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Die Erfindung betrifft eine Spulenvorrichtung für einen induktiven Näherungssensor, Abstandssensor oder Wegsensor, umfassend mindestens einen Träger, und mindestens eine Leiterbahn, welche an dem Träger angeordnet ist, wobei der mindestens eine Träger mit der mindestens einen Leiterbahn zumindest bei der Herstellung der Spulenvorrichtung derart biegeflexibel ist, dass er aufrollbar ist, und dass der mindestens eine Träger mit der mindestens einen Leiterbahn mit einer Rollenachse aufgerollt ist, wobei die mindestens eine Leiterbahn mindestens eine Spule bildet mit mindestens einer Windung mit einer Windungsachse, welche mindestens näherungsweise parallel oder koaxial zu der Rollenachse ist, wobei an dem Träger eine Mehrzahl von Spulen angeordnet sind.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Spulenvorrichtung.
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Die Erfindung betrifft ferner einen induktiven Näherungssensor oder Abstandssensor oder Wegsensor.
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Die
DE 10 2008 012 120 B4 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Spule, bei dem ein flexibles, elektrisch isolierendes Substrat, auf welches ein Stromleiter aufgebracht oder in welches der Stromleiter eingebracht ist, gebogen wird, wobei mehrere Abschnitte des Stromleiters vor einem Rollen und/oder Falten derart auf das Substrat aufgebracht werden, dass beim Rollen und/oder Falten eine Rollspule oder Faltspule mit mehreren Lagen des Substrats erzeugt wird, wobei in die Lagen des Substrats vor dem Rollen und/oder Falten jeweils eine oder mehrere Materialaussparungen derart eingebracht werden, dass diese nach dem Rollen und/oder Falten versatzlos übereinander liegen und Abschnitte des Stromleiters vor dem Rollen und/oder Falten derart auf diese Vorderseite und die Rückseite des Substrats aufgebracht werden, dass eine oder mehrere die Materialaussparungen umgebende Flachspulen auf einer Lage des Substrats erzeugt werden.
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Aus der
US 3,736,543 ist eine Induktionsspulenanordnung bekannt.
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Aus der
US 4,621,231 ist eine Sensorspule mit einem gefalteten Substrat bekannt.
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Aus der
DE 10 2011 112 826 A1 ist ein induktiv arbeitender Sensor bekannt, welcher mindestens eine Spule aufweist, die in eine einlagige oder mehrlagige Keramik eingebettet ist und gemeinsam mit der Keramik einen Spulenkörper bildet.
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Aus der
DE 10 2011 109 553 A1 ist ein Sensor mit einem einlagigen und mehrlagigen kontaktlos arbeitenden Sensorelement bekannt. Das Sensorelement ist aus keramischen Lagen im Sinne einer mehrschichtigen Keramik aufgebaut.
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Aus der
DE 10 2011 088 752 A1 ist ein induktiver Näherungssensor mit einer Spule bekannt, wobei die Spule als Niedertemperatur-Einbrand-Keramikkörper mit mehreren Leiterbahnebenen ausgebildet ist.
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Aus der
DE 198 18 673 A1 ist eine Spule mit einem Kern und mit Windungen, die als Leiterbahnen auf Trägerschichten angeordnet sind, bekannt.
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Aus der
US 5,563,582 ist eine integrierte Luftspule mit Kapazität bekannt.
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Aus der
US 7,701,317 B2 ist eine Folienwindung für magnetische Spulen bekannt.
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Aus der
EP 0 461 712 A1 ist ein Transformator mit einem Luftspalt und einem Isolationsfolienpaket bekannt.
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Aus der
DE 32 25 193 A1 ist ein induktiver Näherungsschalter mit einer Tastkopfspule bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spulenvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche sich mit hoher geometrischer Präzision realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Spulenvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine erste Spule und eine zweite Spule vorgesehen sind, wobei die erste Spule und die zweite Spule in Reihe geschaltet sind und einen gegensinnigen Stromverlauf aufweisen und dass eine dritte Spule zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule angeordnet ist.
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Es lassen sich auf dem Träger (vor dem Aufrollen) eine oder mehrere Leiterbahnen drucken.
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Zwischen einzelnen Spulenlagen lassen sich Abstände einstellen, welche stabil (auch gegenüber Temperaturschwankungen) sind. Es lässt sich so eine hohe Präzision erreichen.
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Insbesondere lassen sich Spulenlagen in axialer Richtung gestapelt mit hoher Präzision anordnen. Es lässt sich eine hohe Windungszahl erreichen und die Windungsanordnung lässt sich gemäß der Geometrie des erforderlichen magnetischen Feldes optimiert dimensionieren.
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Es lässt sich so bei relativ geringem Fertigungsaufwand eine hohe Präzision für den Aufbau der Spulenvorrichtung erreichen. Weiterhin lässt sich eine minimale Ausdehnung der Spulenvorrichtung in radialer Richtung (senkrecht zur Rollenachse) erreichen; Spulen lassen sich optimiert platzieren.
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Es lässt sich ein hoher Kupferfüllfaktor erreichen. Damit wiederum lässt sich eine große Signaländerung erreichen. Insbesondere lassen sich Skin-Verluste und Proximity-Verluste des Spulensystems relativ gering halten. Weiter lassen sich auf einfache Weise parasitäre Wicklungskapazitäten erheblich reduzieren und es lassen sich auch flächige metallische Abschirmungen gegen elektrostatische Einflüsse auf einfache und kostengünstige Weise in den Aufbau integrieren.
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Es sind eine erste Spule und eine zweite Spule vorhanden, wobei die erste Spule und die zweite Spule in Reihe geschaltet sind und einen gegensinnigen Stromverlauf aufweisen. Es lässt sich so auf einfache Weise eine Differenzschaltung von Spulen realisieren. Dadurch wiederum lässt sich auf einfache Weise eine Gradiometeranordnung realisieren.
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Es ist eine dritte Spule vorgesehen, welche zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule angeordnet ist, wobei insbesondere die dritte Spule symmetrisch zu der ersten Spule und der zweiten Spule liegt. Es lässt sich auf einfache Weise eine Gradiometeranordnung realisieren. Über die dritte Spule ist beispielsweise eine Erregerspule gebildet und die erste Spule und die zweite Spule bilden jeweils differenziell geschaltete Empfängerspulen.
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Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung lässt sich eine Gradientenmessung realisieren. Es wird ein Feldgeometriemessgerät bereitgestellt, welches relativ unabhängig von Spulenverlusten ist. Es gibt dabei mehr Möglichkeiten bei der Herstellung. Bei der Messung ist nur eine Spannungsmessung an den Spulen (erster Spule, zweiter Spule, dritter Spule) notwendig. Es lässt sich dadurch eine leistungslose Messung realisieren. Grundsätzlich lässt sich dadurch eine Integration über die Flussdichte ausführen. Es wird nur eine Differenz ausgewertet. Temperaturgradienten spielen dadurch keine Rolle.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich gewissermaßen eine Apertur freihalten. Die „entscheidenden“ Leiterbahnen bilden ein Feld parallel zum Träger aus. Bei der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich ein verringertes Gegenfeld erzeugen. Die Apertur ist gewissermaßen mit weniger Metall gefüllt.
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Es ergibt sich eine hohe axiale Präzision. Es ergibt sich ein höherer Freiheitsgrad in der Anordnung. Bezogen auf die integrierte Flussdichte (das Feldintegral) ergibt sich eine Optimierung auch bezogen auf eine Windungsposition an einer Grenze.
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Es lässt sich eine Minimierung einer kapazitiven Kopplung auf einfache Weise beispielsweise durch Spulenversatz erreichen. Wie oben erwähnt, ist die Messung unabhängig von Spulenverlusten.
