DE10124483A1 - Wegmeßsystem - Google Patents

Abstract

Um ein Wegmeßsystem mit einem Geber und mit einem Sensor, welcher mindestens ein induktives Element umfaßt, an das der Geber elektromagnetisch koppelt, wobei Sensor und Geber relativ zueinander positionierbar sind und das mindestens eine induktive Element flächig ausgedehnt auf einem Träger angeordnet ist, zu verbessern, so daß sich eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten ergibt, wird vorgeschlagen, daß der Träger mit dem mindestens einen induktiven Element zumindest teilweise flexibel ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wegmeßsystem mit einem Geber und mit einem Sensor, welcher mindestens ein induktives Element umfaßt, an das der Geber elektromagnetisch koppelt, wobei Sensor und Geber relativ zueinander positionierbar sind und das mindestens eine induktive Element flächig ausgedehnt auf einem Träger angeordnet ist.

Derartige Wegmeßsysteme werden beispielsweise zur Positions­ messung an pneumatischen Zylindern eingesetzt, zur Messung von Ventilstellungen insbesondere in Regelkreisen oder bei Greifern. Für solche Anwendungen ist es sehr vorteilhaft, wenn ein Relativweg zwischen Geber und Sensor absolut meßbar ist.

Aus der DE 42 05 957 A1 ist es bekannt, ein Geberlineal vor­ zusehen, welches relativ zu einem Spulenaufbau mit einer dreieckförmigen Bedämpfungsfläche aus elektrisch leitendem Material bewegbar ist, wobei die Bedämpfung zunimmt, je mehr sich der Spulenaufbau dem über die volle Breite des Geber­ lineals reichenden Ende der Bedämpfungsfläche nähert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wegmeßsystem der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß sich eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten ergeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Träger mit dem mindestens einen induktiven Element zumindest teilweise flexibel ausgebildet ist.

Durch die flexible Ausbildung des Trägers läßt sich dessen Gestalt variieren und insbesondere so variieren, daß der Trä­ ger mit dem darauf angeordneten induktiven Element krümmbar ist, d. h. in eine nichtebene Gestalt bringbar ist. Beispiels­ weise läßt sich dadurch der Träger an Konturen eines Gegen­ standes anpassen, um so auch eine Wegstreckenermittlung bei gekrümmten Bahnbewegungen durchführen zu können. Wird bei­ spielsweise dann der Träger an die Bahnkrümmung angepaßt, so läßt sich auch bei einer gekrümmten Bahnbewegung der relative Abstand zwischen dem Träger und dem Geber konstant halten, so daß die Wegstreckenermittlung nicht durch eine Abstandsände­ rung beeinflußt wird, d. h. das Sensorsignal eine Änderung allein durch die Bewegung quer zu der Abstandsrichtung er­ fährt und nicht längs der Abstandsrichtung.

Durch eine zumindest teilweise flexible Ausbildung des Trä­ gers läßt sich auch der Längennutzbereich bezüglich der Weg­ streckenermittlung des Wegmeßsystems vergrößern und zwar bei gleicher Länge eines entsprechenden Meßteils bzw. bei glei­ chem Nutzbereich läßt sich die Länge des entsprechenden Meß­ teils verringern: Randbereiche des induktiven Elements beein­ flussen das Sensorsignal, so daß sich beispielsweise dort eine nichtmonotone Abhängigkeit einer Kenngröße des indukti­ ven Elements wie Güte oder effektiven Induktivität ergibt. Dies bedeutet für die Anwendung, daß nur ein bestimmter Teil­ bereich des induktiven Elements für die Wegstreckenermittlung nutzbar ist und die Randbereiche außerhalb davon zwar notwen­ dig sind, um das flächig ausgedehnte induktive Element herzu­ stellen, aber sonst die Länge des Systems vergrößern. Bei einer flexiblen Ausbildung des Trägers lassen sich solche Randbereiche wegbiegen und insbesondere aus dem Meßfeld falten, so daß die Länge des Meßteils längs der Meßrichtung verringerbar ist. Es wird dadurch zwar in gewissem Maße eine Dickenerhöhung verursacht die sich jedoch gering halten läßt, indem beispielsweise die weggebogenen Randteile hinter den Träger gefaltet werden oder gerollt werden.

Vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine induktive Ele­ ment auf dem Träger aufgedruckt ist. Dadurch läßt sich auf einfache Weise eine flächige Ausdehnung desselben herstellen und entsprechende Leiterbahnen lassen sich auch dünn herstel­ len, so daß eine Flexibilität des Trägers zumindest in einem Teilbereich mit dem darauf angeordneten induktiven Element sichergestellt ist.

Eine flexible Ausbildung des Trägers läßt sich auf einfache Weise erreichen, wenn dieser eine flexible Folie umfaßt. Die flexible Folie ist dann eine Platinenfolie, auf welcher das induktive Element angeordnet ist. Eine Folie weist eine Biege­ flexibilität parallel zu ihrer Oberfläche ihrer Normalenrich­ tungen auf.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Träger ein star­ res Trägerteil und ein oder mehrere flexible Trägerteile um­ faßt, welche an dem starren Trägerteil angeordnet sind. Die flexiblen Trägerteile lassen sich dann von dem starren Trä­ gerteil wegbiegen, um so diese aus dem Meßfeld des Sensors zu entfernen. Die Länge des nutzbaren Meßbereichs wird dann durch die Abmessungen des starren Trägerteils bestimmt.

Vorteilhaft ist es, wenn zur Schaffung eines nutzbaren Meßbe­ reichs bezüglich des mindestens einen induktiven Elements ein oder mehrere Randteile des Trägers derart bezüglich eines Meßteils des Trägers angeordnet sind, daß diese außerhalb ei­ nes Meßfeldes liegen. Die Längenabmessungen des Meßteils in einer Wegmeßrichtung bestimmen den nutzbaren Wegmeßbereich und auch die äußeren Abmessungen des Sensors, da die Rand­ teile sich von dem Meßteil wegbiegen lassen und damit nicht oder nur wenig zu der Längenausdehnung des Sensors beitragen. Im wesentlichen ist dann die meßbare Wegstrecke durch die Länge des Meßteils bestimmt.

Günstigerweise liegen durch das oder die Randteile des Trä­ gers End-Randbereiche des mindestens einen induktiven Ele­ ments außerhalb des Meßfeldes. Solche End-Randbereiche wie beispielsweise bei einer dreieckförmigen Flachspule als in­ duktivem Element die Dreiecksspitzen beeinflussen das Sensor­ signal, da zum einen dort ein Übergang zwischen einem elek­ tromagnetisch ankoppelbaren oder einem elektromagnetisch nicht ankoppelbaren Bereich stattfindet und da zum anderen an diesen Randbereichen beispielsweise die Wicklungsdichte und auch Leitungsrichtungen sich stärker unterscheiden als von Bereichen außerhalb dieser Randbereiche.

Günstig ist es, wenn das Meßteil des Trägers starr ausgebil­ det ist, da sich dann so auf einfache Weise die Randteile des Trägers wegfalten lassen und sich auch hinter dem Meßteil positionieren lassen, um die Dickenausdehnung durch Wegbiegen der Randteile gering zu halten.

