DE202011051104U1

DE202011051104U1 - Rotation angle or displacement sensor

Info

Publication number: DE202011051104U1
Application number: DE202011051104U
Authority: DE
Original assignee: Turck Holding GmbH
Current assignee: Turck Holding GmbH
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2021-08-26

Abstract

Drehwinkel- oder Weg-Sensor mit einer einen Spulenanordnung (1, 2, 3) aufweisenden Platine (7), die mittels einer elektrische leitenden Verbindung mit einer Auswerteschaltung verbunden ist und mit einem Positionsgeber (8), der in einem geringen Abstand von der Spulenanordnung (1, 2, 3) im Wesentlichen parallel zur Platinenfläche verlagerbar ist, wobei die Spulenanordnung (1, 2, 3) eine eine Sendespulenfläche umgebende Sendespule (1) und zumindest zwei in der Senderspulenfläche angeordnete Empfangsspulen (2, 3) aufweist, die so angeordnet sind, dass ein mit einer Sendefrequenz erregter, dem Positionsgeber (8) zugeordneter Resonator in den Empfangsspulen (2, 3) zumindest zwei Empfangssignale erregt, deren eindeutiges Amplitudenverhältnis einen Absolutwert für die Position des Positionsgeber (8) liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitverbindung ein Verbindungskabel (5) ist, sodass die keine elektronischen Schaltungselemente tragende Platine (7) entfernt von der Auswerteschaltung an einem Maschinengestell oder dergleichen befestigbar ist.Angle of rotation or displacement sensor with a circuit board (7) having a coil arrangement (1, 2, 3), which is connected to an evaluation circuit by means of an electrically conductive connection and with a position transmitter (8) which is located a short distance from the coil arrangement (1, 2, 3) can be displaced essentially parallel to the board surface, the coil arrangement (1, 2, 3) having a transmitting coil (1) surrounding a transmitting coil surface and at least two receiving coils (2, 3) arranged in the transmitting coil surface, which are so are arranged that a resonator excited with a transmission frequency and assigned to the position transmitter (8) excites at least two received signals in the receiving coils (2, 3), the unique amplitude ratio of which supplies an absolute value for the position of the position transmitter (8), characterized in that the electrical conductive connection is a connecting cable (5), so that the board (7), which does not carry any electronic circuit elements, is removed from the evaluation circuit can be attached to a machine frame or the like.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehwinkel und/oder Weg-Sensor mit einer einen Spulenanordnung aufweisenden Platine, die mittels einer elektrische leitenden Verbindung mit einer Auswerteschaltung verbunden ist und mit einem Positionsgeber, der in einem geringen Abstand von der Spulenanordnung im Wesentlichen parallel zur Platinenfläche verlagerbar ist, wobei die Spulenanordnung eine eine Sendespulenfläche umgebende Sendespule und zumindest zwei in der Senderspulenfläche angeordnete Empfangsspulen aufweist, die so angeordnet sind, dass ein mit einer Sendefrequenz erregter, dem Positionsgeber zugeordneter Resonator in den Empfangsspulen zumindest zwei Empfangssignale erregt, deren eindeutiges Amplitudenverhältnis einen Absolutwert für die Position des Positionsgeber liefert. The invention relates to a rotation angle and / or displacement sensor having a coil arrangement comprising a circuit board, which is connected by means of an electrically conductive connection with an evaluation circuit and with a position sensor which is displaceable in a small distance from the coil arrangement substantially parallel to the board surface, wherein the coil arrangement comprises a transmitting coil surrounding a transmitting coil surface and at least two arranged in the transmitter coil surface receiving coils, which are arranged so that excited with a transmitting frequency, the position transmitter associated resonator in the receiving coils excited at least two received signals whose unique amplitude ratio an absolute value for the position the position sensor supplies.

Die EP 1 023 575 B1 beschreibt einen gattungsgemäßen Drehwinkel-Sensor und einen gattungsgemäßen Weg-Sensor. Bei einem Drehwinkel-Sensor sind die sich bereichsweise überlappenden Spulen um ein Zentrum entlang einer Bogenlinie angeordnet. Bei einem Weg-Sensor sind die sich überlappenden Empfangsspulen in einer graden Richtung angeordnet. Hinsichtlich der Funktionsweise eines gattungsgemäßen Drehwinkel- oder Weg-Sensor wird auf die ausführlichen Ausführungen der EP 1 023 575 B1 bzw. deren deutsche Übersetzung DE 69 810 504 T2 hingewiesen. The EP 1 023 575 B1 describes a generic rotation angle sensor and a generic path sensor. In a rotation angle sensor, the partially overlapping coils are arranged around a center along a curved line. In a displacement sensor, the overlapping receiving coils are arranged in a straight direction. With regard to the operation of a generic rotation angle or path sensor is based on the detailed embodiments of EP 1 023 575 B1 or their German translation DE 69 810 504 T2 pointed.

Zur Erläuterung des Funktionsprinzip eines gattungsgemäßen Drehwinkel- oder Weg-Sensor wird nicht nur die DE 69 810 504 T2 , sondern auch die DE 69 502 283 T2 voll inhaltlich in den Offenbarungsgehalt dieser Schutzrechtsanmeldung einbezogen. Es handelt sich um einen Sensor, der in der Lage ist, mittels einer speziellen Spulenanordnung ein absolutes Messsignal zu liefern. Anders als beispielsweise bei dem aus der DE 20 2006 010 305 U1 her bekannten Weg-Sensor braucht bei einem gattungsgemäßen Weg-Sensor oder Drehwinkel-Sensor keine Nullpunktsermittlung durchgeführt werden. Außerdem zeichnet sich der gattungsgemäße Sensor dadurch aus, dass der Positionsgeber, der einen Resonator aufweist ausschließlich fremderregt wird, sodass der Resonator nicht mit Kabeln mit anderen Bauteilen verbunden werden muss. To explain the principle of operation of a generic rotation angle or path sensor is not only the DE 69 810 504 T2 but also the DE 69 502 283 T2 fully included in the content of this patent application. It is a sensor that is able to provide an absolute measurement signal by means of a special coil arrangement. Unlike for example in the case of the DE 20 2006 010 305 U1 Her known path sensor need not be performed in a generic way sensor or rotation angle sensor zero point detection. In addition, the generic sensor is characterized in that the position sensor, which has a resonator is exclusively foreign-excited, so that the resonator does not have to be connected with cables with other components.