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Über die Verwendung einer erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung lässt sich in einem induktiven Näherungssensor (bzw. Abstandssensor bzw. Wegesensor) der Schaltabstand vergrößern. Magnetische Felder sind nicht beliebig fokussierbar und die magnetische Feldenergie nimmt mit zunehmendem Abstand von einer Erregerspule stark ab. Dies bedeutet, dass Sensoren mit hohen Schaltabständen hohe Empfindlichkeiten aufweisen müssen. Dadurch wiederum steigen die Anforderungen an die Präzision der Spulenvorrichtung. Durch die erfindungsgemäße Lösung lässt sich eine solche hohe Präzision erreichen.
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Es ist insbesondere kein Verpressen von Leiterplatten notwendig, welches zu entsprechenden Fertigungstoleranzen führen kann.
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Der Träger weist gute Langzeiteigenschaften auf, sodass insbesondere durch Temperatureinwirkung oder Feuchtigkeitseinwirkung resultierende Dimensionsänderungen gering sind und prinzipiell kompensierbar sind.
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Es ergeben sich umfangreiche Gestaltungsmöglichkeiten für den Wicklungsaufbau der Spulenvorrichtung.
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Es ergibt sich eine einfache Herstellungsweise mit optimierter Leiterbahnanordnung, wenn die mindestens eine Leiterbahn auf den mindestens einen Träger aufgedruckt ist und/oder durch die Metallisierung auf dem mindestens einen Träger hergestellt ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich einerseits Leiterbahnen über Drucktechnik herstellen und andererseits andere Nachteile wie bisher relativ große Fertigungstoleranzen vermieden.
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Bei einer Ausführungsform ist der mindestens eine Träger zylinderförmig gerollt, wobei die Rollenachse koaxial mit einer Zylinderachse ist. Es ergibt sich dadurch eine einfache Herstellung mit kompaktem Aufbau. Die Spulen haben dann eine spiralförmige Gestalt. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass der aufgerollte Träger von der Zylindergeometrie abweicht und beispielsweise kegelförmig ist.
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Günstig ist es, wenn an dem mindestens einen Träger auf einer ersten Seite und/oder einer zweiten Seite mindestens eine Leiterbahn angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine optimierte Anpassbarkeit an Anwendungen. Beispielsweise wird an der zweiten Seite eine Leiterbahn angeordnet, welche dann eine Erregerspule bzw. Teil einer Erregerspule bildet. An dem ersten Träger wird eine Leiterbahn angeordnet, welche beispielsweise in Differenzschaltung angeordnete Empfangsspulen bildet.
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Vorteilhaft ist es, wenn an der ersten Seite mindestens eine erste Leiterbahn angeordnet ist und an einer der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite mindestens eine zweite Leiterbahn angeordnet ist. Dadurch lässt sich beispielsweise auf einfache Weise eine Gradiometereinrichtung realisieren.
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Günstig ist es, wenn der mindestens eine Träger als Folie ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich eine einfache Rollbarkeit. Im nicht-aufgerollten Zustand lässt sich die mindestens eine Leiterbahn an dem Träger herstellen.
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Ganz besonders vorteilhaft ist, wenn die mindestens eine Leiterbahn sich zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss erstreckt. Es kann dann ein entsprechender Strom eingeleitet werden.
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Es ist dann weiterhin günstig, wenn der erste Anschluss und der zweite Anschluss so angeordnet sind, dass die mindestens eine Leiterbahn bei aufgerolltem mindestens einen Träger mindestens zwei Spulen (mit jeweils mindestens einer Windung) bildet, wobei insbesondere die Spulen bezogen auf die Rollenachse beabstandet sind. Es lässt sich so beispielsweise ein Spulensystem mit zwei in Differenzschaltung geschalteten Spulen herstellen.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein im Betrieb der Spulenvorrichtung resultierendes Magnetfeld zu dem mindestens einen Träger (und insbesondere auch zu der Rollenachse) parallel ist. Es lässt sich dadurch eine Apertur erreichen. Es ergibt sich an der Spulenvorrichtung über die Apertur ein freigehaltener Bereich, welcher „mit wenig Metall“ der Leiterbahnen gefüllt ist. Dadurch wiederum ergibt sich ein verringertes Gegenfeld. Es lässt sich so eine Spulenvorrichtung mit hoher axialer Präzision realisieren. Es lässt sich ein Feldintegral optimieren. Es lässt sich ein Minimum der kapazitiven Kupplung der Lagen untereinander erreichen und es ergibt sich eine Gradientenmessung unabhängig von Spulenverlusten. Es lässt sich insbesondere eine leistungslose Messung durchführen. Temperaturgradienten spielen keine Rolle.
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Bei einer Ausführungsform ist der erste Anschluss an einer ersten Anschlussfahne und/oder ist der zweite Anschluss an einer zweiten Anschlussfahne angeordnet. Über die Anschlussfahnen lässt sich auf einfache Weise eine elektrische Beaufschlagung der Spulenvorrichtung erreichen.
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Es kann dabei vorgesehen sein, dass der erste Anschluss und der zweite Anschluss eine gemeinsame Anschlussfahne aufweisen. Dadurch ergibt sich eine einfache Herstellbarkeit.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Anschlussfahne und/oder die zweite Anschlussfahne Teil des mindestens einen Trägers sind und insbesondere einstückig mit diesem verbunden sind. Dadurch ergibt sich eine einfache Herstellbarkeit.
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Es ist auch möglich, dass die erste Anschlussfahne und/oder die zweite Anschlussfahne ein von dem mindestens einen Träger getrenntes Element ist, welches mit dem mindestens einen Träger elektrisch verbunden ist. Eine solche elektrische Kontaktierung, welche insbesondere auch eine mechanische Verbindung ist, kann beispielsweise durch Löten, Schweißen oder durch elektrisch leitendes Kleben erfolgen.
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Es ist günstig, wenn die mindestens eine Leiterbahn einen Bereich aufweist, welcher mindestens näherungsweise parallel zu der Rollenachse orientiert ist, und einen Bereich aufweist, welcher quer zu der Rollenachse orientiert ist. Übe den Bereich parallel zu der Rollenachse orientiert lässt sich Strom führen für den oder die Bereiche, welche quer zu der Rollenachse orientiert sind. Die Bereiche, welche quer zu der Rollenachse orientiert sind, tragen im Betrieb zu der Magnetfeldentstehung bei.
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Es kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Leiterbahn bezogen auf den nicht-aufgerollten mindestens einen Träger mindestens einen geradlinigen Abschnitt aufweist.
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Bei einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die mindestens eine Leiterbahn bezogen auf den nicht-aufgerollten Träger mindestens in einem Teilbereich mäanderförmig und/oder wellenförmig und/oder sägezahnförmig geführt ist. Durch eine solche Leiterbahnführung lassen sich parasitäre Kapazitäten gering halten.
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Es ist aus dem gleichen Grund günstig, wenn die mindestens eine Leiterbahn Abschnitte aufweist, welche quer zu der Rollenachse verlaufen und insbesondere unterschiedliche axiale Höhen zu der Rollenachse aufweisen. Es lassen sich so parasitäre Kapazitäten zwischen Spulenwindungen gering halten.
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Es lassen sich ferner parasitäre Kapazitäten gering halten, wenn die mindestens eine Leiterbahn an dem mindestens einen Träger so verläuft, dass ein Abstand zwischen korrespondierenden Bereichen der mindestens einen Leiterbahn, welche auf einer Linie parallel zu der Rollenachse liegen, quer zu der Rollenachse variiert und insbesondere alternierend variiert und beispielsweise periodisch variiert.
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Es ist ferner günstig, wenn die mindestens eine Leiterbahn an dem mindestens einen Träger durch eine elektrische Isolierschicht abgedeckt ist. Dadurch ergibt sich eine sichere elektrische Betriebsweise.
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Bei einer Ausführungsform ist eine kapazitive Abschirmeinrichtung vorgesehen, welche insbesondere an dem mindestens einen Träger angeordnet ist. Dadurch lassen sich elektrostatische Einflüsse gering halten.
