DE4342069A1 - Positionsdetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Positionsdetektor der im Ober­ begriff des Anspruches 1 genannten Art.

Solche Positionsdetektoren finden beispielsweise als Kompo­ nenten von Umdrehungszählern Verwendung, die immer dann einen elektrischen Impuls abgeben und auf elektronischem Weg auswerten und speichern, wenn eine sich drehende Welle eine vorgewählte Winkelstellung durchläuft.

Ein Anwendungsbeispiel für solche Umdrehungszähler sind Werkzeugmaschinen, bei denen ein Grobmeßwert für die Po­ sition des Werkzeughalterschlittens durch Abzählen der Umdrehungen der Spindel gewonnen wird, die den Schlitten verstellt. Ein Problem ergibt sich dabei dadurch, daß bei einem Abschalten oder Ausfall der Stromversorgung für die Verarbeitungselektronik der Grobmeßwert für die Schlitten­ position auch dann nicht verlorengehen bzw. nach dem Wiedereinschalten der Stromversorgung sofort zur Verfügung stehen soll, wenn die Spindel in der stromversorgungslosen Zeit beispielsweise von Hand um eine oder mehrere Umdrehun­ gen gedreht worden ist.

Aus dem Stand der Technik sind zwei verschiedene Arten von Positionsdetektoren zur Lösung dieses Problemes bekannt. Bei der ersten Variante ist mit der sich drehenden Welle bzw. Spindel ein Untersetzungsgetriebe gekoppelt, dessen Ausgangs­ welle sich um maximal 360° dreht, wenn der werkzeughalter­ schlitten seine gesamte Verstellänge durchläuft. Die Aus­ gangswelle des Untersetzungsgetriebes wird von einem Absolut­ enkoder überwacht, der ein Ausgangssignal liefert, das die jeweilige momentane Winkelstellung der Ausgangswelle des Un­ tersetzungsgetriebes kennzeichnet und damit als Grobmeßwert für die momentane Schlittenposition dienen kann. Insbesondere bei langen Verstellwegen, zu deren Durchlaufen die Spindel eine große Zahl von Umdrehungen auszuführen hat, müssen das Untersetzungsgetriebe und der Absolutenkoder extrem hohen Ge­ nauigkeitsanforderungen genügen. Das Spiel im Untersetzungs­ getriebe muß so klein gehalten werden, daß die Unbestimmtheit, die bei einer Drehrichtungsumkehr entsteht, kleiner als der Winkel ist, den der Absolutenkoder zur Erfassung einer Spin­ delumdrehung auflöst. Es ist klar, daß ein Untersetzungsge­ triebe mit Absolutenkoder zur Erfassung eines Untersetzungs­ verhältnisses beispielsweise von 4000:1 einen hohen konstruk­ tiven Aufwand erfordert, der mit entsprechend hohen Kosten ver­ bunden ist. Außerdem sind solche Getriebe wegen ihres großen Massenträgheitsmoments für mittlere oder gar große Beschleu­ nigungen und Drehzahlen nicht geeignet.

Eine andere Lösung besteht darin, einen einfachen optischen oder magnetischen Detektor so auszubilden, daß er immer dann, wenn eine an der sich drehenden Welle angebrachte Markierung an ihm vorbeiläuft, ein elektrisches Signal abgibt, das der Verarbeitungselektronik zugeführt wird, und diese Anordnung mit Hilfe einer Batterie so mit Ener­ gie zu versorgen, daß sie von der Hauptenergieversorgung der Werkzeugmaschine unabhängig ist. Ein solcher Umdrehungs­ zähler ist zwar mit wesentlich geringeren Herstellungskosten verbunden, hat aber den Nachteil, daß eine ständige Über­ wachung und ein rechtzeitiger Austausch der Batterien er­ forderlich ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Positionsdetektor der eingangs genannten Art so weiterzubil­ den, daß er einen einfachen mechanischen Aufbau besitzt und mit hoher Zuverlässigkeit auch dann noch bei Erreichen der vorgebbaren Position durch den sich bewegenden Körper einen ausreichend großen elektrischen Impuls abgibt, wenn sich der sich bewegende Körper an die vorgegebenen Position mit äußerst geringer insbesondere gegen Null gehender Geschwindigkeit an­ nähert.

