DE102020114014B4 - Positionssensor, Zentralausrücker und Kupplungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Positionssensor (1) zur Erfassung einer Position eines elektrisch leitfähigen Targets (10), arbeitend nach dem Induktionsprinzip, umfassend zumindest eine Senderspule (2), zumindest eine erste Empfängerspule (3) und eine zweite Empfängerspule (4) sowie eine Steuereinrichtung (5), wobei die zumindest eine Senderspule (2) sowie die erste Empfängerspule (3) und die zweite Empfängerspule (4) derart eingerichtet und angeordnet sind, dass über die Steuereinrichtung (5) mittels der Senderspule (2) eine Wechselspannung in die erste Empfängerspule (3) und in die zweite Empfängerspule (4) induzierbar ist, undwobei die Senderspule (2) sowie die erste Empfängerspule (3) und die zweite Empfängerspule (4) jeweils als eine sich in einer Ebene erstreckende Leiterbahnstruktur in einer gemeinsamen Leiterplatte (6) angeordnet sind, wobei die Senderspule (2) die erste Empfängerspule (3) und die zweite Empfängerspule (4) umfänglich umgibt,wobeidie erste Empfängerspule (3) und die zweite Empfängerspule (4) eine Leiterbahnstruktur aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass einzelne in Reihe geschaltete Empfängerspulenwindungen (300; 400) jeder Empfängerspule (3; 4) ineinander verschachtelt angeordnet ausgebildet sind und wobei die erste Empfängerspule (3) und die zweite Empfängerspule (4) jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete Empfängerspulenwindungen (300; 400) umfassendadurch gekennzeichnet, dassdie Empfängerspulenwindungen (300) der ersten Empfängerspule (3) und die Empfängerspulenwindungen (400) der zweiten Empfängerspule (4) derart auf der Leiterplatte (6) angeordnet sind, dass die Spulenteile (30; 40) derart angeordnet und deren Empfängerspulenwindungen (300; 400) in axialer Richtung derart zueinander beabstandet sind, dass einzelne Positionen erzeugbar sind, die betrachtet über die Bewegungsrichtung in Analogie zu einer idealen Sinus- oder Cosinusform positioniert sind und dass die Position der Empfängerspulenwindungen (300) der ersten Empfängerspule (3) nach folgender Formel bestimmbar ist:Position [°] = arcsin (nn/(ngesamt+ 1)), und dassdie Position der Empfängerspulenwindungen (400) der zweiten Empfängerspule (4) nach folgender Formel bestimmbar ist:Position [°] = arcsin (nn/(ngesamt+ 1)) - 90°,wobeiPosition [°] - der Position der Empfängerspulenwindung (300, 400) entspricht, nn- der Nummer der Empfängerspulenwindung (300, 400) entspricht, und ngesamt- der Anzahl der Empfängerspulenwindungen (300, 400) der jeweiligen Empfängerspule (3, 4) entspricht.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Positionssensor zur Erfassung einer Position eines elektrisch leitfähigen Targets, umfassend zumindest eine Senderspule, zumindest eine erste Empfängerspule und eine zweite Empfängerspule sowie eine Steuereinrichtung. Die zumindest eine Senderspule sowie die erste Empfängerspule und die zweite Empfängerspule sind derart eingerichtet und angeordnet, dass über die Steuereinrichtung mittels der Senderspule eine Wechselspannung in die erste Empfängerspule und in die zweite Empfängerspule induzierbar ist. Die Senderspule sowie die erste Empfängerspule und die zweite Empfängerspule sind jeweils als sich in einer Ebene erstreckende Leiterbahnstruktur in einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet, wobei die Senderspule die erste Empfängerspule und die zweite Empfängerspule umfänglich umgibt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Zentralausrücker für eine hydraulisch betätigte Kupplungseinrichtung mit einem derartigen Positionssensor sowie eine hydraulisch betätigbare Kupplungseinrichtung.
• Induktive Sensoren werden zur linearen als auch zur rotativen Positionserfassung eingesetzt. Die Sensoren besitzen eine Oszillatorschaltung, welche durch eine Sendespule eine Wechselspannung in mindestens zwei Empfängerspulen induziert.
• Aus der US 2002 / 0 043 972 A1 ist bereits ein induktiv arbeitender Positionssensor zur Erfassung eines linear bewegten metallischen Targets bekannt. Der Positionssensor umfasst eine Leiterplatte mit einer Mehrzahl von auf einer Leiterplatte angeordneten Empfängerspulen sowie einer umfänglich um die Empfängerspulen herum angeordneten Erreger- bzw. Senderspule, wobei die Senderspule über eine Steuereinrichtung mit einem Wechselspannungssignal beaufschlagt wird, so dass im Falle einer Bewegung eines metallischen Targets in einem geringen Abstand parallel zu der auf der Leiterplatte angeordneten Spulenanordnung Differenzspannungssignale an den Empfängerspulen erzeugt werden. Diese Differenzspannungssignale werden in der Steuereinrichtung ausgewertet und ein entsprechendes Positionssignal des Targets ermittelt.
• In der US 2014 / 0 225 600 A1 induktiver Positionssensor zur Erfassung einer linearen Bewegung eines metallischen Targets beschrieben. Hier sind die Empfängerspulen in der Draufsicht gesehen sechseckig ausgebildet und bereichsweise überlappend auf einer Leiterplatte angeordnet.