Vorteilhafterweise sind das oder die Randteile des Trägers flexibel bezüglich des Meßteils angeordnet, um sie so von diesem wegbiegen zu können. Dies läßt sich beispielsweise da­ durch erreichen, daß eine Flexfolie auf einem starren Unter­ träger angeordnet ist, welcher im wesentlichen die Abmessun­ gen des Meßteils aufweist. Diese Flexfolie ist dann mit dem Meßteil verbunden, so daß in diesem Bereich der Träger starr ist. Außerhalb des Unterträgers läßt sich die Meßfolie rela­ tiv zu diesem und damit zu dem Meßteil verbiegen. Eine alter­ native Möglichkeit besteht darin, daß die Randteile selber flexibel an dem Meßteil angeordnet sind, beispielsweise an einer starren Platine flexibel angeordnet sind.

Günstig ist es ferner, wenn ein Randteil von dem Meßteil weg­ gebogen oder wegbiegbar an diesem angeordnet ist, um so den nutzbaren Meßbereich im wesentlichen auf das Meßteil einzu­ schränken.

Um die Dickenabmessungen quer zur Meßrichtung gering zuhal­ ten, sind günstigerweise das oder die Randteile hinter dem Träger bezogen auf ein Meßfeld positioniert. Zum einen stören sie dadurch nicht die Messung und zum anderen sind die ent­ sprechenden Dickenabmessungen des Sensors gering gehalten. Insbesondere ist dazu ein Randteil gerollt und insbesondere hinter dem Träger gerollt angeordnet oder ist ein Randteil gefaltet und insbesondere umgefaltet hinter dem Träger ange­ ordnet.

Bei einer fertigungstechnisch einfach herzustellenden Varian­ te einer Ausführungsform ist das mindestens eine induktive Element eine Printspule, welche auf dem Träger aufgedruckt wird.

Zur einfachen Auswertung eines Sensorsignals ist günstiger­ weise das mindestens eine induktive Element an einen Oszilla­ tor gekoppelt und beeinflußt diesen über eine Güte und/oder effektive Induktivität. Die Güte und/oder effektive Indukti­ vität des induktiven Elements ist vorteilhafterweise durch die Größe eines wirksamen Sensorbereichs bestimmt, welcher an den Geber koppelt, und der Sensor ist so ausgebildet, daß die Größe des wirksamen Sensorbereichs abhängig ist von der rela­ tiven Position zwischen Geber und Sensor quer zu einer Ab­ standsrichtung. Dadurch, daß das induktive Element an einen Oszillator gekoppelt ist und über seine Güte und/oder seine effektive Induktivität Kenngrößen des Oszillators wie Ampli­ tude, Phasenlage und Frequenz beeinflußt, läßt sich eine ortsabhängige Ankopplung eines Gebers an das induktive Ele­ ment auf einfache Weise auswerten, indem die entsprechenden Kenngrößen des Oszillators ausgewertet werden. Das induktive Element ist dabei so an den Oszillator gekoppelt, daß dieser selber beeinflußbar ist. Ein Spezialfall der Kopplung des in­ duktiven Elements an den Oszillator ist, daß das induktive Element selber die Induktivität des Oszillators bildet. Es muß deshalb keine Primärspule mit Energie versorgt werden, so daß sich ein einfacher Aufbau des Wegmeßsystems erreichen läßt. Der Geber läßt sich als passives Element ausbilden, so daß er nicht über Energiezuführungsleitungen mit Strom beauf­ schlagt werden muß.

Das Sensorsignal ist durch die geometrische Struktur des Sen­ sors bzw. des Gebers bestimmt. In der geometrischen Form des wirksamen Sensorbereichs ist die Information über die rela­ tive Position zwischen Geber und Sensor und damit die Wegin­ formation bzw. Positionsinformation der relativen Position zwischen Geber und Sensor enthalten. Der wirksame Sensorbe­ reich wiederum ist durch die Formgebung des Sensors und damit insbesondere durch die Formgebung des induktiven Elements be­ stimmt. Das erfindungsgemäße Wegmeßsystem läßt sich dadurch einfach ausbilden und kostengünstig herstellen.

Durch eine entsprechende Formgebung des Sensors läßt sich das Wegmeßsystem universell einsetzen und insbesondere auch in einem Drehgeber einsetzen. Es muß neben dem induktiven Ele­ ment keine weitere Sekundärspule oder dergleichen vorgesehen werden. Grundsätzlich genügt es, ein einziges induktives Ele­ ment einzusetzen, welches so ausgebildet ist, daß ein wirk­ samer Sensorbereich abhängig ist von der relativen Position zwischen Geber und Sensor. Daneben ist es aber auch möglich, weitere induktive Elemente vorzusehen. Auf diese Weise können beispielsweise Differenzmessungen oder Summenmessungen durch­ geführt werden, um eine hohe Meßgenauigkeit oder Meßauflösung zu erhalten. Beispielsweise kann es erfindungsgemäß vorgese­ hen sein, daß mehrere Meßspuren verwendet werden, beispiels­ weise eine Meßspur für Grobmessungen und eine Meßspur für Feinmessungen. Da eben die Ortsinformation in der Formgebung des wirksamen Sensorbereichs enthalten ist, lassen sich durch Anpassung der Formgebung eine Vielzahl von Anwendungsmöglich­ keiten realisieren.

Eine Meßauflösung ist dabei direkt über die Formgebung des wirksamen Sensorbereichs einstellbar. Es lassen sich dabei problemlos Auflösungen mindestens in der Größenordnung eines Tausendstels der gesamten Wegstrecke, welche Sensor und Geber relativ zueinander einnehmen können, realisieren.

Da das Sensorsignal bestimmt ist durch einen wirksamen Sen­ sorbereich und damit das Sensorsignal direkt bestimmt ist durch eine effektive Induktivität des induktiven Elements des Sensors, kann durch bekannte Auswerteschaltungen für induk­ tive Näherungsschalter, bei denen die Annäherung eines metal­ lischen Gegenstands an eine Oszillatorspule beispielsweise über eine Amplitudenänderung oder Frequenzänderung des Oszil­ lators registriert wird, verwendet werden. Es kann somit auf bereits vorhandene Auswerteeinheiten zurückgegriffen werden. Das erfindungsgemäße Wegmeßsystem läßt sich insbesondere mit einem Typ von Auswerteeinheit versehen, unabhängig davon, wie die spezielle Gestaltung des Gebers oder des induktiven Ele­ ments ist, da die Auswerteeinheit im wesentlichen nur eine Kenngröße dieses induktiven Elements bestimmt.

Der Sensor ist vorzugsweise so ausgebildet, daß ein Überlap­ pungsbereich zwischen einer Projektion einer wirksamen Geber­ fläche auf den Sensor und einer wirksamen Sensorfläche abhän­ gig ist von der relativen Position zwischen Sensor und Geber quer zu einer Projektionsrichtung. Aus dieser Abhängigkeit läßt sich die relative Position zwischen Sensor und Geber quer zur Projektionsrichtung (quer zur Abstandsrichtung zwi­ schen Sensor und Geber) ermitteln.