Bei der Umsetzung der in den oben genannten gattungsbildenden Schutzrechten beschriebenen Sensoren werden die die spulentragenden Platinen entweder unmittelbar mit einer schaltungstragenden Platine verbunden oder tragen selbst Bauelemente der Auswerteschaltung. In the implementation of the sensors described in the above-mentioned generic patents, the coil-carrying boards are either directly connected to a circuit-carrying board or even carry components of the evaluation circuit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vielfältig verwendbaren und flachbauenden Drehwinkel- oder Weg-Sensor anzugeben. The invention has for its object to provide a versatile and flat constructional rotation angle or displacement sensor.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei zunächst und im Wesentlichen vorgesehen ist, dass die elektrische Leitverbindung ein Verbindungskabel ist. Zur Folge dieser Ausgestaltung kann die die Spulenanordnung tragende Platine entfernt von einer Auswerteschaltung angeordnet werden. Die Auswerteschaltung kann ihr eigenes Gehäuse aufweisen. Das Gehäuse, in dem die Platine mit der Spulenanordnung also die Spulenträgerplatine angeordnet ist, kann extrem flach gebaut werden. Es kann zwei Gehäuseteile aufweisen, deren Materialstärke in der Größenordnung der Materialstärke der Platine liegt. Ein Gehäuseteil kann beispielsweise als Schale ausgebildet sein, die die Platine aufnimmt. Eine Schalenöffnung des Gehäuseteils kann vom anderen Gehäuseteil verschlossen werden. Es ist aber auch möglich, das Gehäuse lediglich in Form eines Isolierfilms auszubilden, der auf der Breitseitenfläche und insbesondere nur auf der die Leiterbahnen aufweisenden Breitseitenfläche der Platine aufgebracht ist. Bevorzugt ist der Isolierfilm aber auf beiden Breitseiten der Platine aufgebracht; er hüllt die Platine ein. Die Platine ist in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Mehrlagenplatine, bei der eine Leiterbahn eine Sendespule ausbildet, die sich entlang des Randes der Platine erstreckt. Dieses Sendespule besitzt eine Spulenfläche. Innerhalb der Spulenfläche sind die mindestens zwei Empfangsspulenanordnungen angeordnet. Es handelt sich dabei um ineinander geschachtelte bzw. übereinander angeordnete Teilspulen, wie sie im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben werden, sodass an dieser Stelle nicht im Detail darauf eingegangen wird, sondern auf die entsprechenden Schriften zum Stand der Technik verwiesen wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Platine ausschließlich die Spulenanordnung, also die Sendespule und die mindestens zwei Empfangsspulen trägt. Sie trägt keine weiteren elektronischen Schaltungselemente. Ein separates Gehäuse, in dem die Auswerteschaltung angeordnet ist, kann eine deutlich höhere Gehäusehöhe aufweisen, als das Gehäuse, welches die Spulenträgerplatine aufnimmt. Das die Spulenträgerplatine aufnehmende Gehäuse, also das Sensorgehäuse kann entfernt vom Auswerteschaltungsgehäuse an einem Maschinenteil befestigt werden. Handelt es sich um einen Drehwinkel-Sensor, so ist es vom besonderen Vorteil, dass das Sensorgehäuse in mindestens zwei verschiedenen Positionen an einem Maschinenteil befestigt werden kann. Diese beiden Befestigungspositionen unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, dass der Resonator entweder der einen oder der anderen Sensorgehäuseseite gegenüber liegt. Ein Drehwinkel-Sensor kann so entweder Messwerte liefern, die bei einer Umdrehung im Uhrzeigersinn oder bei einer Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn ansteigen. Je nachdem welche der beiden Breitseiten der Spulenanordnung dem Resonator gegenüberliegt steigen die Messwerte im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn. Es wird als vorteilhaft angesehen, dass der Sensor Absolutwerte abgibt. Es muss somit vor einer Messung kein Nullpunkt definiert werden. Die beiden Empfangsspulen sind vorzugsweise derart angeordnet, dass sie ein dem Kosinus der zurückgelegten Wegstrecke oder dem Sinus der zurückgelegten Wegstrecke entsprechendes relatives Signal liefern. Das Absolutsignal kann dabei aus dem Quotienten der beiden realtiven Einzelsignale gebildet werden. Wegen der Quotientenbildung ist nur das Verhältnis der beiden Amplituden, nicht aber deren Absolutwert von Relevanz, sodass der Abstand zwischen Resonator und Spulenbreitseitenfläche in einem gewissen Maße variieren kann. Das Sensorgehäuse kann mittels Schrauben an einer Befestigungsfläche befestigt werden. Hierzu weist das Sensorgehäuse zumindest zwei Befestigungsbohrungen auf, durch die jeweils Schrauben hindurchgesteckt werden können. Auf einer Breitseite können die Befestigungsbohrungen Senkungen aufweisen, sodass in die Senkungen der Senkkopf einer Senkkopfschraube Aufnahme finden kann. Wird das Sensorgehäuse um 180° umgewendet, so können Zylinderkopfschrauben verwendet werden. Die über die Breitseitenfläche abstehenden Zylinderköpfe können dann Anschläge für einen am Gehäuse geführten Positionsgeber ausbilden. Um den Positionsgeber am Gehäuse zu führen kann das Gehäuse insbesondere an seiner Schmalseite eine Profilierung aufweisen. Bevorzugt besitzen beide voneinander weg weisende Gehäuseschmalseiten eine derartige Profilierung, beispielsweise in Form einer vorstehende Rippe auf. Der Positionsgeber besitzt dann voneinander beabstandete Arme mit einer entsprechenden Gegenprofilierung, sodass er am Sensorgehäuse geführt werden kann. Der Resonator befindet sich dann auf einer Art Brücke, die das Sensorgehäuse übergreift. Bei einem Weg-Sensor sind die Spulen bevorzugt geradlinig angeordnet. Es ist aber auch möglich, die Spulen entlang eines gewundenen Pfades anzuordnen. Die Platine hat dann eine entsprechende Form. Bei einem Drehwinkel-Sensor sind die Spulen auf einem Kreisbogen angeordnet. Es kann sich dabei um einen Teilkreis oder um einen Vollkreis handeln. Die Spulenträgerplatine kann unmittelbar auf einer metallischen Oberfläche angeordnet sein. Gleichwohl ist diese Sendespule in der Lage durch Aussenden eines elektromagnetischen Wechselfeldes im Resonator eine Schwingung anzuregen. Das elektromagnetische Wechselfeld wird im oberen Kilohertzbereich oder im unteren Megahertzbereich bevorzugt in Form von Wellenpulsen erzeugt, die eine Länge von wenigen Millisekunden besitzen. Diese Schwingung klingt verzögert ab, wenn die Sendespulen nicht mehr einem elektromagnetischen Wechselfeld beaufschlagt wird. Der Resonator besitzt eine Schwingkreis, der aus einer Spule und einem Kondensator besteht. Die Resonanzfrequenz dieses Schwingkreises entspricht der Sendefrequenz. Der Resonator wird somit zum Schwingen angeregt und speichert eine von Induktivität bzw. der Kapazität und der Schwingungsfrequenz abhängige Energie. Diese Energie wird nach dem Abschalten der Erregerfrequenz abgegeben. Das abklingende elektromagnetische Wechselfeld, welches vom Resonator nach Abschalten der Sendespule abgestrahlt wird, wird von der Empfangsspulenanordnung empfangen. Jede der mindestens zwei Empfangsspulenanordnungen liefert ein Empfangssignal. Die Höhe des Empfangssignals hängt von der Lage des Resonators im Bezug auf den Weg bzw. Drehwinkel ab. Die beiden Empfangssignale unterscheiden sich dadurch, dass eine mathematische Verknüpfung der Empfangssignale eines von den Amplituden der Empfangssignale unabhängigen Absolutwert für die Position des Positionsgebers liefert. Die Auflösung eines derart ausgebildeten Weg-Sensors liegt im Mikrometerbereich. Wird beispielsweise das analoge Ausgangssignal in ein 16-Bit-Digitalsignal umgewandelt, so verbleiben zumindest 12 nutzbare Bit. Das Schaltungsgehäuse, welches die Auswerteschaltung beinhaltet, kann eine Anschlussklemme besitzen. Bevorzugt besitzt das Gehäuse jedoch eine Gehäusesteckerbuchse, in die ein am Ende des Verbindungskabels angeordneter