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

Diesen Maßnahmen liegt die Überlegung zugrunde, daß es möglich ist, einen Teil der Bewegungsenergie des sich bewe­ genden Körpers abzuzweigen und nicht nur zur Erzeugung des Signalimpulses sondern auch zur Energieversorgung der die­ sen Impuls verarbeitenden Auswertungselektronik zu verwen­ den. Ein einfacher Generator, der einen Teil der Bewegungs­ energie des sich bewegenden Körpers unmittelbar in elektri­ sche Energie umwandelt, hat aber den Nachteil, daß er bei einer sehr langsamen Bewegung und Annäherung an die vorge­ gebene Position nur ein sehr kleines dΦ/dt liefert, so daß für die Verarbeitungselektronik nicht genügend Span­ nung und/oder Strom zur Verfügung steht. Um dieses Prob­ lem zu überwinden, ist gemäß der Erfindung ein Energie­ speicher vorgesehen, der aus der Bewegungsenergie des sich bewegenden Körpers abgezweigte Energieanteile über einen gewissen Zeitraum hinweg sammelt und kumulativ speichert. Während sich also der sich bewegende Körper an die vorgegebe­ ne Position, bei deren Erreichen ein Signal ausgelöst und die Verarbeitungselektronik mit Energie versorgt werden soll, langsam annähert, wird bereits ständig ein Teil seiner Bewe­ gungsenergie in den Energiespeicher in Form von potentieller Energie geladen. Hat dann der sich bewegende Körper die vor­ gegebene Position erreicht, wird diese potentielle Energie schlagartig freigesetzt und in kinetische Energie eines Ele­ mentes umgewandelt, das Bestandteil des Generators ist, der die gewünschte elektrische Energie erzeugt. Wegen der hohen Beschleunigung und der dadurch erzielbaren großen Geschwindig­ keit dieses Elementes läßt sich ein dΦ/dt erreichen, das eine für den angestrebten Zweck völlig ausreichende elektrische Leistung liefert.

Vorzugsweise wird das Massenträgheitsmoment der sich bewegen­ den Teile möglichst klein gehalten, um hohe Geschwindigkeiten zu erzielen.

Das beim schlagartigen Freisetzen der gespeicherten potenti­ ellen Energie auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigte Ele­ ment umfaßt vorzugsweise einen Permanentmagneten, der in et­ wa dann, wenn er seine maximale Geschwindigkeit erreicht hat, sich an einer Induktionsspule vorbeibewegt, um in dieser den gewünschten elektrischen Impuls zu induzieren. In seinem Haupt­ teil besteht dieser Impuls aus einer positiven und einer ne­ gativen Halbwelle mit sehr steilen Flanken, wobei die Reihen­ folge, in der diese Halbwellen auftreten, vom Wicklungssinn der Spule und davon abhängt, ob der Magnet an der Spule mit seinem Nord- oder seinem Südpol vorbeiläuft.

In vielen Fällen kann eine Halbwellengleichrichtung ausrei­ chend sein, um die für die Verarbeitungselektronik insbeson­ dere zum Einschreiben eines erfaßten Umdrehungszählwertes in einen dauerhaften Speicher erforderliche Versorgungsspannung zur Verfügung zu stellen. Sollte dies nicht genügen, kann auch die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Halbwellenscheiteln durch eine Vollweggleichrichtung genutzt werden. Noch höhere Spannungen lassen sich dadurch erzielen, daß man mit der aus dem induzierten Impuls gewonnen Gleichspannung mehrere zu­ nächst parallel geschaltete Kondensatoren lädt, die dann zur Spannungs- und Stromabgabe an die Auswerteelektronik in Reihe geschaltet werden. Voraussetzung hierfür ist, daß die aus dem induzierten Impuls unmittelbar gewonnene Spannung zur Ansteu­ erung der Schaltlogik z. B. für das Umschalten der Kondensato­ ren ausreichend ist. Bei genügend kleiner Masseträgheit des Zwischenteils enthält die erste Halbwelle des Impulshauptteils wesentlich mehr Energie als die Auswerteelektronik für die Durchführung eines Speichervorganges benötigt. Daher ist es prinzipiell möglich, gewünschtenfalls die Induktionsspule bereits während des zeitlich späteren Teils dieser Halbwelle kurzzuschließen, um das Zwischenteil schnell abzubremsen. Vor­ zugsweise wird hierfür jedoch die zweite Halbwelle genutzt.

