DE4021637A1 - Induktiver stellungsgeber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen induktiven Stellungsgeber der im Oberbegriff des Anspruches 1 niedergelegten Art.

Solche Stellungsgeber dienen dazu, ein elektrisches Signal zu erzeugen, mit dessen Hilfe eine ständige oder intermittie­ rend auftretende Relativbewegung zwischen zwei Körpern so überwacht bzw. messend verfolgt werden soll, daß zu jedem beliebigen Zeitpunkt eine Information über die momentane Stellung des einen der beiden Körper bezüglich des anderen gewonnen werden kann.

Typische Anwendungsfälle sind Lineargeber, bei denen z. B. die Bewegung und jeweilige momentane Stellung eines Maschi­ nenschlittens, der gegenüber dem Maschinenrahmen verschieb­ bar ist, mit hoher Präzision gesteuert werden soll. Um diese Steuerung zu ermöglichen, ist es erforderlich, ständig ein Signal zu gewinnen, das auch dann, wenn sich der Schlitten mit hoher Geschwindigkeit bewegt, Auskunft über die momen­ tane Position des Schlittens liefert.

Ein anderes Anwendungsbeispiel sind Drehgeber, mit deren Hilfe die momentane Winkellage eines rotierenden Körpers, beispielsweise des Rotors eines Elektromotors bezüglich des Stators, oder der Drehwinkel zwischen zwei gegenein­ ander verdrehbaren Körpern, beispielsweise der Azimut- und Vertikalwinkel des Fernrohrs eines Theodoliten ge­ messen werden soll.

In ähnlicher Weise lassen sich mit solchen Drehgebern die Winkelstellung bzw. Drehgeschwindigkeit von Kraftfahrzeug- Rädern oder die momentane Winkelstellung einer Vergaser- Drosselklappe messen.

Ein rotierender Stellungsgeber der eingangs genannten Art, der als Impulsgeber ausgebildet ist, kann beispielsweise der DE-AS 12 88 324 entnommen werden. Bei dieser bekannten Anordnung ist ein scheibenförmiger Rotor vorgesehen, der sich mit dem einen der beiden Körper, deren relative Dreh­ bewegung überwacht werden soll, mitdreht und der als Kern eine Vielzahl von kreisförmig angeordneten weichmagnetischen Stiften trägt, die von der Erregerspule so umschlungen sind, daß sie von Stift zu Stift ihren Wickelsinn ändert. Hier­ durch bilden die freien Stiftenden eine Folge von einander entgegengesetzten magnetischen Polen. Diesem Rotor steht ein mit dem anderen der beiden Körper verbundener Stator gegenüber, der ebenfalls eine Vielzahl von weichmagnetischen Stiften aufweist, die mit ihren freien Enden den freien Enden der Rotorstifte gegenüberliegen und von wenigstens einer Meßwicklung umschlungen sind, die von Stift zu Stift ihren Wickelsinn ändert. Die in der Meßwicklung entstehende Spannung wird verstärkt und durch einen Gleichrichter demodu­ liert. Das so erhaltene demodulierte Ausgangssignal liefert dann eine Information über die momentane relative Stellung von Rotor und Stator bzw. der beiden zu überwachenden Körper.

Diese bekannte Anordnung weist jedoch erhebliche Nachteile auf: Da die Erregerspule mit dem einen und die Meßspule mit dem anderen der beiden gegeneinander verdrehbaren Körper mechanisch verbunden ist, ergibt sich bei der Überwachung von ständigen und/oder über sehr große Drehwinkel erfolgen­ den Bewegungen das Problem einer geeigneten elektrischen Verbindung der sich drehenden Spule mit der zugehörigen feststehenden Elektronik. Gemäß der DE-AS 12 80 324 wird dies vorzugsweise mit Hilfe eines Koppeltransformators gelöst, dessen feststehende Primärwicklung mit dem für die Erregerspule bestimmten Wechselspannungssignal gespeist wird, und dessen sich mit der Erregerspule mitdrehende Sekundärwick­ lung als Wechselstrom- bzw. -spannungsquelle für die Erreger­ spule dient. Ein solcher Koppeltransformator hat jedoch erhöhte Material- und Herstellungskosten zur Folge, vergrößert das Ge­ wicht und den Platzbedarf eines solchen Stellungsgebers und führt zu zusätzlichen elektrischen Verlusten. Entsprechendes gilt auch für die als weitere Möglichkeit angedeutete kapazi­ tive Einspeisung der HF-Energie. Ein Anschluß über Schleif­ kontakte führt ebenfalls zu einem aufwendigen mechanischen Aufbau und bringt wegen der Abnutzung der Kontakte erhebliche Probleme mit sich.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Stellungsgeber der eingangs genannten Art so wei­ terzubilden, daß er einen einfachen, kompakten und robusten Aufbau besitzt und mit möglichst geringen elektrischen Ver­ lusten behaftet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im An­ spruch 1 zusammengefaßten Merkmale vor.

Diesen erfindungsgemäßen Maßnahmen liegt folgendes Konzept zugrunde: Von der mit Wechselstrom gespeisten Erregerspule wird ein Magnetfluß erzeugt, der nahezu vollständig im Inne­ ren einer ferromagnetischen Ringanordnung verläuft, so daß nur äußerst geringe Streuverluste auftreten. Diese Ringan­ ordnung umfaßt einen Kern, der offen ist, d. h. wenigstens zwei Durchtrittsflächen für den magnetischen Fluß aufweist, den die Erregerspule in ihm erzeugt, sowie einen Rückschluß­ körper, der ebenfalls wenigstens zwei Durchtrittsflächen für den magnetischen Fluß besitzt und die wenigsten zwei Durchtrittsflächen des Kerns magnetisch miteinander ver­ bindet. Dabei kann eine Durchtrittsfläche des Rückschluß­ körpers die jeweils gegenüberliegende Durchtrittsfläche des Kerns berühren oder von dieser durch einen kleinen Luft­ spalt getrennt sein. Auch kann jede der Durchtrittsflächen in zwei oder mehr Teilflächen unterteilt sein, die mitein­ ander nicht in unmittelbarer Verbindung stehen. Es liegen aber immer wenigstens zwei Durchtrittsflächen des Kerns und zwei Durchtrittsflächen des Rückschlußkörpers einander zu­ mindest teilweise so gegenüber, daß zwischen ihnen ein gerin­ ger magnetischer Widerstand vorhanden ist und somit praktisch der gesamte von der Erregerspule erzeugte magnetische Fluß zwischen ihnen übertreten kann. Die Durchtrittsflächen sowohl des Kerns als auch des Rückschlußkörpers können ebene oder gekrümmte Flächen sein. Sie können im dreidimensionalen Raum jeweils auf einer gemeinsamen Fläche oder auf voneinander verschiedenen Flächen liegen, die zueinander "parallel" oder gegeneinander geneigt sein können. Wichtig ist, daß sich wenigstens eine Durchtritts­ fläche des Rückschlußkörpers gegen die zugehörige Durch­ trittsfläche des Kerns verschiebt, wenn eine Relativbewe­ gung zwischen den beiden zu überwachenden Körpern statt­ findet, und daß die Durchtrittsfläche des Rückschlußkörpers hinsichtlich ihrer Lage und/oder Form und/oder ihrer Größe so ausgebildet ist, daß sie den zwischen ihr und der zuge­ hörigen Durchtrittsfläche des Kerns übertretenden magne­ tischen Fluß auf eine begrenzte Durchtrittszone bündelt, die kleiner als die Durchtrittsfläche des Kerns ist und sich aufgrund der zu überwachenden Relativbewegung über die zu­ gehörige Durchtrittsfläche des Kerns verschiebt.