Stecker eingesteckt werden kann. Die Adern des Verbindungskabels sind ansonsten unmittelbar mit den Leiterbahnen der Spulenträgerplatine verbunden. Dies kann beispielsweise durch Löten erfolgen. Das Auswerteschaltungsgehäuse kann eine Digitalanzeige bzw. Bedienknöpfe aufweisen. Es ist auch vorgesehen, dass das Auswerteschaltungsgehäuse mehrere Steckerbuchsen aufweist, sodass mehrere Sensorplatinen an eine Auswerteschaltung angeschlossen werden können. Durch die Verwendung mehrerer Sensorplatinen kann eine zweidimensionale oder auch eine dreidimensionale Positionserfassung eines Maschinenteils gegenüber einem anderen Maschinenteil durchgeführt werden. Das Maschinenteil trägt dann mehrere Positionsgeber. The object is achieved by the invention specified in the claims, wherein initially and substantially provided that the electrical lead is a connection cable. As a result of this embodiment, the board carrying the coil assembly can be arranged remotely from an evaluation circuit. The evaluation circuit may have its own housing. The housing in which the board with the coil assembly so the coil carrier board is arranged, can be built extremely flat. It may have two housing parts whose material thickness is in the order of magnitude of the material thickness of the board. A housing part may be formed, for example, as a shell which receives the board. A shell opening of the housing part can be closed by the other housing part. But it is also possible to form the housing only in the form of an insulating film, which is applied to the broad side surface and in particular only on the conductor tracks having broad side surface of the board. Preferably, however, the insulating film is applied to both broad sides of the board; he wraps the board. The circuit board is in a preferred embodiment, a multi-layer board, in which a conductor track forms a transmitting coil, which extends along the edge of the board. This transmitting coil has a coil surface. Within the coil surface, the at least two receiving coil assemblies are arranged. These are nested or stacked sub-bobbins, as described in the aforementioned prior art, so that at this point will not be discussed in detail, but reference is made to the corresponding documents to the prior art. According to the invention, it is provided that the board bears exclusively the coil arrangement, that is to say the transmitting coil and the at least two receiving coils. It carries no other electronic circuit elements. A separate housing, in which the evaluation circuit is arranged, can have a significantly higher housing height than the housing, which accommodates the coil carrier board. The housing accommodating the coil carrier board, that is to say the sensor housing, can be fixed remotely from the evaluation circuit housing to a machine part. If it is a rotation angle sensor, it is of particular advantage that the sensor housing can be secured in at least two different positions on a machine part. These two attachment positions differ essentially in that the resonator is located either one or the other sensor housing side opposite. A rotation angle sensor can thus either provide readings that increase in one clockwise or counterclockwise rotation. Depending on which of the two broad sides of the coil arrangement is opposite to the resonator, the measured values increase in a clockwise direction or counterclockwise. It is considered advantageous that the sensor outputs absolute values. Thus, no zero point must be defined before a measurement. The two receiver coils are preferably arranged such that they provide a relative to the cosine of the distance traveled or the sine of the distance covered corresponding relative signal. The absolute signal can be formed from the quotient of the two realtive individual signals. Because of the quotient formation, only the ratio of the two amplitudes, but not their absolute value, is of relevance, so that the distance between resonator and coil broadside surface can vary to some extent. The sensor housing can be fastened by means of screws to a mounting surface. For this purpose, the sensor housing on at least two mounting holes through which each screw can be inserted. On a broadside, the mounting holes can have countersinks so that the countersunk countersunk head of a countersunk screw can be accommodated. If the sensor housing is turned over by 180 °, cylinder head bolts can be used. The projecting over the broad side cylinder heads can then form stops for a guided on the housing position sensor. In order to guide the position sensor on the housing, the housing may have a profiling, in particular on its narrow side. Preferably, both sides of the housing facing away narrow sides have such a profiling, for example in the form of a protruding rib. The position sensor then has spaced apart arms with a corresponding counter-profiling so that it can be guided on the sensor housing. The resonator is then on a kind of bridge, which engages over the sensor housing. In a path sensor, the coils are preferably arranged in a straight line. But it is also possible to arrange the coils along a tortuous path. The board then has a corresponding shape. In a rotation angle sensor, the coils are arranged on a circular arc. It can be a partial circle or a full circle. The coil carrier plate can be arranged directly on a metallic surface. Nevertheless, this transmitting coil is able to excite a vibration by emitting an alternating electromagnetic field in the resonator. The alternating electromagnetic field is preferably generated in the upper kilohertz range or in the lower megahertz range in the form of wave pulses which have a length of a few milliseconds. This oscillation sounds delayed when the transmitter coil is no longer subjected to an alternating electromagnetic field. The resonator has a resonant circuit consisting of a coil and a capacitor. The resonant frequency of this resonant circuit corresponds to the transmission frequency. The resonator is thus excited to oscillate and stores an energy dependent on inductance or the capacitance and the oscillation frequency. This energy is released after switching off the excitation frequency. The decaying electromagnetic alternating field, which is emitted by the resonator after switching off the transmitting coil, is received by the receiving coil arrangement. Each of the at least two receiver coil assemblies provides a receive signal. The height of the received signal depends on the position of the resonator with respect to the path or angle of rotation. The two received signals differ in that a mathematical combination of the received signals delivers an absolute value independent of the amplitudes of the received signals for the position of the position transmitter. The resolution of such a trained path sensor is in the micrometer range. For example, if the analog output signal is converted to a 16-bit digital signal, at least 12 usable bits remain. The circuit housing, which includes the evaluation circuit, may have a terminal. However, the housing preferably has a housing plug socket into which a plug arranged at the end of the connecting cable can be plugged. The wires of the connection cable are otherwise connected directly to the conductor tracks of the coil carrier board. This can be done for example by soldering. The evaluation circuit housing may have a digital display or control buttons. It is also envisaged that the evaluation circuit housing has a plurality of sockets, so that a plurality of sensor boards can be connected to an evaluation circuit. By using a plurality of sensor boards, a two-dimensional or even a three-dimensional position detection of a machine part relative to another machine part can be performed. The machine part then carries several position sensors.