• Die US 2016 / 0 349 084 A1 beschreibt ein Auswerteverfahren zur Auswertung von mittels einem induktiven Positionssensor an den Empfängerspulen erzeugten Spannungssignalen für die Ermittlung eines Wegsignals eines über den Positionssensor bewegten metallischen Targets.
• Aus der US 2006 / 0 208 725 A1 ist ein Positionssensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Weiterer Stand der Technik ist in der US 10 175 125 B1 sowie der DE 10 2012 207 778 A1 bekannt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Positionssensor für eine induktive Positionsmessung bereitzustellen, der im Hinblick auf seine Messsignale, insbesondere im Hinblick auf die an den Empfängerspulen abzugreifenden Klemmspannungen, verbessert ist. Ziel ist es höhere Klemmspannungen erzeugen zu können, um den Abstand zwischen Positionssensor und metallischem Target vergrößern zu können. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen entsprechend ausgebildeten Zentralausrücker für eine hydraulisch betätigbare Kupplungseinrichtung sowie eine entsprechende Kupplungseinrichtung bereitzustellen.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Positionssensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Zentralausrücker mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 sowie eine Kupplungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
• Ein erfindungsgemäßer induktiver Positionssensor zur Erfassung einer Position eines elektrisch leitfähigen Targets, umfasst zumindest eine Senderspule, zumindest eine erste Empfängerspule und eine zweite Empfängerspule sowie eine Steuereinrichtung, wobei die zumindest eine Senderspule sowie die erste Empfängerspule und die zweite Empfängerspule derart eingerichtet und angeordnet sind, dass über die Steuereinrichtung mittels der Senderspule eine Wechselspannung in die erste Empfängerspule und in die zweite Empfängerspule induzierbar ist. Die Senderspule sowie die erste Empfängerspule und die zweite Empfängerspule sind dabei jeweils als eine sich in einer Ebene erstreckende Leiterbahnstruktur in einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet, wobei die Senderspule die erste Empfängerspule und die zweite Empfängerspule umfänglich umgibt. Die erste Empfängerspule und die zweite Empfängerspule weisen eine Leiterbahnstruktur auf, die derart ausgebildet ist, dass einzelne in Reihe geschaltete Empfängerspulenwindungen jeder Empfängerspule, insbesondere kreuzungsfrei, ineinander verschachtelt angeordnet und ausgebildet sind.
• Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Klemmspannung der Empfängerspulen, im Vergleich zu herkömmlichen sinus- oder cosinusförmig in der Leiterplatte verlaufenden Empfängerspulen, erhöht ist und der Abstand zwischen Positionssensor und dem vom Positionssensor zu erfassenden Target vergrößert werden kann, ohne das Qualitätseinbußen beim Messergebnis hingenommen werden müssen.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden. Durch die in sich verschachtelte, kreuzungsfreie Anordnung mehrerer in Reihe geschalteter Empfängerspulenwindungen kann die Spulenfläche innerhalb des Positionssensors vergrößert werden.
• Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Empfängerspule und die zweite Empfängerspule jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete Empfängerspulenwindungen umfassen. Mit Vorteil umfasst jede Empfängerspule oder jeder Empfängerspulenteil mindestens vier bis sechs - besonders bevorzugt genau fünf - in sich verschachtelte Empfängerspulenwindungen. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass durch diese Mehrzahl von Empfängerspulenwindungen ein Sinus- oder Cosinussignal mit ausreichender Genauigkeit nachgebildet werden kann - Störsignale oder Verzerrungen durch Leitungskreuzungen entfallen.
• Es ist gemäß der Erfindung auch vorgesehen, dass die Empfängerspulenwindungen der ersten Empfängerspule und die Empfängerspulenwindungen der zweiten Empfängerspule derart auf der Leiterplatte angeordnet sind, dass Spulenteile der ersten bzw. zweiten Empfängerspule derart angeordnet und deren Empfängerspulenwindungen in axialer Richtung derart zueinander beabstandet sind, dass einzelne (Mess-)Positionen erzeugbar sind, die betrachtet über die Bewegungsrichtung in Analogie zu einer idealen Sinus- oder Cosinusform positioniert sind.
• Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass durch diese Beabstandung ein Sinus- oder Cosinussignal genauer nachgebildet werden kann.
• Des Weiteren ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Position der Empfängerspulenwindungen der ersten Empfängerspule und die Position der Empfängerspulenwindungen der zweiten Empfängerspule, nach nachstehender Formel bestimmbar, vorgesehen ist:
• Sinus / erste Empfängerspule: $$\text{Position }[°]=\text{arcsin }\left({\text{n}}_{\text{n}}/\left({\text{n}}_{\text{gesamt}}+1\right)\right)$$