Insbesondere ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, welche eine Kenngröße des Oszillators ermittelt. Ein Geber, welcher me­ tallisch ausgebildet ist und insbesondere elektrisch leitend ist, stellt eine Gegeninduktivität zum induktiven Element des Sensors dar. Die Ankopplung der Induktivität bewirkt eine Än­ derung der effektiven Induktivität des induktiven Elements auf dem flexiblen Träger. Diese Änderung der effektiven In­ duktivität läßt sich auf einfache Weise messen. Bei einer Va­ riante einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß als Kenn­ größe des Oszillators eine Frequenz des Oszillators gemessen wird, an der das induktive Element gekoppelt ist. Die Fre­ quenz eines LC-Schwingkreises ist im wesentlichen umgekehrt proportional zu der Wurzel aus der effektiven Induktivität. Dies läßt sich dann auf einfache Weise ermitteln. Diese Variante ist dabei besonders vorteilhaft, wenn der Geber ein Magnet und insbesondere ein Permanentmagnet ist, da dadurch eine relativ starke Induktivitätsänderung auftreten kann, die sich dementsprechend auf die Frequenz des Schwingkreises aus­ wirkt, insbesondere wenn ein weichmagnetisches Material, das lokal in Sättigung bringbar ist, am Sensor angeordnet ist.

Bei einer alternativen Variante wird eine Amplitude des Os­ zillators ermittelt, an welchen das mindestens eine induktive Element gekoppelt ist. Die Amplitude eines Oszillators und insbesondere Schwingkreises hängt wiederum von der effektiven Induktivität bzw. Güte des induktiven Elements des Sensors ab. Sie läßt sich auf einfache Weise ermitteln. Es ist mög­ lich, Amplitudenänderungen zu ermitteln, die relativ gering sind. Die effektive Induktivität läßt sich auch dann auswer­ ten, wenn der Geber ein nichtmagnetisches Metall ist.

Es kann vorgesehen sein, daß die Auswerteeinheit auf einem Träger angeordnet ist, auf welchem das mindestens eine induk­ tive Element sitzt. Es sind dann Auswerteeinheit und indukti­ ves Element auf einem Träger integriert, wobei aber für die Flexibilität des Trägers mindestens in einem Teilbereich ge­ sorgt sein muß. Durch diese integrierte Anordnung läßt sich der Sensor einfach und kostengünstig herstellen und entspre­ chend einfach ist auch der Einbau beispielsweise in ein Ge­ häuse bei einer Anwendung.

Günstigerweise ist die meßbare Wegstrecke durch die Länge ei­ nes Meßteils bestimmt, auf welchem das mindestens eine induk­ tive Element so angeordnet ist, daß End-Randbereiche des in­ duktiven Elements außerhalb des Meßteils liegen. Dadurch las­ sen sich Randeffekte bezüglich wirksamen Sensorflächen in ge­ wissem Sinne eliminieren, da die Randeffekte verursachenden Randbereiche des induktiven Elements aus dem Meßfeld entfernt werden.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Geber ein passi­ ves Element ist und insbesondere aus einem elektrisch leiten­ den oder magnetisch leitenden Material hergestellt ist. Ein passiver Geber ist dabei ein solcher Geber, der nicht mit ei­ ner Energiequelle verbunden ist, und dennoch eine elektro­ magnetische Ankopplung an das induktive Element verursacht. Insbesondere müssen dann keine Energieführungsleitungen für den Geber vorgesehen werden, die eventuell auch mit diesem mitbewegt werden müßten.

Bei einer besonders einfachen Variante einer Ausführungsform, welche dadurch auch kostengünstig herstellbar ist, umfaßt der Geber einen Magneten und insbesondere einen Permanentmagne­ ten. Dessen Magnetfeld beeinflußt das induktive Element und diese Beeinflussung wiederum äußert sich in einer Änderung der effektiven Induktivität. Diese Änderung wiederum hängt von dem wirksamen Sensorbereich des induktiven Elements ab, welcher durch das Magnetfeld beaufschlagt ist. Mit einem sol­ chen Geber kann auch durch metallische Wände hindurchgemessen werden. Beispielsweise läßt sich die Position eines mit einem solchen Geber versehenen Kolbens durch eine Wand eines Druck­ mittelzylinders aus Aluminium hindurch von außen detektieren.

Günstig ist es dabei, wenn an oder in der Nähe des induktiven Elements weichmagnetisches Material angeordnet ist. Bei dem weichmagnetischen Material handelt es sich beispielsweise um ein Mu-Metall in Folienform, welches eine möglichst hohe Per­ meabilität und einen möglichst kleinen elektrischen Leitwert aufweist. Durch das Magnetfeld des Gebers läßt sich das weichmagnetische Material lokal in Sättigung bringen, durch diese lokale Sättigung ist ein wirksamer Sensorbereich defi­ niert. Die lokale Sättigung am wirksamen Sensorbereich wie­ derum bewirkt eine relativ starke Änderung der effektiven Induktivität, die somit leicht ermittelbar ist.

Beispielsweise ist dazu das weichmagnetische Material einsei­ tig oder beidseitig auf dem Träger aufgebracht. Es kann auch vorgesehen sein, daß der Träger mit einem weichmagnetischen Material umwickelt ist.

Grundsätzlich ist es so, daß ein wirksamer Sensorbereich, welcher abhängig ist von der Positionierung eines Gebers zu dem Sensor, dadurch eingestellt werden kann, daß das minde­ stens eine induktive Element derart ausgestaltet ist, daß seine Form längs einer Meßstrecke quer zu der Meßstrecke variiert. Es ist auch alternativ oder zusätzlich möglich, daß das weichmagnetische Material in einer derartigen Form ange­ ordnet ist, daß die Formabmessung zu einer Meßstrecke längs der Meßwegstrecke variiert. Da durch das weichmagnetische Material ein wirksamer Sensorbereich lokal in Sättigung bringbar ist, ist durch die Formgestaltung des weichmagneti­ schen Materials selber auch ein wirksamer Sensorbereich be­ stimmt. Außerhalb des weichmagnetischen Materials ist eben die Magnetfeldbeaufschlagung des Sensors anders als an dem weichmagnetischen Material, und damit ist der wirksame Sen­ sorbereich dann durch die Form der Aufbringung des weich­ magnetischen Materials bestimmt. Insbesondere ist es vorgese­ hen, daß das weichmagnetische Material dreieckförmig angeord­ net ist. Dadurch ändert sich längs der Meßstrecke die Querab­ messung des weichmagnetischen Materials und über die Varia­ tion der Querabmessung läßt sich die relative Position zwi­ schen Geber und Sensor bestimmen.

Günstig ist es, wenn das mindestens eine induktive Element derart ausgebildet ist, daß seine Gestalt quer zu einer Meß­ wegstrecke längs der Meßwegstrecke variiert. Dies läßt sich auf einfache Weise über die entsprechende Windungsausbildung einer Flachspule erreichen. Durch die Änderung seiner Form quer zu der Meßstrecke variiert der wirksame Sensorbereich. Die Größe des wirksamen Sensorbereichs wiederum ist verant­ wortlich für das Sensorsignal und dieses Sensorsignal bein­ haltet dann die Informationen über die relative Position.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine magnetische Abschir­ mung für das mindestens eine induktive Element vorgesehen ist in der Art eines "magnetischen Käfigs", so daß Störfelder wie das Erdmagnetfeld die Wegstreckenermittlung nicht beeinflus­ sen. Die magnetische Abschirmung schirmt dabei sowohl das induktive Element als auch den Geber ab.