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Insbesondere umfasst die kapazitive Abschirmeinrichtung mindestens eine Leiterbahn, um elektrostatische Einflüsse gering halten zu können.
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Ferner kann eine Wirbelstromschirmungseinrichtung vorgesehen sein, welche insbesondere an dem mindestens einen Träger angeordnet ist. Dadurch kann „geometrisch“ das Magnetfeld beeinflusst werden.
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Ferner kann eine (magnetische) Flussleiteinrichtung vorgesehen sein, welche insbesondere an dem mindestens einen Träger angeordnet ist. Dadurch lässt sich eine optimierte Feldführung erreichen.
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Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der Träger mehrfach gewickelt ist und insbesondere spiralförmig gewickelt ist. Insbesondere liegen dadurch „Trägerwindungen“ vor und insbesondere über einen Polarwinkel-Verlauf von mehr als 360°. (Trägerwindungen lassen sich in ihrem geometrischen Verlauf in Polarkoordinaten charakterisieren.) Es lässt sich auf einfache Weise ein Spulensystem insbesondere mit hoher axialer Präzision und hoher Kupferdichte erreichen. Insbesondere weist der Träger dann eine einzige Rollenachse auf.
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Es ist grundsätzlich auch möglich, dass eine Mehrzahl von bezogen auf eine Rollenachse radial aufeinanderfolgenden Trägern vorgesehen sind.
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Insbesondere sind die Trägerwindungen radial beabstandet, um ein entsprechendes Spulensystem zu realisieren.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein erster Träger in dem Innenraum eines benachbarten zweiten Trägers angeordnet ist.
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Es ist ferner vorgesehen, dass die Träger koaxiale Rollenachsen aufweisen.
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Es ist günstig, wenn der mindestens eine Träger in einem Gehäuse angeordnet ist. Es lässt sich so eine Spulenvorrichtung realisieren, welche insbesondere auch einen Spulenkern aufweist.
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Es kann dabei vorgesehen sein, dass mit dem mindestens einen Träger eine Mehrzahl von Spulen gebildet sind, welche insbesondere beabstandet sind. Dadurch lässt sich beispielsweise auf einfache Weise ein Spulensystem mit differenziell geschalteten Spulen realisieren.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Spulenvorrichtung bereitgestellt, bei dem auf einem Träger, welcher biegeflexibel ist, mindestens eine Leiterbahn hergestellt wird und dann der Träger aufgerollt wird mit einer Rollenachse, wobei durch die mindestens eine Leiterbahn mindestens eine Spule mit einer Windungsachse parallel oder koaxial zu der Rollenachse gebildet wird, wobei der Träger mehrfach gewickelt wird und insbesondere spiralförmig gewickelt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung erläuterten Vorteile auf.
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Es werden eine Mehrzahl von Trägerwindungen hergestellt. Dadurch lässt sich auf einfache Weise ein Spulensystem insbesondere mit hoher axialer Präzision realisieren.
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Eine erfindungsgemäße Spulenvorrichtung lässt sich auf vorteilhafte Weise in einem induktiven Näherungssensor oder induktiven Abstandssensor oder induktiven Wegsensor verwenden. Es lässt sich so insbesondere ein hoher Schaltabstand realisieren.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
- 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Spulenvorrichtung oder Teil einer Spulenvorrichtung;
- 2 einen Träger der Spulenvorrichtung gemäß 1 vor dem Aufrollen;
- 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 gemäß 2;
- 4 eine Schnittansicht durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Spulenvorrichtung, welche eine Mehrzahl von Spulenanordnungen wie in 1 gezeigt umfasst;
- 5 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer weiteren Spulenvorrichtung;
- 6 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines weiteren Trägers vor dem Ausrollen;
- 7 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Trägers vor dem Aufrollen;
- 8 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Spulenvorrichtung;
- 9 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Trägers vor dem Ausrollen;
- 10 eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Trägers vor dem Aufrollen;
- 11 bis 13 weitere Ausführungsbeispiele eines Trägers vor dem Aufrollen;
- 14, 15 Ausführungsbeispiele für Querschnitte in axialer Aufsicht;
- 16 ein Ausführungsbeispiel eines Bands, an welchem eine Mehrzahl von Trägern hergestellt werden;
- 17 eine Ansicht des Trägers gemäß 18 nach Knicken einer Anschlussfahne entlang einer Knicklinie;
- 18 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Trägers vor dem Aufrollen;
- 19 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Trägers vor dem Aufrollen mit separatem Anschlussstift;
- 20 eine Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Trägers vor dem Aufrollen mit separatem Anschlussstift;
- 21 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Trägers vor dem Aufrollen mit zusätzlichen Leitungsbrücken;
- 22 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Trägers vor dem Aufrollen;
- 23 den aufgerollten Träger gemäß 22;
- 24 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Trägers vor dem Aufrollen mit beidseitiger Metallisierung;
- 25 ein Ausführungsbeispiel eines Trägers vor dem Aufrollen mit einer kapazitiven Abschirmeinrichtung;
- 26 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Trägers vor dem Aufrollen mit einer (kapazitiven) Abschirmeinrichtung;
- 27 ein Ausführungsbeispiel eines Trägers vor dem Aufrollen mit einer Wirbelstromschirmeinrichtung;
- 28 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Trägers vor dem Aufrollen mit einer Flussleitereinrichtung auf einer Rückseite des Trägers; und
- 29 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines induktiven Näherungssensors oder Abstandssensors.
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Ein Ausführungsbeispiel eines induktiven Näherungssensors (oder induktiven Abstandsensors oder induktiven Wegesensors), welches in 29 schematisch gezeigt und mit 10 bezeichnet ist, umfasst ein Gehäuse 12. In dem Gehäuse 12 ist als sensitive Einrichtung 14 (mindestens) eine Spulenvorrichtung 16 angeordnet. Das Gehäuse 12 hat eine sensitive Seite 17. Diese ist nächstliegend zu der sensitiven Einrichtung 14. Die sensitive Seite 17 ist beispielsweise an einem Gehäusedeckel 19 gebildet.
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Die sensitive Einrichtung 14 spricht auf ein (metallisches) Target 18 an. Dies ist dabei abhängig von einem Abstand zwischen dem Target 18 und der Spulenvorrichtung 16. Insbesondere sind der induktive Näherungssensors 10 und das Target 18 in einer Abstandsrichtung 21 relativ zueinander positionsveränderlich, wobei in dieser Abstandsrichtung 21 eine Abstandsänderung bzw. Annäherung qualitativ oder quantitativ detektierbar ist.
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Der induktive Näherungssensor 10 umfasst eine Auswertungseinrichtung 20, welche in dem Gehäuse 12 angeordnet ist. Die Auswertungseinrichtung 20 umfasst wiederum die Sensorelektronik.
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Bei einem Ausführungsbeispiel hat die Auswertungseinrichtung 20 ein Front-End 22 mit einem Oszillator und einem Detektor. Gegebenenfalls erfolgt in dem Front-End 22 eine Linearisierung und/oder Temperaturkompensation. Es kann ferner vorgesehen sein, dass das Front-End 22 eine Kalibriereinrichtung umfasst.
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Es kann ferner eine Back-End 24 vorgesehen sein, in welchem eine Signalkonditionierung erfolgt. Ferner kann eine Ausgangsstufe vorgesehen sein. Es kann eine Schutzfunktion vorgesehen sein und es kann ein Spannungsregler vorgesehen sein.