Ausführungsbeispiele der Erfindungen werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention will be explained below with reference to accompanying drawings. Show it:

1: Schematisch eine erste erfindungsgemäße Ausgestaltung in Form eines Drehwinkelsensors, 1 : Schematically a first embodiment according to the invention in the form of a rotation angle sensor,

2: eine zweite erfindungsgemäße Ausgestaltung in Form eines Weg-Sensors, 2 a second embodiment according to the invention in the form of a displacement sensor,

3: den Weg-Sensor gemäß 2 in einer perspektivischen Unteransicht, 3 : the way sensor according to 2 in a perspective bottom view,

4: den Weg-Sensor in einer Unteransicht, 4 : the path sensor in a bottom view,

5: den Schnitt gemäß der Linie V-V, 5 : the section according to the line VV,

6: den Schnitt gemäß der Linie VI-VI in 4, 6 : the section according to the line VI-VI in 4 .

7: die auf der Platine des Weg-Sensors angeordnete Spulenanordnung, 7 the coil arrangement arranged on the board of the path sensor,

8: die Sende-Spule der Spulenanordnung, 8th the coil of the coil arrangement,

8A: die Empfangsspule der Spulenanordnung, deren Ausgangssignal mit einer Sinuskurve über den Weg verknüpft ist, 8A the reception coil of the coil arrangement whose output signal is linked to a sine curve over the path,

8B: die zweite Empfangsspule, deren Ausgangssignal mit einer Kosinuskurve über den Weg verknüpft ist, 8B the second receiver coil whose output signal is linked to a cosine curve over the path,

9: die beiden Ausgangssignale der Amplitudenwerte der an den beiden Empfangsspulen gemessenen Signale in Abhängigkeit der Position des Positionsgebers, 9 : the two output signals of the amplitude values of the signals measured at the two receiver coils as a function of the position of the position transmitter,

10: ein Anwendungsbeispiel des Weg-Sensors, 10 : an application example of the displacement sensor,

11: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spulenplatinenanordnung eines Drehwinkel-Sensors, 11 FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a coil board arrangement of a rotation angle sensor, FIG.