Für den Fall, daß die Verarbeitungselektronik aus ihrer re­ gulären Stromversorgungsquelle gespeist werden kann, ist es möglich, den Energiespeicher so von dem sich bewegenden Kör­ per zu entkoppeln, daß er keine Anteile der kinetischen Ener­ gie des sich bewegenden Körpers mehr entnimmt und ansammelt. Bei diesem "Regelbetrieb" ist der erfindungsgemäße Positions­ detektor dann völlig rückwirkungsfrei.

Umgekehrt sind aber auch Einsatzfälle denkbar, in denen die Verarbeitungselektronik ihre gesamte elektrische Energie aus­ schließlich von einem gemäß der Erfindung aufgebauten Positi­ onsdetektor erhält oder der erfindungsgemäße Positionsdetektor überhaupt nur zur Stromversorgung der Verarbeitungselektronik und allenfalls zur Gewinnung einer Information über die Bewe­ gungsrichtung des sich bewegenden Körpers verwendet wird, wäh­ rend für die Positionsbestimmung ein zusätzlicher, vorzugs­ weise kapazitiver Sensor vorgesehen ist.

Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Positionsdetektors sind in den Unter­ ansprüchen niedergelegt.

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

Fig. 1 in stark schematisierter Weise den Aufbau eines Posi­ tionsdetektors gemäß der Erfindung, der als Umdrehungs­ zähler geeignet ist und bei dem der Energiespeicher von einer Blattfeder gebildet wird,

Fig. 2 ebenfalls in stark schematisierter Weise den Aufbau eines als Umdrehungszähler geeigneten Positionsdetek­ tors gemäß der Erfindung, bei dem die Energiespeicher jeweils von einer Magnetanordnung gebildet werden,

Fig. 3 in schematischer Weise den Aufbau eines zur Überwa­ chung einer linearen Verschiebung geeigneten erfin­ dungsgemäßen Positionsdetektors, bei dem die Energie­ speicher wieder von Magnetanordnungen gebildet werden,

Fig. 4a und 4b zwei verschiedene Stellungen einer weite­ ren Ausführungsform eines als Umdrehungszähler ge­ eigneten Positionsdetektors gemäß der Erfindung, bei dem die Drehachse des Zwischenteils mit der Achse der sich drehenden Welle zusammenfällt und

Fig. 5 eine Schnittansicht durch eine praktische Ausführungs­ form eines erfindungsgemäßen Positionsdetektors, der als Umdrehungszähler in Verbindung mit einem Absolut­ winkelgeber einen Multiturn bildet.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wird der sich be­ wegende Körper von einer Welle 1 gebildet, die sich in Rich­ tung des Pfeiles R drehen kann. Um die Umdrehungen dieser Wel­ le auch dann zählen zu können, wenn die nicht dargestellte Auswerteelektronik von ihrer regulären Stromversorgung getrennt ist und sich die Welle 1 nur sehr langsam bewegt, ist ein Ener­ giespeicher 2 vorgesehen, der im vorliegenden Fall von einer Blattfeder 4 gebildet wird, die mit ihrem einen Ende so an einem drehfesten Halter 5 eingespannt ist, daß sie sich in etwa ausgehend von der Drehachse der Welle 1 in radialer Rich­ tung erstreckt.

Damit dieser Energiespeicher 2 während der Annäherung des sich bewegenden Körpers an eine vorgebbare Position, d. h. im vor­ liegenden Fall während der Annäherung der rotierenden Welle 1 an eine vorgebbare Winkelstellung, einen Teil der Bewegungs­ energie der rotierenden Welle 1 ansammeln und speichern kann, ist ein Mitnehmer vorgesehen, der das freie Ende der Blattfe­ der 4 aus der in Fig. 1 gezeigten Ausgangsstellung über einen bestimmten Winkel in Umfangsrichtung, d. h. in Richtung des Pfeiles A auslenkt, während sich die Welle 1 an die vorgeb­ bare Winkelstellung annähert.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Positionsgeber wird dieser Mit­ nehmer von zwei Permanentmagneten 7, 8 gebildet, von denen der eine über einen sich radial zur Drehachse der Welle 1 erstreckenden, steifen Träger 10 drehfest mit der Welle 1 ver­ bunden und so orientiert ist, daß seine Nord/Süd-Richtung in etwa parallel zur Welle 1 verläuft. Der zweite Permanentmag­ net 8 ist an dem freien Ende der Blattfeder 4 so befestigt, daß er mit seiner Nord/Süd-Richtung möglichst genau antipa­ rallel zum Permanentmagneten 7 ausgerichtet ist.