  
• Cosinus / zweite Empfängerspule: $$\text{Position }[°]=\text{arcsin }\left({\text{n}}_{\text{n}}/\left({\text{n}}_{\text{gesamt}}+1\right)\right)-90°$$

  

  wobei Position [°] - der Position der Empfängerspulenwindung, entspricht, n_n - der Nummer der Empfängerspulenwindung, entspricht, und n_gesamt- der Anzahl der Empfängerspulenwindungen, der jeweiligen Empfängerspule, entspricht. Mit dieser konstruktiv einfach auszugestaltenden Art der Anordnung der Empfängerspulen und deren in-sich verschachtelten und kreuzungsfrei angeordneten Empfängerspulenwindungen ist eine skalierbare und einfache Konstruktion für einen messsignaltechnisch verbesserten Positionssensor gefunden worden.
• Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die erste Empfängerspule derart ausgebildet und positioniert ist, dass durch ihre Messpunkte (die durch die quer zur Bewegungsrichtung des Targets verlaufenden Windungsabschnitte bestimmt sind) in Bewegungsrichtung zumindest in Annäherung eine Sinusform abgebildet wird, und dass die zweite Empfängerspule derart ausgebildet und positioniert ist, dass durch ihre Messpunkte in Bewegungsrichtung zumindest in Annäherung eine Cosinusform abgebildet wird.
• Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass durch die Ausführungsform mithilfe der Arkustangensfunktion des Quotienten beider Empfängerspulenspannungen, die Position einfach ermittelt werden kann.
• Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Leiterplatte eine Mehrzahl von Layern aufweist, wobei die erste Empfängerspule und die zweite Empfängerspule in unterschiedlichen Layern ausgebildet sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass keine Verzerrungen des Messergebnisses durch sich kreuzende Empfängespulenleitungen entstehen.
• In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der Spulenanfang und das Spulenende der ersten Empfängerspule und das der Spulenanfang und das Spulenende der zweiten Empfängerspule in einem separaten Layer angeordnet sind welcher verschieden zu den Layern der Empfängerspulenwindungen ist. Durch diese Ausgestaltung ist ein weiterer Beitrag geschaffen, den Positionssensor mit möglichst wenig Leitungskreuzungen auszugestalten.
• Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Empfängerspulenwindungen von erster und zweiter Empfängerspule in einer Draufsicht gesehen eine rechteckige oder eine quadratische Form aufweisen.
• Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt, ist, dass eine gute Nutzung des vorhandenen Bauraums gegeben ist, sodass eine maximale Signalqualität der Empfängerspulen erreicht wird und das System durch eine breite Empfangsstruktur eine geringere Toleranzsensibilität aufweist.
• Besonders bevorzugt ist der erfindungsgemäße Positionssensor als induktiver Linearwegsensor ausgebildet.
• Darüber hinaus wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch einen Zentralausrücker für eine hydraulisch zu betätigende Kupplungseinrichtung sowie eine Kupplungseinrichtung mit einem derartigen Zentralausrücker, wobei zur Erfassung der axialen Position eines Zentralausrückerkolbens ein erfindungsgemäßer Positionssensor, wie er vorstehend beschrieben wurde, vorgesehen ist.
• Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Der Erfindungsgedanke wird vorstehend am Beispiel eines Linearwegsensors erläutert. Der Grundgedanke der Erfindung ist jedoch ebenfalls auf einen Rotationssensor übertragbar, wobei eine solche Ausgestaltung nachfolgend nicht gezeigt und beschrieben ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können.
• Es zeigen:
• 1 den Aufbau eines induktiven Positionssensors gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung,
• 2 den Aufbau eines induktiven Positionssensors gemäß der Erfindung, in einer möglichen Ausführungsform in schematischer Darstellung, wobei in der oberen Darstellung eine mögliche Ausgestaltung einer ersten Empfängerspule in einer ersten Layerschicht einer Leiterplatte und wobei in der unteren Darstellung eine mögliche Ausgestaltung einer zweiten Empfängerspule in einer weiteren Layerschicht der Leiterplatte gezeigt sind, und
• 3 den Verlauf einer idealen Sinuswelle und einer idealen Cosinuswelle, wobei einzelne Punkte definiert worden sind, die mit Hilfe der Empfängerspulen ermittelt werden sollen, wobei deren Position sich nach der Formel: Sinus: $$\text{Position }[°]=\text{arcsin }\left({\text{n}}_{\text{n}}/\left({\text{n}}_{\text{gesamt}}+1\right)\right)$$
  
