DE2806660A1

DE2806660A1 - Elektromechanische vorrichtung, insbesondere stellungsanzeiger

Info

Publication number: DE2806660A1
Application number: DE19782806660
Authority: DE
Inventors: Klas Rudolf Wiklund
Original assignee: AGA AB
Current assignee: Geotronics AB
Priority date: 1977-02-16
Filing date: 1978-02-16
Publication date: 1978-08-17
Also published as: FR2381284A1; FR2381284B1; US4223300A; CH637250A5; DE2806660C2; JPS53102071A; SE7701675L; SE406642B; JPS6050285B2; GB1585745A

Description

PATENTANWALT DIPL-ING, H. STROHSCHÄNK

8000 MÜNCHEN 60 · MUSÄUSSTRASSE 5 · TELEFON (08 £Q 88 1608 2 8 0 G 6 6 0

16.2.1978-SFLa(5) 19O-1498P

Elektromechanische Vorrichtlang, insbesondere Stellungsanzeiger

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Vorrichtung und insbesondere einen elektromechanischen Stellungsanzeiger mit zwei relativ zueinander beweglichen Teilen.

Ein bekannter elektromechanischer Stellungsanzeiger besitzt zwei Teile, die sich relativ zueinander in einer vorgegebenen Richtung bewegen lassen. Das eine dieser beiden Teile ist mit einer Primärwicklung versehen, die so angeordnet ist, daß sie bei Speisung mit einem Wechselstrom einen im wesentlichen normal zu ihrer Bewegungsrichtung gerichteten alternierenden magnetischen Fluß erzeugt, der zumindest in dieser Richtung in vorgegebener Weise variiert. Das andere Teil ist mit wenigstens zwei Meßwicklungen versehen, die in der besagten Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Diese beiden Meßwicklungen tasten den in ihren jeweiligen Erstreckungsgebxeten vorherrschenden magnetischen Fluß ab.

Drehbare Vorrichtungen dieser Bauart lassen sich insbesondere zur Winkelmessung verwenden. Ein erstes Beispiel für eine derartige Vorrichtung ist ein Drehmelder, der zv/ei Meßwicklungen besitzt, die unter einem Winkel von 90° relativ zueinander eingestellt sind. Ein weiteres Beispiel für eine derartige Vorrich-

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tung ist ein Drehfeldgeber, der drei gegeneinander um jeweils 120 verschobene Wicklungen aufweist. Drehmelder und Drehfeldgeber dienen normalerweise zur übertragung von Daten, die Winkel wiedergeben, von einem Sender zu einem Empfänger. Dabei läßt sich eine kontinuierliche Winkelübertragung erreichen, obwohl diese Geräte insbesondere dann, wenn sie genauer ausgeführt werden, als dies bei den handelsüblichen Drehmeldern und Drehfeldgebern der Fall ist, als Winkelmesser Verwendung finden können. Derartige Winkelmesser könnten zum Messen von Winkeln mit einem Genauigkeitsgrad verwendet werden, wie er beispielsweise für Theodolite oder Richtaufsätze und dergleichen verlangt wird. Für solche Anwendungsfälle wird normalerweise eine Vorrichtung eingesetzt, bei der beispielsweise auf einer Glasscheibe oder einer Platte aus einem anderen stabilen Material eine genau ausgeführte Meßskala angeordnet ist, die optisch oder elektronisch abgelesen wird. Um dabei den Einfluß von Parallaxe auszuschalten, wird beispielsweise eine Ablesung an zwei oder mehr Stellen vorgesehen, wobei die Anzahl der Ablesungen mit der Anzahl der Teilstriche auf der abzulesenden Skala zunimmt, wodurch sich die Anforderungen an die Genauigkeit der einzelnen Markierung auf der Meßskala vermindern.

Da Winkelmesser des vorerwähnten optischen Typs mit einem sehr hohen Genauigkeitsgrad hergestellt werden müssen, v/erden sie sehr kostspielig. Außerdem stellen sie sehr zerbrechliche und empfindliche Instrumente dar.

Bei konventionellen elektromechanischen Drehmeldern oder Drehfeldgebern wird die Gesamtheit der relativ zueinander beweglichen Flächen für die Winkelbestimmung herangezogen, da das magnetische Feld, das die Winkalinformation zwischen .Stator und Rotor überträgt, vielfach nach Art einar Sinus- oder Kosinusfunktion über diese Fläche variiert, üin derartiger Baustein verlangt daher relativ weniger Stabilität in bezug auf die einzelne elektrische Schleife der Geberwicklung, da sich das Ausgangssignal des ftinkelanzeigers (Drehmelder oder Drehfeldgeber) als der Mittelwert aus der Lage einer großen Anzahl von Schleifen ergibt, ".venn

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axe einzelnen Schleifen genau und stabil festgelegt werden könnten, würden sin Drehmelder oder ein Drehfeldgeber einen sehr genauen Winkelanzeiger darstellen. üun gibt es jedoch bei Verwendung der herkömmlichen Drehmelder oder Drehfeldgeber als \7inka !messer noch eine weitere Schwierigkeit. Diese Schwierigkeit resultiert daraus, daß eine solche elektromechanische Vorrichtung eine Vielzahl von Lamellen enthält, die mit anderen bauteilen vereinigt sind, wodurch es schwierig wird, die in eine solche Vorrichtung eingebauten einzelnen Elemente thermisch aufeinander abzustimmen, was zu einer Beeinflussung des Ausgangssignals durch Teirperaturänderungen führen kann. Dieser Effekt kann Anlaß zu Änderungen in den Meßgrößen in der Größenordnung von einigen Bogenminuten sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Instrument der oben erwähnten Art zu schaffen, das sich durch hohe Genauigkeit und Robustheit auszeichnet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektromechanische Vorrichtung mit im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen im einzelnen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

Fig. la ein Wicklungsmuster;

Fig. Ib einen Schnitt durch eine unter Verwendung des in

Fig. la gezeigten Wicklungsmusters aufgebaute erste Äusführungsform für eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung;

Fig. 2 einen Drehmelder mit einem Wicklungsmuster der in Pig. la gezeigten Art;

Fig. 3 eine zweite Äusführungsform für ein im Rahmen der Erfindung verwendbares Wicklungsmuster;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine weitere äusführangsfona für einen Drehmelder gemäß der Erfindung?