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Grundsätzlich ist oder umfasst die sensitive Einrichtung 14 eine Spule mit Verlusten, die durch das zu erfassende Target 18 entstehen. Weitere Verluste entstehen durch die Wicklung, den Spulenkern und auch durch ein metallisches Gehäuse 12. Die Spule oder Spulen der Spulenvorrichtung 16 werden von der Sensorelektronik mit hochfrequentem Strom erregt und es wird ein magnetisches Feld erzeugt, dessen Verteilung und Stärke von der Spulenausführung (insbesondere Geometrie und Windungszahl) bzw. den Stromparametern (Amplitude, Frequenz) abhängen. Dieses Feld induziert in dem Target 18 Wirbelströme. Die elektrischen Verluste im Target 18 hängen von der Stärke des magnetischen Felds, von den Materialeigenschaften des Targets 18 und von dem Abstand in der Abstandsrichtung 21 zur sensitiven Einrichtung 14 ab. Sie führen zu einer Veränderung der elektrischen Parameter der Spulenvorrichtung 16; aus dem Messen bzw. Detektieren solcher Veränderungen lässt sich grundsätzlich der Abstand zwischen Target 18 und der sensitiven Einrichtung 14 qualitativ oder quantitativ bestimmen.
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Bezüglich solcher induktiver Sensoren wird beispielhaft auf „Sensoren in Wissenschaft und Technik“ von E. Hering und G. Schönfelder (Herausgeber), Springer Fachmedien Wiesbaden 2012 verwiesen.
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Erfindungsgemäß wird eine Spulenvorrichtung bereitgestellt, welche als Feldgeometriemessgerät bzw. Feldgradientenmessgerät ausgebildet ist, und welches im Wesentlichen unabhängig von Spulenverlusten ist. Dies wird untenstehend näher erläutert.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung (oder Teil einer erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung), welches in den 1 bis 3 gezeigt ist, umfasst einen mindestens bei der Herstellung biegeflexiblen Träger 26. Der Träger ist aus beispielsweise einem Kunststoffmaterial wie einem Polyimid-Material hergestellt. Er ist insbesondere als Folie ausgebildet.
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Der Träger 26 ist derart ausgebildet, dass er mit einer Rollenachse 28 aufrollbar ist (1). In 2 ist ein nicht aufgerollter Zustand des Trägers 26 gezeigt.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Träger 26 mehrfach gewickelt ist. Der Träger 26 hat dann eine Mehrzahl von Trägerwindungen. Insbesondere läuft ein Polarwinkel (bezogen auf die Rollenachse), welche die Form der Trägerwindungen angibt, über mehr als 360°. Er weist dann eine Mehrzahl von Trägerwindungen auf und ist beispielsweise (im Querschnitt) spiralförmig ausgebildet. Vergleiche dazu 4.
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Auf dem Träger 26 wird vor der Aufrollung mindestens eine Leiterbahn 30 hergestellt. Diese Leiterbahn wird insbesondere auf den vor dem Aufrollen flachen Träger 26 aufgedruckt bzw. als Metallisierung auf dem Träger 26 hergestellt.
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Die mindestens eine Leiterbahn 30 erstreckt sich zwischen einem ersten Anschluss 32 und einem zweiten Anschluss 34.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist an dem Träger 26 eine erste Fahne 36 insbesondere einstückig gebildet. An dieser ersten Fahne 36 liegt der erste Anschluss 32. Ferner ist beabstandet zu der ersten Fahne 36 an dem Träger 26 insbesondere einstückig eine zweite Fahne 38 gebildet. An dieser zweiten Fahne 38 liegt der zweite Anschluss 34.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 sitzt an dem Träger 26 eine erste Leiterbahn 30a an einer ersten Seite 40 des Trägers 26.
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An einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite 42 des Trägers 26 ist eine zweite Leiterbahn 30b angeordnet, welche grundsätzlich auf die gleiche Weise hergestellt ist wie die erste Leiterbahn 30a.
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Die zweite Leiterbahn 30b weist einen ersten Anschluss 44 an einer dritten Fahne 46 des Trägers 26 auf, und weist einen zweiten Anschluss 48 an einer vierten Fahne 50 des Trägers 26 auf.
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Insbesondere liegt die vierte Fahne 50 zwischen der ersten Fahne 36 und der zweiten Fahne 38 und ist beabstandet zu diesen.
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Die erste Leiterbahn 30a an der ersten Seite 40 des Trägers 26 ist durch eine elektrische Isolierungsschicht 52 abgedeckt (3). Die zweite Leiterbahn 30b ist durch eine Isolierungsschicht 54, welche an der zweiten Seite 42 des Trägers 26 angeordnet ist, abgedeckt.
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Der Träger 26 weist in dem nicht aufgerollten Zustand (2) eine erste Erstreckungsachse 56 und eine zweite Erstreckungsachse 58 auf. Die zweite Erstreckungsachse 58 ist senkrecht zu der ersten Erstreckungsachse 56. In dem aufgerollten Zustand des Trägers 26 (1) ist die zweite Erstreckungsachse 58 parallel zu der Rollenachse 28.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die erste Leiterbahn 30 einen ersten Abschnitt 60a auf, welcher mindestens näherungsweise parallel zu der zweiten Erstreckungsachse 58 liegt und mit dem ersten Anschluss 32 verbunden ist. Dieser erste Abschnitt 60a ist im Wesentlichen geradlinig ausgebildet und liegt an der ersten Fahne 36.
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An den ersten Abschnitt 60a schließt sich ein zweiter Abschnitt 60b an, welcher geradlinig ist und längs der zweiten Erstreckungsachse 58 verläuft. Er liegt dadurch quer und insbesondere senkrecht zu dem ersten Abschnitt 60a.
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Bei einem Ausführungsbeispiel verläuft der erste Abschnitt 60b mindestens näherungsweise parallel zu einem Rand 62 des Trägers 26.
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An den ersten Abschnitt 60b schließt sich ein dritter Abschnitt 60c an, welcher senkrecht zu dem zweiten Abschnitt 60b verläuft und dadurch parallel zu der Erstreckungsachse 58 verläuft.
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Der dritte Abschnitt 60c ist mindestens näherungsweise parallel zu einem Rand 64 des Trägers 26, welcher quer zu dem Rand 62 liegt.
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Der dritte Abschnitt 60c geht in einen vierten Abschnitt 60d über, welcher im Wesentlichen parallel zu dem zweiten Abschnitt 60b ist und benachbart und parallel zu einem Rand 66 liegt, welcher dem Rand 62 gegenüberliegt.
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An den vierten Abschnitt 60d schließt sich ein fünfter Abschnitt 60e an, welcher parallel zu der zweiten Erstreckungsachse 58 verläuft und zu dem zweiten Anschluss 34 führt. Dieser fünfte Abschnitt 60e verläuft in der Nähe und parallel zu einem Rand 68, welcher dem Rand 64 gegenüberliegt.
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Der zweite Abschnitt 60b und der vierte Abschnitt 60d sind im Wesentlichen parallel zueinander. Sie sind quer zu der zweiten Erstreckungsachse 58 orientiert und sind dadurch in dem aufgerollten Zustand des Trägers 26 (1) auch quer zu der Rollenachse 28 orientiert.
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Die zweite Leiterbahn 30b weist einen ersten Abschnitt 70a auf, welcher von dem ersten Anschluss 44 ausgeht und parallel zu der zweiten Erstreckungsachse 58 verläuft. An diesen schließt sich ein zweiter Abschnitt 70b an, welcher parallel zu dem zweiten Abschnitt 60b zwischen dem zweiten Abschnitt 60b der ersten Leiterbahn 30a und dem vierten Abschnitt 60d der ersten Leiterbahn 30a parallel zur ersten Erstreckungsachse 56 verläuft.
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An den zweiten Abschnitt 60b der zweiten Leiterbahn 30b schließt sich ein dritter Abschnitt 70c an, welcher parallel zu der zweiten Erstreckungsachse 58 verläuft und in dem zweiten Anschluss 48 endet.