Die radiale Länge des Trägers 10 ist so gewählt, daß der Per­ manentmagnet 7 aufgrund der Drehung der Welle 1 möglichst genau unter dem Permanentmagneten 8 hindurchläuft, wobei der axiale Abstand zwischen diesen beiden Magneten sehr klein ge­ halten wird. Bei Annäherung des Permanentmagneten 7 an den Permanentmagneten 8 wird letzterer wegen der antiparallelen Orientierung abgestoßen. Da der Träger 10 und die Blattfeder 4 in axialer Richtung eine hohe Steifigkeit besitzen, weicht der Permanentmagnet 8 in radialer Richtung, d. h. in Richtung des Pfeiles A aus, wodurch die Blattfeder 4 gebogen und in zunehmendem Maße gespannt wird. Auf diese Weise wird ein Teil der Bewegungsenergie der rotierenden Welle 1 in Form poten­ tieller Federenergie angesammelt und gespeichert.

Da die Rückstellkraft der Blattfeder 4 mit zunehmender Auslen­ kung zunimmt, wird bei fortschreitender Drehbewegung der Wel­ le 1 in Richtung des Pfeiles R eine Auslenkposition erreicht, in der die Rückstellkraft der Blattfeder 4 die in Umfangs­ richtung wirkenden Abstoßungskräfte zwischen den Permanentmag­ neten 7 und 8 überwindet, so daß der Permanentmagnet 8 auf der durch die Länge der Blattfeder 4 gegebenen gekrümmten Bahn in Richtung auf die in Fig. 1 gezeigte Ausgangsstellung, d. h. entgegen der Richtung des Pfeiles A stark beschleunigt wird. Auf diese Weise wird die in der Blattfeder 4 gespeicher­ te potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt.

Bei Erreichen der in Fig. 1 gezeigten Ausgangsposition besitzt der Permanentmagnet 8 seine maximale Geschwindigkeit, so daß er sich entgegen der Richtung des Pfeiles A über diese Stel­ lung hinaus bewegt, wobei die Blattfeder 4 so lange zurückge­ bogen wird, bis die kinetische Energie wieder in potentielle Energie umgesetzt ist. Auf diese Weise kann sich der Permanent­ magnet 8 prinzipiell mehrfach so lange hin- und herbewegen, bis aufgrund der vorhandenen Dämpfung die in der Blattfeder 4 ursprünglich gespeicherte Energie in Wärme umgewandelt ist und der Permanentmagnet 8 wieder in der in Fig. 1 gezeigten Ausgangslage zur Ruhe kommt.

Um die beim ersten Zurückfedern des Permanentmagneten 8 in ihm steckende kinetische Energie in einen elektrischen Ener­ gieimpuls umzuformen, ist eine Induktionsspule 12 vorgesehen, die auf einen Eisenkern 13 gewickelt ist, der in der Nähe der in Fig. 1 gezeigten Ausgangslage des Permanentmagneten 8 dreh­ fest so angeordnet ist, daß sich beim Hindurchlaufen des Per­ manentmagneten 8 durch diese Ausgangslage der den Eisenkern 13 durchsetzende magnetische Fluß in sehr kurzer Zeit ändert. Aufgrund des so erzeugten großen dΦ/dt wird in der Induk­ tionsspule 12 eine Spannung induziert, die völlig ausreichend ist, um beispielsweise einen Kondensator aufzuladen, der als Strom/Spannungsquelle für die Verarbeitungselektronik dient und diese zumindest in die Lage versetzt, einen elektroni­ schen Zähler zum Abzählen der von der Welle 1 durchlaufenen Umdrehungen um einen Zählwert zu erhöhen. Der in der Induk­ tionsspule 12 erzeugte elektrische Energieimpuls hat somit zwei Funktionen: Er dient einerseits als Signalimpuls, der anzeigt, daß die rotierende Welle 1 eine bestimmte vorgegebe­ ne Winkelstellung durchlaufen hat und er dient gleichzeitig zur Energieversorgung der diesen Signalimpuls auswertenden Elektronikschaltung.

