

Mit Hilfe des Potentiometers kann dann, wie oben beschrieben, der Winkel bestimmt werden, unter dem beispielsweise der Unterschenkel relativ zum Ober- schenke! orientiert ist. Handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Prothese beispielsweise um eine Unterarmprothese, so sind die beiden Schenkel der Oberarm (Stumpf) und der Unterarm. Ist die Prothese eine Fingerprothese, gilt entsprechendes.

Besonders günstig ist es, wenn die Segmente und der flexible Leiter von einer flexiblen Umhüllung flüssigkeitsdicht umgeben sind. In diesem Fall kann die Prothese in Wasser getaucht werden, ohne dass ein Kurzschluss zu befürchten ist. Es ist möglich, dass das Potentiometer eine elektrische Steuerung umfasst, die eingerichtet ist zum Ermitteln der Drehposition des Potentiometers. Die elektrische Steuerung ist dann vorzugsweise ebenfalls von der Umhüllung umgeben. Es ist möglich, dass die Steuerung ausgebildet ist, um die Drehposition kodiert drahtlos oder drahtgebunden nach außerhalb der Umhüllung zu senden.

Bezugszeichenliste

10 Potentiometer

12.1 , 12.2, 12.3, 12.4, 12.5, 12.6 Segment

14 Kontaktseite

16 Kante

18 erster Abschnitt

20 zweiter Abschnitt

22 elektrischer Kontakt

24 Stromquelle

26 Träger

28 innerer Abstandsring

30 äußerer Abstandsring

32 Druckmembran

34 flexibler Leiter

36 Koppeleinrichtung

38 Verbindungsvorrichtung

40 erster Arm

42 zweiter Arm

44 dritter Arm

46 erster Bestromungskontakt

48 zweiter Bestromungskontakt

50 Messkontakt

I Strom

Kaußen äußerer Kreisringradius

Kinnen innerer Kreisringradius

M Mittelpunkt

φ Drehwinkel

α Spreizwinkel ß Weiterschaltwinkel

Pi, P ₂ , P3 Punkt r Widerstand

U Spannung