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TECHNISCHER BEREICH DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Sensorlagereinheit. Die Erfindung betrifft auch ein mechanisches System, beispielsweise eine Motorradachse, mit wenigstens einer derartigen Sensorlagereinheit. Die Erfindung betrifft auch verschiedene Verfahren zur Umsetzung einer derartigen Sensorlagereinheit.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Heutzutage werden Sensorlagereinheiten gewöhnlicherweise im Automobilbereich, in der Aeronautik und in anderen technischen Bereichen verwendet. Diese Einheiten stellen Signale und Übertragungen von hoher Qualität bereit, während sie eine Integration in einfacheren und kompakteren mechanischen Systemen ermöglichen.
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Eine derartige Sensorlagereinheit umfasst im Allgemeinen ein Lager, einen Impulsring und eine Sensorvorrichtung, die dem Impulsring zugewandt ist. Der Impulsring kann an einem sich drehenden Ring des Lagers befestigt sein, während die Sensorvorrichtung an einem drehfesten Ring des Lagers oder an einem anderen Teil befestigt sein kann, das diesen drehfesten Ring abstützt. Der Impulsring kann eine Messobjekthalterung und ein Messobjekt umfassen, das sich abwechselnde Nord- und Südpole einschließt, deren Anzahl von der Größe des Lagers und der jeweiligen Anwendung abhängt. Die Sensorvorrichtung kann eine Differenz-Hall-Zelle umfassen, die zwei Abtastelemente einschließt.
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Bei bestimmten Anwendungen, beispielsweise bei der Raddrehzahlerfassung, ermöglicht eine Differenz-Sensorvorrichtung eine Verringerung von Lärm und eine Erhöhung der Amplitude des elektrischen Signals innerhalb der Sensorvorrichtung durch eine Subtraktion der beiden Messungen. Um die maximale Wirksamkeit dieses Effekts zu erhalten, sollten die Steigung zwischen den beiden Messfühlern und die Steigung des magnetischen Rings kompatibel sein, d.h. bei dieser Anwendung gleich. Anderenfalls kann der Entwickler der Sensorlagereinheit die Hall-Zelle durch eine kompatiblere Hall-Zelle ersetzen oder die Größe des Impulsrings modifizieren.
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Bei anderen Anwendungen, beispielsweise bei inkrementalen Encodern, wird eine Differenz-Sensorvorrichtung dazu verwendet, zwei Signale mit einer Phasenverschiebung von 90 Grad zu erzeugen. Die Steigung zwischen den beiden Messfühlern kann ohne eine neue Sensorgestaltung nicht verändert werden, denn anderenfalls würde die Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen nicht 90 Grad entsprechen. Der Sensorentwickler hat in Bezug auf die Steigung des Impulsrings keine Flexibilität, denn er muss parallel zur Hall-Zelle ausgestaltet sein.
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KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Sensorlagereinheit mit verbesserter Flexibilität.
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Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Sensorlagereinheit, die Folgendes umfasst:
- – ein Lager, das wenigstens einen drehfesten Ring und wenigstens einen sich drehenden Ring einschließt, der in Rotation um eine Rotationsachse beweglich ist;
- – einen Impulsring und eine Sensorvorrichtung zum Rückverfolgen der Rotation des sich drehenden Rings um die Rotationsachse, wobei der Impulsring an dem sich drehenden Ring befestigt ist, wobei die Sensorvorrichtung an dem drehfesten Ring befestigt ist und eine Differenz-Erfassungszelle einschließt, die eine strukturelle Steigung aufweist,
wobei die Differenz-Erfassungszelle geneigt ist und eine effektive Steigung aufweist, die sich von der strukturellen Steigung unterscheidet.
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Dank der Erfindung ist die Steigung der Erfassungszelle flexibler. Folglich ist auch der Aufbau des Impulsrings flexibler. Wenn der Impulsring befestigt ist und nicht gewechselt werden kann, kann die Steigung der Erfassungszelle ohne vorgeschriebene Kompatibilität mit der Steigung des Impulsrings ausgewählt werden. Wenn der Impulsring gewechselt wird, kann die strukturelle Steigung der Erfassungszelle durch Neigen angepasst werden. Die Erfindung kann innerhalb von Geschwindigkeitssensoren, Kurbelwellen- und Nockenwellensensoren, inkrementalen Encodern, etc., umgesetzt werden.