Ordnet man nun weiterhin, wie dies gemäß der Erfindung vor­ gesehen ist, das wenigstens eine Flächenelement der Durch­ flutungsfläche der Meßspule im Bewegungsbereich einer sol­ chen Durchtrittszone an, so läßt sich durch eine entspre­ chende Festlegung von Form und Größe dieses Flächenelemen­ tes erreichen, daß sich aufgrund der eben geschilderten Verschiebung der Durchtrittszone der Teil des zwischen Kern und Rückschlußkörper übertretenden Magnetflusses in Abhängigkeit von der zu überwachenden Relativbewegung ändert, der das wenigstens eine Flächenelement der Meßspule durchsetzt. Damit ändert sich in entsprechender Weise auch die Ampli­ tude des in der Meßspule induzierten Wechselstroms bzw. die Größe des nach Demodulation des Meßspulenausgangssignals erhaltenen Gleichspannungssignals. Man erhält also ein die momentane Stellung bzw. die Bewegung der beiden zu über­ wachenden Körper beschreibendes elektrisches Signal, obwohl Erregerspule, Meßspule und Kern so an demselben der beiden Körper befestigt sind, daß sie ihre gegenseitige Lage auf­ grund der zu überwachenden Relativbewegung nicht verändern. Lediglich der mit dem anderen der beiden Körper verbundene Rückschlußkörper bewegt sich entsprechend dieser Relativbe­ wegung gegen den Kern, die Meßspule und die Erregerspule.

Auf diese Weise können die drei zuletzt genannten Teile des erfindungsgemäßen Stellungsgebers immer an demjenigen der beiden zu überwachenden Körper befestigt werden, der bei dem jeweiligen Anwendungsfall als stationär zu betrach­ ten ist, d. h. sich gegen die Ansteuer- und Auswerteelektro­ nik nicht bewegt. An dem sich gegen diese Elektronik bewe­ genden Körper ist nur der Rückschlußkörper befestigt, der ein rein passives Bauelement darstellt, das keinerlei Ver­ bindungsleitungen benötigt. Somit lassen sich die nach dem Stand der Technik erforderlichee Koppeleinrichtungen ein­ sparen. Dadurch reduziert sich insgesamt sowohl die Baugröße als auch das Gewicht des erfindungsgemäßen Stellungsgebers und die durch einen Koppeltransformator bzw. -kondensator verursachten elektrischen Verluste bzw. die mit Schleifkon­ takten verbundenen Verschleißerscheinungen treten nicht auf.

Die Form und die relative Anordnung sowohl der Durchtritts­ flächen des Rückschlußkörpers als auch der Flächenelemente der Durchflutungsfläche der Meßspule können innerhalb weiter Grenzen variiert und an den jeweiligen Anwendungsfall op­ timal angepaßt werden. Dabei ist es insbesondere möglich, den Verlauf, den das Meßspulen-Ausgangssignal bzw. das von ihm durch Demodulation abgeleitete Gleichspannungssignal ninmt, wenn die beiden zu überwachenden Körper eine bestimm­ te Relativbewegung ausführen, innerhalb weiter Grenzen zu verändern. So kann z. B. erreicht werden, daß bei ein und derselben Verschiebungsbewegung zwischen den beiden zu überwachenden Körpern das demodulierte Ausgangssignal eine Sinus-Periode, mehrere Sinus-Perioden, einen linearen Anstieg, einen linearen Anstieg und einen entsprechenden linearen Ab­ fall, mehrere derartige symnetrische oder asymmetrische Drei­ ecks-Kurven, oder beliebige Teile solcher Kurven durchläuft.

Durchläuft das Ausgangssignal bei einer Relativverschiebung der beiden Körper über eine größere Strecke bzw. einen größeren Winkel die gleiche Kurvenform in periodischer Weise mehrfach, so entsteht hierdurch zwar eine Unbestimmtheit hinsichtlich der Lage des einen der beiden Körper bezüglich des anderen, die aber in vielen Anwendungsfällen nicht stö­ rend ist. Wird z. B. ein Drehgeber dazu verwendet, nach einem Drehwinkel von jeweils 90° ein bestimmtes Steuersignal zu er­ zeugen, so müssen zwar, wie dies durch die erfindungsgemäße Anordnung möglich ist, diese 90° sehr gut aufgelöst werden; der Absolutwinkel, d. h. welches der vier aufeinanderfolgenden 90°-Segmente aber gerade durchlaufen wird, ist jedoch ohne Bedeutung.

In anderen Anwendungsfällen, bei denen neben der hohen Auf­ lösung auch eine Information über die momentane absolute Stellung des einen der beiden Körper bezüglich des anderen erforderlich ist, können am Rückschlußkörper mehrere in Bewe­ gungsrichtung aufeinanderfolgende Durchtrittsflächen vorge­ sehen werden, von denen im Verlauf der zu überwachenden Rela­ tivbewegung nacheinander jeweils eine mit ein und derselben Durchtrittsfläche des Kerns in Wechselwirkung tritt. Diese Durchtrittsflächen des Rückschlußkörpers können dann so unter­ schiedlich ausgebildet werden, daß ihre Verschiebung gegen das zugehörige Flächenelement der Meßspule in dieser jeweils einen anderen Signalverlauf erzeugt. Eine andere Möglichkeit besteht darin mehrere Meßspulen vorzusehen, von denen beispielsweise die eine das periodisch wiederkehrende hochauflösende Signal und die andere das die Absolutstellung kennzeichnende Signal liefert, bzw. die zwei periodische Signale abgeben, durch deren Korrelation die Absolutstellung ermittelt werden kann.

Eine optimale Nutzung der über die Erregerspule in das Sensorsystem eingespeisten elektrischen Energie ergibt sich dann, wenn die Meßspule so ausgebildet ist, daß sie für jedes der vorhandenen Durchtrittsflächenpaare wenigstens eine im Bereich der betreffenden Trennfläche angeordneter Flächenelement ihrer Durchflutungsfläche besitzt. Die dieses Flächenelement umschließenden Windungen der Meßspule sind dann so angeordnet, daß sich die in ihnen induzierten Ströme addieren. Auf diese Weise erhält man bei gegebener, in die Erregerspule eingespeister Leistung maximale Ausgangssignale.

Eine Meßspule kann im Bewegungsbereich einer Durchtrittszone mehrere Flächenelemente aufweisen, die in Richtung der Be­ wegungsbahn dieser Durchtrittszone hintereinander angeordnet sind.

Vorzugsweise werden die Flächenelemente der Durchflutungs­ fläche einer Meßspule jeweils von Teilen von zwei verschie­ denen, miteinander antiseriell verbundenen Wicklungsabschnitten dieser Meßspule umschlossen. Auf diese Weise heben sich die Einflüsse von großflächigen, von außen kommenden magnetischen Störfeldern in der Meßspule auf und es werden nur die lokalen, durch das Wandern der Durchtrittszone bzw. -zonen bewirkten Magnetflußänderungen erfaßt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen als Drehgeber aus­ gebildeten induktiven Stellungsgeber gemäß der Erfindung,

Fig. 2 in etwas verkleinertem Maßstab eine Draufsicht in Richtung der Pfeile II-II auf den Statorteil des Drehgebers aus Fig. 1,

Fig. 3 im gleichen Maßstab wie Fig. 2 eine Draufsicht in Richtung der Pfeile III-III auf den Rotor­ teil des Drehgebers aus Fig. 1,

Fig. 4 einen der Fig. 1 entsprechenden Schnitt durch einen als Lineargeber ausgebildeten induktiven Stellungsgeber gemäß der Erfindung,

Fig. 5 in verkleinertem Maßstab eine Seitenansicht des Lineargebers aus Fig. 4,

Fig. 6 im gleichem Maßstab wie Fig. 5 eine Draufsicht auf den beweglichen Teil des Lineargebers aus Fig. 4 in Richtung der Pfeile VI-VI,

Fig. 7 im gleichen Maßstab eine Draufsicht auf den feststehenden Teil des Lineargebers aus Fig. 4 in Richtung der Pfeile VII-VII, und

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines erfindungs­ gemäßen Stellungsgebers, der als Drehgeber für ein Kfz-Antiblockiersystem ausgebildet ist.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein als Drehgeber 1 ausgebildetes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen induktiven Stellungsgeber wiedergegeben, der dazu dient, die um die Achse 2 erfolgende, durch den Doppelpfeil R angedeutete Drehbewegung zweier nicht dargestellter Körper zu überwachen. Diese Drehbewegung kann entweder hin- und hergehend in Rich­ tung der beiden Pfeilspitzen oder nur in einer Richtung er­ folgen. Sie kann intermittierend oder kontinuierlich sein. Der bei einer solchen Drehbewegung überstrichene Winkel ist keinerlei Begrenzungen unterworfen.

Der Drehgeber 1 umfaßt eine Statoreinheit 3, die mit dem­ jenigen der beiden Körper verbunden wird, der gegenüber der zugehörigen elektrischen Signalerzeugungs- und Auswerteein­ heit (nicht dargestellt) feststeht.