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Nach der Herstellung der Leiterbahnen 30 auf dem Träger 26 wird dieser gerollt mit der Rollenachse 28. Es entsteht ein zylindrisches Gebilde 72 (1) mit einer Zylinderachse 74, welche mit der Rollenachse 28 zusammenfällt.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Träger 26 im aufgerollten Zustand durch geeignete Mittel, wie beispielsweise eine oder mehrere Klammern oder durch Verkleben, in dem aufgerollten Zustand (1) gehalten wird. Grundsätzlich ist es alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass der Träger 26 nach dem Aufrollen derart verfestigt wird, dass er nicht mehr biegeflexibel ist.
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Durch die Leiterbahnen 30 sind in dem aufgerollten Zustand des Trägers 26 Spulen mit jeweils einer Windung entstanden.
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Insbesondere ist durch den zweiten Abschnitt 60b der ersten Leiterbahn 30a eine erste Spule 76 entstanden. Durch den vierten Abschnitt 60d der ersten Leiterbahn 30a ist eine zweite Spule 78 entstanden.
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Durch den zweiten Abschnitt 70b der zweiten Leiterbahn 30b ist eine dritte Spule 80 entstanden.
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Die Abschnitte 60a, 60c und 60e sowie die Abschnitte 70a, 70c bilden Anschlüsse für die Spulen 76, 78, 80.
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Die erste Spule 76, die zweite Spule 78 und die dritte Spule 80 weisen dabei eine Windungsachse 82 auf, welche koaxial zu der Zylinderachse 74 ist. Die Windungsachse 82 ist parallel oder koaxial zu der Rollenachse 28 (1).
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass die dritte Spule mittig zwischen der ersten Spule 76 und der zweiten Spule 78 liegt. Die erste Spule 76 und die zweite Spule 78 weisen im Betrieb entgegengesetzte Stromrichtungen auf, sodass eine Art von antisymmetrischer Schaltung hergestellt ist.
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Durch die Spulen 76, 78, 80 lässt sich dadurch eine Gradiometerspulenanordnung bilden mit einer mittigen Spule 80.
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Der erste Abschnitt 60a, der dritte Abschnitt 60c und der fünfte Abschnitt 60e bilden für die erste Spule 76 und die zweite Spule 78 Zuleitungen.
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Entsprechend bildet der erste Abschnitt 70a und der dritte Abschnitt 70c für die dritte Spule 80 Zuleitungen.
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Der aufgerollte Träger 26 mit den Leiterbahnen 30 gemäß 1 bildet bereits eine Spulenvorrichtung mit den Spulen 76, 78, 80.
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Ein aufgerollter Träger 84 (1) mit mehreren Spulen, welche durch metallisierte Leiterbahnen 30 auf dem Träger 26 hergestellt worden sind, kann zur Herstellung einer Spulenvorrichtung 86 verwendet werden (4). Der Träger 84 gemäß 4 ist mit zwei Windungen aufgerollt. Der in mehreren Windungen („mehrfach gewickelte“) aufgerollte Träger 84 ist in einem Gehäuse 92 mit einem Gehäusemantel 94 und einem Gehäusedeckel 96 angeordnet.
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(Es können auch eine Mehrzahl solcher aufgerollter Träger 84 insbesondere mit einer Windung mit unterschiedlichen Durchmessern (senkrecht zu der jeweiligen Rollenachse 28) hergestellt werden. Entsprechend hergestellte Träger 84, 84' werden koaxial positioniert, das heißt dass deren Rollenachse 28 zusammenfallen.
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Insbesondere werden die aufgerollten Träger 84, 84' in radialer Richtung 88 (senkrecht zur Rollenachse 28) beabstandet positioniert.
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Es wird gewissermaßen ein aufgerollter Träger 84 in einen hohlzylindrischen Innenraum 90 des benachbarten aufgerollten Trägers 84' positioniert.
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Diese Anordnung von aufgerollten Trägern 84, 84' ist auch in einem Gehäuse 92 mit einem Gehäusemantel 94 und einem Gehäusedeckel 96 insbesondere mit mehreren Trägerwindungen angeordnet.)
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Der aufgerollte Träger 84 in dem Gehäuse 92 bildet insbesondere die sensitive Einrichtung 14 eines induktiven Näherungssensors 10.
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Die Rollenachse 28 der sensitiven Einrichtung 14 liegt dabei quer zu der sensitiven Seite 17, das heißt zu dem Gehäusedeckel 19. Insbesondere ist die Rollenachse 28 senkrecht zu der sensitiven Seite 17 orientiert.
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(Die Spulenvorrichtung 86 kann auch zwei aufgerollte Träger umfassen, nämlich die aufgerollten Träger 84, 84'. Es können auch mehr als zwei aufgerollte Träger vorhanden sein.)
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Bei einer in 5 in einer schematischen Darstellung angedeuteten Spulenvorrichtung 98 sind zwei aufgerollte Träger 100a, 100b mit jeweils zwei Windungen vorgesehen, welche eine zusammenfallende Rollenachse 28 aufweisen.
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An den jeweiligen Trägern 100a, 100b sind Leiterbahnen 102 wie oben beschrieben hergestellt. Die Führung der Leiterbahnen 102 an dem jeweiligen Träger ist dabei angepasst an die Anwendung.
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Es ist auch möglich, dass mehr als zwei aufgerollte Träger für eine Spulenvorrichtung verwendet werden.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Trägers 104, welcher in 6 vor dem Aufrollen gezeigt ist, ist eine Leiterbahn 106 (welche der ersten Leiterbahn 30a bei dem Träger 26 entspricht) vorgesehen, welche in einem ersten Bereich 108 und in einem zweiten Bereich 110 jeweils mäanderförmig ist. Der erste Bereich 108 bildet dabei eine erste Spule 112, wenn der Träger 104 aufgerollt ist. Der zweite Bereich 110 bildet eine zweite Spule 114, wenn der Träger 104 aufgerollt ist.
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Die erste Spule 112 und die zweite Spule 114 weisen dadurch jeweils Abschnitte auf, welche dann bezogen auf eine Rollenachse 28 alternierende Höhen aufweisen.
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Insbesondere weist die erste Spule 112 einen ersten Abschnitt 116a, einen zweiten Abschnitt 116b, einen dritten Abschnitt 116c und einen vierten Abschnitt 116d auf. Die Abschnitte 116a und 116c liegen bezogen auf die Rollenachse 28 auf der gleichen Höhe. Der zweite Abschnitt 116b und der vierte Abschnitt 116d liegen bezogen auf die Rollenachse auf der gleichen Höhe, wobei diese Höhe anders ist als diejenige Höhe (axiale Höhe) für den ersten Abschnitt 116a und den dritten Abschnitt 116c.
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Die Abschnitte 116a, 116b, 116c, 116d sind bezogen auf ihre Höhe zur Rollenachse 28 alternierend angeordnet. Sie sind insbesondere periodisch alternierend angeordnet und weisen dabei eine gleiche Länge auf.
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Die zweite Spule 114 weist entsprechend ebenfalls diese Abschnitte auf mit alternierender Höhe zu der Rollenachse 28.
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Es kann dabei vorgesehen sein, dass Abschnitte der ersten Spule 112 und der zweiten Spule 114, welche auf einer gleichen Linie 118, welche parallel zu der Rollenachse 28 ist, liegen, einander zugewandt sind und symmetrisch zu einer Spiegellinie ausgebildet sind.
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Insbesondere kann es dabei vorgesehen sein, dass ein Abschnitt von Abschnitten der ersten Spule 112 und der zweiten Spule 114, welche korrespondieren, das heißt auf der gleichen Linie 118 liegen, alterniert und insbesondere periodisch in einer Richtung 120 variiert. Die Richtung 120 ist dabei insbesondere auch eine Aufrollrichtung bezogen auf die Rollenachse 28.
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Durch eine solche mäanderförmige Anordnung der Leiterbahn 106 lassen sich parasitäre Kapazitäten zwischen den Spulen 112 und 114 minimieren.