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Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung, die vorteilhaft jedoch nicht verpflichtend sind, kann eine derartige Sensorlagereinheit eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
- – Die effektive Steigung der Differenz-Erfassungszelle entspricht einer strukturellen Steigung des Impulsrings.
- – Die Differenz-Erfassungszelle ist in einem Winkel von 45 Grad geneigt.
- – Die Sensorlagereinheit schließt Mittel zum Neigen der Differenz-Erfassungszelle in Bezug auf den Impulsring ein.
- – Die Neigemittel sind mit einer Steuerung verbunden.
- – Die Neigemittel sind innerhalb eines Gehäuses der Sensorvorrichtung positioniert.
- – Die Neigemittel sind innerhalb eines drehfesten Kabelausgangs der Sensorvorrichtung positioniert.
- – Die Sensorlagereinheit schließt einen drehfesten Kabelausgang ein, der ein Kabel von der Differenz-Erfassungszelle zu einer Außenseite eines Sensorgehäuses leitet und drehfeste Mittel umfasst, um eine Rotation des Sensorgehäuses und des Kabels um die Rotationsachse durch Kooperation mit einem Abstützelement, das in Bezug auf die Rotationsachse befestigt ist, zu verhindern.
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Die Erfindung betrifft auch ein mechanisches System, beispielsweise eine Motorradachse, mit wenigstens einer Sensorlagereinheit, wie zuvor hierin erwähnt.
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Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Umsetzung einer Sensorlagereinheit, wie zuvor hierin erwähnt.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst das Verfahren wenigstens einen Schritt des Neigens der Differenz-Erfassungszelle in Bezug auf den Impulsring.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform umfasst das Verfahren wenigstens einen Schritt des Ersetzens einer bestehenden Erfassungszelle durch die Differenz-Erfassungszelle, die in Bezug auf den Impulsring geneigt ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren erklärt, und als anschauliches Beispiel, ohne den Gegenstand der Erfindung zu begrenzen. In den beigefügten Figuren ist:
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1 eine perspektivische Teilansicht eines mechanischen Systems gemäß der Erfindung, nach der Art einer Motorradachse, mit einer Gabel, einer Nabe und einer Sensorlagereinheit auch gemäß der Erfindung;
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2 eine perspektivische Ansicht ähnlich wie 1 in größerem Maßstab, die ein Lager, einen Impulsring und eine Erfassungszelle darstellt, die zur Sensorlagereinheit gehören;
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3 eine Seitenansicht entlang des Pfeils III von 2;
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4 eine partielle Seitenansicht, in größerem Maßstab, entlang des Pfeils IV von 3;
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5 eine Ansicht, in größerem Maßstab, der Einzelheit V aus 3; und
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sind die 6, 7 und 8 schematische Ansichten von Erfassungszelle und Impulsring, wobei das Prinzip der Erfindung dargestellt wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINIGER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine Motorradachse 1 gemäß der Erfindung.
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Die Achse 1 stattet ein Fahrzeug V gemäß der Erfindung aus, nach der Art eines Motorrads, teilweise in 1 dargestellt. Die Achse 1 ist mit einer Sensorlagereinheit 10 gemäß der Erfindung ausgestattet, was in den 1 bis 5 dargestellt ist.
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Die Achse 1 umfasst eine Gabel 2 mit einem vertikalen Element 3 und einem horizontalen Element 4, die ein inneres Gehäuse 5 abgrenzen. Eine Nut 6 ist in dem Element 4 gebildet, um die Einheit 10 aufzunehmen. Die Achse 1 umfasst auch eine Welle 7, die schematisch zum Zwecke der Vereinfachung durch gestrichelte Linien in 1 dargestellt ist, und die sich entlang einer zentralen Achse X1 der Achse 1 erstreckt. Die Welle 7 ist im Gehäuse 5 der Gabel 2 und in einem inneren Gehäuse 21 eines Lagers 20 angebracht. Die Welle 7 ist an dem Element 4 der Gabel 2 und an einem inneren Ring 22 des Lagers 20 über nicht dargestellte Befestigungsmittel befestigt. Die Achse 1 umfasst auch eine nicht dargestellte Nabe, die an einem äußeren Ring 23 des Lagers 20 angebracht ist und zur Aufnahme eines Rads geeignet ist. Die Welle 7 und der innere Ring 22 sind nicht in Rotation um die Achse X1 beweglich, während die Nabe und der äußere Ring 23 in Rotation um die Achse X1 beweglich sind.
