DE212018000387U1

DE212018000387U1 - Kontaktloser linearer Wegaufnehmer

Info

Publication number: DE212018000387U1
Application number: DE212018000387.4U
Authority: DE
Original assignee: Gefran SpA
Current assignee: Gefran SpA
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2028-12-28
Also published as: WO2019130233A1

Abstract

Ein linearer Wegaufnehmer (1), umfassend:
- einen Magneten (9, 6, 61) mit spiralförmiger Entwicklung um eine entsprechende Entwicklungsachse (M),
- Abtastmittel (81, 82), die nicht in Kontakt mit dem Magneten (9, 6, 61) stehen, der magnetisch mit dem Magneten (9, 6, 61) gekoppelt ist,
- Mittel (2, 2a, 2b), die elektrisch mit den Abtastmitteln (81, 82) verbunden und so konfiguriert sind, dass sie die lineare Position (d) ausgeben (OUT, OUT'), wobei der Magnet (9, 6, 91) und/oder die Abtastmittel (81, 82) konfiguriert sind, um sich linear entlang der Entwicklungsachse (M) zu bewegen und an einem Element befestigt zu werden, dessen Position erfasst werden soll, wobei die Abtastmittel (81, 82) so ausgestaltet sind, dass sie den Drehwinkel (α) des magnetischen Induktionsvektors (B, B'), der durch den Magneten (9, 6, 91) und aufgrund der reziproken linearen Verschiebung (d) zwischen den Abtastmitteln (81, 82) und dem spiralförmigen Entwicklungsmagneten (9, 6, 61) erzeugt wird, messen, wobei die Mittel konfiguriert sind, um die lineare Position (d) als Reaktion auf die Messung auszugeben,
- ein röhrenförmiges Gehäuse (7, 75) aus ferromagnetischem Material, das koaxial zu dem Magneten (9, 6, 91) ist und konfiguriert ist, um das Magnetfeld auf die Abtastmittel (81, 82) zu konzentrieren, wobei während der linearen Bewegung entlang der Entwicklungsachse (M) die Abtastmittel (81, 82) quer zur Entwicklungsachse (M) mit einem Teil des spiralförmigen Entwicklungsmagneten (9, 6, 61) und mit einem Teil des röhrenförmigen Gehäuses (7, 75) aus ferromagnetischem Material ausgerichtet sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kontaktlosen linearen Wegaufnehmer.
TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
Systeme mit positionsregelnden Sensoren, die in den beweglichen Hauptteilen mechanischer Systeme von numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen und robotisierten Fertigungsstraßen, Industrie- und Landwirtschaftsfahrzeugen und Erdbewegungsmaschinen angeordnet sind, sind dem Fachmann bekannt. Elektrische Linearantriebe und Hydraulikzylinder gehören zu den am weitesten verbreiteten Linearantrieben im industriellen Bereich und in der Mobilhydraulik.
Im industriellen Bereich ist im Allgemeinen der bewegliche Teil der elektrischen Stellantriebe mit dem Schieber des linearen Positionssensors verbunden, der sich außerhalb des Stellantriebs befindet. Bei mobilhydraulischen Anwendungen können die außerhalb des Stellantriebs angeordneten Sensoren hinderlich sein, da die beweglichen Teile der Maschine sich großteils frei bewegen können. Angesichts des Schmutz- und Detritusgehalts, der die typische Arbeitsumgebung von Landwirtschafts- und Erdbewegungsmaschinen kennzeichnet, besteht zudem die Gefahr, dass der außen am Antrieb angebrachte Sensor beschädigt wird, wenn er nicht entsprechend geschützt ist. Aus diesem Grund sind alle linearen Positionssensoren, die direkt innerhalb des Hydraulik- oder Pneumatikzylinders oder allgemeiner innerhalb des Antriebs montiert werden können, besonders attraktiv.
Derzeit gibt es lineare Positionssensoren, die auf verschiedenen Funktionsprinzipien basieren.
Es sind resistive Sensoren bekannt, wie beispielsweise der im Patent US 4,386,552 beschriebene, die einen potentiometrischen Widerstandssensor als primäres Element eines linearen Wegaufnehmers innerhalb eines Zylinders verwenden. Dieser Sensortyp besteht aus einem Schieber, der einen elektrischen Gleitkontakt und eine kreisförmige Widerstandsbahn einschließt, auf der der Schieber läuft. Der Schieber bewegt sich in kreisförmiger Bewegung und verändert durch Gleiten den Leiterpfad der Bahn, wodurch eine Veränderung des äquivalenten Widerstands zwischen den beiden Anschlüssen der Widerstandsbahn bestimmt wird.
Die Haupteinschränkungen dieser Messtechnik betreffen den Verschleiß der Widerstandsbahn durch den Gleitkontakt. Um die Position der Zylinderstange zu erfassen, muss außerdem der potentiometrische Widerstandssensor zusammen mit dem Kolbenkupplungsmechanismus im Ölbehälter untergebracht werden, wodurch die Widerstandsbahn den korrosiven Auswirkungen des Öls und den darin enthaltenen Verunreinigungen ausgesetzt wird. Schließlich kann der potentiometrische Sensor nach einer Fehlfunktion nicht einfach herausgezogen und ausgetauscht werden, außer durch Entfernen des festen Endes des Zylinders, in dem er untergebracht ist.
Es sind kontaktlose kapazitive Sensoren bekannt, wie der im Patent FR 2539868 beschriebene, die einen kapazitiven Sensor als primäres Element eines linearen Wegaufnehmers für den Innenzylinder verwenden. Diese Art Sensor besteht aus zwei Ankern, von denen einer durch die Kolbenstange selbst hergestellt wird, die durchlöchert ist und in die der zweite Anker, der aus einer mit dem festen Ende des Hydraulikzylinders fest verbundenen Stange besteht, gleiten kann. Die beiden Anker sind voneinander elektrisch isoliert. Die äquivalente elektrische Kapazität, die zwischen den beiden Ankern gemessen werden kann, variiert in Abhängigkeit von der Länge der Strecke, in der die beiden Anker nebeneinander liegen.
Diese kontaktlose Messtechnik bewahrt die primären Elemente, die den Sensor bilden, vor mechanischem Verschleiß. Der kapazitive Sensor muss jedoch innerhalb des Ölbehälters untergebracht werden, um die Position der Kolbenstange zu erfassen. Das gesamte positionsabfragende Teil des Wegaufnehmers ist also ständig in Öl eingetaucht, das zusätzlich zu möglichen regulierenden Eigenschaften erhebliche Schwankungen der Dielektrizitätskonstante in Abhängigkeit von der Schwankung des Verunreinigungsgrades, wie Schmutz und Wasser, der Arbeitstemperatur und des Drucks aufweist. Eine derartige unerwünschte Änderung der Dielektrizitätskonstante wirkt sich auf die äquivalente Kapazität zwischen den beiden Ankern aus und kann, wenn sie nicht kompensiert wird, fälschlicherweise als Änderung der Position der Zylinderstange interpretiert werden.
Darüber hinaus kann der kapazitive Sensor nach einer Fehlfunktion nicht einfach herausgezogen und ausgetauscht werden: ein Anker ist ein integraler Bestandteil des Kolbens, während der andere Anker erst nach Entfernen des festen Endes des Hydraulikzylinders entfernt werden darf.
Die Patente US 6,234,061 und US 7,290,476 verwenden einen Linear Variable Displacement Transducer (Linearer variabler Wegaufnehmer) - LVDT - als primäres Element zur Bestimmung der Position der Kolbenstange, die innerhalb eines Hydraulikzylinders läuft. Der Wegaufnehmer ist mithilfe eines Rohres hergestellt, das aus drei achsenparallel angeordneten Wicklungen besteht und im Inneren einen beweglichen ferromagnetischen zylindrischen Kern aufweist, der mechanisch mit der Kolbenstange verbunden ist. Die mittlere Wicklung ist als die Primärwicklung eines Transformators zu betrachten, die in Abhängigkeit von der Position des ferromagnetischen Kerns unterschiedlich an die beiden Sekundärwicklungen gekoppelt ist. Die Variation der Reluktanz zwischen den Wicklungen des Transformators ist proportional zur Verschiebung des Kerns.
Die mechanische Kopplung zwischen dem ferromagnetischen Kern und der Kolbenstange wird durch ein System erreicht, das sich im Inneren des Zylinders befindet und aus einem Draht besteht, der mit einem Ende an der Spitze der Stange und mit dem anderen Ende an einer mit einer Rückholfeder versehenen Trommel befestigt ist. Mittels eines Schneckenschraubemechanimus wird die Drehung der Trommel in die Übersetzung eines Stiftes umgewandelt, der mit einem Nockensystem auf den ferromagnetischen Kern des induktiven Wegaufnehmers wirkt.
Diese kontaktlose Messtechnik bewahrt die primären Elemente, die den Wegaufnehmer bilden, vor mechanischem Verschleiß. Um die Position der Kolbenstange zu erfassen, muss der induktive Sensor jedoch innerhalb des Ölbehälters untergebracht sein und ist somit dessen korrosiver Wirkung ausgesetzt. Darüber hinaus kann diese Wegaufnehmertechnik, obwohl sie relativ robust gegenüber Schwankungen der Arbeitstemperatur des Öls ist, unter dem Einfluss der in ihr enthaltenen Verunreinigungen wie Schmutz und Wasser leiden, was zu einer unerwünschten Veränderung der Reluktanz führen kann, die, wenn sie nicht kompensiert wird, fälschlicherweise als Veränderung der Position der Zylinderstange interpretiert werden kann.
Der Austausch des primären induktiven Elements nach einer Fehlfunktion erfordert notwendigerweise die Entfernung des festen Endes des Hydraulikzylinders, in dem es untergebracht ist.
Magnetowiderstandssensoren wie die im Patent JP 62229003A beschriebenen, bei denen ein magnetischer Wegsensor auf der Basis von Magnetowiderständen (Giant Magnetoresistance - GMR) als primäres Element zur Bestimmung der Position der Kolbenstange, die in einem Hydraulikzylinder läuft, verwendet wird, sind bekannt. Der Wegaufnehmer besteht aus einem oder mehreren Magnetpaaren, die im Inneren des Hydraulikzylinders angeordnet sind, und aus einem Sensor der magnetischen Feldstärke, der aus vier Magnetwiderständen besteht, die als Wheatstone-Brücke angeordnet und im Inneren des Zylinders positioniert und an der Kolbenstange befestigt sind. Die Magnete jedes Paares sind in Bezug auf die Zylinderachse diagrammatisch gegenüberliegend angeordnet und erzeugen so ein Magnetfeld senkrecht zur Verschiebungsrichtung der Kolbenachse. Durch geeignete Beschichtung des Zylinders mit Material hoher magnetischer Permeabilität erstreckt sich das von den Magnetpaaren erzeugte Feld über seine gesamte Länge. Die Magnetowiderstände können sich also in einem Magnetfeld bewegen, dessen Stärke von der Position der Kolbenstange abhängt.
Diese Wegaufnehmertechnik ist kontaktlos, so dass das Sensorelement keinem mechanischen Verschleiß ausgesetzt ist. Außerdem kann der Sensor der magnetischen Feldstärke, obwohl er im Ölbehälter angeordnet ist, ordnungsgemäß mit nicht-ferromagnetischem Passivierungsmaterial beschichtet sein, um gegen mögliche korrosive Auswirkungen des Öls immun zu sein.
Auf der anderen Seite reagieren die Magnetwiderstände besonders empfindlich auf Schwankungen der Arbeitstemperatur. Da sie sich auf dem beweglichen Teil des Hydraulikzylinders befinden, benötigen sie außerdem ein spezielles Verdrahtungssystem mit Verdrehschutz, um das elektrische Signal mit Hilfe des entsprechenden Anschlusses in die mechanische Vorrichtung zurückführen zu können.
Diese Komplexität zeigt sich auch beim Austausch des Sensors nach einem Ausfall: während die Magnete, die das Referenzmagnetfeld erzeugen, außerhalb des Zylinders an einer für den Wartungstechniker leichter zugänglichen Stelle untergebracht werden können, muss das Ende des Zylinders entfernt und die Kolbenstange herausgezogen werden, um das magnetoresistive Sensorelement zu erreichen.
Magnetostriktive Sensoren, zu deren Familie der im Patent EP 1571425 vorgestellte Sensor gehört, sind eine typische Lösung, um eine genaue Messung der linearen Position eines beweglichen Teils eines mechanischen Systems zu erhalten. Die magnetostriktive Technik basiert auf der Messung der Flugzeit einer akustischen Welle, die entlang eines Drahtes aus magnetostriktivem Material übertragen und in der Nähe der Drossel zurückreflektiert wird, die von einem magnetischen Ring induziert wird, der entlang des Wellenleiters verläuft. Mit dieser kontaktlosen Technik lassen sich hohe Messauflösungen erzielen, allerdings zu Lasten hoher Kosten, hoher Anfälligkeit gegenüber Temperaturschwankungen, Vibrationen und externen Magnetfeldern. Mechanische Stöße, die versehentlich auf die Stange, der den Wellenleiter enthält, ausgeübt werden und sogar irreparable Schäden verursachen, müssen die Sensorkalibrierung beeinträchtigen.
Es sind magnetische Sensoren bekannt, wie sie in den Patenten US 8,829,893 und US 9,062,694 beschrieben sind; in diesen Patenten wird eine Anordnung von magnetischen Sensoren verwendet, die über die gesamte Länge des festen Teils eines Hydraulikzylinders angeordnet und mit einem oder mehreren Magneten gekoppelt sind, die in der Kolbenstange untergebracht sind. Sowohl bei magnetoresistiven Elementen als auch bei Hall-Effekt-Elementen, die in einer Brücke angeordnet sind, ist das Messprinzip kontaktlos, so dass das primäre Sensorelement keinen mechanischem Verschleiß aufweist und sein Schutzgrad durch traditionelle Passivierungstechniken wie beispielsweise Harzbeschichtung erhöht werden kann.
Magnetische Sensoren erfassen die Intensität des Magnetfeldes. Durch die Abfrage jedes Sensors und die Kombination der jeweiligen Ausgänge ist es möglich, die Stangenposition zu bestimmen. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die Anordnung der magnetischen Sensoren außerhalb des Hydraulikzylinders positioniert werden kann, so dass sie für die Wartung leicht zugänglich und vor den typischen mechanischen und thermischen Belastungen des Ölbehälters geschützt ist. Andererseits kann die Struktur des Zylinders selbst das Magnetfeld abschwächen, das von den beweglichen Magneten in seinem Inneren erzeugt wird, wodurch die Sensoranordnung gezwungen ist, unter Bedingungen mit geringer Empfindlichkeit zu arbeiten. Außerdem ist das Sensorarray möglichen Interferenzen ausgesetzt, die durch metallische oder magnetische Bauteile erzeugt werden, die sich in der Nähe des Zylinders bewegen. Aus diesen Gründen schlägt das Patent US 9,062,694 vor, die Sensoranordnung auf einem magnetisch polarisierten Träger unterzubringen, der einerseits Interferenzen abschirmt und andererseits die Messung der magnetischen Feldstärke robuster macht. Schließlich sind die Komplexität und die Kosten eines derartigen Wegaufnehmers direkt proportional zum maximal messbaren Verfahrweg: je größer die Länge der Kolbenstange, desto größer ist die Anzahl der anzuordnenden magnetischen Sensoren und desto komplexer werden die Verkabelung, das Routing und die Handhabung jedes einzelnen Sensorelements.
Um die Anzahl der Hall-Sensoren zu reduzieren, die bei gleichem Messbereich in das magnetische Sensorarray aufgenommen werden müssen, schlägt das Patent WO 2016046537 die Verwendung eines Sensorarrays vor, das mit dem festen Ende des Zylinders verbunden ist und innerhalb der hohlen Kolbenstange laufen kann. In der Kolbenstange befindet sich ein ebenfalls hohler Magnet, der speziell konzipiert ist, um in seinem Hohlraum ein Magnetfeld mit einer Intensität erzeugt, die linear gemäß seiner Position variiert. Auch in diesem Fall kann die Position der Stange bestimmt werden, indem die Messung der magnetischen Feldstärke jedes Sensors des Arrays kombiniert wird. Die besondere Geometrie des Magneten gewährleistet eine Erhöhung der Intensität des Magnetfeldes entlang der Bewegungsachse der Kolbenstange im Vergleich zu den vorhergehenden Lösungen, wodurch eine dispergiertere Positionierung der Sensoren, die das Array bilden, ermöglicht wird. Darüber hinaus werden durch die Positionierung des Sensorarrays im Zylinder die von elektromagnetischen Störquellen herrührenden Effekte reduziert, obwohl die Sensorelektronik in den Ölbehälter eingetaucht werden muss, mit all den daraus resultierenden Problemen der schwierigen Zugänglichkeit im Wartungsfall.
Patente US 7,956,606 und US 9,341,266 verwenden einen einzelnen magnetischen Drehsensor als primäres Element zur Bestimmung der Position einer Stange, die innerhalb eines zylindrischen Zylinders läuft. Das Sensorelement ist dem Zentrum eines Magneten zugewandt und mit diesem ausgerichtet, der sich entsprechend der Bewegung der Kolbenstange dreht. Die Winkellage des Polarisationsvektors des Magneten wird somit durch das Sensorelement in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die elektronische Baugruppe und das Magnetsystem, das die lineare Bewegung der Kolbenstange mit der Drehbewegung des Magneten koppelt, befinden sich in zwei getrennten Gehäusen. Diese Lösung ermöglicht die Abschirmung des Magnetsensors in Bezug auf die Störungen, die von der Umgebung außerhalb des Zylinders kommen. Der Austausch des primären Sensorelements nach einer Fehlfunktion ist stattdessen komplizierter als bei dem im Patent US 8,829,893 vorgeschlagenen System, da das feste Ende des Hydraulikzylinders, in dem die Elektronik untergebracht ist, entfernt werden muss.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht des Standes der Technik ist es Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen kontaktlosen linearen Wegaufnehmer anzubieten, der einfacher ist als die bekannten. Die vorgeschlagene Lösung kann in industrielle Linearführungen oder Hydraulikzylinder integriert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein derartiger Gegenstand mittels eines linearen Wegaufnehmers nach Anspruch 1 erreicht.
Bevorzugte Ausführungsformen dieses linearen Wegaufnehmers sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Figurenliste

Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung praktischer Ausführungsformen, die in den beiliegenden Zeichnungen als nicht einschränkende Beispiele gezeigt werden, wobei
1 einen kontaktlosen linearen Wegaufnehmer gemäß der ersten Ausführungssform der Erfindung zeigt;
2 - 7 verschiedene Arbeitsschritte des Wegaufnehmers in 1 zeigen;
8a ein Diagramm der Abweichung der linearen Verschiebung d als Funktion des Winkels α zeigt;
8b die elektronische Baugruppe zeigt, die im linearen Wegaufnehmer in 1 verwendet werden kann;
9 einen linearen Wegaufnehmer gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 - 11a einen linearen Wegaufnehmer gemäß einer anderen Variante der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11b die elektronische Baugruppe zeigt, die im linearen Wegaufnehmer in 10 verwendet werden kann;
12 - 15 verschiedene Arbeitsschritte des Wegaufnehmers in 10 zeigen;
16 einen kontaktlosen linearen Wegaufnehmer gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
17 - 20 verschiedene Arbeitsschritte des Wegaufnehmers in 16 zeigen;
21, 22 und 23 einen Querschnitt eines linearen Wegaufnehmers gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigen;
24a - 24e Arbeitsschritte eines linearen Wegaufnehmers gemäß einer Ausführungsform zeigen;
25 den Trend entlang der linearen Verschiebung d der erfassbaren Größen während der in 24a - 24e dargestellten Arbeitsschritte zeigt;
26 eine Tabelle.die Mengen angibt, die während der Arbeitsschritte in 24a - 24e erkannt und bestimmt werden können, zeigt;
27a - 27d Arbeitsschritte eines linearen Wegaufnehmers gemäß einer Ausführungsform zeigen;
28a - 28d in tabellarischer Form erfassbare Mengen während der Arbeitsschritte in den 27a - 27d zeigen;
29 den Trend entlang der linearen Verschiebung d einer erfassbaren Größe während der in 27a - 27d dargestellten Arbeitsschritte zeigt;
30a - 30d Arbeitsschritte eines linearen Wegaufnehmers gemäß einer Ausführungsform zeigen;
31 den Trend entlang der linearen Verschiebung d der erfassbaren Größen während der in 30a - 30d dargestellten Arbeitsschritte zeigt;
32a - 32d Arbeitsschritte eines linearen Wegaufnehmers gemäß einer Ausführungsform zeigen;
33 den Trend entlang der linearen Verschiebung d der erfassbaren Größen während der in 32a - 32d dargestellten Arbeitsschritte zeigt;
34a - 34d Arbeitsschritte eines linearen Wegaufnehmers gemäß einer Ausführungsform zeigen;
35 den Trend entlang der linearen Verschiebung d der erfassbaren Größen während der in 34a - 34d dargestellten Arbeitsschritte zeigt;
36a - 36d Arbeitsschritte eines linearen Wegaufnehmers gemäß einer Ausführungsform zeigen;
37 den Trend entlang der linearen Verschiebung d der erfassbaren Größen während der in 36a - 36d dargestellten Arbeitsschritte zeigt;
38a - 38d Arbeitsschritte eines linearen Wegaufnehmers gemäß einer Ausführungsform zeigen;
39 den Trend entlang der linearen Verschiebung d der erfassbaren Größen während der in 38a - 38d dargestellten Arbeitsschritte zeigt;
40 einen linearen Wegaufnehmer gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt;
41 und 42 in perspektivischer Ansicht bzw. in Längsschnittansicht einen linearen Wegaufnehmer gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigen;
43 einen linearen Wegaufnehmer gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt;
44 einen linearen Wegaufnehmer gemäß einer weiteren Ausführungsform zeigt, und
45, 46 und 47 unter den jeweiligen Betriebsbedingungen einen linearen Wegaufnehmer einer weiteren Ausführungsform zeigen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die vorgenannten Abbildungen wird nun ein kontaktloser linearer Wegaufnehmer gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Es sei darauf hingewiesen, dass gleichwertige oder ähnliche Elemente in den Abbildungen mit gleichen Ziffern oder alphanumerischen Hinweisen gekennzeichnet sind.
Der lineare Wegaufnehmer besteht aus zwei Teilsystemen, einem mechanischen und einem elektronischen.
Das mechanische Teilsystem wandelt die lineare Bewegung eines Magnetschiebers in die Rotation eines magnetischen Induktionsvektors um.
Das elektronische Teilsystem erkennt die Winkelposition des magnetischen Induktionsvektors und kodiert sie im Ausgang proportional zur linearen Position des Magnetschiebers.
Der lineare Wegaufnehmer umfasst einen Magneten 9, 6, Abtastmittel 81, 82, die nicht in Kontakt mit dem Magneten stehen und magnetisch mit dem Magneten gekoppelt sind, und Mittel 2, 2a, 2b, die elektrisch mit den Abtastmitteln verbunden und konfiguriert sind, um die lineare Position OUT, OUT' auszugeben.
Der Magnet ist ein spiralförmiger Entwicklungsmagnet um eine entsprechende Entwicklungsachse M.
Der Magnet und/oder die genannten Abtastmittel sind so konfiguriert, dass sie sich linear entlang der Entwicklungsachse M bewegen und an einem Element befestigt werden können, dessen Position d erfasst werden soll.
Die Abtastmittel 81, 82 sind so ausgelegt, dass sie den Drehwinkel α des magnetischen Induktionsvektors B, B' messen, der durch den Magneten 9 aufgrund der gegenseitigen linearen Verschiebung d zwischen den Abtastmitteln und dem spiralförmigen Entwicklungsmagneten erzeugt wird, und sind so konfiguriert, dass sie die lineare Position d als Reaktion auf die Messung ausgeben.
Der in den gezeigte lineare Wegaufnehmer 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung besteht aus einem spiralförmigen Entwicklungsmagneten 9 um eine Entwicklungsachse M.
In einer Ausführung umfasst der Magnet 9 vorzugsweise mindestens einen Magnetstab 6, der entlang der Dicke polarisiert und so verdreht ist, dass er eine hohle, magnetische, helixförmige Spirale der Länge L um die Entwicklungsachse M des Wegaufnehmers 1 bildet. Diese Länge L stellt den gesamten Messbereich des Wegaufnehmers dar.
Gemäß einer Ausführungsform, wie in 23, 24a - 24e, 27a - 27d, 38a - 38d gezeigt, ist der Magnetstab 6 so verdreht, dass er eine einzige Helixspirale bildet.
In einer Ausführungsform kann die Polarisierung des Magnetstabes 6 in Kombination mit der vorhergehenden bei axialer Längsmagnetisierung mit zwei Polen (wie in 21 dargestellt) oder bei axialer Magnetisierung entlang der Dicke mit vier Polen (wie in 22 dargestellt) oder bei axialer Magnetisierung entlang der Dicke mit zwei Polen (wie in 23 dargestellt) auftreten.
Vorzugsweise gibt es in einer weiteren Ausführungsform, wie in 1 - 7 gezeigt, zwei Magnetstäbe 6, die so verdreht sind, dass sie entgegengesetzte Pole, Nord N und Süd S, anzeigen und eine Doppelhelixspirale bilden.
In einer Ausführungsform kann in Kombination mit der vorhergehenden die Polarisation der beiden Magnetstäbe 6 mit axialer Magnetisierung entlang der Dicke auftreten (wie in 3, 5 und 7 gezeigt).
Die Magnetstäbe 6 können zum Beispiel aus anisotropem Magnetferrit oder Neodym-Eisen-Bor-Kautschuk oder aus spritzgegossenem Plastoferrit hergestellt werden.
Alternativ kann der Magnet 9 unter Verwendung eines Hohlzylinders aus magnetischem Material hergestellt werden, das durch Sintern von NdFeB- und SmCo- oder AINiCo-Pulvern zum Beispiel unter Verwendung der folgenden Techniken erhalten wird: Spritzgießen von NdFeB- und SmCo- oder AlNiCo-Verbundwerkstoffen, die mit Kunststoffen gebunden sind; Formpressen von NdFeB- und SmCo- oder AlNiCo-Verbundwerkstoffen, die mit Kunststoffen gebunden sind; das Element wird dann in geeigneter Weise im Helixprofil magnetisiert.
Der in 1-8 gezeigte lineare Wegaufnehmer 1 der ersten Ausführungsform der Erfindung umfasst einen Magnetfeldsensor 81 mit Abtastachsen x, y, z, des Zentrums O und im rechten Winkel zueinander; der Sensor 81 ist entlang der Entwicklungsachse M des Magneten angeordnet, die auch die Achse des linearen Wegaufnehmers 1 ist. Das Funktionsprinzip des Magnetfeldsensors 81 kann zum Beispiel Hall-Effekt, Riesenmagnetowiderstand oder magnetoresistiver Tunneleffekt sein.
Der Sensor 81 wird von einer hohlen Stange 5 getragen, der innerhalb des Magneten 9 entlang der Entwicklungsachse M des Magneten angeordnet ist. Insbesondere ist der Sensor 81 oben auf der hohlen Stange 5 angeordnet; eine elektronische Baugruppe 8, die den Magnetfeldsensor 81 trägt, ist auf derselben Oberseite der hohlen Stange 5 angeordnet. Zum Beispiel kann die Stange 5 aus paramagnetischem Material, wie Aluminium oder Edelstahl AISI 316, hergestellt werden.
Der lineare Wegaufnehmer 1 umfasst ferner ein röhrenförmiges Gehäuse 7, das koaxial zu und außerhalb von mindestens einem als Spirale gewundenen Magnetstab 6, vorzugsweise jedoch außerhalb der als Doppelhelixspirale gewundenen Magnetstäbe 6 angeordnet ist, aus ferromagnetischem Material besteht und geeignet ist, das von mindestens einem Magnetstab 6 erzeugte Magnetfeld innerhalb der Spirale und insbesondere auf den Sensor 81 zu konzentrieren.
Genauer gesagt ist es bemerkenswert, dass während der linearen Bewegung entlang der Entwicklungsachse M die Abtastmittel 81, 82 quer zur Entwicklungsachse M vorteilhaft mit einem Teil des spiralförmigen Entwicklungsmagneten 9, 6 und mit einem Teil des röhrenförmigen Gehäuses 7 ausgerichtet sind.
In dieser Konfiguration arbeiten die Abtastmittel 81, 82 in dem Moment, in dem die Abtastmittel 81, 82 zur Messung der Vektorkomponenten des durch den spiralförmigen Entwicklungsmagneten 9, 6 erzeugten Magnetfeldes angeglichen sind, unter optimalen Bedingungen, d.h. unter Abschirmungsbedingungen, die durch den Teil des röhrenförmigen Gehäuses 7 gewährleistet werden, mit dem sie quer zur Längsachse M ausgerichtet sind.
Mit anderen Worten, in dieser Konfiguration ist während der linearen Bewegung der Abtastmittel 81, 82 entlang der Entwicklungsachse M ein Teil des röhrenförmigen Gehäuses 7 quer zur Längsachse M immer mit den Abtastmitteln 81, 82 ausgerichtet, so dass die Abtastmittel 81, 82 dem Teil des spiralförmigen Entwicklungsmagneten 9, 6 zugewandt ist, der durch den entsprechenden Teil des röhrenförmigen Gehäuses 7 aus ferromagnetischem Material abgeschirmt ist.
Darüber hinaus ist das röhrenförmige Gehäuse 7 aus ferromagnetischem Material vorteilhaft geeignet, um den Magnetfeldsensor 81 vor äußeren elektromagnetischen Störungen abzuschirmen.
Das röhrenförmige Gehäuse 7 kann zum Beispiel aus rostfreiem Stahl AISI 400 hergestellt sein.
Die Länge des röhrenförmigen Gehäuses 7 ist entweder größer oder gleich der Länge L des Magneten 9, um den Magneten 9 aufzunehmen, und das röhrenförmige Gehäuse liegt vorzugsweise neben dem Magneten 9. Das röhrenförmige Gehäuse 7 bildet mit dem Magneten 9 einen Magnetschieber 90, der sich in Bezug auf den Sensor 81 linear bewegen kann.
Für das Gleiten des Magnetschiebers 90 entlang der Achse M des Aufnehmers ist ein Gleitlager 71 bereitgestellt.
Der Magnetschieber 90 hat eine Länge L, die entlang der Achse des Aufnehmers M verläuft, und eine Querachse N, die im rechten Winkel zu M verläuft und durch den Mittelpunkt L/2 verläuft.
Der Wegaufnehmer erfasst die Position d zwischen der Achse N des Magnetschiebers 90 in Bezug auf den Mittelpunkt O des Magnetfeldsensors 81. Der Magnetschieber 90 kann an einem Element befestigt werden, dessen Position erfasst werden soll.
Eine elektronische Hauptbaugruppe 2, die mit der elektronischen Baugruppe 8 über das elektrische Verbindungskabel 4 verbunden ist, das in der Stange 5 gleitet, verarbeitet die Komponenten x, y, z des magnetischen Induktionsvektors B, der von mindestens einem Magnetstab 6 erzeugt wird, um den Deklinationswinkel α abzuleiten. Die elektronische Baugruppe 2 besteht aus einer Steuerlogikeinheit 21, einer Leistungssteuerungsschaltung 22 und einer Ausgangssignalaufbereitungsschaltung 23; die elektronische Baugruppe 2 ist in einem Gehäuse 24 angeordnet. Für den elektrischen Anschluss an ein externes Element ist ein Anschluss 3 vorhanden.
Der Deklinationswinkel α wird mittels der Vektormessung der beiden magnetischen Induktionsvektorkomponenten B (By, Bz) gemäß der Formel berechnet: $a [d e g] = a t a n 2 [\frac{B_{z}}{B_{y}}]$
Um den Fluchtungsfehler zwischen dem Magnetfeldsensor 81 und dem Magnetschieber 90 in Bezug auf die Achse des Aufnehmers M auszugleichen, ist es möglich, den Deklinationswinkel α durch vektorielle Messung der drei Komponenten des magnetischen Induktionsvektors B (Bx, By, Bz) gemäß der Formel zu berechnen: $a [d e g] = a t a n^{2} (\frac{B_{z}}{\sqrt{B_{x}^{2} + B_{y}^{2}}})$
Die lineare Verschiebung des Magnetschiebers 90 entlang der Achse des Wandlers M entspricht einer Drehung des magnetischen Induktionsvektors B des Deklinationswinkels α gemäß der geometrischen Entwicklung des mindestens einen als helixförmige Spirale gewundenen Magnetstabes 6.
Die Grafik in zeigt die Abweichung der linearen Verschiebung d als Funktion des Drehwinkels α. Da die Entwicklung des Magnetstabes 6 bekannt ist, ist es möglich, die Position d des Magnetschiebers 90 in Bezug auf den Magnetfeldsensor 81 aus dem Deklinationswinkel α zu erhalten. Als Beispiel kann, wie in 2-7 gezeigt, unter der Annahme, dass der mindestens eine als helixförmige Spirale gewundene Magnetstab 6 die Ganghöhe L hat und dass d0= 0 mm einem Deklinationswinkel α0 = 0° entspricht, der Abstand d unter Verwendung der folgenden Formel berechnet werden: $d [m m] = \frac{a (d e g)}{360 [d e g]} L [m m]$
Die Position wird ohne jeglichen mechanischen Kontakt zwischen dem Sensorelement, dem Magnetfeldsensor 81 und dem Magnetschieber 9 gemessen. Da kein mechanischer Verschleiß vorliegt, verschlechtern sich die messtechnischen Eigenschaften des Wegaufnehmers im Laufe der Zeit in Zusammenhang mit seiner Verwendung nicht. Eine derartige Verschlechterung charakterisiert andere lineare, weit verbreitete Wegaufnehmer, beispielsweise solche, die auf Widerstandsbahnen und Schiebern mit elektrischen Gleitkontakten basieren.
Das Sensorelement, der Magnetfeldsensor 81 und alle für die Konditionierung, Verarbeitung und Darstellung der Messung erforderlichen elektronischen Teilsysteme, die Steuerlogikeinheit 21, die Leistungssteuerungsschaltung 22, die Ausgangssignalaufbereitungsschaltung 23 sind im Gehäuse des Wegaufnehmers 24 und in der Stange des Wegaufnehmers 5 untergebracht. Da sie keine beweglichen Teile einschließen, können derartige Gehäuse mit Harz gefüllt werden, wodurch der höchste Schutzgrad des Wegaufnehmers (IP69) gegen das Eindringen von festen Partikeln wie Körperteile und Staub sowie von Flüssigkeiten gewährleistet ist.
Aufgrund der Vektorkomponenten Bx, By, Bz des Magnetfeldes B, das durch den Magnetfeldsensor 81 funktioniert, ist die Berechnung des Deklinationswinkels α, der gemäß den oben angegebenen Formeln auf dem Verhältnis zwischen diesen Komponenten Bx, By, Bz beruht, von sich aus gegen Intensitätsschwankungen des Magnetfeldes B geschützt, die durch die nicht perfekte Ausrichtung zwischen dem Magnetfeldsensor 81 und dem Magnetschieber 90 in Bezug auf die Achse des Wegaufnehmers M und durch die Schwankung der Prozesstemperatur erzeugt werden.
Um das Auflösungsvermögen des Wegaufnehmers zu erhöhen, genügt es, die Ganghöhe der magnetischen, helixförmigen Spirale 6 zu verändern. Wenn zum Beispiel die Ganghöhe L/2 wäre, würde der magnetische Induktionsvektor B während der Erkundung des gesamten Messbereichs L des Wegaufnehmers durch den Magnetschieber 90 zwei vollständige Umrundungen um die Achse des Wegaufnehmers M ausführen, folglich würde der Deklinationswinkel α von 0° auf 720° gehen.
Um sicherzustellen, dass der vorgeschlagene Wegaufnehmer jederzeit eine absolute Positionsmessung liefern kann, ohne dass der Sensor beim Einschalten zurückgesetzt werden muss, ist es notwendig, die Anzahl der Umrundungen zu zählen, die der magnetische Induktionsvektor B sowohl bei eingeschaltetem als auch bei ausgeschaltetem Wegaufnehmer ausführt.
In diesem Zusammenhang ist es zum Beispiel möglich, den Magnetfeldsensor 81 zu konditionieren, wie in 8b gezeigt.
Die Leistungssteuerungsschaltung 22 umfasst zwei Hilfsenergieeinheiten, eine wiederaufladbare 221, z.B. einen Superkondensator, und eine nicht wiederaufladbare 222, z.B. eine Batterie. Die Versorgungssteuerungsschaltung 22 gewährleistet selbst bei fehlender externer Spannungsversorgung Vin des Wegaufnehmers vom Eingang IN des Wegaufnehmeranschlusses 3 die kontinuierliche Versorgung des Magnetfeldsensors 81, die zum Beispiel mit einer auf dem magnetoresistiven Tunneleffekt basierenden Vorrichtung mit niedrigem Stromverbrauch hergestellt wird, und der Steuerlogikeinheit 21, die von einem Mikrocontroller mit niedrigem Verbrauch hergestellt wird. Die bevorzugte Hilfseinheit wird die wiederaufladbare 221 sein, und nur im entladenen Zustand schaltet die Leistungssteuerungsschaltung 22 über einen Schalter 223 auf die nicht wiederaufladbare Hilfseinheit 222 um. Die wiederaufladbare Einheit 221 wird aufgeladen, wenn die externe Stromversorgung des Sensors verfügbar ist.
Insbesonders empfängt die Steuerlogikeinheit 21 die Erfassung vom Sensor 81 und umfasst einen Abschnitt 212, der zur Messung des Drehwinkels α des magnetischen Induktionsvektors B ausgelegt ist, und einen Umrundungszählabschnitt 211, der das vom Magnetfeldsensor 81 kommende Signal interpretiert und die Anzahl der vom magnetischen Induktionsvektor B durchgeführten Umrundungen erfasst und diese Zählung im Speicher speichert. Zum Beispiel kann das Signal, das sich auf die Komponenten By und Bz des magnetischen Induktionsvektors B bezieht, durch Schwellwertkomparatoren quadriert und in ein für Encoder typisches Quadratursignal AB umgewandelt werden. Die Umrundungszahl wird durch Zählen der Quadraturimpulse AB ermittelt. Der Speicher, in dem der Umrundungszählwert gespeichert wird, kann flüchtig (RAM) zwischengespeichert werden oder nicht flüchtig (Flash, FRAM) sein.
Die Steuerlogikeinheit 21 umfasst auch einen Abschnitt, der das vom Magnetfeldsensor 81 kommende Signal interpretiert und die oben angegebenen trigonometrischen Formeln implementiert, um den Deklinationswinkel α zu berechnen, indem spezifische Kalibrierfunktionen, wie zum Beispiel die in 2 - 7 gezeigte Linearisierung der Kennlinie α, d, angewendet werden, um die messtechnische Leistung des Wegaufnehmers zu erhöhen. Dieser Abschnitt steuert die Ausgangssignalaufbereitungsschaltung 23, welche die vom Wegaufnehmer durchgeführte Messung auf den Ausgang OUT des Anschlusses 3 überträgt.
Wenn der magnetische Induktionsvektor B während der Erkundung des gesamten Messbereichs L eine einzige Umrundung ausführt, sind die Blöcke 221, 222, 211 nicht erforderlich. Der Schalter 223 bleibt daher in der normalerweise geschlossenen Stellung, wobei die Klemme S mit dem Eingang IN für die externe Versorgungsspannung Vin verbunden wird.
Gemäß einer in 9 gezeigten Variante der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der lineare Wegaufnehmer zusätzlich zum linearen Wegaufnehmer der 1 - 8 eine auf der Stange 5 angebrachte Gleitführung 72 für den Magnetschieber 9 und einen Verdrehschutzdübel 73, um die Drehung des Magnetschiebers 9 auf der Stange 5 zu verhindern.
Gemäß einer weiteren Variante der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 10 - 11 gezeigt ist, umfasst der lineare Wegaufnehmer einen zweiten Magnetfeldsensor 82, der es ermöglicht, zusätzlich zu dem linearen Wegaufnehmer der 1 - 8 eine im Inneren des Wegaufnehmers redundante Positionsmessung zu realisieren. Auf diese Weise ist es möglich, den vorgeschlagenen Wegaufnehmer in Anwendungen mit hohen Anforderungen an die funktionale Sicherheit einzusetzen.
Der spiralförmige Entwicklungsmagnet 9 wird vorzugsweise unter Verwendung eines Hohlzylinders aus magnetischem Material hergestellt, das durch Sintern von NdFeB- und SmCo- oder AlNiCo-Pulvern zum Beispiel durch die folgenden Techniken erhalten wird: Spritzgießen von NdFeB- und SmCo- oder AlNiCo-Verbundwerkstoffen, die mit Kunststoffen gebunden sind; Formpressen von NdFeB- und SmCo- oder AlNiCo-Verbundwerkstoffen, die mit Kunststoffen gebunden sind; der Zylinder wird dann in geeigneter Weise im Helixprofil magnetisiert, wie in 11a genauer gezeigt.
Vorzugsweise umfasst der lineare Wegaufnehmer gemäß dieser anderen Variante die auf der Stange 5 angebrachte Gleitführung 72 für den Magnetschieber 90 und den Verdrehsicherungsdübel 73.
12 - 14 zeigen verschiedene Arbeitsschritte des linearen Wegaufnehmers in 10. Der zweite Magnetfeldsensor 82 weist Abtastachsen x', y', z' des Zentrums O' im rechten Winkel zueinander auf. Das Funktionsprinzip des Magnetfeldsensors 82 kann zum Beispiel Hall-Effekt, Riesenmagnetowiderstand oder magnetoresistiver Tunneleffekt sein.
Eine elektronische Hauptbaugruppe 2 (11b), die mit der elektronischen Baugruppe 8 über das elektrische Verbindungskabel 4 verbunden ist, das innerhalb der Stange 5 gleitet, verarbeitet die Komponenten x, y, z des magnetischen Induktionsvektors B', der durch den Magneten 9 in Bezug auf den Sensor 81 erzeugt wird, um den Deklinationswinkel α zu erhalten, und verarbeitet redundant die Komponenten x', y', z' des magnetischen Induktionsvektors B', der durch den Magneten 9 in Bezug auf den Sensor 82 erzeugt wird, um den Deklinationswinkel α abzuleiten. Der Deklinationswinkel α wird mit dem Vektor B' auf die gleiche Weise berechnet wie mit dem Vektor B.
Die elektronische Baugruppe 2 umfasst die Steuerlogikeinheiten 21, 21b, die Leistungssteuerungsschaltungen 22 und die Ausgangssignalaufbereitungsschaltungen 23, 23b für die jeweiligen Sensoren 81, 82; die elektronische Baugruppe 2 ist in einem Gehäuse 24 angeordnet. Für den elektrischen Anschluss an ein externes Element ist ein Anschluss 3 vorhanden.
Um sicherzustellen, dass der vorgeschlagene Wegaufnehmer jederzeit eine absolute Positionsmessung liefern kann, ohne dass der Sensor beim Einschalten zurückgesetzt werden muss, ist es notwendig, die Anzahl der Umrundungen zu zählen, die der magnetische Induktionsvektor B sowohl bei eingeschaltetem als auch bei ausgeschaltetem Wegaufnehmer ausführt.
In diesem Zusammenhang ist es zum Beispiel möglich, die Magnetfeldsensoren 81, 82 zu konditionieren, wie in 11b gezeigt.
Die Leistungssteuerungsschaltungen 22, 22b schließen jeweils zwei Hilfsenergieeinheiten ein, eine wiederaufladbare 221, 221b, z.B. einen Superkondensator, und eine nicht wiederaufladbare 222, 222b, z.B. eine Batterie. Die Leistungssteuerungsschaltungen 22 gewährleisten auch bei fehlender externer Stromversorgung Vin des Wegaufnehmers über die Eingänge IN, IN' des Wegaufnehmeranschlusses 3 die kontinuierliche Versorgung des Magnetfeldsensors 81, der zum Beispiel mit einer auf dem magnetoresistiven Tunneleffekt basierenden Vorrichtung mit niedrigem Stromverbrauch hergestellt wird, und der Steuerlogikeinheiten 21, 21b, die mit einem Mikrocontroller mit niedrigem Verbrauch hergestellt werden. Die bevorzugte Hilfseinheit wird die wiederaufladbare Hilfseinheit 221, 221b sein, und nur im entladenen Zustand werden die Leistungssteuerungsschaltungen 22, 22b über die Schalter 223, 223b auf die nicht wiederaufladbare Hilfseinheit 222, 222b umschalten. Die wiederaufladbare Einheit 221, 221b wird aufgeladen, wenn die externe Stromversorgung des Sensors verfügbar ist.
Insbesondere empfangen die Steuerlogikeinheiten 21, 21b die Erfassung von den Sensoren 81, 82 und umfassen einen Abschnitt 212, 212b, der zur Messung des Drehwinkels α des magnetischen Induktionsvektors B, B' ausgelegt ist, und einen Umrundungszählabschnitt 211, 211b, der das von den Magnetfeldsensoren 81, 82 kommende Signal interpretiert und die Anzahl der von den magnetischen Induktionsvektoren B, B' durchgeführten Umrundungen erfasst und diese Zählung im Speicher speichert. Zum Beispiel kann das Signal, das sich auf die By- und Bz-Komponenten des magnetischen Induktionsvektors B bezieht, oder das Signal, das sich auf die Komponenten By' und Bz' des magnetischen Induktionsvektors B' bezieht, durch Schwellwertkomparatoren quadriert und in ein für Encoder typisches Quadratursignal AB umgewandelt werden. Die Umrundung wird durch Zählen der Quadraturimpulse AB ermittelt. Der Speicher, in dem der Umrundungszählwert gespeichert wird, kann flüchtig (RAM) zwischengespeichert werden oder nicht flüchtig (FLASH, FRAM) sein.
Die Steuerlogikeinheiten 21, 21b umfassen ferner einen Abschnitt, der das von den Magnetfeldsensoren 81, 82 kommende Signal interpretiert und die oben angegebenen trigonometrischen Formeln implementiert, um den Deklinationswinkel α zu berechnen, indem spezifische Kalibrierfunktionen, wie zum Beispiel die in den 12 - 15 gezeigte Linearisierung der Kennlinie α, d, angewendet werden, um die messtechnische Leistung des Wegaufnehmers zu erhöhen. Dieser Abschnitt steuert die Ausgangssignalaufbereitungsschaltungen 23, 23b, welche die vom Wegaufnehmer durchgeführte Messung auf die Ausgänge OUT, OUT' des Anschlusses 3 übertragen.
Wenn die magnetischen Induktionsvektoren B, B' eine einzige Umrundung während der Erkundung des gesamten Messbereichs L ausführen, sind die Blöcke 221, 221b, 222, 222b, 211, 211b nicht erforderlich. Die Schalter 223, 223b bleiben daher in der normalerweise geschlossenen Stellung, wobei die Klemmen S, S' mit den Eingängen IN, IN' für die externe Versorgungsspannung Vin verbunden werden.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in den 16 - 20 dargestellt ist, umfasst der lineare Wegaufnehmer einen spiralförmigen Entwicklungsmagneten 9 um eine Achse M. Der Magnet 9 umfasst vorzugsweise mindestens einen Magnetstab 61, der entlang der Dicke (S und N) polarisiert und so verdreht ist, dass er eine hohle magnetische helixförmige Spirale der Länge L um die Entwicklungsachse M des Wegaufnehmers 1 entwickelt. Diese Länge L stellt den gesamten Messbereich des Wegaufnehmers dar. Die Magnetleiste 61 ist in einer röhrenförmigen Gleithalterung 74 eingeschlossen.
Alternativ kann der Magnet 9 unter Verwendung eines Vollzylinders aus magnetischem Material hergestellt werden, das z.B. durch Sintern von NdFeB- und SmCo- oder AlNiCo-Pulvern zum Beispiel unter Verwendung der folgenden Techniken erhalten wird: Spritzgießen von NdFeB- und SmCo- oder AlNiCo-Verbundwerkstoffen, die mit Kunststoffen gebunden sind; Formpressen von NdFeB- und SmCo- oder AlNiCo-Verbundwerkstoffen, die mit Kunststoffen gebunden sind; das Element wird dann in geeigneter Weise im Helixprofil magnetisiert.
Der kontaktlose lineare Wegaufnehmer der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein in der Mitte des Ringtyps hohles Gehäuse 100; der in der Halterung 74 eingeschlossene spiralförmige Entwicklungsmagnet 9 kann in der Mitte des Gehäuses gleiten. In 16 ist das Gehäuse 100 in zwei Teile geteilt, in einen Oberteil 101 und einen Unterteil 102, die mithilfe von Schrauben oder Bolzen zusammengebaut sind. Das Gehäuse 100 und die Gleitauflage 74 für den Magneten 9 können aus paramagnetischem Material wie Aluminium oder Edelstahl 316 oder aus Kunststoff hergestellt werden. In diesem Fall ist es möglich, dass sich nur der Magnet 9 (der an einem Element fixiert werden kann, dessen Position erfasst werden soll) linear bewegt und dass das Gehäuse 100 fixiert ist, oder dass sich das Gehäuse 100 (das an einem Element fixiert werden kann, dessen Position erfasst werden soll) linear bewegt und dass der Magnet 9 fixiert ist; in letzterem Fall verfügt der Wegaufnehmer über einen instrumentierten Schieber.
Im Inneren des Gehäuses 100 befindet sich ein Ring aus ferromagnetischem Material 75, mit dem Ziel, auf das vom Magnetstab 61 erzeugte Magnetfeld im Inneren des Gehäuses 100 einzuwirken und den Magnetfeldsensor 81 vor möglichen externen elektromagnetischen Störungen zu schützen.
Ein Magnetfeldsensor 81 mit den Sensorachsen x, y, z des Zentrums O und im rechten Winkel zueinander ist bereitgestellt; der Sensor 81 ist entlang einer Achse parallel zur Entwicklungsachse M des Magneten 9 angeordnet, die auch die Achse des linearen Wegaufnehmers ist. Das Funktionsprinzip des Magnetfeldsensors 81 kann zum Beispiel Hall-Effekt, Riesenmagnetowiderstand oder magnetoresistiver Tunneleffekt sein.
Der Magnetfeldsensor 81 befindet sich auf der elektronischen Hauptbaugruppe 2a im Inneren des Gehäuses 100.
Vorzugsweise ist ein zweiter Magnetfeldsensor 82 bereitgestellt, der entlang einer zur Entwicklungsachse M des Magneten 9 parallelen Achse angeordnet ist, der sich auf der zugehörigen elektronischen Baugruppe 2b befindet und innerhalb desselben Gehäuses 100 wie der Wegaufnehmer untergebracht werden kann, um eine Positionsmessung zu ermöglichen, die mit dem Wegaufnehmer selbst redundant ist. Das Funktionsprinzip des Magnetfeldsensors 82 kann zum Beispiel Hall-Effekt, Riesenmagnetowiderstand oder magnetoresistiver Tunneleffekt sein. Die Baugruppen 2a und 2b weisen die gleichen Komponenten wie die Baugruppe 2 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf.
Der Deklinationswinkel α wird mittels der Vektormessung der beiden magnetischen Induktionsvektorkomponenten B (By, Bz) gemäß der Formel berechnet: $a [d e g] = a t a n 2 (\frac{B_{z}}{B_{y}})$
Um den Fluchtungsfehler zwischen Magnetfeldsensor 81 und Magnet 9 in Bezug auf die Achse des Wegaufnehmers M auszugleichen, ist es möglich, den Deklinationswinkel α durch vektorielle Messung der drei Komponenten des magnetischen Induktionsvektors B (Bx, By, Bz) gemäß der Formel zu berechnen: $a [d e g] = a t a n 2 (\frac{B_{z}}{\sqrt{B_{x}^{2} + B_{y}^{2}}})$
Die lineare Verschiebung des Sensors 81 entlang einer Achse parallel zur Achse M entspricht einer Drehung des magnetischen Induktionsvektors B des Deklinationswinkels α gemäß der geometrischen Entwicklung des Magnetstabes 61. Da die Entwicklung des Magnetstabes 6 bekannt ist, ist es möglich, die Position d des Sensors 81 in Bezug auf die Querachse N, die im rechten Winkel zu M und durch den Mittelpunkt L/2 des Magneten 9 verläuft, aus dem Deklinationswinkel α zu erhalten. Als Beispiel kann, wie in den 17 - 20 gezeigt, unter der Annahme, dass der mindestens eine als helixförmige Spirale gewundene Magnetstab 6 die Ganghöhe L aufweist und dass d0= 0 mm einem Deklinationswinkel α0 = 0° entspricht, der Abstand d unter Verwendung der folgenden Formel berechnet werden: $d [m m] = \frac{a [d e g]}{360 [d e g]} L [m m]$
Die Position wird ohne jeglichen mechanischen Kontakt zwischen dem Sensorelement, dem Magnetfeldsensor 81 und dem Magneten 9 gemessen. Da kein mechanischer Verschleiß vorliegt, verschlechtern sich die messtechnischen Eigenschaften des Wegaufnehmers im Laufe der Zeit in Zusammenhang mit seiner Verwendung nicht. Eine derartige Verschlechterung charakterisiert andere lineare, weit verbreitete Wegaufnehmer, beispielsweise solche, die auf Widerstandsbahnen und Schiebern mit elektrischen Gleitkontakten basieren.
Das Sensorelement, der Magnetfeldsensor 81 und alle für die Konditionierung, Verarbeitung und Darstellung der Messung erforderlichen elektronischen Teilsysteme, die Steuerlogikeinheit 21, die Leistungssteuerungsschaltung 22, die Ausgangssignalaufbereitungsschaltung 23 sind im Gehäuse 100 des Wegaufnehmers 1 untergebracht. Da sie keine beweglichen Teile einschließen, können derartige Gehäuse mit Harz gefüllt werden, wodurch der höchste Schutzgrad des Wandlers (IP69) gegen das Eindringen von festen Partikeln wie Körperteile und Staub sowie von Flüssigkeiten gewährleistet ist.
Aufgrund der Vektorkomponenten Bx, By, Bz des Magnetfeldes B, das durch den Magnetfeldsensor 81 funktioniert, ist die Berechnung des Deklinationswinkels α, der gemäß den oben angegebenen Formeln auf dem Verhältnis zwischen diesen Komponenten Bx, By, Bz beruht, von sich aus gegen Intensitätsschwankungen des Magnetfeldes B geschützt, die durch die nicht perfekte Ausrichtung zwischen dem Magnetfeldsensor 81 und dem Magnetschieber 90 in Bezug auf die Achse des Wegaufnehmers M und die Schwankung der Prozesstemperatur erzeugt werden.
Um das Auflösungsvermögen des Wegaufnehmers zu erhöhen, genügt es, die Ganghöhe der magnetischen, helixförmigen Spirale 61 zu verändern. Wenn zum Beispiel die Ganghöhe L/2 wäre, würde der magnetische Induktionsvektor B während der Erkundung des gesamten Messbereichs L des Sensors 81 zwei vollständige Umrundungen um die Achse des Wegaufnehmers M ausführen, folglich würde der Deklinationswinkel α zwischen 0° und 720° liegen.
Die elektronische Hauptbaugruppe 2a verarbeitet die Komponenten x, y, z des magnetischen Induktionsvektors B, der durch den Magneten 9 in Bezug auf den Sensor 81 erzeugt wird, um den Deklinationswinkel α zu erhalten, während die Baugruppe 2b redundant die Komponenten x', y', z' des magnetischen Induktionsvektors B', der durch den Magneten 9 in Bezug auf den Sensor 82 erzeugt wird, verarbeitet, um den Deklinationswinkel α abzuleiten. Der Deklinationswinkel α wird mit dem Vektor B' auf die gleiche Weise berechnet wie mit dem Vektor B. Die elektronischen Baugruppen 2a, 2b umfassen jeweils die Komponenten der Baugruppe 2 des Wegaufnehmers der ersten Ausführungsform der Erfindung, also die Steuerlogikeinheiten 21, 21b, die Leistungssteuerungsschaltungen 22, 22b und die Ausgangssignalaufbereitungsschaltungen 23, 23b für die jeweiligen Sensoren 81, 82; die elektronische Baugruppe 2 ist in einem Gehäuse 24 angeordnet. Für den elektrischen Anschluss an ein externes Element ist ein Anschluss 3 vorhanden.
Gemäß einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 24a - 24e und 25 umfassen die Sensormittel des Wegaufnehmers 1 der linearen Position einen Magnetfeldsensor 81, der bereits oben beschrieben wurde.
In dieser Ausführungsform umfasst der Magnet 9 mindestens einen Magnetstab 6, der, als Spirale gewunden, eine Helix erzeugt, die geeignet ist, mehr als eine Umrundung entlang der Entwicklungsachse M auszuführen. Die Ganghöhe P der Helix ist daher kleiner als die Länge L der Spirale.
In dieser Ausführungsform umfasst der lineare Wegaufnehmer 1 ferner mindestens einen Magnetschalter D1 (oder D2), der entlang der Entwicklungsachse M des Magneten 9 angeordnet ist.
Der mindestens eine Magnetschalter D1 (oder D2) wird von einer hohlen Stange 5 getragen, die innerhalb des Magneten 9 entlang der Entwicklungsachse M des Magneten angeordnet ist. Insbesondere ist der mindestens eine Magnetschalter D1 (oder D2) auf der elektronischen Baugruppe 8 angeordnet, die den Magnetfeldsensor 81 trägt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann der lineare Wegaufnehmer 1 ein in der Mitte des Ringtyps hohles Gehäuse 100 umfassen; der Magnet 9 kann in der Mitte des Gehäuses gleiten.
In dieser Ausführungsform kann der mindestens eine Magnetschalter D1 (oder D2) im Gehäuse 100 untergebracht werden, in dessen Mitte der Magnet 9 gleiten kann. Auch in diesem Fall kann der mindestens eine Magnetschalter D1 (oder D2) auf der elektronischen Baugruppe 2 angeordnet werden, die auch den Magnetfeldsensor 81 trägt.
Um ganz allgemein auf die Ausführungsform der 24a - 24e und 25 zurückzukommen, ist mindestens ein Magnetschalter D1 (oder D2) entlang der Entwicklungsachse M des Magneten 9 so angeordnet, dass:

er mindestens zwei zueinander im rechten Winkel liegende Abtastachsen xD1, yD1 (oder xD2, yD2) aufweist, die auf der zur Entwicklungsachse M des Magneten 9 in rechtem Winkel liegenden Ebene liegen;
der Abstand zwischen dem mindestens einen Magnetschalter D1 (oder D2) in Bezug auf den Magnetfeldsensor 81 kleiner als P ist;
bei Betrieb des linearen Wegaufnehmers 1 immer sichergestellt ist, dass der mindestens eine Magnetschalter D1 (oder D2) auf einen Teil des Magneten 9 quer zur Entwicklungsachse M des Magneten 9 ausgerichtet ist.

Aus Sicht der Schaltlogik wird der mindestens eine Magnetschalter D1 (oder D2) von der Leistungssteuerungsschaltung 22 gespeist, welche die Kontinuität der Energieversorgung mittels der beiden zuvor beschriebenen Hilfsenergieeinheiten sicherstellt.
Der mindestens eine Magnetschalter D1 (oder D2) ist so ausgelegt, dass er für jede Abtastachse, mit der er ausgestattet ist, einen elektrischen Digitalausgang 0/1, uD1 (oder uD2) bereitstellt.
Dieser elektrische Digitalausgang (0/1) ist so ausgelegt, um in Abhängigkeit von der Tatsache zu schalten, dass die Intensität der magnetischen Induktionsvektorkomponente BD1 (oder BD2) entlang der jeweiligen Abtastachse einen jeweiligen Schwellenwert für den Betrieb des mindestens einen Magnetschalters D1 (oder D2) überschreitet.
Der elektrische Digitalausgang uD1 (oder uD2) wird über das elektrische Verbindungskabel 4 mit der elektronischen Baugruppe 2 verbunden, insbesondere mit dem Umrundungszählbereich 211 der Steuerlogikeinheit 21.
Die lineare Verschiebung des Magnetschiebers 90, der sich in Bezug auf die genannten Abtastmittel 81, 82, die durch das röhrenförmige Gehäuse 7 und den Magneten 9 dargestellt sind, entlang der Entwicklungsachse M des Magneten über die gesamte Länge L linear bewegt (24a - 24e), entspricht einer Drehung des magnetischen Induktionsvektors B, der mehr als eine Umrundung ausführen wird. Insbesondere wird er L/P-Umrundungen erzeugen.
Der elektrische Digitalausgang uD1 (oder uD2) von mindestens einem Magnetschalter D1 (oder D2) kann mit den herkömmlichen, für Inkrcmentalgeber typischen Quadratursignalen dekodiert werden, um die Umrundungen zu zählen.
Durch die Kombination der Umrundungszahl mit der vektoriellen Messung des Drehwinkels α durch den Magnetfeldsensor 81 wird eine Erhöhung des Gesamtauflösungsvermögens des linearen Wegaufnehmers 1 erreicht, die gleich der Anzahl der Umrundungen ist, die von der Helix des Magneten 9 ausgeführt werden, wie weiter unten mit Bezug auf 25 näher beschrieben.
Gemäß einer weiteren, ebenfalls in den 24a - 24e gezeigten Ausführungsform, die alternativ zu der vorhergehenden ist, umfassen die Abtastmittel des linearen Wegaufnehmers 1 einen bereits zuvor beschriebenen Magnetfeldsensor 81.
Außerdem umfasst der Magnet 9 in dieser Ausführungsform mindestens einen Magnetstab 6, der, als Spirale gewunden, eine Helix erzeugt, die geeignet ist, mehr als eine Umrundung entlang der Entwicklungsachse M auszuführen. Die Ganghöhe P der Helix ist daher kleiner als die Länge L der Spirale.
In dieser Ausführungsform besteht der lineare Wegaufnehmer 1 aus mindestens einem ersten Magnetschalter D1 und mindestens einem zweiten Magnetschalter D2, die entlang der Entwicklungsachse M des Magneten 9 angeordnet sind.
Der mindestens eine Magnetschalter D1 und der mindestens eine zweite Magnetschalter D2 werden von einem hohlen Stange 5 getragen, die innerhalb des Magneten 9 entlang der Entwicklungsachse M des Magneten angeordnet ist. Insbesondere sind der mindestens eine Magnetschalter D1 und der mindestens eine zweite Magnetschalter D2 auf der elektronischen Baugruppe 8 angeordnet, die den Magnetfeldsensor 81 trägt.
Genauer gesagt, der mindestens eine erste Magnetschalter D1 und mindestens ein zweiter Magnetschalter D2 sind entlang der Entwicklungsachse M des Magneten 9 so angeordnet, dass:

der mindestens eine erste Magnetschalter D1 und der mindestens eine zweite Magnetschalter D2 mindestens eine jeweilige Abtastachse yD1, yD2 aufweisen, die auf der Ebene im rechten Winkel zur Entwicklungsachse M des Magneten liegt;
der Abstand zwischen dem mindestens einen Schalter D1 und dem mindestens einen zweiten elektromagnetischen Schalter D2 in Bezug auf den Magnetfeldsensor 81 kleiner als die Ganghöhe P ist;
der Abstand zwischen dem mindestens einen Schalter D1 und dem mindestens einen zweiten elektromagnetischen Schalter D2 kleiner ist als die Ganghöhe P, also P/2;
beim Betrieb des linearen Wegaufnehmers 1 sichergestellt ist, dass der mindestens eine erste Magnetschalter D1 und der mindestens eine zweite Magnetschalter D2 auf einen Teil des Magneten 9 quer zur Entwicklungsachse M des Magneten 9 ausgerichtet sind.