Die Statoreinheit 3 besteht aus einem Kern 5 aus ferromag­ netischem Material, einer Erregerspule 6 und einer Schal­ tungsplatine 7, auf der die Meßspule 8 in Form einer ge­ druckten Schaltung ausgebildet ist. Diese drei Teile der Statoreinheit 3 sind miteinander zumindest so verbunden, daß die zu überwachende Bewegung zwischen den beiden Körpern auf ihre gegenseitige Lage ohne Einfluß bleibt.

Der Kern 5 besitzt im wesentlichen die Form eines flachen Kreiszylinders, der im Betrieb koaxial zur Drehachse 2 an dem feststehenden der beiden Körper montiert ist. Zu die­ sem Zweck besitzt der Kern 5 eine zentrale Bohrung 10, durch die sich die nicht dargestellte Drehwelle erstrecken kann.

Weiterhin weist der Kern 5 eine in der Draufsicht der Fig. 2 kreisringförmige Nut 12 auf, die sich von seiner in Fig. 1 oberen Flachseite ausgehend nach unten über etwas mehr als die Hälfte der axialen Tiefe des Kerns 5 erstreckt und in der Schnittansicht der Fig. 1 eine in etwa rechteckige Form aufweist. Der Innenradius der Nut 12 beträgt etwa 40% und der Außenradius etwa 70% des Kernradius.

Die in Fig. 1 nur schematisch wiedergegebene und in Fig. 2 nicht dargestellte Erregerspule 6 ist so in die Nut 12 des Kerns 5 gewickelt, daß ihre zentrale Achse mit der zentralen Achse des Kerns zusammenfällt. Über zwei nicht dargestellte, in Fig. 1 beispielsweise nach unten aus dem Kern 5 heraus­ führende Anschlüsse wird die Erregerspule 6 mit einer Wech­ selspannung versorgt, deren Frequenz an die Geschwindigkeit der zwischen den beiden zu überwachenden Körper stattfinden­ den Drehbewegung so angepaßt ist, daß diese Drehbewegung mit dem gewünschten Auflösungsvermögen erfaßt werden kann. Für hohe Geschwindigkeiten sollte der Kern 5 daher aus einem Ferrit-Material bestehen, während für niedere Geschwindig­ keiten und entsprechend geringe Wechselfeldfrequenzen ein Eisenkern genügt. In jedem Fall ist die Materialstärke der verschiedenen Abschnitte des Kerns 5 so gewählt, daß der von der Erregerspule 6 erzeugte magnetische Fluß zwischen den nach oben weisenden Durchtrittsflächen 14, 15 des Kerns 5 im wesentlichen im Inneren des Kerns 5 verläuft, ohne diesen in die magnetische Sättigung zu treiben.

Die innere Durchtrittsfläche 14 besitzt in der Draufsicht der Fig. 2 die Form eines Kreises mit einer von der zentralen Bohrung 10 gebildeten zentralen Öffnung 16, während die äußere Durchtrittsfläche 15 die Form eines die Nut 12 umschließenden Kreisringes aufweist.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die beide Durchtrittsflächen 14, 15 ebene Flächen, die überdies in einer gemeinsamen Ebene liegen. Alternativ hierzu könnten die Durchtrittsflächen auch als gekrümmte Flächen ausge­ bildet sein und/oder einander nicht fortsetzende Flächen im Raum aufspannen.

Wesentlich ist lediglich, daß, wie dies auch bei dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall ist, der Kern 5 wenigstens zwei solche Durchtrittsflächen aufweist, durch die der von der Erregerspule 6 erzeugte magnetische Fluß in definierter Richtung hindurchtreten kann.

Wie man der Fig. 2 entnimmt, umschließt die dort schematisch wiedergegebene Meßspule 8 eine Durchflutungsfläche, die sich aus vier Flächenelementen 21 bis 24 zusammensetzt, die bei diesem Ausführungsbeispiel alle in der gleichen, durch die Oberseite der gedruckten Schaltungsplatine 7 definierten ebenen Fläche liegen und so angeordnet sind, daß sie von dem durch die Durchtrittsflächen 14, 15 des Kerns 5 hindurchtretenden magnetischen Fluß in etwa senk­ recht durchsetzt werden. Der Deutlichkeit halber sind diese Flächenelemente 21 bis 24 waagrecht schraffiert.

Die beiden sichelförmigen äußeren Flächenelemente 21, 22 befinden sich in der Draufsicht der Fig. 2 über der äußeren ringförmigen Durchtrittsfläche 15 und sind symmetrisch zu einem durch die Achse 2 verlaufenden Durchmesser so ange­ ordnet, daß sich ihre aufeinander zuweisenden Spitzen an diesem Durchmesser berühren bzw. nahezu berühren. Die beiden inneren Flächenelemente 23, 24 sind ebenfalls sichelförmig und sind über der inneren Durchtrittsfläche 14 zum gleichen Durchmesser symmetrisch angeordnet wie die beiden äußeren Flächenelemente 21, 22. Auch die Spitzen der inneneren Flächenelemente 23, 24 berühren sich an diesem Durchmesser vollständig bzw. nahezu.

Neben diesen wiedergegebenen halbmond- oder sichelartigen Formen sind auch je nach Anwendungsfall und gewünschtem Ausgangssignal verschiedenste andere Formen denkbar. Auch können pro Durchtrittsfläche 14 bzw. 15 nur ein Flächen­ element oder aber auch mehr als zwei Flächenelemente vor­ gesehen werden. Wesentlich sind nur die beiden folgenden Punkte:

• a) Die Fläche, mit der ein Flächenelement, beispielsweise das Flächenelement 21 oder 22, die zugeordnete Durch­ trittsfläche, beispielsweise die Durchtrittsfläche 15, überdeckt, muß kleiner sein als diese Durchtrittsfläche.
• b) Die Größe der Projektionsfläche, die bei Projektion einer Durchtrittsfläche 42, 43 des Rückschlußkörpers 35 auf das zugehörige Flächenelement 21 bis 24 der Meßspule 8 in Richtung des magnetischen Flusses entsteht, muß sich in Abhängigkeit von der zu überwachenden Bewegung ändern.

Die Meßspule 8 ist in Fig. 2 nur schematisch wiedergegeben, wobei einander überschneidende Linien elektrisch miteinander nicht verbunden sind.

Verfolgt man den Verlauf der Wicklungen der Meßspule 8 be­ ginnend mit der ersten Anschlußleitung 25, so sieht man, daß sich hieran ein sichelförmiger, zur Drehachse 2 exzentrisch angeordneter erster Wicklungsteil 26 an­ schließt, der, wie dies die Pfeilspitzen andeuten, bei nach oben weisender Richtung des das Flächenelement 21 durch­ setzenden magnetischen Flusses von einem induzierten Strom entgegen dem Uhrzeigersinn durchflossen wird. Hierauf folgt ein zweiter Wicklungsabschnitt 28, der ebenfalls sichelförmig und exzentrisch zur Drehachse 2 so angeordnet ist, daß er bezüglich des oben erwähnten Durchmessers zum ersten Wickl­ lungsabschnitt 26 symmetrisch liegt.

Dieser zweite Wicklungsabschnitt wird von dem gleichen in­ duzierten Strom durchflossen wie der erste Wicklungsab­ schnitt 26; bei der oben erwähnten Richtung des magnetischen Flusses fließt dieser Strom jedoch im Uhrzeigersinn, wie dies ebenfalls durch die Pfeilspitzen angedeutet ist. Der äußere, die beiden Flächenelemente 21 und 22 umschließende Teil der Meßspule 8 wird also von zwei Wicklungsabschnitten 26, 28 gebildet, die miteinander antiseriell verbunden sind.

Entsprechendes gilt auch für den inneren Teil der Meßspule 8, der einen dritten Wicklungsabschnitt 30 umfaßt, der eben­ falls sichelförmig ausgebildet und zur Drehachse 2 exzentrisch angeordnet ist. Dieser dritte Wicklungsabschnitt 30 steht über eine radial verlaufende Verbindungsleitung 31 mit dem oben erwähnten Ende des zweiten Wicklungsabschnittes 28 in Verbindung. Bei nach oben weisendem magnetischen Fluß wird dieser dritte Wicklungsabschnitt wieder von einem induzierten Strom entgegen dem Uhrzeigersinn durch­ flossen. Der dritte Wicklungsabschnitt geht in einen vierten Wicklungsabschnitt 33 über, der wieder sichel­ förmig ausgebildet und zur Drehachse 2 so exzen­ trisch angeordnet ist, daß er bezüglich des erwähnten Durchmessers zum dritten Wicklungsabschnitt 30 symmetrisch liegt. Dieser vierte Wicklungsabschnitt wird bei der oben angenommenen Richtung des magnetischen Flusses von einem induzierten Strom im Uhrzeigersinn durchflossen, der über die radial verlaufende zweite Anschlußleitung 35 abfließen kann.