Bei dem erfindungsgemäßen Wegmeßsystem ist es möglich, den Sensor so auszubilden, daß über die entsprechende Formgebung ein bestimmter Kennlinienverlauf des Wegmeßsystems für ein Sensorsignal in Abhängigkeit eines Meßwegs Einstellbar ist und insbesondere eingestellt ist. Beispielsweise kann ein mindestens annähernd linearer Signalverlauf eingestellt wer­ den, um so eine Meßgröße auf einfache Weise einer bestimmten Wegmeßstrecke zuordnen zu können.

Zur Überwachung der Funktionsweise des Wegmeßsystems ist es vorteilhaft, wenn von der Auswerteeinheit ein Fehlersignal abzweigbar ist, wobei überprüfbar ist, ob einer oder mehrere Parameter des induktiven Elements in einem Toleranzbereich liegen. Insbesondere wird überprüft, ob die Güte und/oder effektive Induktivität nicht nach oben oder nach unten zu stark von noch tolerablen Werte abweicht. Es läßt sich dann eine Plausibilitätsprüfung durchführen, mit der sich bei­ spielsweise ein Spulenbruch, ein Kurzschluß oder auch ein Fehlen/Wegfahren des Gebers aus dem Meßbereich detektieren lassen.

Bei einer einfach herstellbaren Variante einer Ausführungs­ form wird das mindestens eine induktive Element dreieckförmig ausgebildet und insbesondere weist es dreieckförmige Win­ dungen auf. Wird als Meßrichtung die Richtung parallel zu ei­ ner Höhenrichtung des Dreiecks gewählt, dann nimmt die Quer­ ausdehnung des Dreiecks in einer Richtung linear zu bzw. linear ab, so daß auf diese Weise sich ein variierender wirk­ samer Sensorbereich geometrisch einstellen läßt.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbei­ spiele dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines ersten Ausfüh­ rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wegmeß­ systems;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wegmeß­ systems;

Fig. 3 schematisch die Anordnung eines Wegmeßsystems an einem gekrümmten Körper zur Ermittlung von Weg­ strecken auf gekrümmten Bahnen;

Fig. 4 einen Sensor-Träger eines weiteren Ausführungsbei­ spiels eines erfindungsgemäßen Wegmeßsystems, wel­ cher flexible Randteile aufweist;

Fig. 5 den Sensor-Träger gemäß Fig. 4, wobei die flexi­ blen Randteile von einem Meßteil weggeklappt sind;

Fig. 6 einen Sensor-Träger ähnlich dem von Fig. 4 mit einem darüber positionierten Geber, wobei ein rech­ tes Randteil flexibel ausgebildet ist;

Fig. 7 den Verlauf der effektiven Induktivität Ls über der Wegmeßstrecke s bei dem Sensor gemäß Fig. 6, und

Fig. 8 den Verlauf der Abweichung ΔLs der effektiven Induktivität von ihrem Maximalwert bei s = 0 für den Sensor gemäß Fig. 6.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel eines Erfindungsgemäßen Wegmeßsystems, welches in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, ist ein Sensor 12 vorgesehen, welcher einen Träger 14 umfaßt, auf dem ein induktives Element 16 angeordnet ist.

Das induktive Element ist durch eine flächig auf dem Träger 14 angeordnete Spule (Flachspule) gebildet, wobei das induk­ tive Element 16 insbesondere auf dem Träger 14 aufgedruckt ist (Printspule).

Die Flachspule 16 umfaßt eine Mehrzahl von Windungen 18 und nimmt dadurch einen Flächenbereich 20 auf der entsprechenden Oberfläche des Trägers 14 ein. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Windungen 18 im wesentlichen parallel beabstandet spiralförmig angeordnet so daß der Flä­ chenbereich 20 auf den Träger 14 im wesentlichen rechteckför­ mig ist. Der Windungssinn ist einheitlich.

Es kann aber auch vorgesehen sein, daß die Windungen mäander­ förmig mit alternierendem Windungssinn angeordnet sind (in der Zeichnung nicht gezeigt).

Die Flachspule 16 ist in einer Richtung 22 ausgerichtet und eine Länge 1 der Flachspule 16 definiert im wesentlichen die maximal mögliche Wegstrecke, die mittels des erfindungsge­ mäßen Wegmeßsystems 10 meßbar ist.

Zur Auswertung eines Sensorsignals des Sensors 12 ist eine Auswerteeinheit 24 vorgesehen, welche mit dem Träger 14 ver­ bunden ist, beispielsweise über entsprechende elektrische Verbindungsleitungen, die von Anschlüssen 26a, 26b der Flach­ spule 16 bzw. in elektrischem Kontakt mit diesen Anschlüssen 26a, 26b stehenden weiteren Anschlüssen zu der Auswerte­ einheit 24 führen. (Diese Verbindungsleitungen sind in der Zeichnung nicht gezeigt.)

Es kann auch vorgesehen sein, daß die Auswerteeinheit 24 ein­ stückig mit dem Träger 14 für das induktive Element 16 (Flachspule) verbunden ist und der Träger 14 mit dem Sensor 12 und die Auswerteeinheit 24 auf einer Platine integriert sind.

Die Auswerteeinheit 24 ist an sich bekannt. Sie weist bei­ spielsweise zwei Spannungsversorgungseingänge 28, 30, einen Signalausgang 32 und fakultativ einen Fehlerausgang 34 auf. In die Auswerteeinheit 24 ist ein Oszillator integriert, an den die Flachspule 16 so gekoppelt ist, daß Kenngrößen des Oszillators wie Frequenz und Güte durch die Flachspule 16 be­ einflußt sind. Alternativ dazu kann die Flachspule 16 selber die Induktivität eines Oszillators bilden.

Über die Flachspule 16 ist beispielsweise ein als Zunge oder als Bügel ausgebildeter Geber 36 aus einem metallischen Material schiebbar. Der Geber 36 ist ein passiver Geber, der direkt elektromagnetisch an die Flachspule 16 koppelt, ohne daß er strombeaufschlagt werden muß. Er ist in einem Abstand oberhalb der Flachspule 16 (in Fig. 1 oberhalb der Zeichen­ ebene) an einem Gegenstand angeordnet, dessen relative Positionierung längs der Richtung 22 zu dem Sensor 12 ermittelt werden soll.

Die Flachspule 16 kann durch einen "magnetischen Käfig" abge­ schirmt sein, wobei der Geber 36 und der Sensor 12 innerhalb des magnetischen Käfigs positioniert sind und relativ zuein­ ander innerhalb des Käfigs beweglich sind. Der magnetische Käfig ist beispielsweise durch Ferritfolien oder dergleichen gebildet.

Das erfindungsgemäße Wegmeßsystem gemäß der ersten Ausfüh­ rungsform 10 funktioniert wie folgt:

Wird die metallische Zunge 36 in die Nähe der Flachspule 16 gebracht, dann erfolgt eine induktive Kopplung zwischen der Flachspule 16 und dem metallischen Geber 36. Dies hat zur Folge, daß sich die effektive Induktivität der Flachspule 16 und damit deren Güte aufgrund der elektromagnetischen Ankopp­ lung des Gebers 36 ändert. Der Umfang der Änderung ist dabei davon abhängig, welche Fläche der Flachspule 16 durch den Geber 36 überdeckt wird, das heißt wie groß der Überlappungs­ bereich einer Projektion des Gebers 36 auf den Sensor 12 mit einem wirksamen Sensorbereich und insbesondere einem über­ deckten Spulenbereich ist. Ist beispielsweise der Geber 36 außerhalb der Flachspule 16 positioniert, dann ist kein Über­ lappungsbereich vorhanden und die effektive Induktivität, welche an der Flachspule 16 meßbar ist, entspricht im wesent­ lichen deren Induktivität ohne induktive Gegenkopplung eines externen Objekts.