Aus Sicht der Schaltlogik werden der mindestens eine Magnetschalter D1 und der mindestens eine Magnetschalter D2 von der Leistungssteuerungsschaltung 22 gespeist, welche die Kontinuität der Energieversorgung durch die beiden zuvor beschriebenen Hilfsenergieeinheiten gewährleistet.
Der mindestens eine erste Magnetschalter D1 und der mindestens eine zweite Magnetschalter D2 sind so ausgelegt, dass sie für jede Abtastachse, mit der sie ausgestattet sind, einen ersten elektrischen Digitalausgang 0/1, uD1 bzw. einen zweiten elektrischen Digitalausgang 0/1, uD2 bereitstellen.
Der erste elektrische Digitalausgang uD1 und der zweite Digitalausgang uD2 sind so ausgelegt, dass sie in Abhängigkeit von der Tatsache schalten, dass die Intensität der jeweiligen magnetischen Induktionsvektorkomponente BD1 und BD2 entlang der jeweiligen Abtastachse eine jeweilige Betriebsschwelle des mindestens einen ersten Magnetschalters D1 und des mindestens einen zweiten Magnetschalters D2 überschreitet.
Der erste elektrische Digitalausgang uD1 und der zweite elektrische Digitalausgang uD2 sind über das elektrische Verbindungskabel 4 mit der elektronischen Hauptbaugruppe 2 verbunden, insbesondere mit dem Umrundungszählabschnitt 211 der Steuerlogikeinheit 21.
Die lineare Verschiebung des Magnetschiebers 90, der sich in Bezug auf die genannten Abtastmittel 81, 82, die durch das röhrenförmige Gehäuse 7 und den Magneten 9 dargestellt sind, entlang der Entwicklungsachse M des Magneten über die gesamte Länge L linear bewegt (24a - 24e), entspricht einer Drehung des magnetischen Induktionsvektors B, der mehr als eine Umrundung ausführen wird. Insbesondere wird er L/P-Umrundungen erzeugen.
Der erste elektrische Digitalausgang uD1 mindestens eines ersten Magnetschalters D1 und der zweite elektrische Digitalausgang uD2 mindestens eines zweiten Magnetschalters D2 können mit den herkömmlichen, für Inkrementalgeber typischen Quadratursignalen dekodiert werden, um die Umrundungen zu zählen.
Durch die Kombination der Umrundungszahl mit der vektoriellen Messung des Drehwinkels α durch den Magnetfeldsensor 81 wird eine Erhöhung des Gesamtauflösungsvermögens des linearen Wegaufnehmers 1 erreicht, die gleich der Anzahl der Umrundungen ist, die von der Helix des Magneten 9 ausgeführt werden, wie weiter unten mit Bezug auf 25 näher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf die 24a - 24e und 25 und auf die soeben beschriebene zweite Ausführungsform weisen der erste Magnetschalter D1 und der zweite Magnetschalter D2 jeweils nur eine Abtastachse auf, die als yD1 bzw. yD2 angegeben ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass der erste Magnetschalter D1 und der zweite Magnetschalter D2 nicht so konfiguriert sind, dass sie den Drehwinkel α des magnetischen Induktionsvektors B messen, sondern nur seine Intensität in der Komponente entlang der Abtastachsen.
In dieser Hinsicht zeigt 25 tatsächlich die durch den ersten Magnetschalter D1 entlang der jeweiligen Abtastachse yD1 gemessene magnetische Induktionsvektorkomponente B, die durch die Referenz BD1 angezeigt wird, und die durch den zweiten Magnetschalter D2 entlang der jeweiligen Abtastachse yD2 gemessene magnetische Induktionsvektorkomponente B, die durch die Referenz BD2 angezeigt wird.
Erwähnenswert ist, dass der erste Magnetschalter D1 und der zweite Magnetschalter D2 sehr häufig als elektronische Vorrichtungen verwendet werden, die als Endanschläge oder Durchgangszähler für mechanische Komponenten eingesetzt werden.
Aus diesem Grund sind sie nicht so ausgeklügelt und teuer wie zum Beispiel der Magnetfeldsensor 81.
Mit anderen Worten, der erste Magnetschalter D1 und der zweite Magnetschalter D2 sind völlig andere elektronische Vorrichtungen als der Magnetfeldsensor 81.
In den - ist der mindestens eine Magnetstab 6 als Spirale gewunden, die eine Helix entwickelt, die etwa 4 Umrundungen macht.
Ein Beispiel für die Dekodierung des Quadratursignals, das vom ersten Magnetschalter D1 und vom zweiten Magnetschalter D2 erzeugt wird, wird an einer einzigen Umrundung gezeigt (25 und 26).
Es sei darauf hingewiesen, dass die Dekodierung bei den nächsten Umrundungen auf ähnliche Weise wiederholt wird.
Genauer gesagt, in 25 und 26 erzeugt der erste Magnetschalter D1 ein erstes Signal uD1 (am ersten elektrischen Ausgang uD1), und der zweite Magnetschalter D2 ist so ausgestaltet, dass er ein zweites Signal uD2 erzeugt.
Eine einzelne Umrundung des magnetischen Induktionsvektors B ist in vier Sektoren unterteilt, die mit logischen Zuständen des ersten Signals uD1 und des zweiten Signals uD2 dargestellt werden können, wie in der Tabelle in 26 gezeigt.
Durch Zählen der Anzahl der Schalter des ersten Signals uD1 und des zweiten Signals uD2 lässt sich feststellen, wie viele Umrundungen GR durchgeführt wurden, wobei die Tatsache, dass eine positive Flanke des ersten Signals uD1 der positiven Flanke des zweiten Signals uD2 entweder vorausgeht oder folgt, die Drehrichtung bestimmt.
Sobald die Anzahl der durchgeführten Umrundungen bekannt ist, ist es möglich, den Umlauf zu kennen, in dem der Magnetfeldsensor 81 arbeitet, und diese Information mit der Messung zu kombinieren, die innerhalb der einzelnen Umrundung durch den Magnetfeldsensor 81 durchgeführt wurde, um auf präzise Weise den tatsächlichen vom Magnetschieber 90 zurückgelegten Weg d und damit die vom linearen Wegaufnehmer 1 erfasste Messung zu erhalten.
Gemäß einer Ausführungsform, unter Bezugnahme auf 27a - 27d, 28a - 28d und 29, umfassen die Abtastmittel des Wegaufnehmers 1 der linearen Position einen bereits zuvor beschriebenen Magnetfeldsensor 81.
Darüber hinaus umfasst der Magnet 9 in dieser Ausführungsform mindestens einen Magnetstab 6, der, als Spirale gewunden, eine Helix erzeugt, die mehr als eine Umrundung entlang der Entwicklungsachse M ausführen kann.
Daher ist die Ganghöhe P der Helix kleiner als die Länge L der Spirale.
Auf dem Magneten 9 sind dann L/P-Abschnitte der Länge L der Spirale erkennbar, von denen jeder eine Länge hat, die gleich der Ganghöhe P ist. Jeder Abschnitt entspricht einer durch die Helix ausgeführten Umrundung.
In dieser Ausführungsform umfasst der lineare Wegaufnehmer 1 ferner eine Vielzahl von Magnetschaltern D, die entlang der Entwicklungsachse M des Magneten 9 angeordnet sind.
Die Vielzahl der Magnetschalter D wird von einer hohlen Stange 5 getragen, die innerhalb des Magneten 9 entlang der Entwicklungsachse M des Magneten 9 angeordnet ist. Insbesondere ist die Vielzahl der Magnetschalter D auf der elektronischen Baugruppe 8 angeordnet, die den Magnetfeldsensor 81 trägt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann der lineare Wegaufnehmer 1 ein in der Mitte des Ringtyps hohles Gehäuse 100 umfassen; der Magnet 9 kann in der Mitte des Gehäuses gleiten.
In dieser Ausführungsform kann die Vielzahl der Magnetschalter D in das Gehäuse 100 gebracht werden, in dessen Mitte der Magnet 9 gleiten kann. Auch in diesem Fall kann die Vielzahl der Magnetschalter D auf der elektronischen Baugruppe 2 angeordnet werden, die auch den Magnetfeldsensor 81 trägt.
Um ganz allgemein auf die Ausführungsformen der 27a - 27d, 28a - 28d und 29 zurückzukommen, ist die Vielzahl der Magnetschalter D entlang der Entwicklungsachse M des Magneten 9 so angeordnet, dass

jeder Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern D mindestens zwei zueinander im rechten Winkel liegende Abtastachsen (in den Figuren durch die Bezeichnungen xD1 - xD8 bzw. yD1 - yD8 gekennzeichnet) aufweist, die auf der Ebene im rechten Winkel zur Entwicklungsachse M liegen.
mindestens zwei Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern D für jeden Abschnitt der Länge P der Länge L der Spirale angeordnet sind.

In einer Ausführungsform ist die Vielzahl von Magnetschaltern D entlang der Entwicklungsachse M des Magneten 9 so angeordnet, dass die Magnetschalter vorzugsweise gleichmäßig innerhalb eines jeden Abschnitts der Länge P der Länge L der Spirale verteilt sind.
Jeder Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern D ist so ausgelegt, das Vorhandensein des Magnetfeldes in der jeweiligen Umgebung zu erfassen, in diesem Fall das Vorhandensein des Magnetschiebers 90, der sich in Bezug auf die Abtastmittel 81, 82, die durch das röhrenförmige Gehäuse 7 und durch den Magneten 9 dargestellt sind, linear bewegt.
In dieser Hinsicht ist jeder Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern D mit mindestens zwei Abtastachsen (wie oben erwähnt) ausgestattet und so ausgelegt, dass er für jede Abtastachse, mit der er ausgestattet ist, einen zugehörigen elektrischen Digitalausgang 0/1, uD1-UD8 bereitstellt.
Ein derartiger elektrischer Ausgang ist so ausgelegt, dass er in Abhängigkeit von der Tatsache schaltet, ob die Intensität der magnetischen Induktionsvektorkomponente B entlang der jeweiligen Abtastachse eine jeweilige Betriebsschwelle des Magnetschalters überschreitet oder nicht.
Die mindestens zwei elektrischen Digitalausgänge jedes Magnetschalters der Vielzahl von Magnetschaltern D sind über das elektrische Verbindungskabel 4 mit der elektronischen Hauptbaugruppe 2, insbesondere mit der Steuerlogikeinheit 21, verbunden.
Die Steuerlogikeinheit 21 ist so ausgelegt, dass sie eine logische ODER-Verknüpfung der Ausgänge jedes Magnetschalters der Vielzahl von Magnetschaltern D ausführt.
Das Ergebnis dieses Vorgangs identifiziert eindeutig mit einer logischen „1“ das Vorhandensein des Magnetschiebers 90 in der Nähe des Magnetschalters und mit einer logischen „0“ das Fehlen des Magnetschiebers 90 in der Nähe des Magnetschalters.
Da die Position jedes Magnetschalters der Vielzahl von Magnetschaltern D auf der Länge L der Spirale bekannt ist, ist es möglich, eine rohe, aber absolute Positionsmessung d aus den digitalen An-/Abwesenheitssignalen des Magnetschiebers 90 zu dekodieren, unabhängig vom Drehwinkel α oder der Anzahl der von der Helix durchgeführten Umrundungen.
Genauer gesagt ist es durch Positionieren von mindestens zwei Magnetschaltern der Vielzahl von Magnetschaltern D für jeden Abschnitt der Länge P der Länge L der Spirale vorteilhaft möglich, eindeutig zu identifizieren, in welcher Umrundung des mindestens einen als Spirale gewundenen Magnetstabes 6 der Magnetfeldsensor 81 arbeitet.
Durch Kombinieren der Messung der Intensität des magnetischen Induktionsvektors B, der die Anzahl der Umrundungen mit der vektoriellen Messung des Drehwinkels α bereitstellt, ist es möglich, eine Erhöhung des Gesamtauflösungsvermögens des linearen Wegaufnehmers 1 zu erzielen, die gleich der Anzahl der Umrundungen ist, die von der Helix des Magneten 9 ausgeführt werden.
In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform, alternativ zu der vorhergehenden, unter Bezugnahme auf die - , - und umfassen die Abtastmittel des linearen Wegaufnehmers einen bereits zuvor beschriebenen Magnetfeldsensor 81.
In dieser Ausführungsform umfasst der Magnet 9 mindestens einen Magnetstab 6, der, als Spirale gewunden, eine Helix erzeugt, die mehr als eine Umrundung entlang der Entwicklungsachse M ausführen kann.
Daher ist die Ganghöhe P der Helix kleiner als die Länge L der Spirale.
Auf dem Magneten 9 sind dann L/P-Abschnitte der Länge L der Spirale erkennbar, von denen jeder eine Länge hat, die gleich der Ganghöhe P ist. Jeder Abschnitt entspricht einer durch die Helix ausgeführten Umrundung.
In dieser Ausführungsform umfasst der lineare Wegaufnehmer 1 ferner eine Vielzahl von Magnetschaltern D, die entlang der Entwicklungsachse M des Magneten 9 angeordnet sind.
Die Vielzahl der Magnetschalter D wird von einer hohlen Stange 5 getragen, die innerhalb des Magneten 9 entlang der Entwicklungsachse M des Magneten angeordnet ist. Insbesondere ist die Vielzahl der elektromagnetischen Schalter D auf der elektronischen Baugruppe 8 angeordnet, die den Magnetfeldsensor 81 trägt.
Genauer gesagt, ist die Vielzahl der Magnetschalter D entlang der Entwicklungsachse M des Magneten 9 so angeordnet, dass:.

jeder Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern D mindestens eine Abtastachse (in den Figuren durch die Bezeichnungen yD1 - yD8 gekennzeichnet) aufweist, die auf der Ebene rechtwinkelig zur Entwicklungsachse M liegt;
vier Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern D für jeden Längsabschnitt gleich der Ganghöhe P der Länge L der Spirale verteilt sind, gleichmäßig verteilt innerhalb jedes Längsabschnitts P der Länge L der Spirale mit einem Abstand gleich einem Viertel der Ganghöhe P (P/4) voneinander.