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Fig. 5a bis 5d für einen Drehmelder nach Fig. 4 brauchbare Wicklungen;

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform für eine im Rahmen der Erfindung verwendbare Wicklung;

Fig. 7 bis 9 eine weitere Ausführungsform für eine Vorrichtung der in Fig. la und Ib gezeigten Bauart;

Fig. 10 und 11 zwei Bauformen für Primärwicklungen;

Fig. 12 und 13 zwei Ausführungsformen für Wicklungen bei einem Drehfelägeber und

Fig. 14 ein Beispiel für eine Schaltung für den Anschluß der Meßwicklungen an eine Anlage zur Auswertung der Meßergebnisse.

In allen Figuren der Zeichnung sind entsprechende Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In Fig. la ist eine erste Ausführungsform eines Wicklungsmusters für ein Meßgerät in Form eines schematischen Diagramms dargestellt. Im oberen und im unteren Teil dieser Darstellung ist ein und dieselbe Wicklung 1 bei Betrachtung aus der gleichen Richtung wiedergegeben. Diese Wicklung 1 weist ein sich zyklisch wiederholendes Muster auf, das in Form rechtwinkliger Spiralen gelegt ist, sich in horizontaler Richtung erstreckt und einen magnetischen Fluß erzeugt, dessen Stärke senkrecht zur Ebene der Wicklung 1 entlang deren Längsrichtung variiert. Ganz rechts in Fig. la ist in deren oberer Hälfte ein Zyklus der Wicklung 1 in ausgezogener Form dargestellt. Die Wicklung 1 wird mit sinusförmigem Wechselstrom gespeist, und sie soll im folgenden als Primärwicklung bezeichnet werden. Im oberen Teil von Fig. la sind weiter zwei Meßwicklungen 2 und 3 dargestellt, die sich entlang einer Seite (Seite 1) der Primärwicklung 1 bewegen lassen, und im unteren Teil von Fig. la sind zwei weitere Meßwicklungen 4 und 5 dargestellt, die sich entlang der anderen Seite (Seite 2) der Wicklung 1 bewegen lassen. Der Klarheit der Darstellung halber ist die Wicklung 1 in Fig. la durch gestrichelte Linien veranschaulicht, obwohl sie in der tatsächlichen Ausführung selbstverständlich aus ununterbrochenen Leitern besteht.

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Fig. Ib zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung mit einer Wicklung 1 gemäß Fig. la. Ein Pfeil A in Fig. Ib zeigt die Richtung, aus der die Wicklungen in Fig. la gezeigt sind. In Fig. Ib ist die Wicklung 1 stabil angeordnet, indem sie beispielsweise als gedruckte Schaltung auf einer Platte 7' aus starrem Material ausgeführt ist. Jeder Zyklus der Wicklung 1 umfaßt zwei spiralig gewickelte Abschnitte 1' und 1", die so gewickelt sind, daß die von ihnen erzeugten magnetischen Felder jeweils in entgegengesetzte Richtungen weisen. Die Abschnitte 1" und 1" jedes Zyklus der Wicklung 1 sind jeweils durch Leiter 6 miteinander verbunden, die auf der anderen Seite der Platte 7" verlaufen, die dem Wicklungsmuster gegenüberliegt» Auf der Seite der Platte Τ, die die Wicklung 1 trägt, ist zur Versteifung und als Abstandshalter eine weitere Platte 7" angeordnet.

Eine weitere Ausführungsform für eine Primärwicklung wird unten in Verbindung mit den Darstellungen in Fig. 5a und 5b beschrieben. Diese in Fig. 5a und 5b dargestellte Primärwicklung ist der Aus führungs form einer Primärwicklung nach Fig«, la und Ib vorzuziehen, da sie die Platten 7' und 7" in vorteilhafterer Weise ausnutzt.

Auf den Außenseiten der Platten 7" und 7" sind weitere Platten 8 bzw. 9 angeordnet, die parallel zu den Platten 7° und 7" verlaufen. Auf der der Platte 7' zugewandten Seite der Platte sind Meßwicklungen 2 und 3 angeordnet, während die Platte 9 auf ihrer der Platte 7" zugewandten Seite Meßwicklungen 4 und 5 trägt. Auf ihrer der Platte 8 zugewandten Seite ist die Platte 7' mit den Leitern 6 für die Verbindung der einzelnen Abschnitte 1° und 1" der Wicklung 1 versehen«

Wie die Darstellung in Fig_o la zeigt, weisen die Meßxvicklungen 2 bis 5 jede zwei Abschnitte mit einander entgegengesetztem Drehsinn auf, die wie bei der Primärwicklung 1 in Form rechtwinkliger Spiralen gewickelt sind» Die beiden Abschnitte jeder der Meßwicklungen 2 bis 5 sind mit entgegengesetztem Wicklungssinn und solchem Abstand angeordnet,, daß sie jeweils

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einen vollständigen Zyklus der Primärwicklung 1 zwischen sich einschließen. Jede der Meßwicklungen 2 bis 5 auf beiden Seiten der Primärwicklung 1, also oberhalb und unterhalb der Zeichenebene in Fig. la, erstreckt sich so weit, daß jede Windung jeder Meßwicklung in seitlicher Richtung über die Primärwicklung 1 hinausreicht.