Der äußere, die Flächenelemente 21, 22 umschließende Teil der Meßspule 8 und ihr innerer, die Flächenelemente 23, 24 umschließender Teil sind somit elektrisch in Reihe geschal­ tet und liegen beide in dem von der Erregerspule 6 erzeug­ ten Magnetfeld, so daß sich eine Verdoppelung des Ausgangssignals ergibt. Der Aufbau eines jeden dieser beiden Teile der Meßspule 8 aus zwei miteinander antiseriell verbundenen Wicklungsabschnitten 26 und 28 bzw. 30 und 33 hat zur Folge, daß nur solche magnetische Wechselfelder in der Meßspule 8 einen zum Ausgangssignal beitragenden Strom induzieren können, deren Flußdichte in der Ebene der Fig. 2 sich über kleine Abstände ändert, wie dies, wie weiter unten noch beschrieben wird, insbesondere für das für die vorzu­ nehmende Messung erzeugte Magnetfeld der Fall ist. Die Wir­ kung von großflächigen, in etwa homogenen, von außen kommenden Störfeldern hebt sich dagegen in den einander jeweils er­ gänzenden antiseriellen Wicklungsabschnitten zumindest weit­ gehend auf, so daß sie das Meßergebnis nicht oder nur in sehr geringem Maße beeinflussen.

Der eben beschriebenen Statoreinheit 3, die mit dem einen der beiden Körper, deren gegenseitige Drehbewegung über­ wacht werden soll, fest verbunden ist, steht ein magne­ tischer Rückschlußkörper 35 gegenüber, der ebenfalls aus einem ferromagnetischen Material besteht und im vorlie­ genden Ausführungsbeispiel die Form einer flachen Kreis­ scheibe aufweist, deren Durchmesser gleich dem Durchmes­ ser des Kerns 5 ist. Der Rückschlußkörper 35 besitzt eine zentrale Öffnung 36, mit deren Hilfe er koaxial zur Dreh­ achse 2 an dem anderen der beiden Körper so montiert wird, daß seine in Fig. 1 untere, auf den Kern 5 zuweisende Flach­ seite 38 von den ihr gegenüberliegenden Durchtrittsflächen 14, 15 des Kerns 5 einen so großen Abstand aufweist, daß zwischen ihr und diesen Durchtrittsflächen ein hoher magne­ tischer Widerstand vorhanden ist.

Weiterhin weist der magnetische Rückschlußkörper 35 zwei Vorsprünge 40, 41 auf, die in axialer Richtung von der der Flachseite 38 abstehen und zu dieser parallele Durch­ trittsflächen 42, 43 besitzen. Die axiale Höhe der Vor­ sprünge 40, 41 ist so gewählt, daß ihre Durchtrittsflächen 42, 43 im zusammengebauten Zustand des Drehgebers 1 von den ihnen gegenüberliegenden Durchtrittsflächen 15 bzw. 14 einen möglichst kleinen Abstand aufweisen. Dabei können sie von der Oberseite der Schaltungsplatine 7 entweder, wie in Fig. 1 gezeigt, einen geringen Abstand besitzen oder auf dieser Oberseite bzw. auf den Durchtrittsflächen 14, 15 des Kerns 5 schleifend aufliegen, wenn die Meßspule 8 in dieser versenkt angeordnet ist.

Wesentlich ist, daß zwischen den Durchtrittsflächen 14, 15 des Kerns 5 und der jeweils zugehörigen Durchtrittsfläche 43, 42 des Rückschlußkörpers 35 ein möglichst kleiner magnetischer Wider­ stand vorhanden ist, so daß praktisch der gesamte von der Erregerspule 6 im Kern 5 erzeugte magnetische Fluß im Be­ reich der einander gegenüberliegenden Durchtrittsflächen zwischen Kern und Rückschlußkörper 35 übertritt und auf diese Weise ringförmig geschlossen wird.

Die Vorsprünge 40, 41 sind so positioniert, daß ihre Durch­ trittsflächen 42, 43 in jeder möglichen Winkelstellung, die der Rückschlußkörper 35 bezüglich des Kerns 5 ein­ nehmen kann, einem Teil der zugehörigen Durchtrittsfläche 15 bzw. 14 des Kerns 5 gegenüberliegen.

Der zwischen Kern 5 und Rückschlußkörper 35 übertretende magnetische Gesamtfluß ist somit von der zu überwachenden Relativbewegung unabhängig, und die in die Erregerspule 6 eingespeiste Energie wird ständig in einen maximalen magne­ tischen Fluß umgesetzt.

Wie man insbesondere den Fig. 2 und 3 entnimmt, sind die Durchtrittsflächen 42, 43 der Vorsprünge 40, 41 des Rück­ schlußkörpers 35 jedoch wesentlich kleiner als die ihnen je­ weils gegenüberliegenden Durchtrittsflächen 15, 14 des Kerns 5. Somit bündeln die Durchtrittsflächen 42, 43 den zwischen ihnen und der zugehörigen Durchtrittsfläche 15, 14 über­ tretenden magnetischen Fluß auf eine Durchtrittszone, die in etwa die gleiche Form und Größe wie die entsprechende Durchtrittsfläche 42, 43 des Rückschlußkörpers 35 besitzt und sich bei dessen Verdrehung gegenüber dem Kern 5 über die zugehörige Durchtrittsfläche 15 bzw. 14 des Kerns 5 verschiebt. Da aber die Flächenelemente 21, 22, 23, 24 der Meßspule 8 bezüglich des Kerns 5 fest angeordnet sind, ver­ schieben sich die von den Durchtrittsflächen 42, 43 des Rück­ schlußkörpers 35 erzeugten Durchtrittszonen bezüglich dieser Flächenelemente 21 bis 24 und der Anteil des die Flächenele­ mente 21 bis 24 durchsetzenden magnetischen Flusses ändert sich in Abhängigkeit von der zu überwachenden Bewegung. In entsprechender Weise ändert sich der in der Meßspule indu­ zierte resultierende Strom, so daß ihr Ausgangssignal nach Demodulation, beispielsweise durch phasenrichtige Gleich­ richtung, sich in Abhängigkeit von der Relativbewegung der beiden Körper ändert und deren gegenseitige Momentan­ stellung beschreibt.

Bei dem in den Fig. 1 bis 3 wiedergegebenen Ausführungs­ beispiel besitzt die Durchtrittsfläche 42 des radial äußeren Vorsprungs 40 die gleiche Form und Größe wie jedes der beiden Flächenelemente 21, 22 der Meßspule 8, die über der zuge­ hörigen äußeren Durchtrittsfläche 15 des Kerns 5 angeordnet sind. In entsprechender Weise besitzt die Durchtrittsfläche des radial inneren Vorsprunges 41 die gleiche Form und Größe wie die Flächenelemente 23, 24 der Meßspule 8, die über der zugehörigen inneren Durchtrittsfläche 14 des Kerns 5 ange­ ordnet sind.