12: einen Schnitt gemäß der Linie XII-XII in 11, 12 a section according to the line XII-XII in 11 .

13: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Drehwinkelgebers, 13 : another embodiment of a rotary encoder,

14: die Seitenansicht auf den Drehwinkelgeber gemäß 13 und 14 : the side view on the rotary encoder according to 13 and

15: die Rückansicht des Drehwinkelgebers gemäß 13. 15 : the rear view of the rotary encoder according to 13 ,

Der in der 1 dargestellte Drehwinkelgeber besitzt ein sehr flaches Gehäuse 4, in dem sich eine nicht dargestellte Platine befindet, die lediglich mit Leiterbahnen bestückt ist. Die Leiterbahnen bilden eine Spulenanordnung, die eine Sendespule aufweist, die eine Sendespulenfläche umgibt. Innerhalb der Sendespulenfläche sind zwei Empfangsspulen angeordnet, die jeweils ein vom Drehwinkel des Positionsgebers 8 abhängiges Amplitudensignal liefern. Die Amplitudensignale sind derart voneinander verschieden, dass ihr Quotient einen Absolutwert der Drehstellung des Positionsgebers liefern. The Indian 1 illustrated rotary encoder has a very flat housing 4 , in which there is a board, not shown, which is equipped only with conductor tracks. The traces form a coil assembly having a transmit coil surrounding a transmit coil surface. Within the Sendespulenfläche two receiving coils are arranged, each one of the rotation angle of the position sensor 8th provide dependent amplitude signal. The amplitude signals are different from each other such that their quotient provides an absolute value of the rotational position of the position sensor.

Die Leiterbahnen, die die Sendespule bzw. die Empfangsspulen ausbilden sind mit den Adern eines Verbindungskabels 5 verlötet. Die die Spulenanordnung tragende Platine ist in einem etwa 5 mm dicken, flachen Gehäuse angeordnet, welches zwei Schraubendurchtrittsöffnungen 11 ausbildet zum Eindrehen von Senkkopfschrauben. Etwa im Zentrum der im Wesentlichen rechteckigen Gehäusebreitseitenfläche befindet sich eine Aufnahme für den kreisscheibenförmigen Positionsgeber 8. Die Aufnahme wird von mehreren Führungsnocken 22 flankiert, innerhalb derer der Positionsgeber 8 gedreht werden kann. The conductor tracks which form the transmitting coil or the receiving coils are connected to the wires of a connecting cable 5 soldered. The coil assembly carrying the circuit board is in an approximately 5 mm thick, flat housing, which has two screw openings 11 forms for screwing countersunk screws. Approximately in the center of the substantially rectangular housing broadside surface is a receptacle for the circular disc-shaped position sensor 8th , The recording is made by several guide cams 22 flanked, within which the locator 8th can be turned.

Im Positionsgeber 8 sind lediglich eine Spule und ein Kondensator angeordnet. Die Spule und der Kondensator bilden zusammen einen Schwingkreis, der eine Resonanzfrequenz hat, mit der er über ein elektromagnetisches Wechselfeld von der Sendespule angeregt werden kann. Die Anregung erfolgt durch eine gepulste Wechselspannung mit der die Sendespule bestromt wird, sodass die im Resonator erregte Wechselspannung nach dem Puls abklingen kann und dabei in den Empfangsspulen drehwinkelabhängige Amplituden induziert. In the position encoder 8th only one coil and one capacitor are arranged. The coil and the capacitor together form a resonant circuit having a resonant frequency with which it can be excited by an alternating electromagnetic field from the transmitting coil. The excitation is effected by a pulsed alternating voltage with which the transmitting coil is energized, so that the AC voltage excited in the resonator can decay after the pulse and thereby induces angle-dependent amplitudes in the receiving coils.

Am anderen Ende des Verbindungskabels 5 befindet sich ein Kabelstecker 6. Dieser Kabelstecker 6 ist auf eine Gehäusebuchse aufgeschraubt, die fest an einem Schaltungsgehäuse 17 angeordnet ist. Über die Steckkontakte des Kabelsteckers 16 und der Gehäusebuchse ist eine innerhalb des Schaltungshäuses 17 angeordnete Schaltungsplatine mit den Adern des Kabels 5 und über die Adern des Kabels 5 mit den Spulen der Spulenanordnung verbunden. Es reichen vier Adern aus, wenn jede der drei Spulen mit einer Masseleitung verbunden ist. Die Schaltungsplatine, die im Schaltungsgehäuse 17 sitzt besitzt eine Auswerteschaltung, mit der die in den Empfangsspulen empfangenen Amplituden in eine Beziehung gebracht werden können. Bevorzugt wird aus den Amplitudenwerten ein Quotient gebildet. Der numerische Wert dieses Quotienten kann an einer Anzeige 19 angezeigt werden. Darüber hinaus besitzt das Schaltungsgehäuse 17 einen Ausgangsstecker 18, der mit einem Bussystem, einer weiteren Anzeige oder nur mit einer externen Stromversorgung verbunden werden kann. Über den Ausgangsstecker 18 können die Messwerte an andere elektronische Komponenten weitergeleitet werden. At the other end of the connection cable 5 there is a cable connector 6 , This cable connector 6 is screwed onto a housing socket, which is firmly attached to a circuit housing 17 is arranged. Via the plug contacts of the cable connector 16 and the housing socket is one inside the circuit housing 17 arranged circuit board with the wires of the cable 5 and over the wires of the cable 5 connected to the coils of the coil assembly. Four wires are sufficient if each of the three coils is connected to a ground line. The circuit board in the circuit housing 17 has an evaluation circuit, with which the amplitudes received in the receiving coils can be brought into a relationship. Preferably, a quotient is formed from the amplitude values. The numeric value of this quotient can be displayed 19 are displayed. In addition, has the circuit housing 17 an output connector 18 which can be connected to a bus system, another display or just an external power supply. About the output connector 18 the measured values can be forwarded to other electronic components.