  Cosinus: $$\text{Position }[°]=\text{arcsin }\left({\text{n}}_{\text{n}}/\left({\text{n}}_{\text{gesamt}}+1\right)\right)-90°$$
  
  ermitteln lässt, wobei n_n - der Nummer der Empfängerspulenwindung, entspricht, und n_gesamt- der Anzahl der Empfängerspulenwindungen.
• 1 zeigt den Aufbau eines induktiven Positionssensors 1 gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung. Der dargestellte Positionssensor 1 ist als induktiver Linearwegsensor ausgebildet und umfasst eine Senderspule 2, eine erste Empfängerspule 3 mit sinusförmiger Anordnung der Empfängerspulenwindung und eine zweite Empfängerspule 4 mit cosinusförmiger Anordnung der Empfängerspulenwindung sowie eine Steuereinrichtung 5.
• Der erfindungsgemäß aufgebaute Positionssensor 1 ist analog zu dem in 1 gezeigten Grundaufbau aufgebaut. Der wesentliche Unterschied besteht im Aufbau der ersten Empfängerspule 3 und der zweiten Empfängerspule 4. Die in 1 gezeigte Steuereinrichtung 5 ist genauso auch beim Positionssensor 1 gemäß der Erfindung vorhanden. Lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Steuereinrichtung 5 in den Darstellungen der 2 nicht gezeigt. Auch ist der Sensoraufbau in 2, der besseren Übersichtlichkeit geschuldet, in separaten Layeransichten gezeigt - anstatt diese übereinanderzulegen.
• Die Steuereinrichtung 5 ist eingerichtet mittels der Senderspule 2 eine Wechselspannung in die erste Empfängerspule 3 und in die zweite Empfängerspule 4 zu induzieren. Über die Steuereinrichtung 5 wird ein hochfrequenter Wechselstrom in die Senderspule 2 eingeprägt (was die Klemmenspannung u1 an den Klemmen der Senderspule 2 zur Folge hat), wodurch wiederum ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird, welches in den Windungen der Empfängerspulen 3, 4 eine Spannung u2, u3 induziert. Für den Fall, dass kein elektrisch leitfähiges Teil bzw. Target 10 das magnetische Wechselfeld des Positionssensors 1 beeinflusst, beträgt die Klemmspannung u2, u3 an den Empfängerspulen 3, 4 null mV. Wird nunmehr in den Bereich des Positionssensors 1 ein elektrisch leitfähiges Target 10 bewegt, werden auf/in dem Target 10 Wirbelströme induziert, die wiederum ein Targetmagnetfeld erzeugen, welches dem Magnetfeld des Positionssensors 1 entgegengerichtet ist. Hierdurch verändert sich die Klemmenspannung u2, u3 der Empfängerspulen 3, 4, was wiederum auf die Position des Targets 10 schließen lässt.
• Die Senderspule 2 sowie die erste Empfängerspule 3 und die zweite Empfängerspule 4 sind jeweils als sich in einer Ebene erstreckende Leiterbahnstruktur in einer gemeinsamen Leiterplatte 6 angeordnet, wobei die Senderspule 2 die erste Empfängerspule 3 und die zweite Empfängerspule 4 umfänglich umgibt.
• 2 zeigt den Aufbau eines induktiven Positionssensors 1 gemäß der Erfindung, in einer möglichen Ausführungsform in schematischer Darstellung. In der oberen Darstellung ist eine mögliche Ausgestaltung einer ersten Empfängerspule 3 in einer ersten Layerschicht einer Leiterplatte 6 dargestellt. In der unteren Darstellung ist eine mögliche Ausgestaltung einer zweiten Empfängerspule 4 in einer weiteren Layerschicht der Leiterplatte 6 gezeigt. Auch die Anschlüsse der Empfängerspulen 3, 4 als auch die Verbindungen der Spulenteile 30, 40 sind bevorzugt in separaten Layerschichten geführt, um unnötige Leitungskreuzungen zu vermeiden.