Durch diese spezielle Formgebung und gegenseitige Abstimmung der Durchtrittsflächen 42, 43 einerseits und der Flächen­ elemente 21, 22 und 23, 24 andererseits werden folgende Effekte erzielt:

• 1. Es gibt zwei Stellungen, die der Rückschlußkörper 35 bezüglich der Statoreinheit 3 einnehmen kann, in denen das demodulierte Ausgangssignal der Meßspule 8 gleich Null wird. Nimmt man an, daß die Statoreinheit 3 die in Fig. 2 wiedergegebene Lage einnimmt, so sind dies die beiden gegen die Position des Rückschlußkörpers 35 in Fig. 3 um 90° verdrehten Stellungen, in denen sich die äußere sichelförmige Durchtrittsfläche 42 von der 9.00 Uhr-Position über die 12.00 Uhr-Position bis zur 3.00 Uhr-Position bzw. von der 9.00 Uhr-Position über die 6.00 Uhr-Position bis zur 3.00 Uhr-Position erstreckt. In diesen beiden Stellungen ist der Anteil des zwischen dem Kern 5 und dem Rückschlußkörper 35 übertretenden magnetischen Flusses, der das Flächen­ element 22 durchsetzt genau so groß, wie der Anteil dieses magnetischen Flusses, der das Flächenelement 21 durchsetzt. Diese beiden Flächenelemente haben aber, wie die in ihrer Berandung wiedergegebenen Pfeile an­ deuten, einen einander entgegengesetzten "Wicklungs­ sinn". Dies bedeutet, daß sich die Ströme, die in den beiden eben erwähnten Positionen in ihnen induziert werden, gegenseitig aufheben. Gleiches gilt auch für die beiden inneren Flachenelemente 23, 24, so daß am Ausgang der Meßspule 8 insgesamt das Meßsignal Null erscheint.
• 2. Dreht sich der Rückschlußkörper 35 aus einer der beiden eben beschriebenen Positionen so, daß die Durchtrittsfläche 42 deckungsgleich über dem Flächenelement 21 liegt, (Position der Fig. 3), so wird nur in diesem Flächenelement und im inneren Flächenelement 24 ein Wechselstrom induziert, wäh­ rend in den Flächenelementen 22, 23 wegen des dort vor­ handenen hohen magnetischen Widerstandes praktisch keine Induktion erfolgt. In der Ebene der Fig. 2 besitzen die Flächenelemente 21, 24 zwar entgegengesetzten "Wicklungs­ sinn", doch werden sie auch von magnetischen Flüssen durch­ setzt, deren Orientierungen einander ständig entgegenge­ setzt sind. Somit addieren sich die im Flächenelement 21 und 24 induzierten Ströme und das nach Demodulation des Meßspulen-Ausgangssignals erhaltene Signal hat ein bei­ spielsweise positives Maximum.

Wird der Rückschlußkörper 35 gegen die eben beschriebene Stellung um 180° gedreht, dann liegt die Durchtrittsfläche 42 deckungsgleich über dem Flächenelement 22 und die Durch­ trittsfläche 43 deckungsgleich über dem Flächenelement 23. Es gilt dann sinngemäß das gleiche wie für die eben be­ schriebene entgegengesetzte Stellung, nur daß jetzt das demodulierte Ausgangssignal der Meßspule 8 ein beispiels­ weise negatives Maximum aufweist. Die spezielle in den Fig. 2 und 3 gezeigte Formgebung der Flächenelemente 21 bis 24 einerseits und der Durchtrittsflächen 42 und 43 andererseits sorgt dabei dafür, daß der Verlauf des demo­ dulierten Ausgangssignals der Meßspule 8 zwischen diesen beiden Maxima bezüglich des Nullpunktes symmetrisch, im vorliegenden Fall sogar sinusförmig ist.

Man hat hier also zwei Parameter zur Verfügung, nämlich Größe und Form der Flächenelemente 21 bis 24 einerseits und Größe und Form der Durchtrittsflächen 42, 43 des Rück­ schlußkörpers 35 andererseits, durch deren Veränderung Form und Verlauf des demodulierten Meßspulen-Ausgangssig­ nals innerhalb weiter Grenzen variiert und an den jeweili­ gen Anwendungsfall angepaßt werden kann.

Bei der in den Fig. 2 und 3 wiedergegebenen Ausbildung der Flächenelemente 21 bis 24 und der Durchtrittsflächen 42, 43 durchläuft das demodulierte Ausgangssignal der Meßspule 8 volle 360° einer Sinuskurven-Phase, wenn sich der Rück­ schlußkörper 35 um 360° gegen die Statoreinheit 3 verdreht. Alternativ hierzu können die Flächenelemente der Meßspule 8 aber auch so ausgebildet werden, daß im äußeren Bereich nur das Flächenelement 22 und im inneren Bereich nur das Flächenelement 23 vorhanden sind, während die Flächenele­ mente 21 und 24 weggelassen werden. In diesem Fall ver­ läuft das demodulierte Ausgangssignal der Meßspule 8 zwi­ schen einem Nullwert, der in der in Fig. 3 wiedergegebenen Stellung des Rückschlußkörpers 35 erzeugt wird und einem Maximalwert hin und her, der in der dagegen um 180° ver­ drehten Stellung auftritt. In diesem Fall entspricht ein Phasendurchlauf von 180° des elektrischen Ausgangssignals einer mechanischen Verdrehung von 360°.

Bei allen Kurvenformen des demodulierten Ausgangssignals, bei denen ein Maximum bzw. Minimum nicht nur erreicht son­ dern durchlaufen wird, tritt eine erste Mehrdeutigkeit auf, da eine Vielzahl von Amplitudenwerten mehrfach vorhanden ist und im Ruhezustand dem Ausgangssignal nicht entnommen werden kann, ob ein gerade gemessener Amplitudenwert "vor" oder "hinter" dem Maximum bzw. Minimum liegt. Zur Beseiti­ gung dieser ersten Unbestimmtheit kann eine zweite Meßspule vorgesehen werden, die so angeordnet ist, daß sie von den gleichen Durchtrittszonen wie die erste Meßspule jedoch mit einer Phasenverschiebung, die vorzugsweise 90° beträgt, über­ strichen wird.

Es können auch mehr als zwei außenliegende Flächenelemente und/oder mehr als zwei innenliegende Flächenelemente vorge­ sehen werden. Ordnet man beispielsweise im Bereich der äußeren Durchtrittsfläche 15 vier sichelförmige Flächen­ elemente an, die sich in Bewegungsrichtung, d. h. hier in Umfangsrichtung aneinander anschließend mit ihren Spitzen zumindest nahezu berühren, und deren "Wicklungs­ sinn" in entsprechender Weise wechselt, wie dies bei den Flächenelementen 21, 22 der Fig. 2 der Fall ist, und bildet man die Durchtrittsfläche 42 so aus, daß sie gleiche Größe und Form wie diese kleineren Flächenele­ mente besitzt, so erhält man für jeweils 180° Drehung des Rückschlußkörpers 35 bezüglich der Statoreinheit 3 ein volles, d. h. sich über eine Phase von 360° erstreckendes demoduliertes Ausgangssignal. Damit erzielt man zwar eine noch bessere Auflösung, doch erhält man eine zusätzliche Unbestimmtheit, da sich nicht mehr erkennen läßt, in welcher der durch jeweils zwei Flächenelemente definierten Kreis­ hälften sich die Durchtrittsfläche 42 gerade bewegt. Bei vielen Anwendungsfällen ist aber eine derartige Unbestinmt­ heit nicht störend. Außerdem kann sie z. B. dadurch besei­ tigt werden, daß man im Bereich der inneren Durchtrittsfläche 43 eine zweite Meßspule mit der vorher beschriebenen Form anordnet. Man erhält dann zwei demodulierte Ausgangssignale, von denen das eine zur Bestimmung des absoluten Winkels, um den der Rückschlußkörper 35 gegen die Statoreinheit 3 bezüglich einer vorgegebenen Null-Lage verdreht ist, und das andere für die gewünschte Feinauflösung verwendet werden kann.

Weist die Meßspule 8 im Bereich einer Durchtrittsfläche des Kerns mehr als ein Flächenelement auf, wie dies in Fig. 2 der Fall ist, so müssen diese beiden Flächenelemente anders als dies in Fig. 2 dargestellt ist, nicht notwendi­ gerweise dieselbe Form und/oder Größe besitzen. Auch kann nur im Bereich einer Durchtrittsfläche, beispielsweise der Durchtrittsfläche 15 des Kerns 5 ein oder mehrere Flächen­ elemente vorgesehen sein, während im Bereich der zweiten Durchtrittsfläche keine solchen Flächenelemente vorhanden sind. Weiterhin ist es möglich, im Bereich der beiden ver­ schiedenen Durchtrittsflächen jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Flächenelementen und/oder Flächenelemente mit unterschiedlichen Formen und/oder Großen vorzusehen. Es er­ geben sich hiermit sehr vielfältige Gestaltungsmöglichkei­ ten für das demodulierte Ausgangssignal der Meßspule 8.

In den Fig. 4 bis 7 ist ein als Lineargeber ausgestalteter induktiver Stellungsgeber gemäß der Erfindung dargestellt.