Der maximale Überdeckungsbereich ist dann erreicht, wenn ein Ende 38 des Gebers 36 über einem Ende 40 der Flachspule 16 liegt und der Geber 36 über der Flachspule 16 liegt, d. h. wenn die Projektion des Gebers 36 auf den Sensor 12 einen maximalen Flächenbereich auf dem Sensor 12 bezüglich der Flachspule 16 aufweist.

Das Sensorsignal, welches durch die Auswerteeinheit 24 ermit­ telt wird, ist dabei bestimmt durch die effektive Induktivi­ tät bzw. Güte der Flachspule 16; ein geeignetes Sensorsignal ist insbesondere die Amplitude eines Schwingkreises des Oszillators, an den die Flachspule 16 gekoppelt ist. Diese Amplitude hängt von der Güte der Flachspule 16 ab und damit wiederum von der relativen Position zwischen Geber 36 und Sensor 12.

Die Flachspule 16 kann dabei selber die Schwingkreisindukti­ vität bilden oder an eine weitere Schwingkreisspule gekoppelt sein, und dadurch die Induktivität des Schwingkreises beein­ flussen und damit wiederum dessen effektive Induktivität.

Da nun die effektive Induktivität der Flachspule 16 davon ab­ hängt, wo das Ende 38 des Gebers 36 über der Flachspule 16 steht, läßt sich über die Ermittlung der effektiven Indukti­ vität der Flachspule 16 oder über die Güte eindeutig ermit­ teln, wo sich das Ende 38 des Gebers 36 befindet. Die rela­ tive Positionierung des Endes 38 des Gebers 36 bezüglich des Endes 40 der Flachspule 16 bestimmt der Flächenbereich, mit dem die metallische Zunge 36 an die Flachspule 16 koppeln kann. Dies wiederum ist bestimmt durch die relative Position zwischen dem Geber 36 und dem Sensor 12 bezogen auf die Rich­ tung 22. Auf diese Weise läßt sich also mittels des Wegmeß­ systems 10 eine Wegmessung längs der Richtung 22 durchführen. Insbesondere läßt sich zu jedem Zeitpunkt ermitteln, wie der Geber 36 relativ zu dem Sensor 12 positioniert ist.

Die Auswerteeinheit 24 überprüft insbesondere, ob die Güteeffektive Induktivität der Flachspule 16 innerhalb eines Toleranzbereichs liegt. Ist dies nicht der fall, wird ein Fehlersignal auf den Fehlerausgang 34 gegeben. Beispielsweise läßt sich dadurch auf einfache Weise die Flachspule 16 bezüg­ lich Spulenbruch überwachen.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß der Träger 14 mit dem darauf angeordneten induktiven Element 16 zumindest teilweise flexibel ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich die Möglich­ keit, den Träger 14 auch an nichtebene Konturen anzupassen bzw. den Träger 14 so zu gestalten, daß auch bei einer Bahn eines Gebers, die nicht gerade ist, ein konstanter Abstand zwischen dem Sensor und dem Geber quer zur Bahnrichtung des Gebers herstellbar ist.

Die flexible Ausbildung des Trägers 14 mit dem darauf ange­ ordneten induktiven Element 16 läßt sich beispielsweise da­ durch ausbilden, daß der Träger 14 durch eine Flexfolie ge­ bildet ist, auf der das induktive Element 16 als Printspule aufgedruckt ist und die entsprechenden Leiterbahnen der Printspule 16 derart dimensioniert sind, daß sie auch bei einer Verbiegung des Trägers 14 nicht brechen.

Bei einem in Fig. 2 gezeigten und als Ganzes mit 42 bezeich­ neten Ausführungsbeispiel ist wiederum ein flexibler Träger vorgesehen, welcher mit einer Auswerteeinheit 46 verbunden ist. Die Auswerteeinheit 46 ist dabei grundsätzlich gleich ausgebildet wie die oben im Zusammenhang mit dem ersten Aus­ führungsbeispiel 10 beschriebene Auswerteeinheit 24.

Mittels des Trägers 44 ist ein Sensor 48 gebildet, welcher wiederum ein flächig ausgebildetes induktives Element 50 um­ faßt, das als Flachspule auf dem Träger 44 angeordnet ist und insbesondere als Printspule auf diesem aufgedruckt ist. Die Flachspule 50 folgt dabei einer Krümmung des flexiblen Trä­ gers 44, wenn dieser so gebogen wird, daß er eine nichtebene Gestalt aufweist.

Die Flachspule 50 ist durch dreieckförmige Windungen 52 ge­ bildet, so daß eine Querausdehnung 54 eines Flächenbereichs, welche die Flachspule 50 auf dem Träger 44 einnimmt, in einer Meßrichtung 56 variiert und insbesondere monoton zunimmt bzw. abnimmt. Bei einer dreieckförmigen Ausgestaltung der Flach­ spule 50 nimmt dabei die Querausdehnung 54 linear zu bzw. linear ab. Die Meßrichtung 56 ist diejenige Richtung, in wel­ cher ein Geber 58 oberhalb des Sensors 48 relativ zu diesem positioniert und insbesondere bewegt wird und ist quer zu ei­ ner Abstandsrichtung zwischen dem Geber 58 und dem induktiven Element 50 orientiert.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Meß­ richtung 56 im wesentlichen senkrecht zu der Querausdehnung 54 und die Meßrichtung 56 ist parallel zu einer Höhenrichtung der Dreiecksstruktur des induktiven Elements 50. Die Queraus­ dehnung 54 ist dann im wesentlichen parallel zu einer Basis­ richtung dieser Dreiecksstruktur.

Die Windungen 52 der Flachspule 50 verlaufen bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel spiralförmig eben zwischen einem ersten Anschluß 60 und einem zweiten Anschluß 62, wel­ che wiederum elektrisch leitend mit der Auswerteeinheit 46 verbunden sind.

Bei einer Variante einer Ausführungsform ist auf dem Träger 44 ein weichmagnetisches Material, angedeutet durch das Be­ zugszeichen 64, aufgebracht.

Es kann auch vorgesehen sein, daß der Träger 44 mit dem weichmagnetischen Material umwickelt ist.

Als weichmagnetisches Material wird beispielsweise ein Mu-Metall eingesetzt.

Der Geber 58 ist durch einen Magneten gebildet und insbeson­ dere durch einen Permanentmagneten. Es kann sich auch um ein Elektromagneten handeln. Das Magnetfeld des Gebers 58 beauf­ schlagt die Flachspule 50 und verändert deren effektive In­ duktivität. Es bringt dabei das weichmagnetische Material 64 lokal in Sättigung. Durch diesen Sättigungseffekt verändert sich die effektive Induktivität der Flachspule 50 besonders stark. Durch die Lokalität dieses Sättigungseffekts hervor­ gerufen durch die lokale Magnetfeldbeaufschlagung und durch die Flächenänderung der Flachspule 50 über die Änderung der Querausdehnung 54 in der Meßrichtung 56 ändert sich damit die effektive Induktivität der Flachspule 50 in Abhängigkeit von der Position des Magnetgebers 58 oberhalb des Sensors 48 längs der Meßrichtung 56.