Bei dem in den 3 bis 6 dargestellten Weg-Sensor unterscheidet sich im Wesentlichen lediglich die Gestalt des Gehäuses 4 und die darin angeordnete Spulenanordnung von derjenigen des in der 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels. Auch hier trägt eine Platine 7 eine aus drei Spulen bestehende Spulenanordnung. Das Gehäuse 4 besitzt zwei Schraubendurchtrittsöffnungen 11 und ebenso wie das Gehäuse 4 des in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Profilrippe 12, die sich über die gesamten beiden Längsschmalseiten des Gehäuses erstrecken. In the in the 3 to 6 shown path sensor differs essentially only the shape of the housing 4 and the coil assembly disposed therein is the same as that in FIG 1 illustrated first embodiment. Again, a board carries 7 a coil arrangement consisting of three coils. The housing 4 has two screw openings 11 and as well as the case 4 in the 1 illustrated embodiment a tread rib 12 , which extend over the entire two longitudinal narrow sides of the housing.

Der Resonator 8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel fest am Gehäuse 4 geführt. Hierzu besitzt der dem Resonator 15 tragende Positionsgeber 8 Nuten 16, in die die Profilrippen 12 eingreifen können. Während die Profilrippen 12 voneinander weg gerichtet sind, sind die Profilnuten 16 aufeinander zu gerichtet. Der Positionsgeber 8 überspannt somit brückenartig das Gehäuse 4, in dem sich die Platine 7 befindet. The resonator 8th is fixed to the housing in this embodiment 4 guided. For this has the the resonator 15 carrying position encoder 8th groove 16 into which the tread ribs 12 can intervene. While the tread ribs 12 are directed away from each other, are the profile grooves 16 directed towards each other. The position transmitter 8th thus spans the housing like a bridge 4 in which the circuit board is 7 located.

Das Gehäuse 4 besitzt eine Gehäuseschale 9, in der sich die Platine 7 befindet. Die Gehäuseschale 9 ist von einem Gehäuseteil 10 verschlossen. The housing 4 has a housing shell 9 in which is the circuit board 7 located. The housing shell 9 is from a housing part 10 locked.

Der Resonator 15 ist auch hier lediglich als Schwingkreis ausgebildet, der keine externe Stromversorgung braucht und der auch nicht mit einem Kabel mit einem anderen Aggregat des Sensors verbunden ist. Der Resonator wird auch hier lediglich von einem elektromagnetischen Wechselfeld der Sendespule 1 fremd erregt. Der Resonator 15 ist im Gehäuse des Positionsgebers 8 gekapselt. The resonator 15 is also formed here only as a resonant circuit, which does not need an external power supply and is not connected to a cable with another unit of the sensor. The resonator is again only of an alternating electromagnetic field of the transmitting coil 1 foreign excited. The resonator 15 is in the housing of the position sensor 8th capsuled.

Die Form der Spulenanordnung wird im Wesentlichen schematisch in den 7 bis 8b gezeigt. Die 7 zeigt sämtliche der drei Spulen 1, 2, 3 in Übereinanderlage auf der Platine 7. Die 8 zeigt der Übersicht halber lediglich die Sendespule 1, die Pulsartig mit einem elektromagnetischen Wechselfeld, das im oberen Kilohertzbereich bzw. im unteren Megahertzbereich liegt, bestromt ist. Die Energiepulse, die in die Sendespule 1 eingeleitet werden haben eine Länge von wenigen Millisekunden. Die Sendespule 1 hat im Ausführungsbeispiel drei Windungen. The shape of the coil assembly is substantially schematically in the 7 to 8b shown. The 7 shows all of the three coils 1 . 2 . 3 in overlay on the board 7 , The 8th shows the sake of clarity, only the transmission coil 1 , which is pulsed with an electromagnetic alternating field, which is in the upper kilohertz range or in the lower megahertz range, energized. The energy pulses coming into the transmitter coil 1 be introduced have a length of a few milliseconds. The transmitting coil 1 has three turns in the embodiment.

Die in der 8a dargestellte erste Empfangsspule 2 besitzt mehrere ineinander geschachtelte Teilspulenflächen, in die ein nach einem Wechselfeldpuls aufgeladener Resonator 15 beim Abklingen seiner Schwingung ein Wechselfeld induzieren kann. Die Amplitude dieses Wechselfeldes gehorcht im Wesentlichen dem in der 9 mit 21 bezeichnetem Verlauf über die Wegstrecke, der dem einer Sinuskurve entspricht. The in the 8a shown first receiving coil 2 has several nested sub-coil surfaces into which a charged after an alternating field pulse resonator 15 when decaying its oscillation can induce an alternating field. The amplitude of this alternating field essentially obeys that in the 9 With 21 designated course over the distance corresponding to that of a sinusoid.

Die in der 8b dargestellte zweite Empfangsspule 3 besitzt ebenfalls mehrere ineinander geschachtelte Teilspulenflächen, die so angeordnet sind, dass der abklingende Resonator dort eine vom Weg abhängige Amplitude induziert, die in der 9 mit der Bezugsziffer 20 bezeichnet ist. Diese Kurve gehorcht im Wesentlichen einem Kosinusgesetz. The in the 8b illustrated second receiving coil 3 also has a plurality of nested sub coil areas arranged so that the evanescent resonator induces a path dependent amplitude therein 9 with the reference number 20 is designated. This curve essentially obeys a cosine law.