Auch hier ist eine Statoreinheit 3 vorhanden, die einen Kern 5, eine Erregerspule 6, (die in Fig. 5 symbolisch nur durch eine einzige Wicklungsschleife angedeutet ist) und eine die Meßspule 8 tragende Schaltungsplatine 7 um­ faßt. Der Kern 5 besitzt hier die Form eines Quaders, von dessen in den Fig. 4 und 5 oben liegender Seite her eine in Längsrichtung verlaufende Nut 12 eingeschnitten ist, die dazu dient, einen Teil der Erregerspule 6 aufzunehmen. Durch diese Nut 12 erhält der Kern 5 im Querschnitt der Fig. 4 eine U-Form, wobei die Erregerspule 6 den die beiden U- Schenkel miteinander verbindenden Steg umschließt und in diesem einen magnetischen Fluß induziert, der vom Kern 5 so umgelenkt wird, daß er durch die in den Fig. 4 und 5 nach oben weisenden Stirnflächen der U-Schenkel, die hier die Durchtrittsflächen 14, 15 bilden, hindurchtritt. Diese beiden Durchtrittsflächen 14, 15 werden durch die Nut 12 vonein­ ander getrennt. Über ihnen ist die gedruckte Schaltungs­ platine 7 montiert, die beispielsweise auf ihrer Ober­ seite die in Fig. 7 gezeigte Meßspule 8 trägt. Die Durch­ flutungsfläche dieser Meßspule umfaßt wieder zwei Flächen­ elemente 21, 22 die über der Durchtrittsfläche 14 angeord­ net sind und zwei Flächenelemente 23, 24, die über der Durchtrittsfläche 15 liegen. Diese Flächenelemente 21 bis 24 werden ebenso, wie dies bei dem Drehgeber beschrieben wurde, von Wicklungsabschnitten der Meßspule umschlossen, die miteinander antiseriell verbunden sind, so daß nur auf kleine Flächenbereiche konzentrierte Magnetfelder zum Meßspulen-Ausgangssignal beitragen, während großflächige Störfelder ohne Einfluß bleiben. Wie beim Ausführungsbei­ spiel der Fig. 1 bis 3 sind auch hier die beiden Teile der Meßspule 8, die im Bereich der voneinander getrennten Durchtrittsflächen 14, 15 liegen, so miteinander elektrisch verbunden, daß sich die Ströme, die in ihnen durch den durch sie hindurchtretenden Anteil des von der Erreger­ spule 6 erzeugten Magnetflusses induziert werden, addieren, so daß sich eine maximale Signalausbeute ergibt. Wie man der Fig. 7 entnimmt, ist weiterhin eine Referenzspule 44 vorgesehen, die der Deutlichkeit halber so gezeichnet ist, als ob sie über die Grenzen der Schaltungsplatine 7 hinaus­ reichen würde. Tatsächlich kann sie aber auf der Schaltungs­ platine 7, beispielsweise auf deren Unterseite, angebracht werden. Wesentlich ist, daß Größe und Form dieser Referenz­ spule 44 so gewählt sind, daß der sie durchsetzende An­ teil des von der Erregerspule 6 im Kern 5 induzierten mag­ netischen Flusses von der relativen Lage der beiden zu überwachenden Körper unabhängig ist, so daß Änderungen des Ausgangssignals der Referenzspule 44 zur Kompensation von Schwankungs- und Drifterscheinungen beispielsweise in der Amplitude des Erregersignals, des Kopplungsfaktors usw. verwendet werden können.

Der Rückschlußkörper 35 ist hier in Form eines langge­ streckten flachen Lineals ausgebildet, das sich in Richtung des Doppelpfeils 47 (Fig. 5 und 6) gegen die Statorein­ heit 3 hin- und herverschiebt, wenn sich die beiden Körper, deren Relativbewegung überwacht werden soll, gegeneinander bewegen.

Die der Statoreinheit 3 gegenüberliegende Flachseite 38 des Rückschlußkörpers 35 besitzt auch hier wieder einen so großen Abstand von der von den Durchtrittsflächen 14, 15 gebildeten Oberseite des Kerns 5, daß hier ein sehr großer magnetischer Widerstand vorhanden ist. Damit der Rückschluß­ körper 35 tatsächlich zum kreisförmigen Schließen des von der Erregerspule 6 im Kern 5 induzierten magnetischen Flus­ ses dienen kann, besitzt er an seiner Flachseite 35 zwei Reihen von Vosprüngen 40, 41, die sich im zusammengebau­ ten Zustand des Lineargebers von der Flachseite 38 so weit zum Kern 5 hin erstrecken, daß ihre flachen Unter­ seiten, die die Durchtrittsflächen 42, 43 bilden, mög­ lichst nah an die Durchtrittsfächen 15 bzw. 14 des Kerns 5 heranreichen, so daß sich zwischen den letztgenannten Durch­ trittsflächen und der ihnen jeweils gegenüberliegenden Durch­ trittsfläche 40 bzw. 41 des Rückschlußkörpers 35 ein mög­ lichst geringer magnetischer Widerstand ergibt.

Wie man insbesondere der Fig. 6 entnimmt, sind die Vor­ sprünge 40 bzw. 41 in zwei parallel zu den Längskanten des Rückschlußkörpers 35 verlaufenden Reihen gegeneinander ver­ setzt mit solchen Abständen angeordnet, daß in jeder Relativ­ stellung, die der Rückschlußkörper 35 bezüglich der Stator­ einheit 3 einnehmen kann, immer wenigstens eine der Durch­ trittsflächen 42 und eine der Durchtrittsflächen 43 des Rückschlußkörpers 35 der Durchtrittsfläche 15 bzw. der Durch­ trittsfläche 14 des Kerns gegenüberliegt. Diese versetzte Anordnung hat den Vorteil, daß die Verbindungsleitungen, die die beiden in Fig. 7 unteren Wicklungsabschnitte 26, 28 mit den beiden oberen Wicklungsabschnitten 30, 33 der Meßspule 8 verbinden, kreuzungsfrei verlaufen, so daß diese Anordnung vorzuziehen ist, wenn die Meßspule 8 als gedruckte Schaltung ausgebildet wird. Auch hier besitzen die Durchtrittsflächen 42, 43 die gleiche Größe und Form wie die Flächenelemente 21 bis 24 der Meßspule 8. Dies muß aber nicht so sein und es gilt in entsprechender Weise, was in dieser Hinsicht im Zusammenhang mit dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel gesagt wurde. In Richtung des Doppelpfeils 47 sind die Abstände der Vorsprünge 40 voneinander und der Vorsprünge 41 voneinander ge­ rade so groß wie ihre Länge in dieser Richtung. Damit ergibt sich für das demodulierte Ausgangssignal der Meßspule 8 ein periodischer Verlauf, der wegen der in den Fig. 6 und 7 gezeig­ ten Formgebung wieder sinusförmig ist. Sind die Längen und Ab­ stände der Vorsprünge 40 in Verschiebungsrichtung gleich den entsprechenden Längen und Abständen der Vorsprünge 41, wie dies bei dem in den Fig. 4 bis 7 dargestellten Aus­ führungsbeispiel der Fall ist, so weist das demodulierte Ausgangssignal der Meßspule 8 neben der bereits oben geschilderten ersten Unbestimmtheit (gleiche Amplituden "vor" und "hinter" einem Maximum bzw. Minimum) eine Mehrdeutigkeit dergestalt auf, daß ihm nicht entnommen werden kann, welche der Vorsprünge 40, 41 gerade das betreffende Meßsignal er­ zeugen. Diese Mehrdeutigkeit kann beispielsweise dadurch beseitigt werden, daß die Längen und Abstände in Verschiebungs­ richtung in der einen Vorsprungsgruppe von denen in der anderen Vorsprungsgruppe in Art eines Nonius unterschiedlich gewählt und die beiden Vorsprungsgruppen mit zwei getrennten Meß­ spulen abgetastet werden. Aus der Phasenverschiebung der bei­ den demodulierten Ausgangssignale läßt sich dann die absolute Stellung ermitteln. Eine Möglichkeit zur Beseitigung der erst­ genannten Unbestimmtheit besteht hier darin, für jede Vorsprungs­ gruppe eine weitere getrennte Meßspule vorzusehen, die gegen die andere Meßspule so versetzt ist, daß sie ein phasenverscho­ benes demoduliertes Ausgangssignal liefert.