Jeder Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern D ist so ausgelegt, das Vorhandensein des Magnetfeldes in der jeweiligen Umgebung zu erfassen, in diesem Fall das Vorhandensein des Magnetschiebers 90, der sich in Bezug auf die Abtastmittel 81, 82, die durch das röhrenförmige Gehäuse 7 und durch den Magneten 9 dargestellt sind, linear bewegt.
In dieser Hinsicht ist jeder Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern D mit mindestens einer Abtastachse (wie oben erwähnt) ausgestattet und so ausgelegt, dass er für jede Abtastachse, mit der er ausgestattet ist, einen zugehörigen elektrischen Digitalausgang 0/1, uD1-UD8 bereitstellt.
Ein derartiger elektrischer Digitalausgang ist so ausgelegt, dass er in Abhängigkeit von der Tatsache schaltet, ob die Intensität der magnetischen Induktionsvektorkomponente B entlang der jeweiligen Abtastachse eine jeweilige Betriebsschwelle des Magnetschalters überschreitet oder nicht.
Betrachtet man zwei Magnetschalter aus der Vielzahl der Magnetschalter D, die als Magnetschalterpaar nebeneinander liegen, so sind die elektrischen Ausgänge eines Magnetschalterpaares über das elektrische Verbindungskabel 4 mit der elektronischen Hauptbaugruppe 2, insbesondere mit der Steuerlogikeinheit 21, verbunden.
Die Steuerlogikeinheit 21 ist so ausgelegt, eine logische ODER-Verknüpfung der elektrischen Digitalausgänge jedes Magnetschalters der Vielzahl von Magnetschaltern D auszuführen.
Das Ergebnis dieses Vorgangs identifiziert eindeutig mit einer logischen „1“ das Vorhandensein des Magnetschiebers 90 und mit einer logischen „0“ das Fehlen des Magnetschiebers 90.
Da die Position jedes Magnetschalters der Vielzahl von Magnetschaltern D auf der Länge L der Spirale bekannt ist, ist es möglich, eine rohe, aber absolute Positionsmessung d aus den digitalen An-/Abwesenheitssignalen des Magnetschiebers 90 zu dekodieren, unabhängig vom Drehwinkel α oder der Anzahl der von der Helix durchgeführten Umrundungen.
Genauer gesagt ist es durch Positionieren von mindestens zwei Magnetschalterpaaren der Vielzahl von Magnetschaltern D für jeden Abschnitt der Länge P der Länge L der Spirale vorteilhaft möglich, eindeutig zu identifizieren, in welcher Umrundung des mindestens einen als Spirale gewundenen Magnetstabes 6 der Magnetfeldsensor 81 arbeitet.
Durch Kombinieren der Messung des Intensitätswertes des magnetischen Induktionsvektors B, der die Anzahl der Umrundungen bereitstellt, mit der vektoriellen Messung des Drehwinkels α ist es möglich, eine Erhöhung des Gesamtauflösungsvermögens des linearen Wegaufnehmers 1 zu erzielen, die gleich der Anzahl der Umrundungen ist, die von der Helix des Magneten 9 ausgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf 27a - 27d, 28a - 28d und 29 umfasst die Vielzahl der Magnetschalter D gemäß einer Ausführungsform in Kombination mit der vorhergehenden acht Magnetschalter D1 - D8 mit jeweils zwei Abtastachsen yD1 - yD8 und zD1 - zD8.
Es ist zu beachten, dass jede Achse zD1 - zD8 im rechten Winkel zur Ebene der Schnittzeichnung liegt und daher aus Gründen der Übersichtlichkeit der Figur nicht dargestellt wird.
Es ist auch erwähnenswert, dass die Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern nicht so konfiguriert sind, dass sie den Drehwinkel α des magnetischen Induktionsvektors B messen, sondern nur seine Intensität in der Komponente entlang der Abtastachsen.
In 27a - 27d ist der mindestens eine Magnetstab 6 als Spirale gewunden, die eine Helix entwickelt, die etwa vier Umrundungen vollzieht.
In 27a ist der Magnetschieber 90 vollständig innen (D=0).
Daher erfassen alle Magnetschalter D1 - D8 das Vorhandensein des Magnetschiebers 90 (Tabelle in 28a) und der Magnetfeldsensor 81 arbeitet in der ersten Hälfte der ersten Umrundung (von -180° bis 0°), wie in 29 dargestellt.
In 27b wurde der Magnetschieber 90 herausgezogen, um einen Abstand D zu messen, der im Wesentlichen gleich P/2 (P als die Ganghöhe der Helix) ist.
Daher erkennt ein Magnetschalter, der erste von links, angezeigt durch D8, das Vorhandensein des Magnetschiebers 90 nicht (Tabelle in 28b), und der Magnetfeldsensor 81 arbeitet in der ersten Hälfte der ersten Umrundung (von 0° bis 180°), wie in 29 dargestellt.
In 27c wurde der Magnetschieber 90 herausgezogen, um einen Abstand d zu messen, der im Wesentlichen gleich P ist.
Daher erkennen zwei Magnetschalter, der erste und der zweite auf der linken Seite, angezeigt durch D8 bzw. D7, das Vorhandensein des Magnetschiebers 90 nicht (Tabelle in 28a), und der Magnetfeldsensor 81 arbeitet in der ersten Hälfte der zweiten Umrundung (von -180° bis 0°), wie in 29 dargestellt.
In ist der Magnetschieber 90 vollständig herausgezogen.
Daher erkennt nur ein einziger Magnetschalter, der erste von rechts, angezeigt durch D1, das Vorhandensein des Magnetschiebers 90 (Tabelle in 28d), und der Magnetfeldsensor 81 arbeitet in der ersten Hälfte der vierten Umrundung (von -180° bis 0°).
Auch in dieser Ausführungsform ist es möglich, durch Kombinieren der Messung des Intensitätswertes des magnetischen Induktionsvektors B, der die Anzahl der Umrundungen bereitstellt, in wekchen der Magnetfeldsensor 81 arbeitet, mit der vektoriellen Messung des Drehwinkels α eine Erhöhung des Gesamtauflösungsvermögens des linearen Wegaufnehmers 1 zu erzielen, die gleich der Anzahl der Umrundungen ist, die von der Helix des Magneten 9 ausgeführt werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den oben unter Bezugnahme auf die 27a - 27d, 28a - 28d und 29 beschriebenen Ausführungsformen der lineare Wegaufnehmer 1, der in der Lage ist, die Anzahl der Umrundungen der Spirale zu bestimmen, in der der Magnetfeldsensor 81 arbeitet, vorteilhaft in der Lage ist, eine zuverlässige Messung ohne Hilfe der Batterie zu liefern, die erforderlich wäre, um den linearen Wegaufnehmer 1 eingeschaltet zu lassen, damit die Zählung der Anzahl der Umrundungen nicht aufhört.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in den 30a-30d und 31 gezeigt ist, umfassen die Abtastmittel des linearen Wegaufnehmers 1 einen Magnetfeldsensor 81, der bereits oben beschrieben wurde.
Darüber hinaus ist der Magnetfeldsensor 81 in dieser Ausführungsform so konfiguriert, die beiden Vektorkomponenten Bz, By des magnetischen Induktionsvektors B zu messen und die magnetische Feldstärke |B| des magnetischen Induktionsvektors B durch Anwenden der folgenden Formel zu berechnen: $| B | = \sqrt ({By}^{2} + {Bz}^{2})$
Außerdem umfasst der Magnet 9 in dieser Ausführungsform mindestens einen Magnetstab 6, der als Spirale gewunden ist, wodurch eine Helix erzeugt wird, die mehr als eine Umrundung ausführt, so dass die Ganghöhe P der Helix kleiner als die Länge L der Spirale ist.
So sind auf dem Magneten 9 Abschnitte L/P der Länge L der Spirale, von denen jeder eine Länge gleich der Ganghöhe P aufweist, die mit den von der Spirale durchgeführten Umrundungen übereinstimmen, identifizierbar.
Zudem ist in dieser Ausführungsform die Intensität des magnetischen Induktionsvektors B über die gesamte Länge L der Spirale nicht homogen, also nicht konstant.
In diesem Zusammenhang wird in dieser Ausführungsform die Inhomogenität des Wertes der magnetischen Feldstärke des magnetischen Induktionsvektors B durch Zusammensetzen des Magneten 9 mit verschiedenen Magnetstäben 6 mit jeweils unterschiedlichen Remanenzeigenschaften erreicht, die entweder durch unterschiedliche magnetische Materialzusammensetzung oder durch eine unterschiedliche Magnetisierungsfeldstärke erhalten werden.
Genauer gesagt, jeder Abschnitt der Länge P der Länge L der Spirale umfasst mindestens zwei Magnetstäbe 6 mit unterschiedlichem Remanenzwert.
Vorzugsweise werden mindestens die Magnetstäbe 6 so angeordnet, dass der Magnet 9 mit aufsteigender oder absteigender Remanenz zusammengesetzt ist.
Auf diese Weise entspricht ein gegebener Wert der magnetischen Feldstärke |B| eindeutig jeder halben Umrundung des magnetischen Induktionsvektors B.
Daher ist es auf der Grundlage des Wertes der magnetischen Feldstärke |B| für jeden Magnetstab 6 und der jedem Magnetstab 6 zugeordneten Position möglich, eine rohe, aber absolute Positionsmessung d aus der Messung des Wertes der magnetischen Feldstärke |B| zu dekodieren.
Anhand dieser Messung lässt sich eindeutig erkennen, in welcher Umrundung mindestens eines als Spirale gewundenen Magnetstabes 6 der Magnetfeldsensor 81 arbeitet.
Durch Kombinieren der Messung des Wertes der magnetischen Feldstärke |B|, der die Anzahl der Umrundung bereitstellt, mit der vektoriellen Messung des Drehwinkels α ist es möglich, eine Erhöhung des Gesamtauflösungsvermögens des linearen Wegaufnehmers 1 zu erzielen, die gleich der Anzahl der Umrundungen ist, die von der Helix des Magneten 9 ausgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform, die in 30a - 30d gezeigt ist, entwickeln die mindestens zwei spiralförmig gewundenen Magnetstäbe 6 eine Helix, die etwa 4 Umrundungen macht.
Der Magnetschieber 90 bewegt sich in Bezug auf die genannten Abtastmittel 81, 82 linear, dargestellt durch das röhrenförmige Gehäuse 7, und umfasst vom Magneten 9 aus zum Beispiel neun Segmente eines Magnetstabes mit unterschiedlichen Remanenzwerten, die in den Figuren durch Referenzen I1 - 19 angezeigt sind.
Insgesamt variiert der Wert der magnetischen Feldstärke |B| des magnetischen Induktionsvektors B, der durch den Magneten 9 erzeugt wird, gemäß einem Stufenmuster (31), um die Unterscheidung der Messung der Position d des magnetischen Schiebers 90 durch die Messung des Wertes der magnetischen Feldstärke |B| zu erleichtern.
Insbesondere ist unter Bezugnahme auf 31 des Wertes der magnetischen Feldstärke |B1| des magnetischen Induktionsvektors B in einem ersten Segment il niedriger als der Wert der magnetischen Feldstärke |B2| in einem zweiten Segment i2, der niedriger ist als der Wert der magnetischen Feldstärke |B3| in einem dritten Segment i3, und so weiter bis zum Wert der magnetischen Feldstärke |B9| in einem neunten Segment i9, welcher der größte von allen ist.
In 30a ist der Magnetschieber 90 vollständig innen (D=0).
Daher arbeitet der Magnetfeldsensor 81 in der zweiten Hälfte der ersten Umrundung (der Drehwinkel α variiert von 0° bis 180°), und der Wert der magnetischen Feldstärke |B| ist |B2|, wie in 31 gezeigt.
In wurde der Magnetschieber 90 herausgezogen, um einen Abstand d zu messen, der im Wesentlichen gleich P/2 ist.
Daher arbeitet der Magnetfeldsensor 81 in der ersten Hälfte der zweiten Umrundung (der Drehwinkel α variiert von -180° bis 0°), und der Wert der magnetischen Feldstärke |B| ist |B3|, wie in 31 gezeigt.
In 30c wurde der Magnetschieber 90 herausgezogen, um einen Abstand d zu messen, der im Wesentlichen gleich P ist.
In diesem Fall arbeitet der Magnetfeldsensor 81 in der zweiten Hälfte der zweiten Umrundung (der Drehwinkel α variiert von 0° bis 180°), und der Wert der magnetischen Feldstärke |B| ist |B4|, wie in gezeigt.
In 30d ist der Magnetfeldsensor 90 vollständig herausgezogen und der Magnetfeldsensor 81 arbeitet in der zweiten Hälfte der vierten Umrundung (der Drehwinkel α variiert von 0° bis 180°), und der Wert der magnetischen Feldstärke |B| ist |B8|, wie in 31 dargestellt.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den oben mit Bezug auf die - und beschriebenen Ausführungsformen der lineare Wegaufnehmer 1, der in der Lage ist, die Anzahl der Umrundungen der Spirale zu bestimmen, in der der Magnetfeldsensor 81 arbeitet, vorteilhaft in der Lage ist, eine zuverlässige Messung ohne Hilfe der Batterie bereitzustellen, die erforderlich wäre, um den linearen Wegaufnehmer 1 eingeschaltet zu lassen, damit die Zählung der Anzahl der Umrundungen nicht aufhört.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in den 32a-32d und 33 gezeigt ist, umfassen die Abtastmittel des linearen Wegaufnehmers 1 einen Magnetfeldsensor 81, der bereits oben beschrieben wurde.
Darüber hinaus ist in dieser Ausführungsform der Magnetfeldsensor 81 so konfiguriert, um aus der Messung die beiden Vektorkomponenten By, Bz des magnetischen Induktionsvektors B und die magnetische Feldstärke |B| des magnetischen Induktionsvektors B nach folgender Formel zu berechnen: $| B | = \sqrt ({By}^{2} + {Bz}^{2})$
Außerdem umfasst der Magnet 9 in dieser Ausführungsform mindestens einen Magnetstab 6, der als Spirale gewunden ist, wodurch eine Helix erzeugt wird, die mehr als eine Umrundung ausführt, so dass die Ganghöhe P der Helix kleiner als die Länge L der Spirale ist.
So sind auf dem Magneten 9 Abschnitte L/P der Länge L der Spirale, von denen jeder eine Länge gleich der Ganghöhe P aufweist, die mit den von der Spirale durchgeführten Umrundungen übereinstimmen, identifizierbar.
Außerdem ist in dieser Ausführungsform die Intensität des magnetischen Induktionsvektors B über die gesamte Länge L der Spirale nicht homogen und nicht konstant.
In diesem Zusammenhang wird in dieser Ausführungsform die Inhomogenität des Wertes der magnetischen Feldstärke des magnetischen Induktionsvektors B durch Variation des Rollradius von mindestens einem Magnetstabe 6 erreicht.
Denn je kleiner der Rollradius, desto kleiner ist der Abstand zwischen Magnetstab 6 und Magnetfeldsensor 81, desto größer ist der gemessene Intensitätswert des magnetischen Induktionsvektors |B|.
Vorzugsweise wird der Rollradius in Bezug auf die Länge L der Spirale kontinuierlich variiert, um eine gleichförmige Variation des Wertes der magnetischen Feldstärke |B| (entweder immer größer oder immer kleiner werdend) entlang der gesamten Länge L der Spirale zu erzeugen.
Auf diese Weise entspricht ein bestimmter Wert der magnetischen Feldstärke |B| eindeutig jeder Position d des Magnetschiebers 90, der sich in Bezug auf die Abtastmittel 81, 82, dargestellt durch das röhrenförmige Gehäuse 7 und durch den Magneten 9, linear bewegt.
Auf Grundlage der Anordnung auf der Länge L der Spirale von Segmenten mit einer Länge gleich der Ganghöhe P der Helix, die jede von der Helix durchgeführte Umrundung identifizieren, ist es möglich, eindeutig zu identifizieren, in welcher Umrundung von mindestens einem spiralförmig gewundenen Magnetstab 6 der Magnetfeldsensor 81 ausgehend von der Messung des Wertes der magnetischen Feldstärke |B| arbeitet.
Auch in diesem Fall ist es durch Kombinieren der Messung des Wertes der magnetischen Feldstärke des magnetischen Induktionsvektors B, der die Anzahl der Umrundung bereitstellt, mit der vektoriellen Messung des Drehwinkels α möglich, eine Erhöhung des Gesamtauflösungsvermögens des linearen Wegaufnehmers 1 zu erzielen, die gleich der Anzahl der Umrundungen ist, die von der Helix des Magneten 9 ausgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform, die in 32a - 32d gezeigt ist, entwickeln die mindestens zwei spiralförmig gewundenen Magnetstäbe 6 eine Helix, die etwa 4 Umrundungen macht.
Der Rollradius der beiden Magnetstäbe 6 variiert entlang der Länge L der Spirale.
Insgesamt ist der Wert der magnetischen Feldstärke |B| des magnetischen Induktionsvektors B, der durch den Magneten 9 erzeugt wird, maximal |Bmax|, wenn sich der Magnetschieber 90 ganz innen befindet (D=0), während er minimal |Bmin| ist, wenn der Magnetschieber 90 ganz herausgezogen ist.
Der Wert der magnetischen Feldstärke |B| variiert kontinuierlich und gleichförmig entlang der Länge L der Spirale von einem Maximalwert |Bmax| bis zu einem Minimalwert |Bmin|, und das Verhältnis zwischen dem Wert der magnetischen Feldstärke des Magnetfeldes |B| und der Position d ist durch die folgende Formel gegeben: $| B | (d) = | Bmax | - d \cdot (| Bmax | - | Bmin |) / L$
In 32a bewegt sich der magnetische Schieber 90 linear in Bezug auf diese Abtastmittel 81, 82, die durch das röhrenförmige Gehäuse 7 und durch den Magneten 9 ganz innen (D=0) dargestellt sind.
In diesem Fall arbeitet der Magnetfeldsensor 81 in der ersten Hälfte der ersten Umrundung, so dass der Drehwinkel α von -180° bis 0° variiert, und der Intensitätswert des Magnetfelds |B| ist |Bmax|, wie in 33 gezeigt.
In 32b wurde der Magnetschieber 90 herausgezogen, um einen Abstand d zu messen, der im Wesentlichen gleich P/2 ist.
In diesem Fall arbeitet der Magnetfeldsensor 81 in der zweiten Hälfte der ersten Umrundung, so dass der Drehwinkel α von 0° bis 180° variiert, wie in 33 gezeigt.
In 32c wurde der Magnetschieber 90 herausgezogen, um einen Abstand d zu messen, der im Wesentlichen gleich P ist.
In diesem Fall arbeitet der Magnetfeldsensor 81 in der ersten Hälfte der zweiten Umrundung (der Drehwinkel α variiert von -180° bis 0°), wie in 33 gezeigt.
In ist der Magnetschieber 90 vollständig herausgezogen.
In diesem Fall arbeitet der Magnetfeldsensor 81 in der ersten Hälfte der vierten Umrundung (der Drehwinkel α variiert von -180° bis 0°), und der Intensitätswert des Magnetfelds |B| ist |Bmax|, wie in gezeigt.
Bemerkenswert ist auch, dass in den oben mit Bezug auf 32a - 32d und 33 beschriebenen Ausführungsformen der lineare Wegaufnehmer 1, der in der Lage ist, die Anzahl der Umrundungen der Spirale zu bestimmen, in der der Magnetfeldsensor 81 arbeitet, vorteilhaft in der Lage ist, eine zuverlässige Messung ohne Hilfe der Batterie bereitzustellen, die erforderlich wäre, um den linearen Wegaufnehmer eingeschaltet zu lassen, damit die Zählung der Anzahl der Umrundungen nicht aufhört.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in den 34a-34d und 35 gezeigt ist, umfassen die Abtastmittel des linearen Wegaufnehmers 1 einen Magnetfeldsensor 81, der bereits oben beschrieben wurde.
Darüber hinaus ist in dieser Ausführungsform der Magnetfeldsensor 81 so konfiguriert, um aus der Messung die beiden Vektorkomponenten By, Bz des magnetischen Induktionsvektors B und die magnetische Feldstärke |B| des magnetischen Induktionsvektors B nach folgender Formel zu berechnen: $| B | = \sqrt ({By}^{2} + {Bz}^{2})$
Außerdem umfasst der Magnet 9 in dieser Ausführung mindestens einen Magnetstab 6, der spiralförmig gewunden ist, wodurch eine Helix erzeugt wird, die mehr als eine Umrundung ausführt, so dass die Ganghöhe der Helix P kleiner als die L ist.
So sind auf dem Magneten 9 Abschnitte L/P der Länge L der Spirale, von denen jeder eine Länge gleich der Ganghöhe P aufweist, die mit den von der Spirale durchgeführten Umrundungen übereinstimmen, identifizierbar.
Darüber hinaus ist in dieser Ausführungsform die Intensität des magnetischen Induktionsvektors B über die gesamte Länge L der Spirale nicht homogen, also nicht konstant.
In diesem Zusammenhang wird in dieser Ausführungsform die Inhomogenität des Wertes der magnetischen Feldstärke des magnetischen Induktionsvektors B durch Variation der Dicke des röhrenförmigen Gehäuses 7 erreicht.
Denn je kleiner die Dicke, desto größer ist der Luftspalt, also der Abstand zwischen dem Magnetstab 6 und dem röhrenförmigen Gehäuse 7, desto geringer ist der Intensitätswert des magnetischen Induktionsvektors |B|, der vom Magnetfeldsensor 81 gemessen wird.
Der Luftspalt kann durch Einwirken auf die Dicke des röhrenförmigen Gehäuses 7 verändert werden.
Vorzugsweise wird der Luftspalt in Bezug auf die Länge L der Spirale kontinuierlich variiert, so dass eine gleichförmige Variation des Intensitätswertes des Magnetfeldes |B| (entweder immer größer oder immer kleiner werdend) über die gesamte Länge L erzeugt wird.
Auf diese Weise entspricht ein gegebener Wert der magnetischen Feldstärke |B| eindeutig der Position d des Magnetschiebers 90.
Auf Grundlage der Anordnung auf der Länge L der Spirale von Segmenten mit einer Länge gleich der Ganghöhe P der Helix, die jede von der Helix durchgeführte Umrundung identifizieren, ist es möglich, eindeutig zu identifizieren, in welcher Umrundung von mindestens einem spiralförmig gewundenen Magnetstab 6 der Magnetfeldsensor 81 ausgehend von der Messung des Wertes der magnetischen Feldstärke |B| arbeitet.
Durch Kombinieren der Messung des Intensitätswertes des Magnetfeldes des magnetischen Induktionsvektors B, der die Anzahl der Umrundungen bereitstellt, mit der vektoriellen Messung des Drehwinkels α ist es möglich, eine Erhöhung der Gesamtauflösung des linearen Wegaufnehmers 1 zu erzielen, die gleich der Anzahl der Umrundungen ist, die von der Helix des Magneten 9 ausgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform, die in 34a - 34d gezeigt ist, entwickeln die mindestens zwei spiralförmig gewundenen Magnetstäbe 6 eine Helix, die etwa 4 Umrundungen macht.
Der Luftspalt zwischen den beiden Magnetstäben 6 und dem röhrenförmigen Gehäuse 7 variiert mit der Länge L der Spirale.
Dieser Effekt wird erreicht, indem die Dicke des röhrenförmigen Gehäuses 7 über seine Länge reduziert wird.
Insgesamt ist der Intensitätswert des magnetischen Induktionsvektors B, der durch den Magneten 9 erzeugt wird, minimal |Bmin|, wenn sich der magnetische Schieber 90 ganz innen befindet (d=0), während er maximal |Bmax| ist, wenn der Magnetschieber 90 ganz herausgezogen ist.
Der Wert der magnetischen Feldstärke |B| ändert sich kontinuierlich und gleichmäßig entlang der Länge L der Spirale vom Wert |Bmax| bis zum Wert |Bmin|, und das Verhältnis zwischen der Intensität |B| und der Position d ist durch die folgende Formel gegeben: $| B | (d) = d \cdot (| Bmax | - | Bmin |) / L + | Bmin |$
In 34a ist der Magnetschieber 90 vollständig innen (D=0).
In diesem Fall arbeitet der Magnetfeldsensor 81 in der ersten Hälfte der ersten Umrundung, so dass der Drehwinkel α von -180° bis 0° variiert, und der Intensitätswert des Magnetfelds |B| ist |Bmin|, wie in 35 dargestellt.
In 34b wurde der Magnetschieber 90 herausgezogen, um einen Abstand d zu messen, der im Wesentlichen gleich P/2 ist.
In diesem Fall arbeitet der Magnetfeldsensor 81 in der zweiten Hälfte der ersten Umrundung, so dass der Drehwinkel α von 0° bis 180° variiert, wie in 35 gezeigt.
In 34c wurde der Magnetschieber 90 herausgezogen, um einen Abstand d zu messen, der im Wesentlichen gleich P ist.
In diesem Fall arbeitet der Magnetfeldsensor 81 in der ersten Hälfte der zweiten Umrundung (der Drehwinkel α variiert von -180° bis 0°), wie in 35 gezeigt.
In 34d ist der Magnetfeldsensor 90 vollständig herausgezogen, und der Magnetfeldsensor 81 arbeitet in der ersten Hälfte der vierten Umrundung (der Drehwinkel α variiert von -180° bis 0°), und der Intensitätswert des Magnetfelds |B| ist |Bmax|, wie in 35 dargestellt.
Bemerkenswert ist auch, dass in den oben mit Bezug auf 34a - 34d und 35 beschriebenen Ausführungsformen der lineare Wegaufnehmer 1, der in der Lage ist, die Anzahl der Umrundungen der Spirale zu bestimmen, in der der Magnetfeldsensor 81 arbeitet, vorteilhaft in der Lage ist, eine zuverlässige Messung ohne Hilfe der Batterie bereitzustellen, die erforderlich wäre, um den linearen Wegaufnehmer 1 eingeschaltet zu lassen, damit die Zählung der Anzahl der Umrundungen nicht aufhört.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in den 36a - 36d und 37 gezeigt ist, umfassen die Abtastmittel des linearen Wegaufnehmers 1 einen Magnetfeldsensor 81, der bereits oben beschrieben wurde.
Außerdem ist in dieser Ausführung der Magnetfeldsensor 81 so konfiguriert, um aus der Messung der beiden Vektorkomponenten By, Bz des magnetischen Induktionsvektors B den Wert der magnetischen Feldstärke |B| des magnetischen Induktionsvektors B nach folgender Formel zu berechnen: $| B | = \sqrt ({By}^{2} + {Bz}^{2})$
Außerdem umfasst der Magnet 9 in dieser Ausführung mindestens einen Magnetstab 6, der spiralförmig gewunden ist, wodurch eine Helix erzeugt wird, die mehr als eine Umrundung ausführt, so dass die Ganghöhe der Helix P kleiner als die L ist.
So sind auf dem Magneten 9 Abschnitte L/P der Länge L der Spirale, von denen jeder eine Länge gleich der Ganghöhe P aufweist, die mit den von der Spirale durchgeführten Umrundungen übereinstimmen, identifizierbar.
Darüber hinaus ist in dieser Ausführungsform die Intensität des magnetischen Induktionsvektors B über die gesamte Länge L der Spirale nicht homogen, also nicht konstant.
In diesem Zusammenhang wird in dieser Ausführung die Inhomogenität des Intensitätswertes des Magnetfeldes durch Zusammensetzen des Magneten 9 mit einem oder mehreren Magnetstäben 6 erreicht, die so konfiguriert sind, dass eine Gesamtkombination mit unterschiedlicher Dicke erhalten wird.
Genauer gesagt, in einer Ausführungsform kann der Magnet 9 aus mehreren Magnetstäben 6 mit jeweils unterschiedlicher Dicke zusammengesetzt sein.
In einer alternativen Ausführungsform zu der vorhergehenden kann die unterschiedliche Dicke durch Kombinieren mehrerer Abschnitte desselben Magnetstabes 6 mit derselben Dicke erzielt werden, wobei die Abschnitte übereinander gelegt werden.
Alternativ, in einer weiteren Ausführungsform, kann derselbe Magnetstab 6 über seine Länge eine ungleichmäßige Dicke aufweisen.
Jeder Abschnitt der Länge P der Länge L der Spirale umfasst mindestens zwei Magnetstäbe 6.
Vorzugsweise werden die Magnetstäbe 6 so angeordnet, dass der Magnet 9 mit zunehmender oder abnehmender Dicke zusammengesetzt wird.
Auf diese Weise entspricht ein gegebener Wert der magnetischen Feldstärke |B| eindeutig jeder halben Umrundung des magnetischen Induktionsvektors B.
Auf Grundlage des Wertes der magnetischen Feldstärke |B| für jeden Magnetstab und der jedem Magnetstab zugeordneten Position ist es möglich, eine rohe, aber absolute Positionsmessung d aus der Messung des Wertes der magnetischen Feldstärke des magnetischen Induktionsvektors B zu dekodieren.
Mit Hilfe dieser Messung lässt sich eindeutig feststellen, in welcher Umrundung der als Spirale gewundenen Magnetstäbe 6 der Magnetfeldsensor 81 arbeitet.
Durch Kombinieren der Messung des Intensitätswertes des Magnetfeldes des magnetischen Induktionsvektors B, der die Anzahl der Umrundungen bereitstellt, mit der vektoriellen Messung des Drehwinkels α ist es möglich, eine Erhöhung der Gesamtauflösung des linearen Wegaufnehmers 1 zu erzielen, die gleich der Anzahl der Umrundungen ist, die von der Helix des Magneten 9 ausgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform, die in den 36a - 36d gezeigt ist, entwickeln mehrere spiralförmig gewundene Magnetstäbe 6 eine Spirale, die etwa 4 Umrundungen ausführt.
Das röhrenförmige Gehäuse 7 und der Magnet 9 stellen einen Magnetschieber 90 dar, der sich in Bezug auf die genannten Abtastmittel 81, 82 linear bewegt.
Der Magnetschieber 90 umfasst neun Segmente von Magnetstäben unterschiedlicher Dicke, die in den Figuren durch Referenzen s1-s9 angezeigt sind.
Insgesamt variiert der Wert der magnetischen Feldstärke B des durch den Magneten 9 erzeugten magnetischen Induktionsvektors B nach einem Stufenmuster ( ), um die Unterscheidung der Messung der Position d des Magnetschiebers 90 durch die Messung des Wertes der magnetischen Feldstärke |B| zu erleichtern.
Insbesondere mit Bezug auf 37 ist der Wert der magnetischen Feldstärke |B1| des magnetischen Induktionsvektors B in einem ersten Segment s1 höher als der Wert der magnetischen Feldstärke |B2| in einem zweiten Segment s2, der höher ist als der Wert der magnetischen Feldstärke |B3| in einem dritten Segment s3, und so weiter bis zum Wert der magnetischen Feldstärke |B9| in einem neunten Segment s9, welches das kleinste von allen ist.
In 36a ist der Magnetschieber 90 vollständig innen (D=0).
Daher arbeitet der Magnetfeldsensor 81 in der zweiten Hälfte der ersten Umrundung (der Drehwinkel α variiert von 0° bis 180°), und der Wert der magnetischen Feldstärke |B| ist |B2|, wie in 37 gezeigt.
In 36b wurde der Magnetschieber 90 herausgezogen, um einen Abstand d zu messen, der im Wesentlichen gleich P/2 ist.
Daher arbeitet der Magnetfeldsensor 81 in der ersten Hälfte der zweiten Umrundung (der Drehwinkel α variiert von -180° bis 0°), und der Wert der magnetischen Feldstärke |B| ist |B3|, wie in 37 gezeigt.
In 36c wurde der Magnetschieber 90 herausgezogen, um einen Abstand d zu messen, der im Wesentlichen gleich P ist.
In diesem Fall arbeitet der Magnetfeldsensor 81 in der zweiten Hälfte der zweiten Umrundung (der Drehwinkel α variiert von 0° bis 180°), und der Wert der magnetischen Feldstärke |B| ist |B4|, wie in gezeigt.
In ist der Magnetfeldsensor 90 vollständig herausgezogen, und der Magnetfeldsensor 81 arbeitet in der zweiten Hälfte der vierten Umrundung (der Drehwinkel α variiert von 0° bis 180°), und der Wert der magnetischen Feldstärke |B| ist |B8|.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den oben mit Bezug auf 36a - 36d und 37 beschriebenen Ausführungsformen der lineare Wegaufnehmer 1, der in der Lage ist, die Anzahl der Umrundungen der Spirale zu bestimmen, in der der Magnetfeldsensor 81 arbeitet, vorteilhaft in der Lage ist, eine zuverlässige Messung ohne Hilfe der Batterie bereitzustellen, die erforderlich wäre, um den linearen Wegaufnehmer 1 eingeschaltet zu lassen, damit die Zählung der Anzahl der Umrundungen nicht aufhört.
Gemäß einer weiteren, in 38a - 38d und 39 veranschaulichten Ausführungsform, wobei der lineare Wegaufnehmer 1 einen ersten Magneten 9 umfasst, der innerhalb eines magnetischen Gleitstücks 90 angeordnet ist, das sich in Bezug auf die Abtastmittel 81, 82 linear bewegt, dargestellt durch das röhrenförmige Gehäuse 7 und durch den ersten Magneten 9, umfassend mindestens einen ersten Magnetstab 6, der spiralförmig gewunden ist und eine Spirale erzeugt, die mehr als eine Umrundung ausführt.
Daher ist die Ganghöhe P der durch mindestens einen ersten Magnetstab 6 definierten Spirale kleiner als die Länge L der Spirale.
So sind auf dem ersten Magneten 9 Abschnitte L/P von gleicher Länge wie die Ganghöhe P der Helix auf der Länge L der Spirale, die mit den von der Helix durchgeführten Umrundungen übereinstimmen, erkennbar.
In dieser Ausführungsform umfasst der lineare Wegaufnehmer 1 ferner einen zweiten Magneten 9', der außerhalb des Magnetschiebers 90 angeordnet ist, umfassend mindestens einen zweiten Magnetstab 6', der spiralförmig gewunden ist und eine Helix erzeugt, die höchstens eine Umrundung ausführt.
Daher ist die Ganghöhe P der durch mindestens einen zweiten Magnetstab 9' definierten Helix höher als die Länge L der Spirale.
Bemerkenswert ist, dass der erste Magnet 9 und der zweite Magnet 9' durch das röhrenförmige Gehäuse 7 aus ferromagnetischem Material voneinander getrennt sind.
In dieser Ausführungsform umfassen die Abtastmittel des linearen Wegaufnehmers 1 einen ersten Magnetfeldsensor 81, der innerhalb des Magnetschiebers 90 angeordnet ist.
Der erste Magnetfeldsensor 81 ist entlang der Entwicklungsachse M des ersten Magneten 9 so angeordnet, dass er während der linearen Bewegung entlang der Entwicklungsachse M, quer zur Entwicklungsachse M, mit einem Teil des ersten Magneten 9 ausgerichtet ist.
Der erste Magnetfeldsensor 81 ist konfiguriert, um einen ersten Drehwinkel α des magnetischen Induktionsvektors B zu erfassen, der durch den ersten Magneten 9 erzeugt wird.
In dieser Ausführungsform umfasst der lineare Wegaufnehmer 1 ferner einen zweiten Magnetfeldsensor 82, der außerhalb des Magnetschiebers 90 angeordnet ist.
Der zweite Magnetfeldsensor 82 ist entlang der Entwicklungsachse M des ersten Magneten 9 so angeordnet, dass er während der linearen Bewegung entlang der Entwicklungsachse (M), quer zur Entwicklungsachse (M), mit einem Teil des zweiten Magneten 9 ausgerichtet ist.
Der zweite Magnetfeldsensor 82 ist so konfiguriert, dass er einen zweiten Drehwinkel α' des magnetischen Induktionsvektors B erfasst, der durch den zweiten Magneten 9 erzeugt wird.
Auf diese Weise entspricht das Folgende jeder Position d des Magnetschiebers 90:

eine Messung des zweiten Drehwinkels α' eindeutig auf den Abstand d bezogen, da die Helix des zweiten Magneten 9' höchstens eine Umrundung ausführt;
eine Messung des ersten Drehwinkels α ist nicht eindeutig auf den Abstand d bezogen, da die Helix des zweiten Magneten 9 mehr als eine Umrundung ausführt.

Da die Anordnung auf der Länge L der Längsabschnitte gleich der Ganghöhe P bekannt ist, die jede von der Helix des ersten Magneten 9 durchgeführte Umrundung identifiziert, ist es vorteilhaft möglich, eindeutig zu identifizieren, in welcher Umrundung des mindestens einen als Spirale gewundenen Magnetstabes 6 der Magnetfeldsensor 81 arbeitet.
Durch Kombinieren der Messung der Position d, die durch die Verarbeitung der Messung des zweiten Drehwinkels α', welche die Anzahl der Umrundungen bereitstellt, mit der Messung des ersten Drehwinkels α' ist es möglich, eine Erhöhung des Gesamtauflösungsvermögens des linearen Wegaufnehmers 1 zu erzielen, die gleich der Anzahl der Umrundungen ist, die von der Helix des ersten Magneten 9 ausgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf eine in 38a - 38d und 39 veranschaulichte Ausführungsform ist ein erster Magnetstab 6, der als Spirale gewunden ist, um eine Helix zu entwickeln, die ungefähr vier Umrundungen ausführt, innerhalb des Magnetschiebers 90 angeordnet, der sich in Bezug auf die Abtastmittel 81, 82, die durch das röhrenförmige Gehäuse 7 und den ersten Magneten 9 dargestellt werden, linear bewegt.
In dieser Ausführungsform ist außerhalb des Magnetschiebers 90 ein zweiter Magnetstab 9' angeordnet, der als Spirale gewunden ist, um eine Helix zu entwickeln, die knapp eine Umrundung ausführt.
Der erste Magnetstab 6 und der zweite Magnetstab 6' sind durch das röhrenförmige Gehäuse 7 aus ferromagnetischem Material getrennt.
Außerdem umfasst in dieser Ausführungsform der lineare Wegaufnehmer 1 ferner ein zweites röhrenförmiges Gehäuse 75 aus ferromagnetischem Material, das den zweiten Magnetfeldsensor 82, der außerhalb des Magnetschiebers 90 angeordnet ist, umhüllt.
In 38a ist der Magnetschieber 90 vollständig innen (D=0).
Der erste Magnetfeldsensor 81 misst einen ersten Drehwinkel α' des magnetischen Induktionsvektors B, der bei der ersten Umrundung der Helix des ersten Magneten 9 vorhanden ist, während der zweite Magnetfeldsensor 82 die Position des Magnetschiebers 90 eindeutig identifiziert, indem er einen zweiten Drehwinkel α' des magnetischen Induktionsvektors B misst, der im zweiten Magneten 9' vorhanden ist (siehe auch 39).
In 38b wurde der Magnetschieber 90 herausgezogen, um einen Abstand d zu messen, der im Wesentlichen gleich P ist.
Der erste Magnetfeldsensor 81 misst den ersten Drehwinkel α des magnetischen Induktionsvektors B, der bei der zweiten Umrundung der Helix des ersten Magneten 9 vorhanden ist, während der zweite Magnetfeldsensor 82 die Position des Magnetschiebers 90 eindeutig identifiziert, indem er den zweiten Drehwinkel α' des magnetischen Induktionsvektors B misst, der im zweiten Magneten 9' vorhanden ist (siehe auch 39).
In 38c wurde der Magnetschieber 90 herausgezogen, um einen Abstand d zu messen, der im Wesentlichen 2P entspricht.
Der erste Magnetfeldsensor 81 misst den ersten Drehwinkel α des magnetischen Induktionsvektors B, der bei der dritten Umrundung der Helix des ersten Magneten 9 vorhanden ist, während der zweite Magnetfeldsensor 82 die Position des Magnetschiebers 90 eindeutig identifiziert, indem er den zweiten Drehwinkel α' des magnetischen Induktionsvektors misst, der im zweiten Magneten 9' vorhanden ist (siehe auch ).
In 38d wurde der Magnetschieber 90 herausgezogen, um einen Abstand d zu messen, der im Wesentlichen 3P entspricht.
Der erste Magnetfeldsensor 81 misst den ersten Drehwinkel α des magnetischen Induktionsvektors B, der bei der vierten Umrundung der Helix des ersten Magneten 9 vorhanden ist, während der zweite Magnetfeldsensor 82 die Position des Magnetschiebers 90 eindeutig identifiziert, indem er den zweiten Drehwinkel α' des magnetischen Induktionsvektors B misst, der im zweiten Magneten 9' vorhanden ist (siehe auch ).
Bemerkenswert ist auch, dass in den oben mit Bezug auf 38a - 38d und 39 beschriebenen Ausführungsformen der lineare Wegaufnehmer 1, der in der Lage ist, die Anzahl der Umrundungen der Spirale zu bestimmen, in der der Magnetfeldsensor 81 arbeitet, vorteilhaft in der Lage ist, eine zuverlässige Messung ohne Hilfe der Batterie bereitzustellen, die erforderlich wäre, um den linearen Wegaufnehmer 1 eingeschaltet zu lassen, damit die Zählung der Anzahl der Umrundungen nicht aufhört.
Gemäß einer in 40 gezeigten Ausführungsform umfasst der Magnet 9 mindestens einen Magnetstab 6 aus flexiblem Magnetmaterial, z.B. Magnetgummi mit einer bestimmten Biegungsfähigkeit oder Steifigkeit, z.B. in der Größenordnung von 30-80 Shore D.
In dieser Ausführungsform kann die Stange 5, welche die Abtastmittel 81 trägt, aus einem flexiblen Material bestehen, das zum Beispiel eine Biegungsfähigkeit oder Steifigkeit von 50 Shore D aufweist.
Alternativ kann die Stange 5 mittels eines biegsamen Rohrs aus Stahl für Formstücke oder mittels eines Stahlseils für flexible Übertragungen hergestellt werden.
Die Abtastmittel 81 sind in einem freien Ende 5' dieser Stange 5 untergebracht.
Es ist erwähnenswert, dass das abgerundete Ende 5' ungehindert im Inneren des Magnetschiebers 90 gleiten kann, der sich in Bezug auf die Abtastmittel 81, 82, die durch das röhrenförmige Gehäuse 7 und den Magneten 9 dargestellt werden, linear bewegt und sich an jede Biegung des Magnetschiebers 90 anpasst.
Auf diese Weise ist der lineare Wegaufnehmer 1 vorteilhaft in der Lage, die Position der Abtastmittel 81 (z.B. des Magnetfeldsensors 81) in Bezug auf den Magnetschieber 90 so zu messen, als ob er einem dreidimensional verlaufenden Weg folgen würde.
Die hohle Stange 5 ist so ausgestaltet, dass sie innerhalb eines Gleitlagers 71 gleiten kann.
Wenn die Stange 5 einen quadratischen Querschnitt aufweist und das Gleitlager 71 quadratisch und integral in Bezug auf den Magnetschieber 90 ist, wenn die Stange 5 von außen bewegt wird, um den Magnetschieber 90 zu erkunden, erlaubt das Magnetlager 71 der Stange 5, sich linear zu bewegen und den Kurven des Magnetschiebers 90 zu folgen, wodurch stattdessen eine relative Drehung zwischen der Stange 5, die das Abtastmittel 81 (Magnetfeldsensor 81) und den Magneten 9 trägt, verhindert wird.
Bemerkenswert ist, dass der lineare Wegaufnehmer 1 in der eben unter Bezugnahme auf beschriebenen Ausführung in Wirklichkeit aus einem flexiblen Magnetschieber besteht, der seine Verwendung in den Fällen erlaubt, in denen es notwendig ist, gekrümmten Profilen zu folgen, in denen ein linearer Wegaufnehmer 1 mit geradliniger Längsentwicklung offensichtlich nicht anwendbar wäre.
In einer in 41 und 42 gezeigten Ausführungsform bewegt sich der Magnetschieber 90 in Bezug auf die Abtastmittel 81, 82, die durch das röhrenförmige Gehäuse 7 und durch den ersten Magneten 9 dargestellt werden, linear und umfasst eine seitliche Nut 83 parallel zur Entwicklungsachse M des Magneten, in der es möglich ist, die Abtastmittel 81 unterzubringen und sie entlang der Entwicklungsachse M innerhalb des Magnetschiebers 90 gleiten zu lassen.
In dieser Ausführungsform umfasst der lineare Wegaufnehmer 1 eine elektronische Baugruppe 8, auf der die Abtastmittel 81 montiert sind, die nach dem Einführen der Abtastmittel 81 in den Magnetschieber 90 einen Abschnitt an der Außenseite der seitlichen Nut 83 aufweist, an den ein elektrisches Verbindungskabel 4 angeschlossen wird.
Auf diese Weise wird eine Schieberkonfiguration erreicht, bei der sich jedoch die Abtastmittel 81 (Magnetfeldsensor 81) innerhalb des Magnetschiebers 90 befinden.
In einer Ausführungsform, die in 41 gezeigt ist, umfasst der Magnetschieber 90 ein erstes freies Ende 92 und ein zweites freies Ende 93.
Auf diese Weise ist der Magnetschieber 90 so konfiguriert, dass er aufgerollt wird, um das erste freie Ende 92 und das zweite freie Ende 93 zu verbinden.
Die Abtastmittel 81 können innerhalb des Magnetschiebers 90 ohne Diskontinuität oder mechanische Blockierung gleiten.
Die Konfiguration der soeben beschriebenen Ausführungsform kann zusätzlich zur linearen Positionsmessung auch zur Messung der Winkellage verwendet werden.
Tatsächlich bietet der lineare Wegaufnehmer 1, der zum Bilden eines Ringes aufgerollt ist (wie in 41), Hilfe bei der Messung der Winkellage von großen rotierenden Teilen, deren Drehpunkt für den Einbau eines herkömmlichen Drehwinkelsensors nicht leicht zugänglich ist.
Dies ist zum Beispiel der Fall bei Sattelkupplungen für Kräne oder Geschützen oder bei zylindrischen Gelenken oder groß dimensionierten Gelenken wie denen von Zugmaschinen und Anhängern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in 43 und 44 gezeigt ist, sind die Verdrahtung und die elektronische Informationsverarbeitung des linearen Wegaufnehmers 1 operativ mit dem festen Teil des linearen Wegaufnehmers 1 verbunden, z.B. mit einer Basis, die an einem Element befestigt werden kann, bezüglich dessen die Position in Bezug auf einen Schieber erfasst werden soll.
Diese Konfiguration steht im Gegensatz zu der oben beschriebenen in Bezug auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen, bei denen die Verdrahtung und die elektronische Informationsverarbeitung mit dem beweglichen Teil des linearen Wegaufnehmers 1, d.h. dem Magnetschieber 90, verbunden sind.
Gemäß dieser Ausführungsform bewegt sich der Magnetschieber 90 linear in Bezug auf die Abtastmittel 81, 82, die durch das röhrenförmige Gehäuse 7 und durch den ersten Magneten 9 dargestellt sind, während die Abtastmittel 81 (Magnetfeldsensor 81), die auf einer elektronischen Baugruppe 8 montiert sind, in einer beweglichen Schieberanordnung 200 in Bezug auf die zu messende lineare Position eingeschlossen sind.
In einer ersten Ausführungsform, die in 43 gezeigt ist, umfasst der Magnetschieber 90 eine seitliche Aussparung 110, die das Gleiten der beweglichen Schieberbaugruppe 200 ermöglicht, auf der die Abtastmittel 81 untergebracht sind.
In einer zweiten, alternativ zu der verfahrenden und in 44 dargestellten Ausführung verfügt der Magnetschieber 90 über keine Aussparungen, und die Abtastmittel 81 (Magnetfeldsensor 81) sind in der beweglichen Schieberanordnung 200 eingeschlossen, die so ausgelegt ist, dass sie außerhalb des Magnetschiebers entlang der Entwicklungsachse M des Magneten gleiten kann.
Wie in 44 gezeigt, kann der lineare Wegaufnehmer 1 mehr als eine bewegliche Schieberbaugruppe 200 umfassen, die in Bezug auf den magnetischen Schieber 90 selbst gleiten kann.
In Bezug auf beide Ausführungsformen umfasst der Magnetschieber 90 ein erstes drahtloses Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul 120, z.B. eine Antenne oder eine Wicklung oder ein anderes gleichwertiges Mittel, das über die gesamte Länge des Magnetschiebers 90 angeordnet ist.
Das erste drahtlose Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul 120 ist über ein elektrisches Verbindungskabel 4 mit der elektronischen Hauptbaugruppe 2 verbunden.
Der Magnetschieber 90 umfasst ferner ein Gehäuse 24 der elektronischen Hauptbaugruppe 2.
Die bewegliche Schieberbaugruppe 200 umfasst ein zweites drahtloses Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul 130, z.B. eine Antenne oder eine Wicklung oder ein anderes gleichwertiges Mittel, das auf der elektronischen Baugruppe 8 montiert ist.
Das erste drahtlose Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul 120 ist so ausgelegt, dass es die elektrische Energie für den Betrieb der Abtastmittel 81 (Magnetfeldsensor 81) an das zweite drahtlose Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul 130 überträgt.
Das zweite drahtlose Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul 130 ist so ausgelegt, dass es die vom ersten drahtlosen Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul 120 übertragene elektrische Energie aufnimmt und die Datenkommunikation zwischen den Abtastmitteln 81 und der elektronischen Hauptbaugruppe 2 ermöglicht.
Das erste drahtlose Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul 120 (primäres Element) und das zweite drahtlose Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul 130 (sekundäres Element) stellen eine drahtlose Verbindung her, die zuvor durch eine physische Verdrahtung (Verbindungskabel 4) hergestellt wurde.
Daher wird in dieser Ausführungsform die Handhabung des Durchhängens der Drähte, was immer ein Problem darstellen könnte, vorteilhaft vermieden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die in 45, 46 und 47 gezeigt ist, umfasst der lineare Wegaufnehmer 1 einen hohlen Magnetschieber 90, der sich in Bezug auf die Abtastmittel 81, 82 linear bewegt, umfassend:

einen ersten Innenmagneten 9, umfassend mindestens einen ersten Magnetstab 6, der in einer Spirale als Helix entlang der Entwicklungsachse M gewunden ist;
einem zweiten Außenmagneten 9', der mindestens einen zweiten geradlinigen Magnetstab 6' aufweist, der parallel zur Entwicklungsachse M angeordnet ist;
das röhrenförmige Gehäuse 7 aus ferromagnetischem Material, das zwischen dem ersten Magneten 9 und dem zweiten Magneten 9' angeordnet ist, um den ersten Magneten 9 und den zweiten Magneten 9' voneinander zu trennen.