Der Quotient der beiden Kurven 20, 21 ist über die gesamte Erstreckungslänge des Wegsensors 1 eindeutig, sodass mit dem Sensor Absolutwerte hinsichtlich der Position bestimmt werden können. The quotient of the two curves 20 . 21 is over the entire extension length of the displacement sensor 1 unique, so absolute positional position can be determined with the sensor.

Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Sensoren bzw. bei den übrigen Figuren dargestellten Sensoren sind ähnlich gestaltete Spulenanordnungen 1, 2, 3 vorhanden. Bei Drehwinkel-Sensoren sind die Sendespule 1 bzw. die beiden Empfangsspulen 2, 3 auf einer bogenförmigen Bahn angeordnet. Die bogenförmige Bahn ist dort bevorzugt eine Kreisbogenbahn, die geschlossen sein kann. Bei dem in der 11 dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft die Bogenbahn nur über einen Teilkreis. In the in the 1 and 2 shown sensors or sensors shown in the other figures are similarly designed coil arrangements 1 . 2 . 3 available. For rotary angle sensors are the transmitting coil 1 or the two receiver coils 2 . 3 arranged on an arcuate path. The arcuate path is there preferably a circular arc path, which may be closed. In the in the 11 illustrated embodiment, the arc path runs only over a pitch circle.

Die 9 zeigt ein Anwendungsbeispiel des flach ausgebildeten Weg-Sensors. Das Gehäuse ist mit seinen randseitig angeordneten Profilrippen 12 in Profilnuten 13 eines Profilkörpers 14 eingeschoben. Bei dem Profilkörper 14 handelt es sich um ein Aluminiumstranggussprofil, welches bspw. für Stellglieder oder Zylinder-Kolbenanordnungen verwertet wird. The 9 shows an application example of the flat trained path sensor. The housing is with its edge-side profile ribs 12 in profile grooves 13 a profile body 14 inserted. In the profile body 14 it is an extruded aluminum profile, which is utilized, for example, for actuators or cylinder-piston assemblies.

Bei dem in der 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sensorgehäuse 4 von einer Metalloberfläche beabstandet. Es ist aber auch möglich, das Gehäuse 4 unmittelbar auf eine Metalloberfläche aufzubringen. Dies erfolgt beispielsweise mittels Schrauben. In the in the 10 illustrated embodiment, the sensor housing 4 spaced from a metal surface. But it is also possible, the housing 4 directly applied to a metal surface. This is done for example by means of screws.

Die 6 zeigt, wie eine Senkkopfschraube 23 durch eine Schraubendurchtrittsöffnung 11 gesteckt werden kann, sodass der Senkkopf in der Senkung der Schraubendurchtrittsöffnung 11 liegt. Das Gehäuse 4 kann umgewendet werden. Jetzt wird bevorzugt eine Zylinderkopfschraube 24 in die der Senkung gegenüber liegende Öffnung der Schraubendurchtrittsöffnung 11 eingeschraubt. Der Kopf der Zylinderkopfschraube 24 kann dann als Anschlag für den als Schieber ausgebildeten Positionsgeber 8 dienen. The 6 shows as a countersunk screw 23 through a screw passage opening 11 can be plugged, so that the countersunk in the reduction of the screw passage opening 11 lies. The housing 4 can be turned over. Now, a cylinder head screw is preferred 24 in the reduction of the opposite opening of the screw passage opening 11 screwed. The head of the cylinder head bolt 24 can then be used as a stop for the trained as a slider position sensor 8th serve.

Bei dem in der 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 4 lediglich als Filmschicht ausgebildet, die elektrisch isolierend die Spulenplatinenanordnung ummantelt. Das Gehäuse 4 hat hierbei eine Kreisbogenform. Der zugehörige Positionsgeber kann mit geringem Abstand entlang der Breitseitenfläche des Gehäuses 4 geführt werden. Das Verbindungskabel 5 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Flachkabel ausgebildet. Das nicht dargestellte entfernte Ende des Kabels 5 kann über Klemmen oder bevorzugt über einen Stecker 6 mit einer Auswerteschaltung in einem Auswerteschaltungsgehäuse 17 verbunden sein. In the in the 11 illustrated embodiment, the housing 4 merely formed as a film layer, which electrically encapsulates the coil board assembly. The housing 4 has a circular arc shape. The associated position sensor can be at a small distance along the broad side surface of the housing 4 be guided. The connection cable 5 is formed in this embodiment as a flat cable. The unillustrated remote end of the cable 5 can be via terminals or preferably via a plug 6 with an evaluation circuit in an evaluation circuit housing 17 be connected.