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Anstelle von Achse 1 kann die Einheit 10 jedes geeignete mechanische System ausstatten, das bevorzugt zu einem Fahrzeug V, wie z.B einem Motorrad, einem Automobil oder einem Lastkraftwagen, gehört.
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Die Sensorlagereinheit 10 umfasst ein Lager 20, einen Impulsring 30 und eine Sensorvorrichtung 40. Der Impulsring 30 umfasst eine Messobjektanordnung 31 und eine Dichtungsanordnung 32. Die Sensorvorrichtung 40 umfasst ein Sensorgehäuse 50, eine Differenz-Erfassungszelle oder Hall-Zelle 60, ein Kabel 70 und ein Abstandsstück 80.
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Das Lager 20 umfasst nicht dargestellte Wälzkörper, die zwischen dem inneren Ring 22 und dem äußeren Ring 23 positioniert sind. Der innere Ring 22 ist an der Welle 7 angebracht und relativ zur Gabel 2, Welle 7 und um die Achse X1 befestigt. Der äußere Ring 23 ist innerhalb der nicht dargestellten Nabe angebracht und in Rotation um die Achse X1 beweglich.
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Der Impulsring 30, genauer gesagt Messobjekt 33, weist eine strukturelle Steigung Sp30 auf, die entlang einer Linie L30 definiert ist. Der Impulsring 30 ist an dem äußeren Ring 23 befestigt, während die Sensorvorrichtung 40 an dem inneren Ring 22 befestigt ist. Der Impulsring 30 erstreckt sich radial zur Rotationsachse X1 nicht über den äußeren Ring 23 hinaus. Der Impulsring 30 umfasst lediglich zwei Anordnungen 31 und 32 und lediglich vier Elemente 33, 34, 35 und 36, die eine einfache Herstellung und Montage ermöglichen. Der Impulsring 30 weist eine strukturelle Steigung Sp30 auf, die eine bekannte und festgelegte Distanz ist, die entlang einer Linie L30 gemessen wird.
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Die Messobjektanordnung 31 umfasst ein magnetisches Messobjekt 33 und eine Messobjekthalterung 34. Das Messobjekt 33 erstreckt sich im Wesentlichen radial zur Achse X1. Das Messobjekt 33 umfasst eine Fläche, die in Richtung der Sensorvorrichtung 60 ausgerichtet ist, und eine Fläche, die an der Halterung 34 befestigt ist. Die Halterung 34 umfasst einen röhrenförmigen axialen Abschnitt zur äußeren Befestigung an dem äußeren Ring 23 und zur inneren Befestigung der Dichtungsanordnung 32. Die Halterung 34 umfasst auch einen ringförmigen radialen Abschnitt, der eine Fläche, die das Messobjekt 33 aufnimmt, und eine Fläche, die in Richtung der Dichtungsanordnung 32 ausgerichtet ist, aufweist. Die Halterung 34 ist bevorzugt aus Metall oder Kunststoff hergestellt. Das Messobjekt 33 und die Halterung 34 können durch Bonden, Vulkanisieren oder beliebige geeignete Mittel verbunden sein.