Es versteht sich, daß auf den jeweiligen Seiten der stationären Wicklung 1 ein Paar von Sinuswicklungen 2 und 4 und ein Paar von Kosinuswicklungen 3 und 5 vorgesehen ist, wobei die viicklungen des Sinuswicklungspaares 2 und 4 und die Wicklungen des Kosinuswicklungspaares 3 und 5 miteinander in Serie geschaltet sind. Die Meßwicklungen 2 und 3 und die Meßwicklungen 4 und 5 sind so gegeneinander verschoben, daß der von dem einen Paar von Meßwicklungen (2 und 4) erfaßte magnetische Fluß um 90 (d.h. 1/4 Polteilung) in bezug auf den von dem anderen Paar (3 und 5) erfaßten magnetischen Fluß versetzt ist, wodurch das eine Wicklungspaar in etwa den Sinuswert und das andere Wicklungspaar in etwa den Kosinuswert der Winkelstellung (Winkelstellung innerhalb eines Zyklus) des entsprechenden Paares von Meßwicklungen anzeigt. Auf diese Weise liefert für die Bezugsstellung mit dem positiven Winkel 0 das Sinuswicklungspaar 2 und 4 ein O-Signal und das Kosinuswicklungspaar 3 und 5 ein Maximalsignal.

Damit sich das Ausgangssignal von den Meßwicklungen so gleichförmig wie möglich ändert, sind die Windungen der Primärwicklung 1 geneigt, so daß die einzelnen Leiter der Wicklung, die sich transversal zur Bewegungsrichtung erstrecken, annähernd eine solche Neigung aufweisen, daß ihre Verschiebung von einem Ende zum anderen in der Bewegungsrichtung mindestens dem Abstand zwischen zwei benachbarten Leitern in der Bewegungsrichtung entspricht. Das Ausgangssignal von jedem der in Serie geschalteten Wicklungspaare 2 und 4 bzw. 3 und 5 ergibt sich in jedem Falle zwischen deren Enden. Die Wicklung 1 wird mit einem sinusförmigen Wechselstrom gespeist, und die in jeder der Meßwicklungen induzierte Spannung hängt von der Anzahl der Windungen ab, in denen durch das magnetische Feld von der Primärwicklung 1 Strom indu-

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ziert wird. Die Spannung über den Meßwicklungen ist selbstverständlich eine vvechsalspannung., und entsprechend kann der Effektiwert, der Spitzenwert oder der Mittelwert erfaßt werden, um eine Stellungsanzeige zu erhalten.

Da die Wicklungen 2 und 4 bzw. 3 und 5 symmetrisch ausgeführt und auf den entsprechenden Seiten der Wicklung 1 angeordnet sind, ergibt sich von selbst eine Kompensation einer etwaigen Relativbewegung transversal zur Zeichenebene., Dadurch, daß der kürzeste transversale Leitungsweg für jede Meßwicklung langer gemacht ist als die Erstreckung des längsten Leitungsweges der Primärwicklung in der Transversalrichtung, wird der Einfluß von Fehlern in der Transversaleinstellung zwischen den Platten 7', 7", 8 und 9 vermindert. Bei der Ausführungsform nach Fig. la und Ib ist angenommen, daß die Wicklung 1 auf einem stationären Bauteil sitzt, während die Wicklungen 2 bis 5 auf einem beweglichen Bauteil angeordnet sind. Zweckmäßig sind alle Wicklungen als gedruckte Schaltungen ausgeführt.

Wenn der erfindungsgemäß ausgebildete Stellungsanzeiger als Winkelmesser Verwendung finden soll, kann das in Fig« la gezeig™ te Xvicklungsmuster in- der in Fig» 2 dargestellten Weise auf drei Zylindern angeordnet werden. Dabei können die Wicklungen entweder so ausgebildet werden _t daß das in Fig. la zwischen den strichpunktierten Linien B und C dargestellte Muster die gesamte zylindrische Wicklung bildet, oder es kann dieses Muster zwisehen den strichpunktierten Linien B und C je nach der gewünschten Anzahl von Polen entsprechend oft wiederholt werden. In Fig. 2 ist die Wicklung 1 auf der Außenseite eines Zylinders 10 angeordnet, wobei die als Querverbindungen dienenden Leiter β auf der Innenseite dieses Zylinders 10 verlaufen. Es versteht sich, daß der Zylinder 10 stattdessen mit einer Primärwicklung der unten in Verbindung mit den Darstellungen in Fig. 5a und 5b beschriebenen Bauart versehen werden kann, wobei dann Wicklungsteile sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite des Zylinders 10 liegen. Die Wicklungen 2 und 3 sind auf der Ättßeafläcte eines Zylinders 11 angeordnet„ äer radial innerhalb

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des Zylinders 10 angeordnet ist, und die Wicklungen 4 und 5 befinden sich auf der Innenseite eines Zylinders 12, der radial außerhalb des Zylinders 10 angeordnet ist. Wie die Darstellung in Fig. 2 zeigt, stehen die Zylinder 11 und 12 mit einer Querwand 13 in Verbindung. Bei diesem Aufbau kann entweder der Zylinder 10 zum Rotor und die Zylinder 11 und 13 zum Stator gemacht werden oder umgekehrt.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform für die Sinus- und Kosinuswicklung auf beiden Seiten der Wicklung 1 dargestellt.