• Durch die oben gezeigt Spulenanordnung der ersten Empfängerspule 3 wird ein sinusförmiger Verlauf der Spulenwindungen nachgebildet, ohne die Spulenwindungen sinusförmig anzuordnen (wie dies in 2 beispielsweise der Fall ist). In der dargestellten Ausführungsform ist die erste Empfängerspule 3 in zwei axial beabstandete gleichartig aufgebaute Spulenteile 30 aufgeteilt. Jeder Spulenteil 30 umfasst dabei fünf in-sich geschachtelte rechteckig ausgebildete und in Reihe geschaltete Empfängerspulenwindungen 300. Ausgehend von Wicklungsstartpunkt P1 wird in fünf immer größer werdenden Empfängerspulenwindungen 300 (siehe Pfeilrichtung - im Uhrzeigersinn) der erste Spulenteil 30 aufgebaut. Dabei sind die benachbarten Empfängerspulenwindungen 300 von innen nach außen mit einem immer kleiner werdenden Abstand d zueinander beabstandet. Von der äußersten Empfängerspulenwicklung 300 ausgehend, wird in einem Abstand D, beginnend mit einer äußersten Empfängespulenwicklung 300 des zweiten (linken) Spulenteils 30, mit fünf in-sich verschachtelt angeordneten, immer kleiner werdenden rechteckig ausgebildeten und in Reihe geschalteten Empfängerspulenwicklungen 300 (entgegen dem Uhrzeigersinn), die im Punkt P2 enden, der zweite Spulenteil 30 aufgebaut. Dabei sind die benachbarten Empfängerspulenwindungen 300 von außen nach innen mit einem immer größer werdenden Abstand d zueinander beabstandet.
• Durch die unten dargestellte Spulenanordnung der zweiten Empfängerspule 4 wird ein cosinusförmiger Verlauf der Spulenwindungen nachgebildet, ohne die Spulenwindungen sinusförmig anzuordnen (wie dies in 2 beispielsweise der Fall ist). In der dargestellten Ausführungsform ist die zweite Empfängerspule 4 in drei axial beabstandete Spulenteile 40 aufgeteilt, wobei der mittlere Spulenteil 40 analog zu einem der Spulenteile 30 der ersten Empfängerspule 3 (nämlich eine volle Halbwelle abbildend) ausgeführt ist und wobei die beiden rechts und links benachbart dazu angeordneten Spulenteile 40 jeweils eine Hälfte des mittleren Spulenteils 40 (jeweils eine Hälfte einer Halbwelle) abbilden. Jeder Spulenteil 40 umfasst dabei fünf in-sich geschachtelte rechteckig ausgebildete und in Reihe geschaltete Empfängerspulenwindungen 400. Analog zum Spulenaufbau der ersten Empfängerspule 3 wird auch bei der zweiten Empfängerspule 4 ausgehend von einem Wicklungsstartpunkt P3 in fünf immer größer werdenden Empfängerspulenwindungen 400 (siehe Pfeilrichtung - im Uhrzeigersinn) der erste Spulenteil 40 (rechts) aufgebaut. Dabei sind die benachbarten Empfängerspulenwindungen 400 von innen nach außen mit einem immer kleiner werdenden Abstand d zueinander beabstandet. Von der äußersten Empfängerspulenwicklung 400 des ersten Spulenteils 40 ausgehend, wird in einem Abstand D, beginnend mit einer äußersten Empfängerspulenwicklung 400 des zweiten (mittleren) Spulenteils 40, mit fünf in-sich verschachtelt angeordneten, immer kleiner werdenden rechteckig