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Die Dichtungsanordnung 32 umfasst eine radiale Dichtung 35 und eine Dichtungshalterung 36. Die Dichtung 35 umfasst eine Basis, die an der Dichtungshalterung 36 befestigt ist, und eine Dichtungslippe, die im Wesentlichen radial ist und dazu ausgestaltet ist, als dynamische Dichtung in Kontakt mit dem inneren Ring 22 angeordnet zu sein. Mit anderen Worten ist die Dichtung 35 eine radiale Dichtung. Die Dichtung 35 ist vorteilhafterweise aus einem elastisch verformbaren Material hergestellt, z.B. aus einem Elastomer oder Thermoplast. Die Halterung 36 umfasst einen röhrenförmigen axialen Abschnitt zur äußeren Befestigung der Halterung 34. Die Halterung 36 umfasst auch einen ringförmigen radialen Abschnitt mit einer Fläche, die in Richtung der Messobjektanordnung 31 ausgerichtet ist, und einer Fläche, die innerhalb des Lagers 20 ausgerichtet ist. Die Halterung 36 ist bevorzugt aus Metall oder Kunststoff hergestellt. Die Dichtung 35 und die Halterung 36 können durch Formpressen der Dichtung 35 auf der Halterung 36, durch Bonden, Vulkanisieren oder ein beliebiges geeignetes Mittel verbunden werden.
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Alternativ kann die Dichtungsanordnung 32 lediglich die Dichtung 35, jedoch keine Dichtungshalterung 36 umfassen. Die Dichtung 35 ist an der Messobjekthalterung 34 befestigt. Der Impulsring 30 umfasst lediglich drei Elemente. Das Sensorgehäuse 50 ist aus Kunststoff oder Metall hergestellt. Das Gehäuse 50 umfasst einen Kabelausgang 52, der sich parallel zur Achse X1 gegenüber dem Lager 20 erstreckt. Das Kabel 70 erstreckt sich von der Zelle 60 zu einer Außenseite des Gehäuses 50 durch den Kabelausgang 52. Mit anderen Worten leitet der Kabelausgang 52 das Kabel 70 von der Zelle 60 zur Außenseite des Gehäuses 50. Der Kabelausgang 52 umfasst eine plane untere Oberfläche 53, die senkrecht zu einer Ebene P1 ist, und zwei plane seitliche Oberflächen 54, die parallel zur Ebene P1 sind. Wenn der Kabelausgang 52 in die Nut 6 der Gabel 2 eingebaut ist, kommen die seitlichen Oberflächen 54 in Ruhekontakt mit den Umrandungen der Nut 6, während die untere Oberfläche 53 der unteren Oberfläche der Nut 6 zugewandt ist. Da das Gehäuse 50 elastisch verformbar ist, kann die Oberfläche 53 wenigstens teilweise in Ruhekontakt mit der Unterseite der Nut 6 kommen, wenn der Kabelausgang 52 einem Drehmoment ausgesetzt wird, das über einem bestimmten Drehmomentwert liegt. In der Praxis bilden die Oberflächen 53 und 54 des Kabelausgangs 52 drehfeste Mittel des Gehäuses 50 um die Achse X1 relativ zur Abstützgabel 2. Mit anderen Worten sind die drehfesten Mittel 53 und 54 dazu ausgestaltet, eine Rotation des Gehäuses 50 und des Kabels 70 um die Achse X1 bei Kooperation mit der Abstützgabel 2 zu verhindern. Bevorzugt kann der Kabelausgang 52 in die Nut 6 eingepresst sein. Der drehfeste Kabelausgang 52 stellt die beiden Funktionen des Leitens des Kabels 70 und des Verhinderns der Rotation des Gehäuses 50 und des Kabels 70 um die Achse X1 bereit, wodurch folglich die Sensorvorrichtung 40 geschützt wird.
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Die Zelle 60 ist innerhalb des Gehäuses 50 aufgenommen und so nah wie möglich am magnetischen Messobjekt 33 positioniert. Die Zelle 60 umfasst zwei Messelemente 61 und 62, die schematisch durch ihre entsprechenden Zentren in 5 dargestellt sind, wobei jeder Änderungen des Magnetfelds erfasst, die von dem magnetischen Messobjekt 33 verursacht werden. Die Genauigkeit der Drehgeschwindigkeit, des Rotationswinkels und anderer Daten, die von der Sensorlagereinheit 10 gemessen werden, ist eng verknüpft mit der Genauigkeit der Befestigung der Erfassungszelle 60 und des magnetischen Messobjekts 33.
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Die Elemente 61 und 62 definieren eine strukturelle Steigung Sp60 der Zelle 60. Die Steigung Sp60 ist eine bekannte und festgelegte Distanz, die entlang einer Linie L60 zwischen den beiden Zentren der Elemente 61 und 62 gemessen wird.