Es kann dabei alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, daß die Flachspule 50 in ihrer Gestalt längs der Meßrichtung im wesentlichen nicht variiert (vgl. beispielsweise die Flach­ spule 16 gemäß Fig. 1), daß aber das weichmagnetische Mate­ rial 64 so aufgebracht ist, daß seine Gestalt quer zur Meß­ richtung variiert, um so einen sich in Meßrichtung variieren­ den effektiven Sensorbereich einstellen zu können. Beispiels­ weise ist dann ein dreieckförmiger Mu-Metallstreifen oder eine entsprechende Ferritbeschichtung auf dem Träger 44 ange­ ordnet. Es ist aber darauf zu achten, daß das weichmagneti­ sche Material 64 auf den Träger 44 die Flexibilität dieses Trägers 44 mit seiner Flachspule 50 nicht behindert bzw. eine entsprechende Verbiegung des Trägers 44 mitmacht.

Aufgrund der relativ starken Feldbeaufschlagung der Flach­ spule 50 läßt sich die effektive Induktivität einfach messen, da insbesondere Signalhübe in der Größenordnung von 20% oder mehr auftreten können. Die Induktivität selber läßt sich bei­ spielsweise über eine Frequenzmessung einer Oszillatorfre­ quenz eines Oszillators, an den die Flachspule 50 gekoppelt ist, bestimmen. Die Frequenz hängt dabei von der Wurzel aus der effektive Induktivität der Flachspule 50 ab.

Bei entsprechender Ausgestaltung der Flachspule 50 bzw. ent­ sprechender Strukturierung des weichmagnetischen Materials 64 ist die Änderung der Induktivität über der Wegmeßstrecke parallel zur Meßrichtung 56, d. h. über den relativen Abstand zwischen dem Geber 58 und dem Sensor 48 in der Meßrichtung 56, im wesentlichen linear (vgl. die Fig. 7 und 8), sofern bei der relativen Bewegung in der Meßrichtung 56 ein konstan­ ter Abstand zwischen dem Geber 58 und dem Sensor 48 erhalten bleibt.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Wegmeßsystems beruht da­ rauf, daß der Geber an einen wirksamen Sensorbereich koppelt, wobei die Größe des wirksamen Sensorbereichs abhängig ist von der relativen Position zwischen Geber und Sensor quer zu ei­ ner Abstandsrichtung zwischen diesen. Bei dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel 10 ist der wirksame Sensorbereich durch den projizierten Überlapp einer Fläche des zungenförmigen metal­ lischen Gebers 36 mit der Flachspule 16 bestimmt. Der wirk­ same Sensorbereich ist im wesentlichen derjenige Bereich, welcher elektromagnetisch an den Geber 36 koppeln kann und diese Kopplung wiederum ist durch diejenige Fläche des Gebers 36 beeinflußt, welche über der Flachspule 16 steht.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel 42 variiert der wirksame Sensorbereich über die geometrische Ausgestaltung der Flach­ spule 50 in Meßrichtung 56. Dadurch variiert in der Meßrich­ tung 56 die geometrische Fläche des Sensorbereichs, an die der Geber 58 überhaupt koppeln kann. Wenn ein weichmagneti­ sches Material 64 vorgesehen ist, dann wird der geometrische Effekt noch durch eine elektromagnetische Ankopplung ver­ stärkt, da eben das weichmagnetische Material 64 nur lokal in Sättigung bringbar ist, nämlich im wesentlichen nur in einem Feldbeaufschlagungsbereich des magnetischen Gebers 58 auf die Flachspule 50 außerhalb eines Streufeldbereichs, so daß also die Position des Gebers 58 relativ zur Flachspule 50 deren effektive Induktivität bestimmt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der geometri­ sche Faktor der elektromagnetischen Kopplung zwischen Geber 36 und Sensor 12 durch einen entsprechenden Flächenbereich des zungenförmigen Gebers 36 bestimmt, während bei dem Aus­ führungsbeispiel 42 gemäß Fig. 2 der geometrische Faktor durch die Ausgestaltung der Flachspule 50 mit variierender Querdehnung 54 bestimmt ist. Das Wegmeßsystem 42 ist deshalb insbesondere dazu geeignet, die Wegstrecke eines Gebers 58 zu erfassen, welcher auf einer gekrümmten Bahn geführt ist.

Dies ist beispielhaft in Fig. 3 gezeigt:

Der Geber 58, beispielsweise ein Permanentmagnet, bewegt sich auf einer gekrümmten Bahn 66. Um einen Abstand 68 zwischen dem Sensor 48 und dem Geber 58 konstant zu halten, so daß eine Signaländerung des Sensors 48 (d. h. insbesondere eine Änderung der effektiven Induktivität) alleine durch eine Änderung bezüglich der Meßrichtung 56 zustande kommt, ist der flexible Träger 44 so an die Bahn 66 angepaßt, daß eben die­ ser Abstand 68 konstant gehalten ist. Beispielsweise ist dazu der Träger 44 auf einem entsprechend geformten Halter 70 an­ geordnet.

Der wirksame Sensorbereich der Flachspule 50 auf dem Träger 44 variiert in der Meßrichtung 56, so daß auf der Bahn 66 die relative Position des Gebers 58 relativ zu dem Sensor 48 längs der Bahn 66 ermittelbar ist.

Bei der eben beschriebenen Anwendung wird der Geber 58 auf einer gekrümmten Bahn 66 geführt und der Sensor 48 wird über den Träger 44 an diese gekrümmte Bahn angepaßt. Ein weiterer Anwendungsfall ist, daß über den Sensor 48 selber eine ge­ krümmte Wegmeßstrecke bereitgestellt ist, wobei eine relative Position eines anderen Objekts relativ hierzu überwacht wer­ den soll.

Beispielsweise kann der Träger 44 ringförmig geschlossen sein und so an einem zylindrischen Objekt angeordnet sein. Die Flachspule 50 ist dann nach außen hin angeordnet.

Durch eine flexible Ausbildung eines Trägers mit einem darauf angeordneten induktiven Element läßt sich der nutzbare Meßbe­ reich eines Wegmeßsystems erfindungsgemäß vergrößern. Bei ei­ nem dritten Ausführungsbeispiel, welches schematisch in Fig. 4 gezeigt ist, umfaßt ein Träger 72 ein Meßteil 74 und an dem Meßteil angeordnete gegenüberliegende Randteile 76 und 78. Diese Randteile 76 und 78 sind dabei flexibel ausgebildet, während das Meßteil 74 starr ist. Dies läßt sich beispiels­ weise dadurch erreichen, daß der Träger 72 einen Unterträger 80 mit im wesentlichen den Abmessungen des Meßteils 74 um­ faßt, auf dem der Träger 72 als Flexfolie ausgebildet ange­ ordnet ist. Das Meßteil 74 und die Randteile 76 und 78 sind dann einstückig durch diese Flexfolie gebildet und das Meß­ teil 74 ist derjenige Bereich der Flexfolie, welcher mit dem starren Unterträger 80 verbunden ist.