In dieser Ausführungsform umfassen die Abtastmittel 81, 82 einen ersten Magnetfeldsensor 81, der innerhalb des ersten Magnetschiebers 90 so angeordnet ist, dass er während der linearen Bewegung entlang der Entwicklungsachse M, quer zur Entwicklungsachse M, mit einem Teil des ersten Magneten 9 ausgerichtet ist. Der erste Magnetfeldsensor 81 ist konfiguriert, um einen ersten Drehwinkel α des magnetischen Induktionsvektors B zu erfassen, der von dem mindestens einen ersten Magnetstab 6 erzeugt wird.
Ferner umfassen die Abtastmittel 81, 82 einen zweiten Magnetfeldsensor 82, der außerhalb des Magnetschiebers 90 so angeordnet ist, dass er während der linearen Bewegung entlang der Entwicklungsachse M, quer zur Entwicklungsachse M, mit einem Teil des zweiten Magneten 9' ausgerichtet ist. Der zweite Magnetfeldsensor 82 ist konfiguriert, um einen zweiten Drehwinkel α' des magnetischen Induktionsvektors B zu erfassen, der von dem mindestens einen zweiten Magnetstab 6' erzeugt wird.
Der erste Magnetfeldsensor 81 und der zweite Magnetfeldsensor 82 sind elektrisch mit einer elektronischen Hauptbaugruppe verbunden, die so konfiguriert ist, dass sie Rauschunterdrückungsalgorithmen, die sich auf die Drehung des Magnetschiebers 90 um die Entwicklungsachse M beziehen, auf die erfassten Werte anwenden.
In dieser Konfiguration entsprechen zwei Drehwinkelmessungen jeder Position d des Magnetschiebers 90.
Der zweite Drehwinkel α' steht in eindeutiger Beziehung mit dem ersten Drehwinkel α um die Entwicklungsachse M, da der mindestens eine zweite Magnetstab 6' geradlinig parallel zur Entwicklungsachse M angeordnet und nicht als Helix gewunden ist. Auf diese Weise ist die Messung des zweiten Drehwinkels α' um die Entwicklungsachse M des Magnetschiebers 90 unabhängig von der Position d des Magnetschiebers 90.
Der erste Drehwinkel α bezieht sich stattdessen sowohl auf die Position d des Magnetschiebers 90 als auch auf den zweiten Drehwinkel α', da der mindestens eine erste Magnetstab 6 als Helix gewunden ist.
Geht man davon aus, dass der mindestens eine als helixförmige Spirale gewundene erste Magnetstab 6 eine Ganghöhe P' aufweist und dass eine Position d0 = 0 mm einem Deklinationswinkel α0 = 0° entspricht, kann daher die Auswirkung der zweiten Drehung α' durch die Messung der Position d kompensiert werden, wobei die beiden Drehwinkelmessungen wie folgt korreliert werden: $d [m m] = (a [d e g] - a' [d e g]) / (360 [d e g]) P' [m m]$
Aus (10) geht hervor, dass, wenn sich der Magnetschieber 90 um einen bestimmten Drehwinkel dreht, dieser Wert als Gleichtaktrauschen in beiden Messungen des ersten Drehwinkels α und des zweiten Drehwinkels α' vorhanden ist.
Durch die Subtraktion der beiden Werte wird die Auswirkung der Drehung des Magnetschiebers 90 um die Entwicklungsachse M aufgehoben.
Das auf den zweiten Drehwinkel α' bezogene Signal kann wiederum vom linearen Wegaufnehmer 1 als eine weitere für den Anwender nützliche Prozessgröße ausgegeben werden.
Diese Ausführungsform ermöglicht es vorteilhaft, das mögliche Radialspiel auszugleichen, das entstehen kann, wenn der Magnetschieber 90 auf der hohlen Stange 5, welche die Abtastmittel 81, 82 trägt, gleitet.
In einigen der Verfahrensausführungen wurde tatsächlich das Vorhandensein einer Führung 72 für das Gleiten des auf der Stange 5 angebrachten Magnetschiebers 90 und das Vorhandensein eines Verdrehsicherungsdübels 73 definiert, um die Drehung des Magnetschiebers 90 auf der Stange 5 zu verhindern.
Allerdings kann der Verschleiß des linearen Wegaufnehmers 1, insbesondere bei schweren Betriebsbedingungen, oder eine fehlerhafte Installation zum Verschleiß dieser Gleitelemente führen, so dass ein Radialspiel zwischen dem Magnetschieber 90 und der Stange 5 entsteht.
Darüber hinaus kann es auch vorkommen, dass der lineare Wegaufnehmer 1 der linearen Position unter Bedingungen eingebaut werden muss, welche die Verwendung der vorgenannten Verdrehsicherungselemente nicht zulassen, und dass stattdessen die Drehung des Magnetschiebers 90 in Bezug auf die Stange 5 vorgesehen und erforderlich ist.
Die Abtastmittel 81 in den bisher beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen können die Drehung des Magnetschiebers 90 um die Entwicklungsachse M gegenüber seiner linearen Übersetzung nicht unterscheiden, da beide Bewegungen eine Variation des Drehwinkels α des magnetischen Induktionsvektors B bewirken.
Die Drehung des Magnetschiebers 90 um die Entwicklungsachse M ist somit ein Rauschelement für den linearen Wegaufnehmer 1, das nach der zuletzt beschriebenen Ausführungsform aufgehoben wird.
45 zeigt ein Beispiel für die Geometrie des Magnetschiebers 90 in Ruhestellung.
In dieser Geometrie sind mindestens ein erster Magnetstab 6 und mindestens ein zweiter Magnetstab 6' vorhanden, wobei der mindestens eine erste Magnetstab 6 als Helix im Inneren des Magnetschiebers 90 gewunden ist, während der mindestens eine zweite Magnetstab 6 geradlinig und parallel zur Entwicklungsachse M außerhalb des Magnetschiebers liegt.
Der mindestens eine erste Magnetstab 6 und mindestens eine zweite Magnetstab 6' sind von dem röhrenförmigen Gehäuse 7 aus ferromagnetischem Material getrennt.
Die Abtastmittel 81, 82 sind konfiguriert, um einen ersten Drehwinkel α bzw. einen zweiten Drehwinkel α' messen.
In 46 übersetzt der Magnetschieber 90 in Bezug auf die Abtastmittel 81, 82 linear.
Bemerkenswert ist, dass der erste Drehwinkel α' in Abhängigkeit von der neu erreichten linearen Position variiert, während der zweite Drehwinkel α' nicht variierte, weil der Magnetschieber 90 keine Drehung um die Entwicklungsachse M erfuhr.
In 47 wurde der Magnetschieber 90 nicht linear verschoben, sondern um die Entwicklungsachse M gedreht.
Sowohl der erste Drehwinkel α als auch der zweite Drehwinkel α' variieren, obwohl die Position d unverändert blieb.
Durch Subtraktion des Wertes des zweiten Drehwinkels α' vom Wert des ersten Drehwinkels α kann der Effekt der Drehung vorteilhaft gelöscht werden, so dass eine Messung der linearen Position d ausgegeben wird, die ausschließlich von der Verschiebung des magnetischen Schiebers und nicht von seiner Drehung abhängt.
Der kontaktlose lineare Wegaufnehmer kann erfindungsgemäß als Wegaufnehmer in hydraulischen oder Pneumatikzylindern, als Positionssensor für Aufhängungs- oder Lenksysteme, als Positionssensor für computergesteuerte numerische Steuerungsvorrichtungen oder als Füllstandsensor (Kraftstoff, z.B. Autogas/Methan, Gas, Sauerstoff usw.) eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4386552 [0005]
FR 2539868 [0007]
US 6234061 [0010]
US 7290476 [0010]
JP 62229003 A [0014]
EP 1571425 [0018]
US 8829893 [0019, 0022]
US 9062694 [0019, 0020]
WO 2016046537 [0021]
US 7956606 [0022]
US 9341266 [0022]