Umgekehrt kann auch nur eine Gruppe von Vorsprüngen mit vier in Bewegungsrichtung hintereinander angeordneten, voneinander getrennten Meßspulen abgetastet werden, von denen jeweils zwei eine Meßspulengruppe bilden. Die beiden Meßspulen einer Gruppe dienen wieder zur Überwindung der geschilderten ersten Unbe­ stimmtheit. Die beiden Meßspulengruppen werden dazu verwendet, zu jedem Zeitpunkt den Abstand zwischen zwei Vorsprüngen der Vorsprungsgruppe zu messen. Werden diese Abstände von Vorsprung zu Vorsprung unterschiedlich gewählt, erhält man hieraus eine Information über die absolute Stellung.

Um zu vermeiden, daß Rand- bzw. Inhomogenitätseffekte des mag­ netischen Flusses das Meßsignal beeinflussen, kann der Kern 5 in den Fig. 5 und 7 in beiden Richtungen des Bewegungspfeiles 47 jeweils um die Länge eines Flächenelementes 21 bis 24 ver­ längert werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, diese Effekte durch eine entsprechende Ausbildung der Form der Flächenelemente 21 bis 24 bzw. der Durchtrittsflächen 42, 43 der Vorsprünge 40, 41 zu kompensieren.

Bei dem in Fig. 8 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel, das beispielsweise als Drehgeber für ein Kfz-Antiblockiersystem verwendet werden kann, hat der Kern 5, auf den wieder die Erregerspule 6 aufgewickelt ist, einen C-förmigen Quer­ schnitt, so daß seine Durchflutungsflächen 14, 15 einander in Blickrichtung des durch sie hindurchtretenden magnetischen Flusses deckungsgleich gegenüberliegen. Der Abstand zwischen den beiden Durchtrittsflächen 14, 15 ist dabei so groß ge­ wählt, daß zwischen ihnen ein erheblicher magnetischer Wider­ stand vorhanden ist. Auf jeder der beiden Durchtrittsflächen 14, 15 ist eine Schaltungsplatine 7 bzw. 7a so angeordnet, daß die Durchflutungsfläche einer auf ihr angebrachten, in Fig. 8 nicht dargestellten Meßspule von dem durch die je­ weils zugehörige Durchtrittsfäche 14 bzw. 15 hindurchtre­ tenden magnetischen Fluß durchsetzt werden.

Als Rückschlußkörper 35 dient hier ein Zackenrad, bei dem nur die Zacken ferromagnetisch sein müssen, und das auf der Welle 48 eines Kfz-Rades so montiert ist, daß es sich gemeinsam mit diesem in Richtung des Doppelpfeiles R um die Achse 2 drehen kann, während die aus Kern 5, Erregerspule 6 und Schaltungsplatinen 7, 7a bestehende Statoreinheit fest­ stehend mit der Kfz-Karosserie verbunden ist. Über seinen gesamten Umfang gleichmäßig verteilt besitzt das Zackenrad in radialer Richtung zinnenförmig vorspringende Zacken 49, von denen in Fig. 8 der Einfachheit halber nur einige wie­ dergegeben sind.

In axialer Richtung ist die Breite der Zacken 49 gerade so gewählt, daß sie sich zwischen den Schaltungsplatinen 7, 7a frei hindurchbewegen können und dabei mit den hinter die­ sen Schaltungsplatinen liegenden Durchtrittsflächen 14, 15 des Kerns 5 möglichst enge Luftspalte bilden. Die in axialer Richtung weisenden Seitenflächen der Zacken 49 bilden hier die Durchtrittsflächen des Rückschlußkörpers 35, von denen in Fig. 8 nur die vorderen Durchtrittsflächen 42 sichtbar sind. Auch hier sind die Durchtrittsflächen des Rückschluß­ körpers kleiner als die Durchtrittsflächen 14, 15 des Kerns, so daß sie dann, wenn sie sich zwischen diesen aufgrund einer Drehung des Rades hindurchbewegen, den Hauptteil des zwischen den Durchtrittsflächen 14, 15 übertretenden magnetischen Flusses auf Durchtrittszonen bündeln, die ebenfalls kleiner als die Durchtrittsflächen 14, 15 des Kerns 5 sind und sich aufgrund der Drehung des Zackenrades 35 in Umfangsrichtung über die Flächenelemente der Meßspule bzw. Meßspulen ver­ schieben, so daß der diese Flächenelemente durchsetzende magnetische Fluß sich in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Zackenrades ändert.

Die Meßspule kann entweder so ausgebildet sein, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist, wobei allerdings die die beiden Meß­ spulenteile verbindenden geradlinigen Leiter hier nicht auf einer gedruckten Schaltungsplatine untergebracht werden kön­ nen, sondern die beiden Platinen 7, 7a miteinander verbinden müssen. Außerdem werden die von den beiden Teilen der Meßspule umschlossenen Flächenelemente hier vorzugsweise so ausgebildet, daß sie form- und größenmäßig gleich den rechteckigen Durch­ trittsflächen der Zacken 49 sind.

Ein solcher Sensor für ein Kfz-Antiblockiersystem bietet ge­ genüber den herkömmlichen, mit Hall-Sonden arbeitenden Systemen folgende Vorteile: Letztere arbeiten praktisch mit einer rein digitalen Auswertung, d. h. es wird lediglich erkannt, ob sich gerade ein Zacken am Hall-Sensor vorbei­ bewegt oder nicht. Wegen der großen Drifterscheinungen, die diese bekannten Systeme bei dem in Frage kommenden Tempe­ ratur-Arbeitsbereich von beispielsweise -35°C bis +85°C auf­ weisen, ist eine darüber hinausgehende analoge Auflösung mit einem kostenmäßig vertretbaren Aufwand nicht durchführbar.

Demgegenüber ist beim erfindungsgemäßen System neben einer für hohe Geschwindigkeiten vorzuziehenden digitalen Auflö­ sung auch eine analoge Interpolation möglich, die es er­ laubt, auch bei sehr niederen Radgeschwindigkeiten bis hin zum Rad-Stillstand sehr genaue Drehgeschwindigkeits- und/oder Positions-Messungen vorzunehmen. Die beim Stand der Technik vorhandene Begrenzung des Auflösevermögens durch die Breite der Hall-Sonde und der Zacken bzw. Zackenabstände ist hier nicht gegeben, da der die Flächenelemente der Meßspule durch­ setzende magnetische Fluß sich auch bei sehr kleinen Winkel­ bewegungen eines zwischen den Durchtrittsflächen 14, 15 des Kerns 5 befindlichen Zackens 49 ändert.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei einem erfindungs­ gemäßen System an den vier Rädern jeweils nur passive Bauele­ mente, nämlich die Kerne, die Erregerspulen und die die Meß­ spulen tragenden Schaltungsplatinen angebracht werden müssen, die gegenuber Hall-Sonden eine wesentlich höhere Zuverlässig­ keit und damit längere Lebensdauer besitzen. Da das gesamte Antiblockiersystem ausfällt, wenn einer der Sensoren defekt ist, bedeutet dies einen erheblichen Sicherheits-Vorteil. Die zentrale Auswerteeinheit, die für alle vorhandenen Sen­ soren nur einmal vorhanden sein muß, kann demgegenüber mit einer die Zuverlässigkeit erhöhenden Redundanz ausgelegt werden.

Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Windungen der Meßspule bzw. Meßspulen auch in den Durch­ trittsflächen des Kerns 5 versenkt angeordnet werden. Damit entfallen die Schaltungsplatinen 7 bzw. 7a, und die Luft­ spalte zwischen den Durchtrittsflächen des Kerns und denen des Rückschlußkörpers können auf minimale Größe gebracht werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen auch Ausführungs­ formen bei denen mehrere Erregerspulen vorgesehen sind, die alle mit dem als Stator zu betrachtenden Körper verbunden sind. Diese Erregerspulen können mit ein und demselben oder mit voneinander verschiedenen Wechselstromsignalen gespeist werden. Sie können auf den Kern gewickelt oder als gedruckte Schaltungen ausgebildet werden.