Auf dem Träger 72 ist ein induktives Element 82 flächig ange­ ordnet, beispielsweise als Printspule mit dreieckförmigen Windungen, wie anhand des zweiten Ausführungsbeispiels 42 beschrieben. Die Windungen des induktiven Elements 82 sind dabei sowohl auf dem Randteil 76 als auch dem Randteil 78 aufgedruckt, d. h. ein Flächenbereich 84 des induktiven Ele­ ments 82 erstreckt sich über das Meßteil 74 auch in die Rand­ teile 76 und 78. Bezüglich einer Meßrichtung 86 endseitig angeordnete Randbereiche 88, 90 des induktiven Elements 82 liegen dabei auf den zugeordneten Randteilen 76 bzw. 78 außerhalb des Meßteils 74.

Der Randbereich 88 auf dem Randteil 76 ist bei einer dreieck­ förmigen Flachspule 82 der Bereich, welcher von der Dreiecks­ spitze bezogen auf die Meßrichtung 86 umfaßt ist und der Randbereich 90, welcher auf dem Randteil 78 angeordnet ist, ist der Bereich der Dreiecksbasis bezogen auf die Meßrichtung 86. Bei diesen Randbereichen 88 und 90 handelt es sich um Endbereiche des induktiven Elements 82, in denen die Verhält­ nisse von denen im übrigen induktiven Element 82 abweichen. Beispielsweise ist im Bereich der Spitze, d. h. im Randbereich 88 die Dichte von Windungen erhöht. Im Randbereich 90 ist der Winkelverlauf der Windungen anders als beim Rest der Flach­ spule 82 (vgl. Fig. 2; Windungen, welche parallel zur Quer­ ausdehnung 54 vorhanden sind, sind beschränkt auf den Rand­ bereich 90). Außerdem findet an den Randbereichen 88 und 90 auch ein Übergang von einem grundsätzlich wirksamen Sensor­ bereich, auf dem das induktive Element 82 angeordnet ist, zu einem nicht wirksamen Bereich statt, an dem keine elektro­ magnetische Kopplung zwischen einem Geber und dem Sensor erfolgt.

Ein nutzbarer Längenbereich N (Fig. 5) läßt sich nun dadurch bilden, daß die flexiblen Randteile 76 und 78 des Trägers 72 von dem Meßteil 74 weggebogen werden, so daß sie außerhalb eines Meßfelds des Sensors 92 liegen, wobei dieses Meßfeld oberhalb des Meßteils 74 mit dem darauf angeordneten Spulen­ bereich 94 liegt; dieser Spulenbereich 94 umfaßt das induk­ tive Element 82 abzüglich der Randbereiche 88 und 90.

Die Randteile 76 und 78 sind von dem Meßteil 74 dadurch weg­ gebogen, daß sie beispielsweise von ihm weggefaltet sind und hinter dem Unterträger 80 gerollt sind oder gebogen sind, um so die räumlichen Abmessungen des Wegmeßsystems quer zur Meß­ richtung nicht wesentlich zu vergrößern.

Der Nutzbereich N des erfindungsgemäßen Wegmeßsystems er­ streckt sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Meß­ teils 74 bezüglich der Meßrichtung 86. Die störenden Rand­ effekte, hervorgerufen durch die Randbereiche 88 und 90 der Flachspule 82 sind durch das Wegfalten der Randteile 76 und 78 innerhalb des Meßteils 74 und damit innerhalb des Meß­ feldes nicht vorhanden. Bezogen auf die Abmessungen des Trä­ gers 72 in der Meßrichtung 86 läßt sich damit erfindungsgemäß ein größerer Nutzbereich (im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 mit einer Länge N) nutzen, als wenn keine flexiblen, wegfalt­ baren Randteile 76, 78 vorhanden sind; im letzteren Falle wäre der Träger um die Länge der Randteile 76 und 78 größer.

Eine teilweise flexible Ausbildung eines Trägers für das induktive Element, an welches ein Geber koppelt, läßt sich beispielsweise auch dadurch erreichen, daß jeweils an den Enden einer Platine, ein flexibles Randteil angeordnet ist und eine Printspule auf dem Träger, umfassend die Randteile, aufgebracht ist.

Zur Vergrößerung des nutzbaren Meßbereichs muß auch das Meß­ teil 74 nicht unbedingt starr sein, sondern kann selber fle­ xibel ausgebildet sein, um beispielsweise eine Strecken­ ermittlung bei der Bewegung eines Gebers auf einer gekrümmten Bahn erfassen zu können.

In Fig. 6 ist ein Träger 96 gezeigt, welcher an einem seit­ lichen Ende ein Randteil 98 aufweist, welches an einer Kante 100 faltbar ist, so daß ein Meßteil 102 des Trägers im we­ sentlichen durch diese Kante 100 begrenzt ist. Auf dem Träger 96 ist eine aufgedruckte Flachspule 104 angeordnet, welche dreieckförmig ausgebildet ist entsprechend der Flachspule 50 in Fig. 2. Ein basisseitiger Randbereich 106 dieser Flach­ spule liegt im Randteil 98 und ist somit von dem Meßteil 102 wegfaltbar.

In Fig. 7 ist die gemessene effektive Induktivität Ls der Flachspule 104 über der Wegstrecke s gezeigt. Der Nullpunkt der Wegstreckenermittlung (s = 0) liegt dabei außerhalb einer Spitze 108 der Flachspule, wobei die Meßrichtung 110 parallel zu einer Längskante des Trägers 96 verläuft. Als Geber ist ein Permanentmagnet 111 eingesetzt, welcher in einem konstan­ ten Abstand zu dem Träger 96 in der Meßrichtung 110 über die Flachspule 104 geführt wird.

Die unterbrochene Kurve 112 in Fig. 7 zeigt den Verlauf die­ ser effektiven Induktivität Ls, wenn das Randteil 98 nicht weggefaltet ist, d. h. das Meßteil 102 und das Randteil 98 im wesentlichen in einer Ebene liegen.

Ausgehend von dem Nullpunkt s = 0 nimmt die effektive Induk­ tivität zu größeren Wegstrecken hin (zu größeren Querausdeh­ nungen der Flachspule 104 hin) näherungsweise linear ab (in diesem Bereich fällt die durchbrochene Kurve 112 mit der durchgezogenen zusammen). Sie erreicht ein Minimum 114.

Das Wegmeßsystem gemäß Fig. 6 weist also einen Monotonie­ bereich 116 auf, in welchem sich eineindeutig eine Wegstrecke s einer effektiven Induktivität Ls zuordnen läßt.

Durch Wegfalten des Randbereichs 106 erhält man eine gemes­ sene effektive Induktivität Ls, welche in Fig. 7 durchgezo­ gen dargestellt ist. Dieser entsprechende Kurvenverlauf 118 ist also streng monoton, d. h. im Gegensatz zum Kurvenverlauf 112 läßt sich ein eindeutiger Wert s zu jedem Ls zuordnen.

Ist also das Randteil 98 weggefaltet, so ist der nutzbare Meßbereich durch die Länge N gegeben, wobei N in der Nähe der Kante 100 liegt; ist das Randteil 98 nicht weggefaltet, so ist der Wegbereich von N bis zum Ende 120 des Trägers 96 nicht nutzbar. Das erfindungsgemäße Wegmeßsystem erlaubt es daher, die Längenabmessung des Trägers 96 bei gleichem Nutz­ bereich gering zu halten bzw. bei gleicher Länge einen höhe­ ren Nutzbereich zu erzielen.