Wie bei einem Vergleich zwischen den Darstellungen in Fig. la und 3 ersichtlich wird, sind alle Meßwicklungen an der Stelle in zwei getrennte Wicklungen unterteilt, wo sich der Wicklungssinn ändert, und diese getrennten Wicklungen sind dann auf die beiden Seiten 1 und 2 der Primärwicklung 1 verteilt. Spezieller ausgedrückt ist die Wicklung 2 so unterteilt, daß sich eine Wicklung A, auf der Seite 1 und eine Wicklung A„ auf der Seite 2 ergibt. Die Wicklung 3 ist in eine Wicklung B. auf der Seite 1 und eine Wicklung B_? auf der Seite 2 unterteilt. In der Folge kann die Wicklung 4 in eine Wicklung A-, die entweder auf der Seite 1 oder auf der Seite 2 angeordnet werden kann, und eine Wicklung A. auf der anderen Seite unterteilt werden, während die Wicklung 5 so aufgeteilt ist, daß sich eine Wicklung B- auf der gleichen Seite wie die Wicklung A- und eine Wicklung B, auf der gleichen Seite wie die Wicklung A. ergibt. Analog zu der Ausführungsform nach Fig. la kann das in Fig. 3 zwischen den strichpunktierten Linien D und E gezeigte Wicklungsmuster wiederholt und in der in Fig. 2 gezeigten Weise angeordnet werden. Die Darstellung in Fig. 2 kann auch einen Drehmelder veranschaulichen, der vorzugsweise gegossene Kupferspulen besitzt, die eisenfrei sind.

Wenn die Ausführungsform nach Fig. 2 als Drehmelder ausgebildet werden soll, können sich beim Zusammenbau gewisse Probleme ergeben, da die Zylinder 10 bis 13 insbesondere in radialer Richtung sehr genau relativ zueinander angeordnet werden müssen. Außerdem verlangt ein solcher Aufbau relativ viel Platz.

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Mit Rücksicht darauf ist eine weitere Ausführungsform entwickelt worden, bei der die Wicklungen ringförmig in zueinander parallelen Ebenen rund um Kreisscheiben mit einem gemeinsamen Mittelpunkt angeordnet sind. Entweder das Bauteil, das die Primärwicklung trägt, oder das Bauteil, das die Meßwicklungen trägt, ist dann um das gemeinsame Zentrum drehbar.

In Fig. 4 ist ein Schnitt durch eine derartige Ausführungsform dargestellt. Bei dem Ausführungsbexspiel nach Fig. 4 sind Primärwicklungen 16 und 17 auf einer mittleren Kreisscheibe 15 angeordnet, die als Rotor wirkt und dazu mit einer Welle 14 versehen ist- Symmetrisch rund um die Scheibe 15 und parallel dazu sind zwei weitere Kreisscheiben 18 und 19 stationär angeordnet, die über einen Quersteg miteinander verbunden sind. Diese Scheiben 18 und 19 tragen Meßwicklungen 20 und 21,, Es versteht sich, daß diese Ausführungsform so abgewandelt werden kann, daß der Rotor die Meßwicklungen trägt, während die Primärwicklung auf dem Stator zu beiden Seiten der Meßwicklungen angeordnet ist.

Die Darstellungen in Fig« 5a bis 5d veranschaulichen die verschiedenen Wicklungen auf dem Stator und dem Rotor, wie sie bei Betrachtung in Richtung eines Pfeiles G in Fig„ 4 erscheinen. Analog zu der Primärwicklung 1 in Fig» la und 3 sind auch die Primärwicklungen 16 und 17 bei diesem Ausführungsbexspiel so schräg angeordnet, daß die Leiter, die transversal zu der Richtung, in der sich die Wicklungsanordnung erstreckt, verlaufen, nicht radial gerichtet sind, sondern nach innen verlaufen und Tangenten zu einem Kreis 22 mit einem Radius R bilden» Dies ist besser aus Fig. 5b ersichtlich, wo die Verlängerungen der Leiter auf den umfang des Kreises 22 zu in gestrichelten Linien eingezeichnet sind» Der Radius R des Kreises 22 ist so gexrählt, daß sich eine glatte Ausgangskennlinie für die gesamte Vorrichtung ergibt.

Die Primärwicklung gemäß der Ausführungsform nach Fig. 5a raid 5b ist der Primärwicklung nach Figο la und 3 vorzuziehen»

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Anders als bei der Primärwicklung 1, die in einer einzigen Ebene angeordnet ist, liegen nämlich die Wicklungen bei der Ausführungsform von Fig. 5a und 5b zu beiden Seiten des Rotors, wobei als Verbindung zwischen den beiden Rotorseiten Leiterdurchführungen 23, 24, 25 usw. vorgesehen sind. Die Wicklungen auf beiden Seiten der Platte 15 sind so gewickelt, daß sie zusammenwirkende magnetische Felder erzeugen. Das heißt, daß die Wicklungsrichtungen für Spiralen, die einander auf verschiedenen Saiten des Rotors gegenüberliegen, bei Betrachtung aus der gleichen Richtung unterschiedlich sind. Die Wicklung B auf der Seite 2 ist in Relation zur Wicklung A um einen halben Leiterabstand seitlich - in der Zeichnung nach links - versetzt, so daß jeder Leiter der Wicklung B auf der Seite 2 in der Mitte zwischen zwei Leitern der Wicklung A auf der Seite 1 liegt. Es sei angemerkt, daß die Wicklung 1 in Fig. 2 und 3 zweckmäßig durch Wicklungen nach Art der Wicklungen 16 und 17 ersetzt wird, die dann zu beiden Seiten der Platte 7¹ angeordnet sind.

In Fig. 5c ist die Kosinusmeßwicklung veranschaulicht, während die Darstellung in Fig. 5d die Sinusmeßwicklung zeigt, wobei außerdem ein weiteres Beispiel für die Anordnung dieser Wicklungen relativ zum Muster der Primärwicklung veranschaulicht ist. Dabei sind die Wicklungen bei diesem Ausführungsbeispiel so angeordnet, daß jeder Wicklungsteil jeder Meßwicklung quer über einer halben Polteilung der Primärwicklung liegt und für jede zweite Polteilung der Primärwicklung auf der einen oder der anderen Seite des Stators angeordnet ist. Wie die Darstellung in der Zeichnung zeigt, sind die Richtungen, in denen die Wicklungen gewickelt sind, auf den beiden Seiten des Stators (bei Betrachtung aus der gleichen Richtung) unterschiedlich. Kie die Darstellungen in Fig. 5c und 5d weiter zeigen; liegen die Leiter der Meßwicklungen, die sich transversal zur Bewegungsrichtung erstrecken, auch im wesentlichen radial. Die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform besitzt 8/16 Pole, und sie liefert daher ein kurzes Ausgangssignal innerhalb einer 1/8 Umdrehung.