ausgebildeten und in Reihe geschalteten Empfängerspulenwicklungen 400 (entgegen dem Uhrzeigersinn), die im Wicklungszwischenpunkt P4 enden, der zweite Spulenteil 40 aufgebaut. Dabei sind die benachbarten Empfängerspulenwindungen 400 von außen nach innen mit einem immer größer werdenden Abstand d zueinander beabstandet. Der nunmehr in der Mitte der des mittleren Spulenteils 40 auskommende Wicklungszwischenpunkt P4 des zweiten Spulenteils 40 der zweiten Empfängerspule 4 wird nunmehr, um Leitungskreuzungen zu vermeiden, in einer separaten nicht dargestellten Layerschicht der Leiterplatte 6 weiter axial nach links geführt, um an einem definierten Startpunkt, Wicklungszwischenpunkt P5, für den dritten Spulenteil 40 wieder in der Layerschicht der zweiten Empfängerspule 4 weitergeführt zu werden. Von der äußersten Empfängerspulenwicklung 400 des mittleren/zweiten Spulenteils 40 ausgehend, wird in einem Abstand D, beginnend mit einer äußersten Empfängerspulenwicklung 400 des dritten (linken) Spulenteils 40, mit wieder fünf in-sich verschachtelt angeordneten, immer kleiner werdenden rechteckig ausgebildeten und in Reihe geschalteten Empfängerspulenwicklungen 400 (im Uhrzeigersinn), die im Wicklungsendpunkt P6 enden, der dritte Spulenteil 40 aufgebaut. Dabei sind die benachbarten Empfängerspulenwindungen 400 von außen nach innen mit einem immer größer werdenden Abstand d zueinander beabstandet.
• Die Klemmenanschlüsse der Empfängerspule 3, 4 sind nicht explizit dargestellt. Die Wicklungsenden der ersten Empfängerspule 3 als auch die Wicklungsenden der zweiten Empfängerspule 4 können an beliebiger Stelle aus der Leiterplatte 6 herausgeführt werden.
• Sowohl die erste Empfängerspule 3 als auch die zweite Empfängerspule 4 weisen eine Leiterbahnstruktur auf, die derart ausgebildet ist, dass einzelne in Reihe geschaltete Empfängerspulenwindungen 300, 400 jeder Empfängerspule 3, 4 ineinander verschachtelt angeordnet ausgebildet sind. Die erste Empfängerspule 3 und die zweite Empfängerspule 4 umfassen jeweils fünf in Reihe geschaltete Empfängerspulenwindungen 300, 400. Die Empfängerspulenwindungen 300 der ersten Empfängerspule 3 und die Empfängerspulenwindungen 400 der zweiten Empfängerspule 4 sind derart auf der Leiterplatte 6 angeordnet, dass die Spulenteile 30, 40 und deren Empfängerspulenwindungen 300, 400 in axialer Richtung derart zueinander beabstandet sind, dass einzelne Positionen ws_n, wc_n erzeugbar sind, die betrachtet über die Bewegungsrichtung in Analogie zu einer idealen Sinus- oder Cosinusform positioniert sind. Diese einzelnen Positionen sind durch die quer zur Bewegungsrichtung X des Targets 10 verlaufenden Spulenwindungsabschnitte der Spulenteile 30, 40 von erster und zweiter Empfängerspule 3, 4 definiert.
• Die Position ws_n der Empfängerspulenwindungen 300 der ersten Empfängerspule 3 (Sinus) und die Position wc_n der Empfängerspulenwindungen 400 der zweiten Empfängerspule 4 (Cosinus) nach folgender Formel positioniert bzw. beabstandet:
• Sinus/Empfängerspule 3: $$\text{Position }[°]=\text{arcsin }\left({\text{n}}_{\text{n}}/\left({\text{n}}_{\text{gesamt}}+1\right)\right),$$