Der Punkt, welcher den Nutzbereich N definiert, liegt etwas vor der Faltkante 100, da der Geber 111 eine endliche Ausdeh­ nung aufweist und bei Überfahren eines Endes 122 über die Kante 100 nur noch teilweise in dem Meßfeld oberhalb des Meß­ teils 102 liegt. Der Punkt N ist also dadurch definiert, daß bei ihm gerade noch das Magnetfeld des Gebers 111 das Meßfeld vollständig beaufschlägt.

Zum Vergleich ist in Fig. 8 noch die Abweichung ΔLs der ef­ fektiven Induktivität Ls vom Wert der effektiven Induktivität Ls bei s = 0 gezeigt. Auch hier erkennt man denselben Kurven­ verlauf wie in Fig. 7, wobei wiederum in durchbrochener Linie der Verlauf bei nicht weggefaltetem Randteil 98 gezeigt ist und in durchgezogener Linie der Verlauf bei von dem Meßfeld weggefaltetem Randteil 98.

Claims (35)

1. Wegmeßsystem mit einem Geber (36; 58) und mit einem Sen­ sor (12; 48), welcher mindestens ein induktives Element (16; 50; 82) umfaßt, an das der Geber (36; 58) elektro­ magnetisch koppelt, wobei Sensor (12; 48; 92) und Geber (36; 58) relativ zueinander positionierbar sind und das mindestens eine induktive Element (16; 50) flächig aus­ gedehnt auf einem Träger (14; 44; 72) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (14; 44; 72) mit dem mindestens einen induk­ tiven Element (16; 50; 82) zumindest teilweise flexibel ausgebildet ist.

2. Wegmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine induktive Element (16; 50; 82) auf dem Träger (14; 44; 72) aufgedruckt ist.

3. Wegmeßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Träger (14; 44; 72) eine flexible Folie umfaßt.

4. Wegmeßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (72) ein starres Trägerteil (74) und ein oder mehrere flexible Träger­ teile (76, 78) umfaßt, welche an dem starren Trägerteil (74) angeordnet sind.

5. Wegmeßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Schaffung eines nutzbaren Meßbereichs (N) bezüglich des mindestens einen indukti­ ven Elements (82) ein oder mehrere Randteile (76, 78) des Trägers (72) derart bezüglich eines Meßteils (74) des Trägers angeordnet sind, daß diese außerhalb eines Meßfeldes liegen.

6. Wegmeßsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die meßbare Wegstrecke im wesentlichen durch die Länge des Meßteils (74) bestimmt ist.

7. Wegmeßsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch das oder die Randteile (76, 78) des Trägers (72) End-Randbereiche (88, 90) des mindestens einen induktiven Elements (82) außerhalb des Meßfeldes liegen.

8. Wegmeßsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßteil (74) des Trägers (72) starr ausgebildet ist.

9. Wegmeßsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Randteile (76, 78) des Trägers (72) flexibel bezüglich des Meßteils (74) ange­ ordnet sind.

10. Wegmeßsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Randteil (76; 78) als Flexfolie ausgebildet ist, welche an dem Meßteil (74) angeordnet ist.

11. Wegmeßsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Randteil (76; 78) von dem Meßteil (74) weggebogen oder wegbiegbar an diesem angeordnet ist.

12. Wegmeßsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Randteile (76, 78) hinter dem Träger (72) bezogen auf ein Meßfeld positioniert sind.

13. Wegmeßsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Randteil (76; 78) gerollt ist.

14. Wegmeßsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Randteil (76; 78) gefaltet ist.

15. Wegmeßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das mindestens eine induktive Element (16; 50; 82) eine Printspule ist.

16. Wegmeßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das mindestens eine induktive Element (16; 50; 82) an einen Oszillator gekoppelt ist und über eine Güte und/oder effektive Induktivität die­ sen beeinflußt.

17. Wegmeßsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Güte und/oder effektive Induktivität des minde­ stens einen induktiven Elements (16; 50; 82) bestimmt ist durch die Größe eines wirksamen Sensorbereichs, an den der Geber (36; 58) koppelt, und daß der Sensor (12; 48) so ausgebildet ist, daß die Größe des wirksamen Sen­ sorbereichs abhängig ist von der relativen Position zwi­ schen Geber (36; 58) quer zu einer Abstandsrichtung.

18. Wegmeßsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (12; 48) so ausgebildet ist, daß ein Überlappungsbereich zwischen einer Projektion einer wirksamen Geberfläche auf den Sensor mit einer wirksamen Sensorfläche abhängig ist von der relativen Position zwischen Sensor und Geber quer zur Projektionsrichtung.

19. Wegmeßsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteeinheit (24; 46) vorge­ sehen ist, welch eine Kenngröße des Oszillators ermit­ telt.

20. Wegmeßsystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenz des Oszillators ermittelt wird.

21. Wegmeßsystem nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Amplitude des Oszillators ermittelt wird.

22. Wegmeßsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (24; 46) auf einem Träger angeordnet ist, auf welchem das induktive Element sitzt.

23. Wegmeßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die meßbare Wegstrecke durch die Länge eines Meßteils (74) bestimmt ist, auf welchem das mindestens eine induktive Element (82) so angeordnet ist, daß End-Randbereiche (88, 90) des mindestens einen induktiven Elements (82) außerhalb des Meßteils (74) liegen.

24. Wegmeßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Geber (36; 58) ein passi­ ves Element ist.

25. Wegmeßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Geber (58) einen Magneten umfaßt.

26. Wegmeßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß an dem mindestens einen induk­ tiven Element (50; 82) oder in der Nähe des mindestens einen induktiven Elements (50; 82) ein weichmagnetisches Material (64) angeordnet ist.

27. Wegmeßsystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das weichmagnetische Material (64) derart angeordnet ist, daß es an einem wirksamen Sensorbereich lokal in Sättigung bringbar ist.

28. Wegmeßsystem nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das weichmagnetische Material (64) auf einem Träger (72), auf welchem das mindestens eine induktive Element (82) sitzt, aufgebracht ist.

29. Wegmeßsystem nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (72), auf welchem das mindestens eine induktive Element (82) sitzt, mit einem weichmagnetischen Material (64) umwickelt ist.

30. Wegmeßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das mindestens eine induktive Element (50; 82) derart ausgebildet ist, daß seine Ge­ stalt quer zu einer Wegmeßstrecke (56; 86) längs der Wegmeßstrecke (56; 86) variiert.

31. Wegmeßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine magnetische Abschirmung für das Wegmeßsystem vorgesehen ist.

32. Wegmeßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sensor (12; 48) so ausge­ bildet ist, daß über die entsprechende Formgebung ein bestimmter Kennlinienverlauf des Wegmeßsystem für ein Sensorsignal in Abhängigkeit eines Meßweges (s) einge­ stellt ist.

33. Wegmeßsystem nach einem der Ansprüche 19 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß von der Auswerteeinheit (24) ein Fehlersignal abzweigbar ist, wobei durch die Auswerte­ einheit (24) überprüfbar ist, ob ein oder mehrere Para­ meter des induktiven Elements (16) innerhalb eines Toleranzintervalls liegen.

34. Wegmeßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das mindestens eine induktive Element (50; 82) dreieckförmig ausgebildet ist.

35. Wegmeßsystem nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine induktive Element (50; 82) drei­ eckförmige Windungen aufweist.