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In Fig. 5a ist weiter bei 16' gezeigt, wie eine Primärwicklung so gebaut werden kann, daß das von einer Meßwicklung in verschiedenen Stellungen erfaßte magnetische Feld in besserer Näherung dem Sinus und Kosinus für die Winkelstellung relativ zur Primärwicklung proportional wird« Wie die Darstellung in der Zeichnung zeigt, sind dia sich transversal erstreckenden Leiter umso kürzer, je mehr sie sich in der Mitte der Spirale befinden. Außerdem sind die einzelnen Leiter unterschiedlich geneigt, ihre Verlängerungen erstrecken sich also nicht in Richtung auf den umfang des Kreises 22. Ein derartiger Aufbau der Wicklung hat zur Folge, daß eine größere Inklination beim Hulldurchgang und eine Glättung beim Maximumübergang für das von den Meßwicklungen erfaßte Feld erreicht werden. Die innersten Leiter werden bei dieser Ausführungsform sehr kurz im Vergleich zu den äußersten Leitern.

I4hnlich wie oben ist zur Verminderung der Auswirkung von Fehlern in der Achsenorientierung relativ zur Mitte des Stators die Erstreckung der kürzesten Leiter des Stators in der Transversalrichtung größer gehalten als die längsten Leiter des Rotors, wodurch eine totale Überlappung erhalten wird. Die gesamte Anordnung ist derart, daß eine Kompensation für Temperaturänderungen und radiales Spiel erhalten wird» Außerdem läßt sich die Anordnung ohne weiteres reproduzieren. Die beiden Statoreinheiten sind um eine Polteilung gegeneinander verschoben, um eine Kompensation für mögliche Unregelmäßigkeiten in dem durch die Rotorwicklung erzeugten Feld zu erzielen.

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anordnung einer Meßwicklung für einen 24/12-Pol-Drehmelder gezeigt» Bei dieser Ausführungsform ist die Meßwicklung in ähnlicher Weise angeordnet, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist, al= lerdings mit dem Unterschied, daß die Seiten zwischen den strichpunktierten Linien F und E in Fig. 3 miteinander vertauscht sind»

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Fig. 7 bis 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen ebenen Drehmelder, bei dem die Meßwicklungen schräg gelegt und auf dem zentralen Teil angeordnet sind, wie dies insbesondere aus der Darstellung in Fig. 9 ersichtlich ist. Der dargestellte Drehmelder ist ein solcher mit 8/4 Polen. Die Primärwicklung ist in Fig. 7 bis 9 nicht eigens eingezeichnet, sie weist jedoch auf beiden Seiten des zentralen Teils liegende Wicklungen auf, wobei diese Wicklungen miteinander zusammenwirken und jede von der in Fig. la und 3 veranschaulichten Bauart sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Primärwicklung jedoch radial verlaufende Transversalleiter auf.

Die Sinuswicklungen sind in Fig. 7 veranschaulicht, wobei A¹ die Anordnung auf der einen Seite des zentralen Teils und A" die Anordnung auf der anderen Seite dieses zentralen Teils zeigt.

Fig. 8 zeigt die Kosinuswicklung, wobei der Wicklungsabschnitt B¹ auf der einen Seite und der Wicklungsabschnitt B" auf der anderen Seite liegt. Fig. 9 ist eine perspektivische Darstellung des zentralen Teils mit eingezeichneter Sinuswicklung A¹, A". Die Kosinuswicklung B¹, B" ist in Fig. 9 der Übersichtlichkeit der Darstellung halber weggelassen, dafür sind die Lage der Wicklungen und die erforderlichen Leitungsdurchführungen klar ersichtlich. Ebenfalls der besseren und deutlicheren Darstellung halber ist in Fig. 9 der mittlere Teil erheblich dicker dargestellt, als er tatsächlich zur Ausführung gelangt.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Primärwicklung mit schräg gelegten, also nicht radial verlaufenden Transversalleitern. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den früheren Ausführungsformen insofern, als die Leiter auf beiden Seiten des zentralen Teils jeder Wicklungshälfte einen unterschiedlichen Neigungswinkel zeigen. So ist in Fig. 10 der Leiter 25 in entgegengesetzter Richtung zum Leiter 26 geneigt, wie dies in Fig. 10 durch die gestrichelt eingezeichneten Verlängerungen zum Umfang des Kreises 22 veranschaulicht ist.

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Al-

Fig. 11 zeigt noch eine weitere Ausführungsform für die Primärwicklung, bei der eine Halbpolteilung a' in gleicher Weise ausgeführt ist wie in Fig. 10, während in den anderen Halbpolteilungen a" Leiter 27, 28 in entgegengesetzter Richtung zu den entsprechenden Leitern 25, 26 in der Halbpolteilung a¹ geneigt sind.