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Es kann dabei vorgesehen sein, dass insbesondere an einer gegenüberliegenden Seite zu der Seite, an welcher die Leiterbahn 102 angeordnet ist, eine weitere Leiterbahn 122 positioniert ist.
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Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine erste Anschlussfahne 124 vorgesehen. Diese ist mit dem Träger 104 verbunden und insbesondere einstückig verbunden und Teil des Trägers 104. An dieser Anschlussfahne 124 sitzen ein erster Anschluss 126 und ein zweiter Anschluss 128 der Leiterbahn 102. Ferner sitzt an ihr ein zweiter Anschluss 130 der weiteren Leiterbahn 122.
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Beabstandet zu der ersten Anschlussfahne 124 ist an dem Träger 104 eine zweite Anschlussfahne 132 angeordnet und insbesondere einstückig gebildet. An dieser zweiten Anschlussfahne 132 sitzt ein erster Anschluss 134 der weiteren Leiterbahn 122.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Trägers 136 mit Leiterbahn 138 (7) weist diese Leiterbahn 138 einen ersten Bereich 140 und einen zweiten Bereich 142 auf. Der erste Bereich 140 und der zweite Bereich 142 bilden jeweils nach dem Aufrollen eine Spule.
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In dem ersten Bereich 140 und dem zweiten Bereich 142 ist die Leiterbahn (abschnittsweise) wellenförmig ausgestaltet und weist beispielsweise einen sinusförmigen Verlauf auf. Insbesondere ist eine periodische Alternierung in dem ersten Bereich 140 und dem zweiten Bereich 142 vorgesehen. Es sind so unterschiedliche Abschnitte 144 sowohl an dem ersten Bereich 140 als auch an dem zweiten Bereich 142 gebildet.
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Es lassen sich so auch parasitäre Kapazitäten minimieren.
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Ansonsten ist der Träger 136 so aufgebaut wie oben anhand des Trägers 104 beschrieben.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine erfindungsgemäße Spulenvorrichtung 146 (8), welche eine Mehrzahl von Trägern aufweist, auch eine Mehrzahl von Spulensystemen aufweist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Spulenvorrichtung 146 ein erstes Spulensystem 148 und ein zweites Spulensystem 150. Das erste Spulensystem 148 ist über einen Träger 152 mit entsprechenden Leiterbahnen 154 gebildet. Das zweite Spulensystem 150 ist ebenfalls aus einem Träger mit Leiterbahnen gebildet.
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Beispielsweise umgibt das zweite Spulensystem 150 das erste Spulensystem 148. In dem zweiten Spulensystem 150 sind die entsprechenden Leiterbahnen miteinander verschaltet. Ferner sind in dem ersten Spulensystem 148 die entsprechenden Leiterbahnen miteinander verschaltet, sodass sich die getrennten Spulensysteme 148 und 150 ergeben.
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Die Leiterbahnen an einem Träger können je nach Anwendung auf unterschiedliche Weise ausgestaltet und geführt werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel (9) ist eine erste Leiterbahn 156 vorgesehen, welche einen ersten Bereich 158 und einen zweiten Bereich 160 aufweist. In dem ersten Bereich 158 und in dem zweiten Bereich 160 ist der jeweilige Leiterbahnabschnitt geradlinig. Der erste Bereich 158 und der zweite Bereich 160 sind in einem spitzen Winkel zueinander orientiert.
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Es ist beispielsweise auch möglich (10), dass an einem Träger an einer Seite eine Mehrzahl von Leiterbahnen 162, 164 angeordnet sind. Ein Anschluss für eine Mittenanzapfung erfolgt über eine Durchführung 163.
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An einem Träger können beispielsweise auch Leiterbahnen 166, 168 angeordnet sein (11), welche bezogen auf eine Achse quer zur Rollenachse 28 nebeneinander liegen. Sie können dabei unmittelbar (mit kleinem Abstand) nebeneinander liegen, wie in 11 gezeigt, oder es kann ein großer Abstand, welcher insbesondere größer ist als eine entsprechende Ausdehnung einer Leiterbahn 166, 168 zwischen Ihnen liegen (12).
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Es ist beispielsweise auch möglich, dass an einer Spulenvorrichtung Träger 170, 172 mit Leiterbahnen verwendet werden, welche unterschiedlich ausgestaltet sind (13).
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Oben wurde eine zylindrische Aufrollung des Trägers 26 mit der Rollenachse 28 beschrieben. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass der Träger so aufgerollt wird, dass ein entsprechender Spulenquerschnitt nicht kreisförmig ist, sondern beispielsweise einen ovalen Querschnitt (14) oder einen mindestens näherungsweise rechteckigen Querschnitt (15) aufweist. Ein entsprechender Träger 174 bzw. 176 ist mit einer Rollenachse 178 bzw. 180 aufgerollt, wobei eben der so aufgerollte Träger nicht zylindrisch ist, sondern beispielsweise quaderförmig (14, 15).
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Es kann auch vorgesehen sein, dass der Träger 26 kegelförmig aufgerollt ist.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass Vorläufer 182 auf einem Band 184 hergestellt werden. An dem Band sind dann eine Mehrzahl solcher Vorläufer mit den entsprechenden Leiterbahnen gebildet.
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Aus dem Band 184 werden dann die entsprechenden Träger 186 (mit Leiterbahn) getrennt. Es wird dann entsprechend wieder die Spulenvorrichtung hergestellt.
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Jeder Träger 26 weist eine oder mehrere Leiterbahnen auf. Entsprechend müssen Anschlüsse vorgesehen sein. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 liegen die entsprechenden Anschlüsse 32, 34 an Fahnen 36, 38 und die Anschlüsse 44, 48 an Fahnen 46, 50.
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Bei dem Träger gemäß 6 liegen die Anschlüsse 126, 128, 130 an einer Anschlussfahne 124 und der Anschluss 134 an einer Anschlussfahne 132. Die entsprechenden Anschlussfahnen sind dabei Teil des entsprechenden Trägers und insbesondere einstückig mit diesem verbunden.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (17, 18) sind an einem Träger 188 eine erste Leiterbahn 190 und eine zweite Leiterbahn 192 angeordnet. Ein erster Anschluss 194a und ein zweiter Anschluss 194b der ersten Leiterbahn 190 liegen an einer ersten Anschlussfahne 196.
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An dieser ersten Anschlussfahne 196 liegt ferner ein zweiter Anschluss 198b der zweiten Leiterbahn 192.
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Die erste Leiterbahn 190 und die zweite Leiterbahn 192 sind an der gleichen Seite des Trägers 188 angeordnet.
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Es ist eine zweite Anschlussfahne 200 vorgesehen, an welcher ein erster Anschluss 198a der zweiten Leiterbahn 192 liegt.
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Die zweite Anschlussfahne 200 ist dadurch hergestellt, dass ein Bereich 202 an dem Träger 188 ausgeschnitten wird. Ein Spalt 204 liegt dabei zwischen diesem Bereich 202 und dem Restträger (18). An dem Bereich 202 liegt ein Abschnitt 206 der zweiten Leiterbahn 192.
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Der Bereich 202 ist dabei außerhalb des Spalts 204 weiterhin mit dem Träger 188 verbunden.
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Dieser Bereich 202 wird an einer Knicklinie 208 geknickt. Die Knicklinie 208 kann dabei mit einer durchgehenden oder nicht-durchgehenden Perforierung 210 versehen sein.
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In 18 ist ein Zwischenzustand gezeigt und in 17 ist der Abschnitt mit abgeknicktem Bereich 202 gezeigt, welcher dann wiederum die zweite Anschlussfahne 200 bildet.
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An der zweiten Anschlussfahne 200 liegt dann der Abschnitt 206, welcher nach dem Knicken quer und insbesondere senkrecht zu dem Abschnitt 206 vor dem Knicken (gemäß 18) verläuft.