  
• Cosinus/Empfängerspule 4: $$\text{Position }[°]=\text{arcsin }\left({\text{n}}_{\text{n}}/\left({\text{n}}_{\text{gesamt}}+1\right)\right)-90°$$

  

  wobei jeweils Position [°] - der Position der Empfängerspulenwindung 300, 400 entspricht, n_n - der Nummer der Empfängerspulenwindung 300, 400 entspricht, und n_gesamt (Anzahl der Empfängerspulenwindung) - der Anzahl der Empfängerspulenwindungen 300, 400 der jeweiligen Empfängerspule 3, 4 entspricht.
• Die 2, oben in Verbindung mit 3 zeigt des Weiteren, dass die erste Empfängerspule 3 derart ausgebildet und positioniert ist, dass durch ihre Messpunkte ws_n (ws1, .. , ws20) in Bewegungsrichtung zumindest in Annäherung eine Sinusform abgebildet wird. Die 2, unten in Verbindung mit 3 zeigt, dass die zweite Empfängerspule 4 derart ausgebildet und positioniert ist, dass durch ihre Messpunkte wc_n (wc1, .. , wc20) in Bewegungsrichtung zumindest in Annäherung eine Cosinusform abgebildet wird.
• Die Leiterplatte 6 weist eine Mehrzahl von Layern auf, wobei die erste Empfängerspule 3 und die zweite Empfängerspule 4 in unterschiedlichen Layern ausgebildet sind, was in 2 durch die beiden getrennten Darstellungen der Empfängerspulen 3, 4 veranschaulicht ist. Der Spulenanfang und das Spulenende der ersten Empfängerspule 3 (nicht dargestellt) sowie der Spulenanfang und das Spulenende der zweiten Empfängerspule 4 (nicht dargestellt) sind ebenfalls in einem nicht gezeigten separaten (Anschluss-)Layer angeordnet, welcher verschieden zu den Layern der Empfängerspulen 3, 4 ist.
• Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
• Bezugszeichenliste

1

Positionssensor

2

Sendespule

3

erste Empfängerspule

30

Spulenteil (erste Empfängerspule)

300

Empfängerspulenwindungen (erste Empfängerspule)

4

zweite Empfängerspule

40

Spulenteil (zweite Empfängerspule)

400

Empfängerspulenwindungen (zweite Empfängerspule)

5

Steuereinrichtung

6

Leiterplatte

D

Abstand zwischen den Spulenteilen

d

Abstand zwischen den Empfängerspulenwindungen innerhalb eines Spulenteils

wsn (ws1, .., ws20)

axiale Position der quer zur Bewegungsrichtung eines Targets angeordneten Empfängespulenwindungsabschnitte der ersten Empfängerspule

wcn (wc1, ..., wc20)

axiale Position der quer zur Bewegungsrichtung eines Targets angeordneten Empfängespulenwindungsabschnitte der zweiten Empfängerspule

P1

Wicklungsstartpunkt (erster Spulenteil, erste Empfängerspule)

P2

Wicklungsendpunkt (zweiter Spulenteil, erste Empfängerspule)

P3

Wicklungsstartpunkt (erster Spulenteil (rechts), zweite Empfängerspule)

P4

Wicklungzwischenpunkt (zweiter Spulenteil (mitte), zweite Empfängerspule)

P5

Wicklungzwischenpunkt (dritter Spulenteil (links), zweite Empfängerspule)

P6

Wicklungsendpunkt (dritter Spulenteil (links), zweite Empfängerspule)

Claims (7)