Die Darstellung in Fig. 12 veranschaulicht, wie die Meßwicklungen in Relation zur Primärwicklung angeordnet werden können, wenn der Lageanzeiger oder Winkelmesser als Drehfeldgeber ausgeführt werden soll, also drei jeweils um 120 gegeneinander versetzte Meßwicklungen R., S, und T, auf der Seite 1 und R„, S₃ und T auf der Seite 2 in zu den Darstellungen in Fig. la und 3 analoger Ausführung aufweist. In Analogie zu den Ausführungsformen nach Fig. la und 3 ist die Wicklung 1 die gleiche für Seite 1 und Seite 2. In Fig. 12 sind zwei strichpunktierte Linien H und I eingezeichnet, die anzeigen, daß die Meßwicklungen außerhalb dieser Linien wiederholt werden können, wobei bei Anordnung des Musters der Meßwicklungen auf einem Zylinder die Linien H und I zusammenfallen. Dieses Muster kann ebenso in voller Analogie zu den Darstellungen in Fig. 5 bis 11 auf einem Ring oder einer ebenen Platte angeordnet werden. Wie die Darstellung in Fig. 12 zeigt, muß das Muster bei dieser Ausführungsform zyklisch 3 η · für jede Umdrehung wiederholt werden, wobei η die Anzahl der Musterwiederholungen zwischen den Linien H und I bezeichnet,

Fig. 13 zeigt ein weiteres Muster für Primär- und Meßwicklungen für einen Drehfeldgeber, wobei auf Seite 2 die rechte Musterteilung für jede Teilmeßwicklung im Vergleich zu der Darstellung in Fig. 12 bis links von der Winkelmusterteilung verschoben ist„ Auf diese Weise lassen sich sowohl das Primärwicklungsmuster als auch das Meßwicklungsmuster auf beiden Seiten der Primärwicklung in bezug auf vertikale Linien wiederholen, die die gleiche Stellung K und L einnehmen, was einen Vorteil bei der Musteranpassung während der Herstellung bedeutet.

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Fig. 14 zeigt ein schematisches Blockschaltbild für eine Schaltung, die mit den Meßwicklungen eines Lagemessers oder eines Winkelmessers gekoppelt ist, der in Form eines Drehfeldgebers mit einer Primärwicklung 10a und drei Sekundärwicklungen lob, 10c und 1Od oder in Fonu eines Drehmelders 10' mit einer Primärwicklung lOa¹ und zwei Sekundärwicklungen 10b¹ und 10c¹ ausgeführt sein kann, und das erhaltene Meßergebnis auswertet und in digitaler Form darstellt.

In Fig. 14 liegt eine sinusförmige Wechselspannung E sin wt an der Primärwicklung 10a des Drehfeldgebers 100, dessen drei Sekundärwicklungen 10b, 10c und 1Od, die jeweils um 120 gegeneinander verdreht angeordnet sind, in bekannter Weise mit drei Eingängen der Dreiphasenseite eines Scott-Transformators HO gekoppelt sind, der das ihm zugeführte dreiphasige Signal in ein zweiphasiges Signal umsetzt, das an seinen beiden Sekundärwicklungen lic und lld abgenommen werden kann. Die zweiphasigen Windungen lic und lld sind dabei jeweils mit einem Eingang eines Drehfeld/Digital-Wandlers 120 gekoppelt, der an seinem Ausgang einen Digitalwert abgibt, der den gemessenen Winkel darstellt.

Wandler dieses Typs sind in Normausführung bekannt, und sie sind meist in Form integrierter Schaltkreise ausgeführt, die etwa 10 bis 15 Ausgangsleitungen aufweisen. Dabei sind diese Wandler so ausgelegt, daß bei Anzeige eines Winkelwertes von O° alle ihre Ausgangsleitungen das Signal Null führen, während für die

Anzeige eines Winkelwertes von 360° - Δ, wobei Λ eine sehr kleine Zahl darstellt, alle Ausgangsleitungen das Signal 1 führen. Wie in Fig. 14 durch eine strichpunktierte Linie 140 angedeutet ist, kann anstelle des Drehfeldgebers 1OO und des Transformators 110 ein Lage- oder Winkelanzeiger in Form des Drehmelders 10', dessen beide Sekundärwicklungen 10b¹ und lOc¹ um 90 gegeneinander phasenverschobene Meßwicklungen darstellen, unmittelbar mit den analogen Eingängen des Drehfeld/Digital-Wandlers 120 gekoppelt sein. Außerdem ist ein Bezugseingang des Wandlers 120 mit der Sekundärwicklung eines Bezugstransformators 130 verbunden, dessen Primärwicklung mit einem sinusför-

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ir.igen Wechselstrora gespeist wird, der in Frequenz und Phase dem Wechselstrom entspricht, mit dem die Primärwicklungen 10a oder 10a' des Drehfeldgebers 100 bzw. des Drehmelders 10" gespeist werden.

Der .Kandier- 120 gibt einen eine Winkelstellung M wiedergebenden Digitalwert auf einer Mehrzahl von parallelen Ausgangsleitungen ab, deren Anzahl normalerweise zwischen IO und 16 liegt. Für den Fall von 16 Ausgangsleitungen erhält man eine Auflösung von etwa + 1. Isogenminute.

Leitungen 25' und 25", welche die bedeutendsten Binärbits aus dem Wandler 120 führen, sind mit einem Übergangsanzeiger und Zähler 26' und einer Zentraleinheit 37 verbunden. Für den Fall eines mehrpoligen Drehfeldgebers oder mehrpoligen Drelimelders durchläuft das Ausgangssignal aus dem Wandler 12O eine der PoI-anzahl entsprechende Anzahl von Malen einen Zyklus von Werten, wobei jedem Durchlaufen dieses Zyklus eine Verdrehung des Drehfeldgebers oder des Drehmelders um 36O°/P entspricht, wenn die Anzahl der Pole mit P bezeichnet ist. Damit ein solcher Drehfeldgeber oder Drehmelder zum Messen von Winkeln von mehr als einer vollen Umdrehung verwendet werden kann, müssen die durchlaufenen Zyklen angezeigt und gezählt werden. Dies geschieht in dem Anzeiger und Zähler 26', der immer dann, wenn sich die Signale auf den Leitungen 25' und 25" von dem binären Wert "11" zu dem binären Wert "00" ändern, zu dem gespeicherten Zählerstand eine 1 hinzuzählt, während er immer dann, wenn das Signal auf den Leitungen 25^! und 25" von dem binären Wert "00" zu dem binären Wert "11" übergeht, von dem gespeicherten Zählerstand eine 1 abzieht» Der Ausgang des Anzeigers und Zählers 26 \ der bei Ausführung des Drehfeldgebers 100 oder des Drehmelders 10° mit acht Polen drei Leitungen umfaßt, ist zur Weitergabe des gespeicherten Zählerstandes mit dem Adressiereingang eines Festwertspeichers 38 verbunden, der auf diese Weise an seinem Ausgang eine KorrekturgröBe abgibt, die für den relevanten Sektor der mechanischen Umdrehung spezifisch ist, in der sich der Drehfeldgeber oäsr der 5 Drehmelder - befinden„