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Es liegt dann eine Ausnehmung 210 an dem Träger 188 vor.
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Über die Anschlussfahnen 196, 200 ist eine elektrische Kontaktierung möglich.
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Die zweite Anschlussfahne 200 ist einstückig mit dem Träger 188 verbunden.
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Es ist beispielsweise auch möglich (19), dass an die zweite Leiterbahn 192 an einem Anschluss 212 (19) ein Leitelement 214 fixiert ist. Das Leitelement 214 ist elektrisch leitend und ist beispielsweise durch leitendes Kleben, Schweißen oder Löten mit dem Anschluss 212 kontaktiert. Dieser Anschluss 212 ist dabei ein erster Anschluss bezogen auf den zweiten Anschluss 198b. (Es werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente wie bei der Anordnung gemäß den 17, 18 verwendet.)
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An dem Leitelement 214 ist insbesondere eine Hülle 216 aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet.
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Das Leitelement 214 wiederum bildet einen Anschluss 218, an dem eine elektrische Kontaktierung der entsprechenden Leiterbahnanordnung möglich ist.
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Wenn der Träger 211 gerollt wird, dann ist die elektrische Kontaktierung über den Anschluss 218 möglich; die erste Leiterbahn 190 und die zweite Leiterbahn 192 sind bei der Anordnung gemäß 19 auf der gleichen Seite des Trägers 211 angeordnet. Durch die elektrisch isolierende Hülle 216 erfolgt kein elektrischer Kontakt zwischen den Leiterbahnen 190 und 192.
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Bei einer weiteren Ausführungsform (20) ist an dem Anschluss 212 ein Wickelkörper 220 angeordnet, welcher elektrisch mit diesem Anschluss 212 verbunden ist. Die elektrische Kontaktierung ist beispielsweise durch Löten, Schweißen oder elektrisch leitendes Kleben hergestellt.
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Der Wickelkörper weist eine oder mehrere Anschlussleitungen auf.
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An ihm ist eine entsprechende Leitung 221 angeordnet.
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Er weist einen elektrischen Isolator 222 auf, um ein Aufrollen zu ermöglichen.
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Der Wickelkörper 220 bildet eine Art von Anschlussfahne 224.
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Es ist beispielsweise auch möglich (21), dass an einem Träger 226 eine Mehrzahl von Leiterbahnen 228a, 228b, 228c, 228d angeordnet sind. Eine elektrische Verbindung zwischen diesen Leiterbahnen wie beispielsweise der Leiterbahn 228a und der Leiterbahn 228d (in 21 ist diese Verbindung mit dem Bezugszeichen 230 angedeutet) liegt dabei außerhalb des Trägers 226.
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Entsprechend liegt eine elektrische Verbindung 232 zwischen den Leiterbahnen 228b und 228c außerhalb des Trägers 226.
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Ein weiteres Beispiel für eine solche Verbindung außerhalb eines Trägers ist bei 22, 23 gezeigt.
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Ein Träger 234 weist Leiterbahnen 236, 238 auf.
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Bei aufgerolltem Träger 234 (23) sind dann entsprechende Anschlüsse der Leiterbahnen 236, 238 entsprechende elektrische Verbindungen kontaktiert beispielsweise durch Löten, Schweißen oder elektrisch leitendes Kleben.
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Es kann auch, wie in 24 angedeutet, eine elektrische Kontaktierung für unterschiedliche Leiterbahnen auf unterschiedlichen Seiten einer Anschlussfahne 240 vorgesehen sein. Die Anordnung der Anschlüsse bei der Ausführungsform eines Trägers gemäß 24 entspricht grundsätzlich der Anordnung der Anschlüsse bei der Ausführungsform gemäß 6, wobei für gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
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Bei der Anschlussfahne 240 liegen die Anschlüsse 126, 128 auf der einen Seite und der Anschluss 130 liegt auf der anderen Seite dieser Anschlussfahne 240.
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Es kann vorgesehen sein, dass in einen Träger 242 (25) neben Leiterbahnen 244, 246, welche zur Bildung von Spulen dienen, auch eine kapazitive Abschirmungseinrichtung 248 über eine entsprechende Leiterbahn 250 integriert ist.
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Die Leiterbahn 250 weist beispielsweise einen mäanderartigen Verlauf auf.
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Es kann beispielsweise an eine Leiterbahn 253 auch eine Art elektrische Abschirmeinrichtung 252 elektrisch angeschlossen sein.
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Bei einer Ausführungsform ist in einen Träger 254 (27) eine Wirbelstromschirmungseinrichtung 256 integriert. Diese Wirbelstromschirmungseinrichtung 256 umfasst beispielsweise eine Mehrzahl von Metallflächen 258, welche an dem Träger 254 angeordnet sind.
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An dem Träger 254 ist ferner mindestens eine Leiterbahn 260 zur Ausbildung einer Spule angeordnet.
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Es ist ferner möglich, dass an einem Träger 262 zusätzlich zu Leiterbahnen 264, 266 eine Flussleitereinrichtung 268 zum gezielten Leiten eines magnetischen Flusses integriert ist. Diese Flussleitereinrichtung 268 umfasst beispielsweise beabstandete Felder 270 aus Metallglas-Folie oder aus Mu-Metall.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass auf einem Träger 26 mindestens eine Leiterbahn 30 durch Bedrucken bzw. Metallisierung hergestellt wird. Der Träger 26 ist biegeflexibel ausgebildet und ist beispielsweise eine Folie.
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Der Träger 26 wird dann nach der Herstellung gerollt mit einer Rollenachse 28. Es entsteht dadurch ein beispielsweise zylindrisches Objekt. Es werden dadurch mehrere Spulen mit einer Windungsachse koaxial zur Rollenachse 28 hergestellt.
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Ein aufgerollter Träger 26 ist vorzugsweise mehrfach gewickelt. Er weist dann eine Mehrzahl von Trägerwindungen auf.
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Es ist grundsätzlich auch möglich, dass eine Mehrzahl aufgerollter Träger 26 radial zueinander positioniert werden (mit jeweils koaxialer Rollenachse), um eine Spulenvorrichtung mit einem oder mehreren Spulensystemen herzustellen.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden Leiterbahnen gewissermaßen radial gestapelt. Es kann eine hohe Windungszahl erreicht werden. Die Wicklungsanordnung lässt sich gemäß den Anforderungen, die aus der Geometrie des gewünschten magnetischen Feldes resultieren, optimiert dimensionieren. Die für die Leistungsfähigkeit der Spulenvorrichtung maßgeblichen axialen Abstände zwischen einzelnen Spulenlagen lassen sich stabil mit hoher Reproduzierbarkeit erreichen.
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Es lässt sich eine Spulenvorrichtung mit einer Spulenanordnung erreichen, bei der die entsprechenden Leiterbahnen in axialer Richtung nebeneinander auf derselben Fläche positionierbar sind. Die Stapelung erfolgt radial.
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Da für die axiale Position eine hohe Präzision erreichbar ist, lässt sich auch eine hohe Leistungsfähigkeit und insbesondere ein hoher Schaltabstand erreichen. Weiterhin lässt sich das Spulensystem mit minimalen Ausdehnungen in radialer Richtung realisieren, sodass eine optimierte Platzierung von Spulen innerhalb eines Spulensystems möglich ist.
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Es lässt sich ein hoher Kupferfüllfaktor für ein entsprechendes Raumgebiet erreichen. Dadurch lässt sich eine größere Signaländerung bzw. eine höhere Spulengüte erreichen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung von Leiterbahnen erlaubt eine Optimierung bezüglich Skin-Verlusten und Proximity-Verlusten des Spulensystems.
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Es lassen sich parasitäre Wicklungskapazitäten erheblich reduzieren, wenn beispielsweise eine mäanderförmige oder wellenförmige Anordnung oder Führung von Leiterbahnabschnitten vorgesehen ist. Es lässt sich dadurch eine radiale und auch eine axiale Versetzung erreichen.