Claims

Ein linearer Wegaufnehmer (1), umfassend: - einen Magneten (9, 6, 61) mit spiralförmiger Entwicklung um eine entsprechende Entwicklungsachse (M), - Abtastmittel (81, 82), die nicht in Kontakt mit dem Magneten (9, 6, 61) stehen, der magnetisch mit dem Magneten (9, 6, 61) gekoppelt ist, - Mittel (2, 2a, 2b), die elektrisch mit den Abtastmitteln (81, 82) verbunden und so konfiguriert sind, dass sie die lineare Position (d) ausgeben (OUT, OUT'), wobei der Magnet (9, 6, 91) und/oder die Abtastmittel (81, 82) konfiguriert sind, um sich linear entlang der Entwicklungsachse (M) zu bewegen und an einem Element befestigt zu werden, dessen Position erfasst werden soll, wobei die Abtastmittel (81, 82) so ausgestaltet sind, dass sie den Drehwinkel (α) des magnetischen Induktionsvektors (B, B'), der durch den Magneten (9, 6, 91) und aufgrund der reziproken linearen Verschiebung (d) zwischen den Abtastmitteln (81, 82) und dem spiralförmigen Entwicklungsmagneten (9, 6, 61) erzeugt wird, messen, wobei die Mittel konfiguriert sind, um die lineare Position (d) als Reaktion auf die Messung auszugeben, - ein röhrenförmiges Gehäuse (7, 75) aus ferromagnetischem Material, das koaxial zu dem Magneten (9, 6, 91) ist und konfiguriert ist, um das Magnetfeld auf die Abtastmittel (81, 82) zu konzentrieren, wobei während der linearen Bewegung entlang der Entwicklungsachse (M) die Abtastmittel (81, 82) quer zur Entwicklungsachse (M) mit einem Teil des spiralförmigen Entwicklungsmagneten (9, 6, 61) und mit einem Teil des röhrenförmigen Gehäuses (7, 75) aus ferromagnetischem Material ausgerichtet sind.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastmittel (81, 82) entlang der Entwicklungsachse des Magneten (9, 6, 91) oder entlang einer dazu parallelen Achse angeordnet sind.
Wegaufnehmer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (9, 6, 61) hohl ist, dass die Abtastmittel (81, 82) auf einer Stange (5) angeordnet sind, die entlang der Entwicklungsachse (M) des Magneten (9, 6, 61) angeordnet ist, wobei das röhrenförmige Gehäuse (7) aus ferromagnetischem Material so ausgestaltet ist, dass es den Magneten (9, 6, 61) enthält und konfiguriert ist, das Magnetfeld innerhalb des Magneten (9, 6, 61) zu konzentrieren.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das röhrenförmige Gehäuse (7, 75) aus ferromagnetischem Material und der Magnet (9, 6, 91) einen Magnetschieber (90) darstellen, der in Bezug auf die Erfassungseinrichtung (81, 82) linear beweglich ist.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastmittel (81, 82) innerhalb eines ringförmigen Gehäuses (100) angeordnet sind, wobei das röhrenförmige Gehäuse (75) ein Ring aus ferromagnetischem Material ist, der koaxial zu dem Magneten (61) ist und innerhalb des ringförmigen Gehäuses (100) angeordnet ist.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Gehäuse (100) koaxial zu dem Magneten (61) ist, der in der Mitte des ringförmigen Gehäuses (100) angeordnet ist, wobei sich das ringförmige Gehäuse (100) in Bezug auf den Magneten (61) linear bewegt.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Gehäuse (100) koaxial zu dem Magneten (61) ist, der in der Mitte des ringförmigen Gehäuses (100) angeordnet ist, wobei sich der Magnet (61) in Bezug auf das ringförmige Gehäuse (100) linear bewegt.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der spiralförmige Entwicklungsmagnet (6, 61) mindestens einen Magnetstab (6, 61) umfasst, der so verdreht ist, dass er eine magnetische helixförmige Spirale entwickelt, die entlang der Dicke um die Entwicklungsachse (M) des Magneten polarisiert ist.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der spiralförmige Entwicklungsmagnet (9, 6) mindestens zwei Magnetstäbe (6) umfasst, die so verdreht sind, dass sie eine magnetische helixförmige Spirale entwickeln, die entlang der Dicke um die Entwicklungsachse (M) des Magneten (9, 6) polarisiert ist.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der spiralförmige Entwicklungsmagnet (9) einen hohlen Magnetzylinder umfasst, der mit einem spiralförmigen Profil magnetisiert ist.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der spiralförmige Entwicklungsmagnet (9) einen vollmagnetischen Zylinder umfasst, der mit einem spiralförmigen Profil magnetisiert ist.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastmittel (81, 82) zwei Magnetfeldsensoren (81, 82) umfassen, um eine redundante Messung der linearen Position des Elements zu erhalten.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Position (d) eine Funktion der Messung des Drehwinkels (α) des magnetischen Induktionsvektors (B, B'), der durch den Magneten (9, 6, 61) und die Ganghöhe (L) des spiralförmigen Entwicklungsmagneten (9, 6, 61) erzeugt wird, ist.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, wobei die Abtastmittel des linearen Wegaufnehmers (1) einen Magnetfeldsensor (81) umfassen, wobei der Magnet (9) mindestens einen Magnetstab (6) umfasst, der durch spiralförmiges Wickeln eine Helix erzeugt, die geeignet ist, mehr als eine Umrundung entlang der Entwicklungsachse (M) auszuführen, und eine Ganghöhe (P) aufweist, die kleiner als die Länge (L) der Spirale ist, wobei der lineare Wegaufnehmer ferner mindestens einen Magnetschalter (D1) umfasst, der entlang der Entwicklungsachse (M) des Magneten (9) so angeordnet ist, dass: - er mindestens zwei zueinander rechtwinkelige Abtastachsen (xD1, yD1) aufweist, die auf der Ebene im rechten Winkel zur Entwicklungsachse (M) liegen; - der Abstand zwischen dem mindestens einen Schalter (D1) in Bezug auf den Magnetfeldsensor (81) kleiner als die Ganghöhe (P) ist; - während des Betriebs des Wegaufnehmers sichergestellt ist, dass der mindestens eine Magnetschalter (D1) mit einem Teil des Magneten (9) quer zur Entwicklungsachse (M) des Magneten (9) ausgerichtet ist, wobei der mindestens eine Magnetschalter (D1) so ausgelegt ist, dass er für jede Abtastachse, mit der er ausgestattet ist, einen elektrischen Digitalausgang (uD1) bereitstellt, wobei dieser elektrische Digitalausgang (uD1) so ausgelegt ist, dass er in Abhängigkeit von der Tatsache schaltet, dass die Intensität der magnetischen Induktionsvektorkomponente (BD1) entlang der jeweiligen Abtastachse eine jeweilige Betriebsschwelle des mindestens einen Magnetschalters (D1) überschreitet.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, wobei die Abtastmittel des linearen Wegaufnehmers (1) einen Magnetfeldsensor (81) umfassen, wobei der Magnet (9) mindestens einen Magnetstab (6) umfasst, der durch spiralförmiges Wickeln eine Helix erzeugt, die geeignet ist, mehr als eine Umrundung entlang der Entwicklungsachse (M) durchzuführen, wobei die Helix eine Ganghöhe (P) aufweist, die kleiner als die Länge (L) der Spirale ist, wobei der lineare Wegaufnehmer ferner mindestens einen ersten Magnetschalter (D1) und mindestens einen zweiten Magnetschalter (D2) aufweist, die entlang der Entwicklungsachse (M) des Magneten (9) so angeordnet sind, dass - der mindestens eine erste Magnetschalter (D1) und der mindestens eine zweite Magnetschalter (D2) mindestens eine jeweilige Abtastachse (yD1, yD2) aufweisen, die auf der Ebene im rechten Winkel zur Entwicklungsachse (M) des Magneten (9) liegt; - der Abstand zwischen dem mindestens einen Schalter (D1) und dem mindestens einen zweiten elektromagnetischen Schalter (D2) in Bezug auf den Magnetfeldsensor (81) kleiner als die Ganghöhe (P) ist; - der Abstand zwischen dem mindestens einen Schalter (D1) und dem mindestens einen zweiten elektromagnetischen Schalter (D2) um die Hälfte der Ganghöhe (P) kleiner ist; - während des Betriebs des Wegaufnehmers sichergestellt ist, dass der mindestens eine erste Magnetschalter (D1) und der mindestens eine zweite Magnetschalter (D2) mit einem Teil des Magneten (9) quer zur Entwicklungsachse (M) des Magneten (9) ausgerichtet sind, wobei der mindestens eine erste Magnetschalter (D1) und der mindestens eine zweite Magnetschalter (D2) so ausgestaltet sind, dass sie einen ersten elektrischen Digitalausgang (uD1) bzw. einen zweiten elektrischen Digitalausgang (uD2) für jede Abtastachse, mit der sie ausgestattet sind, bereitstellen, wobei der erste elektrische Digitalausgang (uD1) und der zweite Digitalausgang (uD2) so ausgebildet sind, dass sie in Abhängigkeit von der Tatsache schalten, dass die Intensität der jeweiligen Komponente des jeweiligen magnetischen Induktionsvektors (BD1, BD2) entlang der jeweiligen Abtastachse eine jeweilige Betriebsschwelle des mindestens einen ersten Magnetschalters (D1) und mindestens eines zweiten Magnetschalters (D2) überschreitet.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, wobei die Abtastmittel des linearen Wegaufnehmers (1) einen Magnetfeldsensor (81) umfassen, wobei der Magnet (9) mindestens einen Magnetstab (6) umfasst, der durch spiralförmiges Wickeln eine Helix erzeugt, die geeignet ist, mehr als eine Umrundung entlang der Entwicklungsachse (M) durchzuführen, wobei die Spirale eine Ganghöhe (P) ändert, die kleiner als die Länge (L) der Spirale ist, Abschnitte der Länge (L) der Spirale, von denen jeder eine Länge gleich der Ganghöhe (P) aufweist, auf dem Magneten (9) identifizierbar sind, wobei jeder Abschnitt mit einer von der Spirale ausgeführten Umrundung zusammenfällt, wobei der lineare Wegaufnehmer ferner eine Vielzahl von Magnetschaltern (D) umfasst, die entlang der Entwicklungsachse (M) des Magneten (9) angeordnet sind, so dass: - jeder Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern (D) mindestens zwei zueinander rechtwinkelige Abtastachsen (xD1-xD8, yD1 -yD8) aufweist, die auf der Ebene im rechten Winkel zur Entwicklungsachse (M) liegen; - mindestens zwei Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern (D) für jeden Längsabschnitt angeordnet sind, der gleich der Ganghöhe (P) der Länge (L) der Spirale ist; wobei jeder Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern (D) so ausgelegt ist, dass er in der jeweiligen Umgebung das Vorhandensein eines Magnetschiebers (90) erfasst, der sich in Bezug auf die Abtastmittel (81, 82), die durch das röhrenförmige Gehäuse (7) und durch den ersten Magneten (9) dargestellt werden, linear bewegt, wobei jeder Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern (D) mit mindestens zwei Abtastachsen ausgestattet und so ausgelegt ist, dass er für jede Abtastachse, mit der er ausgestattet ist, einen jeweiligen elektrischen Digitalausgang (uD1-uD8) bereitstellt, wobei dieser elektrische Digitalausgang so ausgelegt ist, dass er in Abhängigkeit von der Tatsache schaltet, dass die Intensität der magnetischen Induktionsvektorkomponente (B) entlang der jeweiligen Abtastachse entweder eine jeweilige Betriebsschwelle des Magnetschalters überschreitet oder nicht, wobei eine logische Steuereinheit (21) des linearen Wegaufnehmers so ausgestaltet ist, eine logische ODER-Verknüpfung von elektrischen Digitalausgängen jedes Magnetschalters der Vielzahl von Magnetschaltern (D) auszuführen, indem sie mit einer logischen „1“ das Vorhandensein des Magnetschiebers (90) in der Nähe des Magnetschalters und mit einer logischen „0“ das Fehlen des Magnetschiebers (90) in der Nähe des Magnetschalters eindeutig identifiziert.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, wobei die Abtastmittel des linearen Wegaufnehmers (1) einen Magnetfeldsensor (81) umfassen, wobei der Magnet (9) mindestens einen Magnetstab (6) umfasst, der durch spiralförmiges Wickeln eine Helix erzeugt, die geeignet ist, mehr als eine Umrundung entlang der Entwicklungsachse (M) auszuführen, wobei die Helix eine Ganghöhe (P) hat, die kleiner als die Länge (L) der Spirale ist, wobei Abschnitte der Länge (L), die jeweils die gleiche Länge wie die Ganghöhe (P) haben, auf dem Magneten 9 identifizierbar sind, wobei jeder Abschnitt mit einer von der Helix ausgeführten Umrundung zusammenfällt, wobei der lineare Wegaufnehmer (1) ferner eine Vielzahl von Magnetschaltern (d) umfasst, die entlang der Entwicklungsachse (m) des Magneten (9) so angeordnet sind, dass: - jeder Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern (D) mindestens eine Abtastachse (yD1 - yD8) aufweist, die auf der Ebene im rechten Winkel zur Entwicklungsachse (M) liegt; - vier Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern (D) für jeden Längsabschnitt gleich der Ganghöhe (P) der Länge (L) der Spirale verteilt sind, gleichmäßig innerhalb jedes Längsabschnitts gleich der Ganghöhe (P) der Länge (L) der Spirale mit einem Abstand gleich einem Viertel der Ganghöhe (P) voneinander verteilt sind, wobei jeder Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern (D) so ausgelegt ist, dass er in der jeweiligen Umgebung das Vorhandensein eines Magnetschiebers (90) erfasst, der sich in Bezug auf die Abtastmittel (81, 82), die durch das röhrenförmige Gehäuse (7) und durch den ersten Magneten (9) dargestellt werden, linear bewegt, wobei jeder Magnetschalter der Vielzahl von Magnetschaltern (D) mit mindestens einer Abtastachse ausgestattet ist und geeignet ist, einen jeweiligen elektrischen Digitalausgang (uD1-uD8) für jede Abtastachse, mit der sie ausgestattet sind, bereitzustellen, wobei dieser elektrische Digitalausgang geeignet ist, in Abhängigkeit von der Tatsache zu schalten, dass die Intensität der magnetischen Induktionsvektorkomponente (B) entlang der jeweiligen Abtastachse entweder eine jeweilige Betriebsschwelle des Magnetschalters überschreitet oder nicht, wobei eine Steuerlogikeinheit (21) des linearen Wegaufnehmers so ausgestaltet ist, eine logische ODER-Verknüpfung der elektrischen Digitalausgänge jedes Magnetschalters der Vielzahl von Magnetschaltern (D) auszuführen, indem sie mit einer logischen „1“ das Vorhandensein des magnetischen Schiebers (90) und mit einer logischen „0“ das Fehlen des Magnetschiebers (90) eindeutig identifiziert.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, wobei die Abtastmittel des linearen Positionswandlers (1) einen Magnetfeldsensor (81) umfassen, wobei der Magnetfeldsensor (81) konfiguriert ist, um die beiden Vektorkomponenten (Bz, By) des magnetischen Induktionsvektors (B) zu messen und die magnetischen Feldstärke (|B|) des magnetischen Induktionsvektors (B) zu berechnen, wobei der Magnet (9) mindestens einen Magnetstab (6) aufweist, der sich als Spirale windet, wodurch eine Helix erzeugt wird, die mehr als eine Umrundung ausführt, wobei die Ganghöhe (P) der Helix kleiner als die Länge (L) der Spirale ist, wobei auf dem Magneten (9) Längsabschnitte (L) der Spirale identifizierbar sind, die jeweils eine Länge gleich der Ganghöhe (P) aufweisen, wobei diese Abschnitte mit den von der Spirale durchgeführten Umrundungen übereinstimmen, wobei die magnetische Feldstärke des magnetischen Induktionsvektors (B) über die gesamte Länge (L) der Spirale nicht homogen ist, wobei die Inhomogenität des Wertes der magnetischen Feldstärke des magnetischen Induktionsvektors (B) durch Zusammensetzen des Magneten (9) aus verschiedenen Magnetstäben (6) mit jeweils unterschiedlichen Remanenzeigenschaften erreicht wird, wobei auf Grundlage des Wertes der magnetischen Feldstärke (|B|) für jeden Magnetstab (6) und der jedem Magnetstab (6) zugeordneten Position es möglich ist, aus der Messung des Wertes der magnetischen Feldstärke (|B|) eine Positionsmessung (d) zu dekodieren, aus der es möglich ist, eindeutig zu identifizieren, in welcher Umrundung mindestens eines spiralförmig gewundenen Magnetstabs (6) der Magnetfeldsensor (81) arbeitet.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, wobei die Abtastmittel des linearen Wegaufnehmers (1) einen Magnetfeldsensor (81) umfassen, wobei der Magnetfeldsensor (81) konfiguriert ist, um die beiden Vektorkomponenten (Bz, By) des magnetischen Induktionsvektors (B) zu messen und die magnetische Feldstärke (|B|) des magnetischen Induktionsvektors (B) zu berechnen, wobei der Magnet (9) mindestens einen Magnetstab (6) umfasst, der als Spirale gewunden ist, wodurch eine Helix erzeugt wird, die mehr als eine Umrundung ausführt, wobei die Ganghöhe (P) der Spirale kleiner als die Länge (L) der Spirale ist, wobei Längsabschnitte (L) der Spirale auf dem Magneten (9) identifizierbar sind, die jeweils eine Länge gleich der Ganghöhe (P) aufweisen und die mit den von der Spirale durchgeführten Umrundungen übereinstimmen, wobei die magnetische Feldstärke des magnetischen Induktionsvektors (B) über die gesamte Länge (L) der Spirale nicht homogen ist, wobei die Inhomogenität des Intensitätswertes des Magnetfeldes des magnetischen Induktionsvektors (B) durch Variieren des Rollradius des mindestens einen Magnetstabes (6) erhalten wird, wobei auf Grundlage der Anordnung auf der Länge (L) der Spirale von Segmenten mit einer Länge gleich der Ganghöhe (P) der Helix, die jede von der Spirale durchgeführte Umrundung identifizieren, ausgehend von der Messung des Wertes der magnetischen Feldstärke (|B|) eindeutig identifiziert werden kann, in welcher Umrundung mindestens eines als Spirale gewundenen Magnetstabes (6) der Magnetfeldsensor (81) arbeitet.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, wobei die Abtastmittel des linearen Wegaufnehmers (1) einen Magnetfeldsensor (81) umfassen, wobei der Magnetfeldsensor (81) konfiguriert ist, um die beiden Vektorkomponenten (Bz, By) des magnetischen Induktionsvektors (B) zu messen und die magnetische Feldstärke (|B|) des magnetischen Induktionsvektors (B) zu berechnen, wobei der Magnet (9) mindestens einen Magnetstab (6) umfasst, der als Spirale gewunden ist, wodurch eine Helix erzeugt wird, die mehr als eine Umrundung ausführt, wobei die Ganghöhe (P) der Spirale kleiner als die Länge (L) der Spirale ist, wobei Längsabschnitte (L) der Spirale auf dem Magneten (9) identifizierbar sind, die jeweils eine Länge gleich der Ganghöhe (P) aufweisen und die mit den von der Spirale durchgeführten Umrundungen übereinstimmen, wobei die magnetische Feldstärke des magnetischen Induktionsvektors (B) über die gesamte Länge (L) der Spirale nicht homogen ist, wobei die Inhomogenität des Wertes der magnetischen Feldstärke des magnetischen Induktionsvektors (B) durch Variieren der Dicke des röhrenförmigen Gehäuses (7) erhalten wird, wobei auf Grundlage der Anordnung auf der Länge (L) der Spirale von Segmenten mit einer Länge gleich der Ganghöhe (P) der Spirale, die jede von der Spirale ausgeführte Umrundung identifizieren, ausgehend von der Messung des Wertes der magnetischen Feldstärke |B| eindeutig identifiziert werden kann, in welcher Umrundung mindestens eines als Spirale gewundenen Magnetstabes (6) der Magnetfeldsensor (81) arbeitet.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, wobei die Abtastmittel des linearen Wegaufnehmers (1) einen Magnetfeldsensor (81) umfassen, wobei der Magnetfeldsensor (81) konfiguriert ist, um die beiden Vektorkomponenten (Bz, By) des magnetischen Induktionsvektors (B) zu messen und die magnetische Feldstärke (|B|) des magnetischen Induktionsvektors (B) zu berechnen, wobei der Magnet (9) mindestens einen Magnetstab (6) aufweist, der als Spirale gewunden ist, wodurch eine Helix erzeugt wird, die mehr als eine Umrundung ausführt, wobei die Ganghöhe (P) der Helix kleiner als die Länge (L) der Spirale ist, wobei Längsabschnitte (L) der Spirale auf dem Magneten (9) identifizierbar sind, die jeweils eine Länge gleich der Ganghöhe (P) aufweisen, die mit den von der Helix ausgeführten Umrundungen übereinstimmen, wobei die Magnetfeldstärke des magnetischen Induktionsvektors (B) über die gesamte Länge (L) der Spirale nicht homogen ist, wobei die Inhomogenität des Wertes der Magnetfeldstärke des magnetischen Induktionsvektors (B) durch Zusammensetzen des Magneten (9) aus einem oder mehreren Magnetstäben (6) erreicht wird, die so konfiguriert sind, dass sie eine Gesamtkonfiguration mit unterschiedlicher Dicke erhalten, wobei auf Grundlage des Wertes der magnetischen Feldstärke (|B|) für jeden Magnetstab (6) und der jedem Magnetstab zugeordneten Position es möglich ist, aus der Messung des Wertes der magnetischen Feldstärke des magnetischen Induktionsvektors (B) eine Positionsmessung (d) zu dekodieren, die in eindeutiger Weise identifiziert, in welcher Umrundung der spiralförmig gewundenen Magnetstäbe (6) der Magnetfeldsensor (81) arbeitet.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, umfassend: - einen ersten Magneten (9), der linear innerhalb eines Magnetschiebers (90) in Bezug auf die Abtastmittel (81, 82) angeordnet ist, die durch das röhrenförmige Gehäuse (7) und durch den ersten Magneten (9) dargestellt werden, umfassend mindestens einen ersten Magnetstab (6), der als eine Spirale gewunden ist, die eine Helix bildet, die mehr als eine Umrundung ausführt, wobei die durch mindestens einen ersten Magnetstab (6) definierte Ganghöhe (P) der Helix kleiner als die Länge (L) der Spirale ist, wobei auf dem ersten Magneten (9) Längsabschnitte, die gleich der Ganghöhe (P) der Helix entlang der Länge (L) der Spirale sind und mit den von der Helix durchgeführten Umrundungen übereinstimmen, identifizierbar sind; - einen zweiten Magneten (9'), der außerhalb des Magnetschiebers (90) angeordnet ist, umfassend mindestens einen zweiten Magnetstab (9'), der spiralförmig gewunden ist und eine Helix erzeugt, die höchstens eine Umrundung ausführt, wobei die durch mindestens einen zweiten Magnetstab (9') definierte Ganghöhe der Helix größer als die Länge (L) der Helix ist, wobei der erste Magnet (9) und der zweite Magnet (9') durch das röhrenförmige Gehäuse (7) aus ferromagnetischem Material voneinander getrennt sind, wobei die Abtastmittel des linearen Wegaufnehmers (1) einen ersten Magnetfeldsensor (81) umfassen, der innerhalb des Magnetschiebers (90) angeordnet ist, wobei der erste Magnetfeldsensor (81) entlang der Entwicklungsachse (M) des ersten Magneten (9) angeordnet ist, so dass während der linearen Bewegung entlang der Entwicklungsachse (M) quer zur Entwicklungsachse (M) mit einem Abschnitt des ersten Magneten (9) ausgerichtet ist, wobei der erste Magnetfeldsensor (81) konfiguriert ist, um einen ersten Drehwinkel (α) des vom ersten Magneten (9) erzeugten magnetischen Induktionsvektors (B) zu erfassen, wobei der lineare Wegaufnehmer (1) ferner einen zweiten Magnetfeldsensor (82) umfasst, der außerhalb des Magnetschiebers (90) angeordnet ist, wobei der zweite Magnetfeldsensor (82) entlang der Entwicklungsachse (M) des ersten Magneten (9) angeordnet ist, so dass während der linearen Bewegung entlang der Entwicklungsachse (M) quer zur Entwicklungsachse (M) mit einem Teil des zweiten Magneten (9') ausgerichtet ist, wobei der zweite Magnetfeldsensor (82) konfiguriert ist, um einen zweiten Drehwinkel (α') des vom zweiten Magneten (9) erzeugten magnetischen Induktionsvektors (B) zu erfassen, wobei auf Grundlage der Anordnung auf der Länge (L) der Längsabschnitte gleich der Ganghöhe (P), die jede von der Helix des ersten Magneten (9) durchgeführte Umrundung identifizieren, es möglich ist, ausgehend von der Messung des zweiten Drehwinkels (α') eindeutig zu identifizieren, bei welcher Umrundung mindestens eines ersten spiralförmig gewundenen Magnetstabes (9) der erste Magnetfeldsensor (81) arbeitet.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 4, wobei der Magnet (9) mindestens einen Magnetstab (6) aus einem flexiblen magnetischen Material aufweist, wobei der Stab (5), der die Abtastmittel (81) trägt, aus einem flexiblen Material hergestellt ist, wobei die Abtastmittel (81) in einem freien Ende (5') der Stange (5) untergebracht sind, wobei das freie Ende (5') so ausgelegt ist, um ungehindert innerhalb des Magnetschiebers (90) zu gleiten, wodurch sie sich selbst an jede Biegung des Magnetschiebers (90) anpasst.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 4, wobei sich der Magnetschieber (90) in Bezug auf die Abtastmittel (81, 82), die durch das röhrenförmige Gehäuse (7) und den ersten Magneten (9) dargestellt werden, linear bewegt und eine zur Entwicklungsachse (M) des Magneten parallele Seitennut (83) aufweist, in der es möglich ist, die Abtastmittel (81) unterzubringen und sie entlang der Entwicklungsachse (M) innerhalb des Magnetschiebers (90) gleiten zu lassen, wobei der lineare Wegaufnehmer eine elektronische Baugruppe (8) umfasst, auf der die Abtastmittel (81) montiert sind, die nach dem Einführen der Abtastmittel (81) in den Magnetschieber (90) einen Abschnitt auf der Außenseite der Seitennut (83) anzeigen, der mit einem elektrischen Verbindungskabel (4) verbunden ist.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 24, wobei der Magnetschieber (90) ein erstes freies Ende (92) und ein zweites freies Ende (93) umfasst, wobei der Magnetschieber (90) so konfiguriert ist, dass er gerollt werden kann, um das erste freie Ende (92) und das zweite freie Ende (93) zu verbinden.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, wobei sich ein Magnetschieber (90) in Bezug auf die durch das röhrenförmige Gehäuse (7) und durch den ersten Magneten (9) dargestellten Abtastmittel (81, 82) linear bewegen soll, feststehend ist, während die auf einer elektronischen Baugruppe (8) montierten Abtastmittel (81) in einer beweglichen Schieberanordnung (200) in Bezug auf die zu messende lineare Position eingeschlossen sind, wobei der magnetische Schieber (90) eine seitliche Aussparung (110) aufweist, die das Gleiten der beweglichen Schieberanordnung (200), auf der die Abtastmittel (81) untergebracht sind, ermöglicht.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, wobei sich ein Magnetschieber (90) in Bezug auf die durch das röhrenförmige Gehäuse (7) und durch den Magneten (9) dargestellten Abtastmittel (81, 82) linear bewegen soll, feststehend ist, während die auf einer elektronischen Baugruppe (8) montierten Abtastmittel (81) in einer beweglichen Schieberanordnung (200) in Bezug auf die zu messende lineare Position eingeschlossen sind, wobei die Abtastmittel (81) in der beweglichen Schieberanordnung (200) eingeschlossen sind, die so ausgebildet ist, dass sie außerhalb des Magnetschiebers (90) entlang der Entwicklungsachse (M) des Magneten gleitet.
Wegaufnehmer (1) nach einem der Ansprüche 26 und 27, wobei der Magnetschieber (90) ein erstes drahtloses Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul (120) umfasst, das entlang der gesamten Länge des Magnetschiebers (90) angeordnet ist, wobei das erste drahtlose Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul (120) mittels eines elektrischen Verbindungskabels (4) mit der elektronischen Hauptbaugruppe (2) verbunden ist, wobei die bewegliche Schieberanordnung (200) ein zweites drahtloses Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul (130) umfasst, das auf der elektronischen Baugruppe (8) montiert ist, wobei das erste drahtlose Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul (120) so ausgelegt ist, dass es die elektrische Energie zum Betrieb der Abtastmittel (81) an das zweite drahtlose Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul (130) überträgt, wobei das zweite drahtlose Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul (130) so ausgelegt ist, dass es die von dem ersten drahtlosen Datenkommunikations- und Energieversorgungsmodul (120) übertragene elektrische Energie aufnimmt und die Datenkommunikation zwischen den Abtastmitteln (81) und der elektronischen Hauptbaugruppe (2) ermöglicht.
Wegaufnehmer (1) nach Anspruch 1, umfassend einen sich linear bewegenden hohlen Magnetschieber (90) in Bezug auf die Abtastmittel (81, 82), der Magnetschieber (90) umfassend: - einen ersten Innenmagneten (9), umfassend mindestens einen ersten Magnetstab (6), der als helixförmige Spirale entlang der Entwicklungsachse (M) gewunden ist; - einen zweiten Außenmagneten (9'), umfassend mindestens einen zweiten geradlinigen Magnetstab (6'), der parallel zur Entwicklungsachse (M) angeordnet ist; - das röhrenförmige Gehäuse (7) aus ferromagnetischem Material, das zwischen dem ersten Magneten (9) und dem zweiten Magneten (9') angeordnet ist, so dass der erste Magnet (9) und der zweite Magnet (9') voneinander getrennt sind, wobei die Abtastmittel (81, 82) einen ersten Magnetfeldsensor (81) umfassen, der innerhalb des Magnetschiebers (90) so angeordnet ist, dass er während der linearen Bewegung entlang der Entwicklungsachse (M), quer zur Entwicklungsachse (M), mit einem Teil des ersten Magneten (9) ausgerichtet ist, wobei der erste Magnetfeldsensor (81) konfiguriert ist, um einen ersten Drehwinkel (α) des magnetischen Induktionsvektors (B) zu erfassen, der von dem mindestens einen ersten Magnetstab (6) erzeugt wird, wobei die Abtastmittel (81, 82) einen zweiten Magnetfeldsensor (82) umfassen, der außerhalb des Magnetschiebers (90) so angeordnet ist, dass er während der linearen Bewegung entlang der Entwicklungsachse (M), quer zur Entwicklungsachse (M), mit einem Abschnitt des zweiten Magneten (9') ausgerichtet ist, wobei der zweite Magnetfeldsensor (82) konfiguriert ist, um einen zweiten Drehwinkel (α') des magnetischen Induktionsvektors (B) zu erfassen, der von dem mindestens einen zweiten Magnetstab (6') erzeugt wird, wobei der zweite Drehwinkel (α') in eindeutiger Beziehung zu dem ersten Drehwinkel (α) um die Entwicklungsachse (M) steht, weil der mindestens eine zweite Magnetstab (6') in einer geraden Linie parallel zur Entwicklungsachse (M) angeordnet ist, wobei die Messung des zweiten Drehwinkels (α') um die Entwicklungsachse (M) des Magnetschiebers (90) unabhängig von der Position (d) des Magnetschiebers (90) ist, wobei der erste Drehwinkel (α) sowohl auf die Position (d) des Magnetschiebers (90) als auch auf den zweiten Drehwinkel (α') bezogen ist, da der mindestens eine erste Magnetstab (6) als Helix gewunden ist.