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Der Ausgang des Anzeigers und Zählers 26' ist außerdem mit
den drei bedeutendsten Biteingangsleitungen eines mehrkanaligen Eingangs ING 1 der Zentraleinheit 37 verbunden. Die Leitungen
des Eingangs ING 1 sollen im folgenden in der Darstellung in
Fig. 14 von oben nach unten durchnumeriert werden, und sie führen dabei die Nummern von 1 bis 17. Der Ausgang des Wandlers ist direkt mit den Leitungen 4 bis 17 des Eingangs ING I verbunden. Der Ausgang des Festwertspeichers 38 ist mit einem zweiten mehrkanaligen Eingang ING 2 der Zentraleinheit 37 verbunden.

Die Ausgangsleitungen der Zentraleinheit 37 mit den bedeutendsten Bits innerhalb einer Teilumdrehung, d.h. bei der dargestellten Ausführungsform nach Fig. 3 die Leitungen 4 bis 11 von oben, sind mit dem Adressiereingang eines Festwertspeichers 39
verbunden, in dem Korrekturgrößen für Stellungen innerhalb einer Teilumdrehung gespeichert sind. Der Ausgang des Festwertspeichers 39 ist mit einem dritten mehrkanaligen Eingang ING 3 der Zentraleinheit 37 verbunden. Weiterhin ist ein Leitwerk 4O vorgesehen, das über Leitungen 41 den Wandler 120 steuert oder davon gesteuert wird, wie dies nachstehend beschrieben ist. Die zu

irgendeinem Zeitpunkt von den Ausgangsleitungen des Wandlers
120 geführte Größe wird auf den Ausgangsleitungen während derjenigen Zeitdauer festgehalten, in der ein Steuersignal aus dem Leitwerk 40 auf einer der Leitungen 41 vorhanden ist. Umgekehrt kann der Wandler 120 dem Leitwerk 40 über eine der Leitungen 41 anzeigen, ob eine Anzeige durch eine über eine Leitung 43 angeschlossene Anzeigeeinrichtung 240 verzögert werden soll, um
die Zeit für eine Verdrehung des Drehmelders 10* oder des Drehfeldgebers 100 und für eine Änderung der Ausgangsgröße des Wandlers 120 zu gewinnen, über Leitungen 42 steht das Leitwerk 40

mit dem Steuereingang der Zentraleinheit 37 in Verbindung, wodurch das Leitwerk 40 die Zentraleinheit 37 zum Arbeiten nach
einem Programm mit den nachstehend aufgeführten Einzelschritten bringen kanns

1. Leite die Daten auf den Eingangsleitungen des Eingangs ING I an die Ausgangsleitungen weiter.

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-yr-

2. Speichere die Information am dritten Eingang ING 3 aus dem Festwertspeicher 39 in einem Pufferspeicher innerhalb der Zentraleinheit 37.

3. Addiere den Wert 1 zu der Zahl auf den Eingangsleitungen des Eingangs IWG 1, die denjenigen Ausgangsleitungen der Zentraleinheit 37 entspricht, die mit dem Adressiereingang des Festwertspeichers 39 verbunden sind»

4. Führe eine Interpolation durch zwischen der im vorangehenden Schritt 2 gespeicherten Korrekturgröße und der am Eingang ING anliegenden neuen Korrekturgröße und nimm diese Interpolation in Entsprechung zu der Zahl vor, die durch die Leitungen des Eingangs ING dargestellt wird, die weniger bedeutende Daten führen als die Daten, die von den Leitungen geführt werden, die den mit dem Adressiereingang des Festwert-Speichers 39 gekoppelten Ausgangsleitungen entsprechen»

5. Addiere den in Schritt 4 erhaltenen korrekten Wert zu der Korrekturgröße aus dem Festwertspeicher 38 am Eingang ING 2 und zu der Zahl am Eingang ING 1 und gib die so erhaltene Zahl am Ausgang der Zentraleinheit 37 ab.

Der Ausgang der Zentraleinheit 37 ist x-jeiter mit dem Eingang eines Wandlers 230 gekoppelt, der binäre Daten in binär kodierte dezimale Daten umsetzt und an dessen Ausgang die Anzeigeeinrichtung 240 angeschlossen ist. Sowohl die Anzeigeeinrichtung 240 als auch der Wandler 230 werden durch Signale aus dem Leitwerk 40 gesteuert, nachdem die Signale für die Steuereingänge der Zentraleinheit 37 erzeugt sind, so daß die am Ausgang der Zentraleinheit 37 vorhandene Zahl in Übereinstimmung mit Schritt 5 des vorstehend angegebenen Programms durch die Anzeigeeinrichtung 240 zur Anzeige gelangt*

An den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen können im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden. Beispielsweise können die Außenseiten der Statorplatten in Fig. 1, 3_f 5, 12 und 13 mit Meßwicklungen versehen werden.