1. Positionssensor (1) zur Erfassung einer Position eines elektrisch leitfähigen Targets (10), arbeitend nach dem Induktionsprinzip, umfassend zumindest eine Senderspule (2), zumindest eine erste Empfängerspule (3) und eine zweite Empfängerspule (4) sowie eine Steuereinrichtung (5), wobei die zumindest eine Senderspule (2) sowie die erste Empfängerspule (3) und die zweite Empfängerspule (4) derart eingerichtet und angeordnet sind, dass über die Steuereinrichtung (5) mittels der Senderspule (2) eine Wechselspannung in die erste Empfängerspule (3) und in die zweite Empfängerspule (4) induzierbar ist, und wobei die Senderspule (2) sowie die erste Empfängerspule (3) und die zweite Empfängerspule (4) jeweils als eine sich in einer Ebene erstreckende Leiterbahnstruktur in einer gemeinsamen Leiterplatte (6) angeordnet sind, wobei die Senderspule (2) die erste Empfängerspule (3) und die zweite Empfängerspule (4) umfänglich umgibt, wobei die erste Empfängerspule (3) und die zweite Empfängerspule (4) eine Leiterbahnstruktur aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass einzelne in Reihe geschaltete Empfängerspulenwindungen (300; 400) jeder Empfängerspule (3; 4) ineinander verschachtelt angeordnet ausgebildet sind und wobei die erste Empfängerspule (3) und die zweite Empfängerspule (4) jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete Empfängerspulenwindungen (300; 400) umfassen dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerspulenwindungen (300) der ersten Empfängerspule (3) und die Empfängerspulenwindungen (400) der zweiten Empfängerspule (4) derart auf der Leiterplatte (6) angeordnet sind, dass die Spulenteile (30; 40) derart angeordnet und deren Empfängerspulenwindungen (300; 400) in axialer Richtung derart zueinander beabstandet sind, dass einzelne Positionen erzeugbar sind, die betrachtet über die Bewegungsrichtung in Analogie zu einer idealen Sinus- oder Cosinusform positioniert sind und dass die Position der Empfängerspulenwindungen (300) der ersten Empfängerspule (3) nach folgender Formel bestimmbar ist: Position [°] = arcsin (n_n/(n_gesamt + 1)), und dass die Position der Empfängerspulenwindungen (400) der zweiten Empfängerspule (4) nach folgender Formel bestimmbar ist: Position [°] = arcsin (n_n/(n_gesamt + 1)) - 90°, wobei Position [°] - der Position der Empfängerspulenwindung (300, 400) entspricht, n_n - der Nummer der Empfängerspulenwindung (300, 400) entspricht, und n_gesamt - der Anzahl der Empfängerspulenwindungen (300, 400) der jeweiligen Empfängerspule (3, 4) entspricht.
2. Positionssensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Empfängerspule (3) derart ausgebildet und positioniert ist, dass durch ihre Messpunkte in Bewegungsrichtung zumindest in Annäherung eine Sinusform abgebildet wird und dass die zweite Empfängerspule (4) derart ausgebildet und positioniert ist, dass durch ihre Messpunkte in Bewegungsrichtung zumindest in Annäherung eine Cosinusform abgebildet wird.
3. Positionssensor (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (6) eine Mehrzahl von Layern aufweist, wobei die erste Empfängerspule (3) und die zweite Empfängerspule (4) in unterschiedlichen Layern ausgebildet sind.
4. Positionssensor (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenanfang und das Spulenende der ersten Empfängerspule (3) und das der Spulenanfang und das Spulenende der zweiten Empfängerspule (4) in einem separaten Layer angeordnet sind welcher verschieden zu den Layern der Empfängerspulenwindungen (300, 400) ist.
5. Positionssensor (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerspulenwindungen (300; 400) von erster und zweiter Empfängerspule (3; 4) in einer Draufsicht gesehen eine rechteckige oder eine quadratische Form aufweisen.
6. Zentralausrücker für eine hydraulisch betätigte Kupplungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der axialen Position eines Zentralausrückerkolbens ein Positionssensor (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche vorgesehen ist.
7. Hydraulisch betätigbare Kupplungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der axialen Position eines Kolbens im Kupplungsgeberzylinder oder im Kupplungsnehmerzylinder ein Positionssensor (1) innerhalb der Kupplungseinrichtung vorgesehen ist, der ausgebildet ist gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.

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