Claims (19)

1. Induktiver Stellungsgeber zur Überwachung der Stellung, die der eine von zwei gegeneinander bewegbaren Korpern bezüglich des anderen einnimmt, mit

• - wenigstens einer Erregerspule, die zur Erzeugung eines magnetischen Flusses mit Wechselstrom gespeist wird,
• - wenigstens einem im Magnetfeld der Erregerspule ange­ ordneten Kern aus ferromagnetischem Material,der wenig­ stens zwei Durchtrittsflächen aufweist, durch die der magnetische Fluß, den die Erregerspule in ihm erzeugt, hindurchtritt, und
• - wenigstens einer Meßspule, die eine Durchflutungsflä­ che mit wenigstens einem Flächenelement umschließt, das von einem magnetischen Fluß durchsetzt wird, der sich in Abhängigkeit von der momentanen Stellung des einen der beiden Körper bezüglich des anderen ändert, so daß die Meßspule aufgrund eines in ihr induzierten Stromes ein elektrisches Ausgangssignal liefert, das die Stellung des einen der beiden Körper bezüglich des anderen wiedergibt, dadurch gekennzeichnet,
  daß die wenigstens eine Erregerspule (6), der wenigstens eine Kern (5) und die wenigstens eine Meßspule (8) mit demselben der beiden Körper verbunden sind,
  daß ein Rückschlußkörper (35) aus ferromagnetischem Ma­ terial vorgesehen ist, der wenigstens zwei Durchtritts­ flächen (42, 43) aufweist, von denen jeweils eine einer Durchtrittsfläche (14, 15) des Kerns (5) gegenüberliegt, so daß der von der Erregerspule (6) erzeugte magnetische Fluß ringförmig geschlossen ist,
  daß der Rückschlußkörper (35) vom Kern (5) getrennt und daß er sich aufgrund der Relativbewegung der beiden Körper gegen den Kern (5) bewegt,
  daß das wenigstens eine Flächenelement (21, 22, 23, 24) der Durchflutungsfläche der wenigstens einen Meßspule (8) im Bereich von einander gegenüberliegenden Durchtritts­ flächen (14, 43; 15, 42) des Kerns (5) und des Rückschluß­ körpers (35) angeordnet ist,
  daß diese Durchtrittsfläche (42; 43) des Rückschluß­ körpers (35) so ausgebildet ist, daß sie den zwischen ihr und der gegenüberliegenden Durchtrittsfläche (14; 15) des Kerns (5) übertretenden magnetischen Fluß auf eine Durchtrittszone bündelt, die kleiner als die Durchtrittsfläche (14; 15) des Kerns (5) ist, und
  daß das wenigstens eine Flächenelement (21, 22, 23, 24) der Durchflutungsfläche so ausgebildet ist, daß sich der Teil des durch die Durchtrittszone hindurchtretenden magnetischen Flusses, der das Flächenelement (21, 22, 23, 24) durchsetzt, in Abhängigkeit von der durch die Relativbewegung der beiden Körper verursachten Ver­ schiebung der Durchtrittszone über die Durchtritts­ fläche (14; 15) des Kerns (5) verändert.

2. Induktiver Stellungsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Erreger­ spule (6) erzeugte, den Kern (5) und den Rückschluß­ körper (35) durchsetzende magnetische Gesamtfluß von der Stellung des einen der beiden Körper bezüglich des anderen unabhängig ist.

3. Stellungsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meßspulen vorgesehen sind, die alle mit demselben der beiden Körper verbunden und in Richtung der Relativbewegung der Meßspulen gegen den Rückschlußkörper gegeneinander ver­ setzt angeordnet sind.

4. Stellungsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß mehrere Erregerspulen vorgesehen sind, die alle mit demselben der beiden Körper verbunden sind.

5. Stellungsgeber nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erregerspulen mit vonein­ ander verschiedenen Wechselstromsignalen gespeist werden.

6. Stellungsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die wenig­ stens eine Meßspule (8) als gedruckte Schaltung aus­ gebildet ist.

7. Stellungsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die wenig­ stens eine Erregerspule (6) als gedruckte Schaltung ausgebildet ist.

8. Stellungsgeber nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinander zuweisenden Durchtrittsflächen (14; 43; 15, 42) des Kerns (5) und des Rückschlußkörpers (35) sowie die Durchflutungsfläche, die von der wenigstens einen Meßspule (8) umschlossen wird, ebene Flächen sind.

9. Stellungsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Durchtrittsfläche (42; 43) des Rückschlußkörpers (35) und wenigstens ein Flächenelement (21, 22, 23, 24) der Durchflutungsfläche der wenigstens einen Meßspule (8) gleiche Form und gleiche Abmessungen besitzen, und daß es wenigstens eine Stellung der beiden Körper gibt, in der sich diese Durchtrittsfläche (42; 43) und dieses Flächenelement (21, 22, 23, 24) in Richtung des magnetischen Flusses gesehen, der diese Flächen durch­ setzt, deckungsgleich gegenüberliegen.

10. Stellungsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Durch­ flutungsfläche der wenigstens eine Meßspule (8) mehrere Flächenelemente (21, 22, 23, 24) umschließt, die in Richtung der Bewegung zwischen Kern (5) und Rück­ schlußkörper (35) hintereinander angeordnet sind.

11. Stellungsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Durchflutungsfläche der wenigstens einen Meß­ spule (8) zwei oder mehr Flächenelemente (21, 22, 23, 24) umfaßt,
• - daß im Bereich von wenigstens zwei verschiedenen Durch­ trittsflächen (14, 15) des Kerns (5) und der ihnen gegen­ überliegenden Durchtrittsflächen (43; 42) des Rück­ schlußkörpers (35) jeweils wenigstens eines dieser Flächenelemente (21, 22, 23, 24) angeordnet ist,
• - daß in jedem dieser wenigstens zwei Bereiche die Durchtrittsfläche (42; 43) des Rückschlußkörpers (5) so ausgebildet ist, daß sie den zwischen ihr und der gegenüberliegenden Durchtrittsfläche (15; 14) des Kerns (5) übertretenden magnetischen Fluß auf eine Durchtrittszone bündelt, die kleiner als die Durch­ trittsfläche (15; 14) des Kerns (5) ist, und
  daß jedes dieser wenigstens zwei Flachenelemente (21, 22, 23, 24) so ausgebildet ist, daß sich der Teil des durch die zugehörige Durchtrittszone hindurch­ tretenden magnetischen Flusses, der das Flächenelement (21, 22, 23, 24) durchsetzt, in Abhängigkeit von der durch die Relativbewegung der beiden Körper verursachten Verschiebung der Durchtrittszone über die Durchtrittsfläche (15; 14) des Kerns (5 verändert.

12. Stellungsgeber nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens zwei der Flächenelemente (21, 22, 23, 24) die gleiche Form und gleiche Abmessungen besitzen.

13. Stellungsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wenig­ stens eine Meßspule (8) aus wenigstens zwei Wicklungs­ abschnitten (26, 28) besteht, die miteinander anti­ seriell verbunden sind.

14. Stellungsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und die Abmessungen wenigstens einer Durchtrittsfläche (42, 43) des Rückschlußkörpers (35) und wenigstens eines Flächenelements (21, 22, 23, 24) so aufeinander abge­ stimmt sind, daß es wenigstens eine Stellung des einen der beiden Körper bezüglich des anderen gibt, in der das demodulierte Meßspulen-Ausgangssignal gleich Null ist, sowie wenigstens zwei weitere Stellungen, in denen das demoduliert Meßspulen-Ausgangssignal einen positiven bzw. negativen Extremwert annimmt.

15. Stellungsgeber nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Formen und Abmessun­ gen der Durchtrittsflächen (42, 43) des Rückschlußkörpers (35) und der Flächenelemente (21, 22, 23, 24) so aufeinander abgestimmt sind, daß die beiden Extremwerte und der von der Relativbewegung der beiden Körper abhängende Verlauf des demodulierten Meßspulen-Ausgangssignals zwischen dem Nullpunkt und jedem der beiden Extremwerte zum Null­ punkt symmetrisch sind.

16. Stellungsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Refe­ renzspule (44) vorgesehen ist, die mit demselben Körper wie die wenigstens eine Meßspule (8) ver­ bunden und so ausgebildet und angeordnet ist, daß ihre magnetische Kopplung mit der wenigstens einen Erre­ gerspule (6) von der Stellung des einen der beiden Körper bezüglich des anderen unabhängig ist.

17. Stellungsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als Dreh­ geber ausgebildet ist.

18. Stellungsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß er als Lineargeber ausgebildet ist.

19. Stellungsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß er als Geber für ein Antiblockiersystem ausgebildet ist.