Patentansprüche 809833/1 1 17

L e

e r s e i ί e

Claims

PATENTANWALT DIPL.-ING. H. STROHSCHÄNK

8000 MÜNCHEN 60 · MUSÄUSSTRASSE 5 · TELEFON (08Sl) 881608

16.2.1978-SFLa(5) 19O-1498P

1. Elektromechanische Vorrichtung, insbesondere Stellungsanzeiger, mit zwei relativ zueinander beweglichen Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil (7¹, 7"; 15) auf mindestens einer von zwei einander entgegengesetzten Flächen eine Hauptwicklung (1; 16, 17) trägt, während das zweite Teil (8, 9; 18, 19) zwei parallele Flächen aufweist, von denen jede parallel und nahebei zu einer entsprechenden der beiden Flächen des ersten Teils verläuft, und auf diesen Flächen wenigstens eine weitere Wicklung (2 bis 5; 20, 21) trägt, und daß die beiden Teile so angeordnet sind, daß bei ihrer Relativbewegung die weiteren Wicklungen eine Translationsbewegung entlang einer vorgegebenen Bahn relativ zur Hauptwicklung erfahren, wobei die induktive Kopplung zwischen jeder der v/eiteren Wicklungen und der Hauptwicklung von der Stellung der beiden Teile relativ zueinander abhängt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Flächen auf beiden Teilen (7¹, 7"; 15 bzw. 8, 9; 18, 19) im wesentlichen eben ausgebildet sind und die einzelnen Windungen aller Wicklungen (1; 16, 17 und 2 bis 5; 20, 21) jeweils in einer zu diesen Flächen parallelen einzigen Ebene liegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Flächen auf beiden Teilen (10 bzw. 11, 12) konzentrische Zylinderflächen sind (Fig. 2).

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4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windungen jeder weiteren Wicklung (2 bis 5; 20, 21) gleichförmig gegenseitig beabstandet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (7¹, 7"; 15 und 8, 9; 18, 19) so zueinander eingestellt sind, daß bei Erregung der Kauptwicklung (1; 16, 17) der magnetische Fluß über alle eine weitere Wicklung (2 bis 5; 20, 21) tragenden Flächen gleich dicht ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Wicklungen (1 bis 5; 16, 17, 20, 21) durch auf die entsprechenden Flächen aufgebrachte elektrisch leitende Schichtmuster gebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtmuster als gedruckte Schaltung ausgeführt sind.

S. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Teile (15 bzw. 18, 19) plattenförmig ausgebildet ist, beide Teile um eine Achse (14) gegeneinander verdrehbar sind und die Hauptwicklung (16, 17) ringförmig und auf diese Achse zentriert angeordnet ist (Fig. 4 bis 11).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der VTicklungen (1 bis 5; 16, 17, 20, 21) die Form wenigstens einer rechtwinkligen Spirale mit zwei entgegengesetzten, parallel zur vorgegebenen Eewegungsbahn verlaufenden Parallelseiten aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dacurch gekennzeichnet, daß die transversal zur Pewegungsbahn verlaufenden Leiter in der oder den Spiralen der Kauptwicklung (1; 16, 17) unter einen spitzen Winkel gegen die entsprechenden Leiter aller weiteren V/icklungen (2 bis 5; 20, 21) geneigt sind, wobei die transversalen Leiter aller weiteren Wicklungen oder der hauptwicklung im

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wesentlichen senkrecht zur üevegungsbahn liagen und der spitze "Kinkel so gewählt ist, daß der Abstand zwischen den Enden jedes der transversalen Leiter der Hauptv/icklung ocer jeder weiteren wicklung in Richtung der Bewegungsbahn größer ist als der Abstand der transversalen Leiter in der andsran T'Ticklung oder den anderen Wicklungen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede weitere Wicklung (2 bis 5; 20, 21) so ausgebildet ist, daß ihr kürzester transversal zur Beweyungsbahn verlaufender Leiter langer ist als der längste transversal zur Bewegungsbahn verlaufende Leiter in der Eauptwicklung (1; 16, 17).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptwicklung (1; 16, 17) ein sich zyklisch wiederholendes Wicklungsmuster aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede weitere Wicklung (2 bis 5; 20, 21) eine Mehrzahl von Teilwicklungen aufweist, wobei die weiteren Wicklungen im wesentlichen identisch sind und jede Teilwicklung in der gleichen Weise gewickelt ist wie die Hauptwicklung (1; 16, 17) zumindest in einem halben Zyklus davon.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teilwicklungen in der gleichen Weise gewickelt sind wie die Hauptwicklung (1; 16, 17) über einen vollen Zyklus davon.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (7¹, 7"? 15 und 8, 9; 18, 19) gegeneinander

verdrehbar angeordnet sind und zwei gegeneinander um 90° versetzte weitere Wicklungen vorgesehen sind (Fig. 1 bis 11).

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als Drehmelder.

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17. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (7¹, 7"; 15 und 8, 9; 18, 19) gegeneinander verdrehbar angeordnet sind und drei gegeneinander um 120° versetzte weitere Wicklungen vorgesehen sind (Fig. 12 und 13).

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als Drehfelägeber.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß an die Enden der weiteren Wicklungen (10b, 10c, 1Od; 10b¹, 10c¹) eine elektronische Verarbeitungsanlage zur Gewinnung von die Stellung der beiden Teile relativ zueinander wiedergebenden Iverten aus den an diesen Wicklungen abnehmbaren Wechselspannungen angeschlossen ist, die einen elektronischen Speicher (38, 39) mit einer Mehrzahl von in Reaktion auf von den Wechselspannungen abhängige und einem Adressiereingang zuführbare Adressiersignale einzeln ansteuerbaren Speicherplätzen für die Speicherung von jeweiligen Winkel- oder Linearlagewerten auf der Bewegungsbahn entsprechenden Korrekturwerten und für die Abgabe von diesen Korrekturwerten entsprechenden Korrektursignalen und an diesen Speicher angeschlossene Korrekturstufen

(37) für eine Korrektur der Meßwerte in Entsprechung zu den KorrekturSignalen und Abgabe von jedem dieser korrigierten Meßwerte entsprechenden Ausgangssignalen aufweist (Fig. 14).

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (38, 39) ein Dauerspeicher ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (38, 39) ein Festwertspeicher ist.

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