Bei dem in den 13 bis 15 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich wiederum um einen Drehwinkel-Sensor mit einem im Wesentlichen einen rechteckigen Grundriss aufweisenden Gehäuse 4. Seitlich abragende Ohren des Gehäuses 4 bilden Anschrauböffnungen 11 aus. Beide Breitseitenflächen A und B tragen Führungsnocken 22, die zwischen sich eine kreisrunde Führungsfläche freilassen, innerhalb der ein kreisscheibenförmiger Positionsgeber 8 geführt gedreht werden kann. Mit Pfeilen ist in den 13 und 15 die Drehrichtung angedeutet, in der eine Drehung des Positionsgebers zu ansteigenden Drehwinkelsignalen führt. In the in the 13 to 15 illustrated embodiment is again a rotation angle sensor with a substantially rectangular plan having housing 4 , Laterally projecting ears of the housing 4 form screw holes 11 out. Both wide side surfaces A and B carry guide cams 22 , which leave between them a circular guide surface, within which a circular disc-shaped position sensor 8th can be turned on. With arrows is in the 13 and 15 the Direction of rotation indicated, in which a rotation of the position sensor leads to rising angle of rotation signals.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren in ihrer fakultativ nebengeordneten Fassung eigenständige erfinderische Weiterbildung des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. All disclosed features are essential to the invention. The disclosure of the associated / attached priority documents (copy of the prior application) is hereby also incorporated in full in the disclosure of the application, also for the purpose of including features of these documents in claims of the present application. The subclaims characterize in their optional sibling version independent inventive development of the prior art, in particular to make on the basis of these claims divisional applications.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Sendespule transmitting coil
22: Spulenanordnung coil assembly
33: Spulenanordnung coil assembly
44: Gehäuse casing
55: Verbindungskabel connection cable
66: Stecker plug
77: Platine circuit board
88th: Positionsgeber locator
99: Gehäuseteil housing part
1010: Gehäuseteil housing part
1111: Schraubendurchtrittsöffnung Screws through opening
1212: Schraubendurchtrittsöffnung Screws through opening
1313: Nut groove
1414: Profilkörper profile body
1515: Resonator resonator
1616: Führung guide
1717: Schaltungsgehäuse circuit case
1818: Ausgangsleitverbindung Ausgangsleitverbindung
1919: Anzeige display
2020: Kosinusfunktion cosine
2121: Sinusfunktion sine function
2222: Führungsnocken guide cam
2323: Senkkopfschraube countersunk
2424: ZylinderkopfschraubeCylinderhead screw

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1023575 B1 [0002, 0002]
DE 69810504 T2 [0002, 0003]
DE 69502283 T2 [0003]
DE 202006010305 U1 [0003]

Claims

Angle of rotation or displacement sensor with a coil arrangement ( 1 . 2 . 3 ) ( 7 ), which is connected by means of an electrically conductive connection with an evaluation circuit and with a position sensor ( 8th ) located a short distance from the coil assembly ( 1 . 2 . 3 ) is displaceable substantially parallel to the board surface, wherein the coil arrangement ( 1 . 2 . 3 ) a transmitting coil surrounding a transmitting coil surface ( 1 ) and at least two receiving coils arranged in the transmitter coil surface ( 2 . 3 ), which are arranged so that one excited with a transmission frequency, the position sensor ( 8th ) associated resonator in the receiving coil ( 2 . 3 ) excites at least two received signals whose unique amplitude ratio has an absolute value for the position of the position sensor ( 8th ), characterized in that the electrical lead connection is a connection cable ( 5 ), so that the electronic circuit board-carrying board ( 7 ) away from the evaluation circuit to a machine frame or the like can be fastened.

Angle of rotation or displacement sensor according to claim 1, characterized in that the board ( 7 ) in a flat housing ( 4 ) is arranged.

Angle or way sonsor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the housing ( 4 ), which of two housing parts ( 9 . 10 ) may be formed or formed as a mere insulating layer, optionally with one of its broad side to the position sensor ( 8th ) pointing to a machine part is fastened.

A rotation angle or path sonsor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the coil arrangement ( 1 . 2 . 3 ) in a linear extension, in an arcuate arrangement or in a tortuous arrangement on the board ( 7 ), wherein the outline contour of the board ( 7 ) may be adapted to the outline contour of the coil assembly.

Angle or way sonsor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the coil arrangement carrying housing ( 4 ) Screw passages ( 11 ), in particular countersunk screw openings ( 11 ) having.

Angle or way sonsor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the housing ( 4 ) with its narrow walls and in particular with profiles arranged on the narrow walls ( 12 ) into a groove ( 13 ) of a profile body ( 14 ) is insertable,

Angle or way sonsor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the housing ( 4 ) can be inserted in a narrow shaft of a machine housing.

Angle of rotation or distance sonsor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the board ( 7 ) and the coil arrangement ( 1 . 2 . 3 ) supporting housings ( 4 ) is flexible to attach it on an uneven mounting surface, the mounting surface following flat.

Angle or way sonsor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the housing ( 4 ) by gluing on a machine part or the like can be fastened.

Angle or way-Sonsor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the mounting surface on which the flat housing ( 4 ) can be made of metal.

A rotation angle or path sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the resonator ( 15 ) has a resonant circuit, which without external energy solely by that of the transmitting coil ( 1 ) emitted electromagnetic alternating field is set in vibration.

A rotation angle or path sensor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the resonator ( 15 ) with the help of a guide ( 16 ) on the housing ( 4 ) or levitating over the housing ( 4 ) to be led.

Angle of rotation or path sonsor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the connecting cable ( 5 ), without a plug and essentially only by a soldered connection with the conductor tracks of the board ( 7 ) is electrically connected.

Angle of rotation or distance sonsor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the largest diameter of the connecting cable ( 5 ) maximum of the height of the board ( 7 ) receiving housing ( 4 ) corresponds.

Angle of rotation or path sonsor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the connecting cable ( 5 ) by means of a plug ( 6 ), by means of a clamping connection or the like detachable with a circuit housing containing the evaluation circuit ( 17 ) connected is.

Rotation angle or path Sonsor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the evaluation circuit in a circuit housing ( 17 ), which has an output connection ( 18 ), with which the evaluation circuit can be connected to a control device, a bus line or to a display device.

Rotation angle or path Sonsor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the housing containing the evaluation circuit ( 17 ) an ad ( 19 ) and / or a plurality of connection points has a respective one transmission coil ( 1 ) and several receiving coils ( 2 . 3 ) having a coil arrangement, which together with a resonator ( 15 ) form as a position encoder a rotation angle or path sensor, so that a two-dimensional or three-dimensional displacement of a component relative to another component of a machine or the like can be determined.

Angle of rotation or path sonsor according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the amplitude ratio of the quotient of a corresponding to the cosine function ( 20 ) and sine function ( 21 ) is with the path or angle of rotation changing received signal.