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Es lassen sich ferner flächige, metallische Abschirmungen gegen elektrostatische Einflüsse auf einfache und kostengünstige Weise in den Spulenaufbau integrieren.
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Die Spulenvorrichtung 16 mit den Spulen 76, 78, 80, wobei die erste Spule 76 und die zweite Spule 78 in Reihe geschaltet sind und einen gegenseitigen Stromverlauf aufweisen, und wobei die dritte Spule 80 zwischen der ersten Spule 76 und der zweiten Spule 78 angeordnet ist, bildet ein Feldgeometriemessgerät bzw. Feldgradientenmessgerät. Im Betrieb der Spulenvorrichtung 16 ist ein Magnetfeld B (in 1 ist dessen Richtung mit dem Bezugszeichen 272 angedeutet) parallel zu dem aufgerollten Träger 26, das heißt parallel beispielsweise zu dessen äußerer Oberfläche. Es ist dabei auch parallel zu der Rollenachse 28.
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Die Spulenvorrichtung weist über den aufgerollten Träger 26 eine Apertur 274 auf. Diese Apertur 274 liegt um die Rollenachse 28. Diese Apertur 274 ist leiterbahnenfrei und dadurch metallfrei.
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Es ergibt sich dadurch ein verringertes Gegenfeld.
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Für die Spulenvorrichtung 16 ergibt sich eine hohe axiale Präzision. Es ergibt sich eine große Freiheit bezüglich der Anordnung und der Optimierung eines Feldintegrals. Es lässt sich eine kapazitive Kopplung von Lagen untereinander minimieren (insbesondere durch Spulenversatz). Es ergibt sich ein Messgerät bezüglich Feldgeometrien bzw. Feldgradienten, welches unabhängig ist von Spulenverlusten der einzelnen Spulen 76, 80, 78.
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Es lässt sich im Betrieb eine Gradientenmessung durchführen, welche über eine hochohmige Spannungsmessung an den Spulen 76, 78, 80 erreichbar ist. Es ergibt sich dadurch eine leistungslose Messung.
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Grundsätzlich wird bei der erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung 16 über die Flussdichte integriert und eine Differenz bezogen auf die erste Spule 76 und die zweite Spule 78 über die dritte Spule 78 ausgewertet. Temperaturgradienten spielen keine Rolle bezüglich der Messung.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Induktiver Näherungssensor
- 12
- Gehäuse
- 14
- Sensitive Einrichtung
- 16
- Spulenvorrichtung
- 17
- Sensitive Seite
- 18
- Target
- 19
- Gehäusedeckel
- 20
- Auswertungseinrichtung
- 21
- Abstandsrichtung
- 22
- Front-End
- 24
- Back-End
- 26
- Träger
- 28
- Rollenachse
- 30
- Leiterbahn
- 30a
- Erste Leiterbahn
- 30b
- Zweite Leiterbahn
- 32
- Erster Anschluss
- 34
- Zweiter Anschluss
- 36
- Erste Fahne
- 38
- Zweite Fahne
- 40
- Erste Seite
- 42
- Zweite Seite
- 44
- Erster Anschluss
- 46
- Dritte Fahne
- 48
- Zweiter Anschluss
- 50
- Vierte Fahne
- 52
- Isolierungsschicht
- 54
- Isolierungsschicht
- 56
- Erste Erstreckungsachse
- 58
- Zweite Erstreckungsachse
- 60a
- Erster Abschnitt
- 60b
- Zweiter Abschnitt
- 60c
- Dritter Abschnitt
- 60d
- Vierter Abschnitt
- 60e
- Fünfter Abschnitt
- 62
- Rand
- 64
- Rand
- 66
- Rand
- 68
- Rand
- 70a
- Erster Abschnitt
- 70b
- Zweiter Abschnitt
- 70c
- Dritter Abschnitt
- 72
- Zylindrisches Gebilde
- 74
- Zylinderachse
- 76
- Erste Spule
- 78
- Zweite Spule
- 80
- Dritte Spule
- 82
- Windungsachse
- 84
- Aufgerollter Träger
- 84'
- Aufgerollter Träger
- 86
- Spulenvorrichtung
- 88
- Radiale Richtung
- 90
- Innenraum
- 92
- Gehäuse
- 94
- Gehäusemantel
- 96
- Gehäusedeckel
- 98
- Spulenvorrichtung
- 100a
- Aufgerollter Träger
- 100b
- Aufgerollter Träger
- 102
- Leiterbahn
- 104
- Träger
- 106
- Leiterbahn
- 108
- Erster Bereich
- 110
- Zweiter Bereich
- 112
- Erste Spulenvorrichtung
- 114
- Zweite Spulenvorrichtung
- 116a
- Erster Abschnitt
- 116b
- Zweiter Abschnitt
- 116c
- Dritter Abschnitt
- 116d
- Vierter Abschnitt
- 118
- Linie
- 120
- Richtung
- 122
- Weitere Leiterbahn
- 124
- Erste Anschlussfahne
- 126
- Erster Anschluss
- 128
- Zweiter Anschluss
- 130
- Erster Anschluss
- 132
- Zweite Anschlussfahne
- 134
- Zweiter Anschluss
- 136
- Träger
- 138
- Leiterbahn
- 140
- Erster Bereich
- 142
- Zweiter Bereich
- 144
- Abschnitt
- 146
- Spulenvorrichtung
- 148
- Erstes Spulensystem
- 150
- Zweites Spulensystem
- 152
- Träger
- 154
- Leiterbahn
- 156
- Leiterbahn
- 158
- Erster Bereich
- 160
- Zweiter Bereich
- 162
- Leiterbahn
- 163
- Durchkontaktierung
- 164
- Leiterbahn
- 166
- Leiterbahn
- 168
- Leiterbahn
- 170
- Träger
- 172
- Träger
- 174
- Träger mit Leiterbahnen
- 176
- Träger mit Leiterbahnen
- 178
- Rollenachse
- 180
- Rollenachse
- 182a, b, c, d
- Vorläufer
- 184
- Band
- 186
- Träger
- 188
- Träger
- 190
- Erste Leiterbahn
- 192
- Zweite Leiterbahn
- 194a
- Erster Anschluss
- 194b
- Zweiter Anschluss
- 196
- Erste Anschlussfahne
- 198a
- Erster Anschluss
- 198b
- Zweiter Anschluss
- 200
- Zweite Anschlussfahne
- 202
- Bereich
- 204
- Spalt
- 206
- Abschnitt
- 208
- Knicklinie
- 210
- Ausnehmung
- 211
- Träger
- 212
- Anschluss
- 214
- Leitelement
- 216
- Hülle
- 218
- Anschluss
- 220
- Wirbelkörper
- 221
- Leitung
- 222
- Elektrischer Isolator
- 224
- Anschlussfahne
- 226
- Träger
- 228a
- Leiterbahn
- 228b
- Leiterbahn
- 228c
- Leiterbahn
- 230
- Verbindung
- 232
- Verbindung
- 234
- Träger
- 236
- Leiterbahn
- 238
- Leiterbahn
- 240
- Anschlussfahne
- 242
- Träger
- 244
- Leiterbahn
- 246
- Leiterbahn
- 248
- Kapazitive Abschirmungseinrichtung
- 250
- Leiterbahn
- 252
- Elektrische Abschirmeinrichtung
- 253
- Leiterbahn
- 254
- Träger
- 256
- Wirbelstromschirmungseinrichtung
- 258
- Metallfläche
- 260
- Leiterbahn
- 261
- Leiterbahn
- 262
- Träger
- 264
- Leiterbahn
- 266
- Leiterbahn
- 268
- Flussleitereinrichtung
- 270
- Fläche
- 272
- Magnetfeld
- 274
- Apertur
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
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