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Eine Ebene P1 ist definiert, einschließlich der Achse X1, und ist gleich weit entfernt von den Elementen 61 und 62. Drei Kreise C1, C2 und C3 sind um die Achse X1 definiert, mit entsprechenden Radien R1, R2 und R3. Das Zentrum des Elements 61 ist auf dem Kreis C1 positioniert, das Zentrum des Elements 62 ist auf dem Kreis C2 positioniert, während der Kreis C3 gleich weit von den Kreisen C1 und C2 entfernt ist. Mit anderen Worten entspricht der Radius R3 dem Durchschnitt der Radien R1 und R2. Eine Linie L30 erstreckt sich tangential zum Kreis C2 und senkrecht zur Ebene P1. Die Steigung Sp30 entspricht der Polgröße des Messobjekts 33 entlang der Linie L30.
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Gemäß der Erfindung ist die Zelle 60 geneigt und die Elemente 61 und 62 definieren eine effektive Steigung Hp60, die sich von der strukturellen Steigung Sp60 unterscheidet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Sensorlagereinheiten, bei welchen die Linien L30 und L60 parallel oder fluchtend sind, bilden die Linien L30 und L60 innerhalb der Einheit 10 einen Winkel β. Im Beispiel von 5 entspricht der Winkel β 45 Grad und die Steigung Hp60 entspricht der Steigung Sp30.
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Die Einheit 10 kann auch eine Vorrichtung 90, die schematisch von einem Block in gestrichelten Linien in 4 dargestellt ist, zum Neigen der Differenz-Erfassungszelle 60 in Bezug auf den Impulsring 30 einschließen. Mit anderen Worten ermöglicht die Neigevorrichtung 90 die Modifikation des Winkels β und der Steigung Hp60. Die Neigevorrichtung 90 kann mit einer Steuerung verbunden sein, insbesondere über das Kabel 70. Die Neigemittel 90 können außerhalb oder innerhalb des Gehäuses 50, beispielsweise innerhalb des Kabelausgangs 52, positioniert sein.
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Die 6 bis 8 stellen das Prinzip der Erfindung dar. 6 zeigt die Steigung Sp60, die einer Steigung Sp30' eines Messobjekts 33' entspricht. 7 zeigt, dass, wenn das Messobjekt 33' durch das Messobjekt 33 ersetzt wird, die Steigung Sp60 nicht länger der Steigung Sp30 entspricht. 8 zeigt, dass durch Neigen der Zelle 60 die Steigung Hp60 so angepasst wird, dass sie der Steigung Sp30 entspricht.
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Ein Verfahren zur Umsetzung der Einheit 10 gemäß der Erfindung kann einen Schritt des Ersetzens einer bestehenden Erfassungszelle durch die Differenz-Erfassungszelle 60, die in Bezug auf den Impulsring 30 geneigt ist, umfassen. Ein weiteres Verfahren kann einen Schritt des Neigens der bestehenden Differenz-Erfassungszelle 60 in Bezug auf den Impulsring 30 umfassen.
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Andere nicht dargestellte Ausführungsformen des Fahrzeugs V, des mechanischen Systems 1 und/oder der Sensorlagereinheit 10 können umgesetzt werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können sich grundlegende Teile des Impulsrings 30 und/oder der Sensorvorrichtung 40 von den 1 bis 8 unterscheiden.
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Bei jeder Ausführungsform ist die Differenz-Erfassungszelle 60 in Bezug auf den Impulsring 30 geneigt und weist eine effektive Steigung Hp60 auf, die sich von der strukturellen Steigung Sp60 davon unterscheidet. Bevorzugt entspricht die effektive Steigung Hp60 der Differenz-Erfassungszelle 60 einer strukturellen Steigung Sp30 des Impulsrings 30, wie in 5 dargestellt.
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Zusätzlich dazu können technische Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden. Deshalb können das mechanische System 1 und/oder die Sensorlagereinheit 10 in Bezug auf die Kosten oder an beliebige besondere Anforderungen der Anwendung angepasst sein.