Der in Fig. 1 wiedergegebene kreiszylindrische Eisenkern 13 würde allerdings nur eine vergleichsweise schwache Magnetkop­ pelung zum Permanentmagneten 8 und damit nur eine geringe Induktionsflußänderung dΦ/dt zur Folge haben. Vorzugsweise wird der Eisenkern daher E-förmig ausgebildet und so angeord­ net, daß sich die drei E-Schenkel in der gleichen Weise in axialer Richtung erstrecken, wie dies für den zylinderförmi­ gen Eisenkern 13 dargestellt ist. Die Induktionsspule 12 ist dann auf den mittleren der drei E-Schenkel gewickelt, der in der in Fig. 1 gezeigten Ausgangsstellung mit seiner unteren Stirnfläche dem Permanentmagneten 8 gegenüberliegt. Der die drei Schenkel des E-förmigen Kerns verbindende Steg ist ent­ sprechend dem Krümmungsradius der Bewegungsbahn des Permanent­ magneten 8 gekrümmt, so daß auch die beiden außen liegenden E-Schenkel sich mit ihren nach unten weisenden Stirnflächen möglichst genau über der Bewegungsbahn des Permanentmagneten 8 befinden. Dies hat zur Folge, daß der von der oberen Stirn­ fläche des Permanentmagneten 8 ausgehende Magnetfluß beim Zu­ rückfedern der Blattfeder 4 aus ihrer ersten Auslenkungslage zunächst durch den einen außenliegenden E-Schenkel in den Eisenkern ein- und im wesentlichen durch den mittleren Schen­ kel wieder austritt. Die dabei vorgegebene Magnetflußrichtung kehrt sich dann schlagartig um, wenn die obenliegende Stirn­ fläche des Permanentmagneten 8 den kurzen Bogen zwischen dem eben genannten außenliegenden E-Schenkel und dem mittleren Schenkel durchlaufen hat. Hierdurch wird ein sehr großes dΦ/dt erreicht, das beispielsweise einen positiven Spannungs­ impuls an den Ausgängen der Induktionsspule 12 erzeugt. Durch­ läuft dann die obere Stirnfläche des Permanentmagneten 8 das weitere kleine Bogenstück zwischen dem mittleren und dem an­ deren außenliegenden E-Schenkel, kehrt sich die Magnetfluß­ richtung im Eisenkern erneut um, so daß nunmehr ein nahezu gleich großer negativer Spannungsimpuls induziert wird. Aller­ dings kann aus der Polarität dieser beiden Impulse nicht er­ kannt werden, in welcher Richtung sich die Welle 1 gedreht hat.

Sobald die Induktionsspule 13 genügend elektrische Energie ab­ gegeben hat, um die oben beschriebene Signalauswertung und Energiespeicherung durchzuführen, können ihre Ausgänge mit Hilfe eines nicht dargestellten steuerbaren Schalters kurz­ geschlossen werden. Dadurch wird die Hin- und Herbewegung des Permanentmagneten 8 unter dem Eisenkern 13 hindurch so stark bedämpft, daß er schnell in die in Fig. 1 gezeigte Ausgangs­ lage zurückkehrt. Es ist möglich, das aus der Blattfeder 4 und dem Permanentmagneten 8 bestehende System so stark zu be­ dämpfen, daß der Permanentmagnet 8 bei seiner Rückkehr aus der ersten Auslenkungsposition in die in Fig. 1 gezeigte Ausgangslage sich nur sehr wenig durch diese Ausgangslage hindurchbewegt und nach dem Zurückschwingen sehr schnell zur Ruhe kommt.

Anstelle des beschriebenen mit zwei Permanentmagneten 7 und 8 arbeitenden Mitnehmers zur zeitweisen Koppelung des Energiespeichers 2 mit der Drehbewegung der Welle 1 kann prinzi­ piell auch ein rein mechanischer Mitnehmer vorgesehen werden, der dann, wenn der Träger 10 die in Fig. 1 gezeigte Stellung erreicht, mit der Blattfeder 4 im Bereich ihres freien Endes in Eingriff tritt und die Blattfeder 4 in der oben beschrie­ benen Weise über einen vorgebbaren Winkelbereich auslenkt, um sie dann schlagartig freizugeben. Da eine solche mechani­ sche Koppeleinrichtung aber insbesondere dann, wenn die Welle 1 im Normalbetrieb mit hohen Drehzahlen läuft, einem starken Verschleiß unterworfen ist, ist die in Fig. 1 gezeigte mag­ netische Koppelung vorzuziehen.

Auch das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Positionsgebers dient dazu, die Umdrehungen einer Welle 1 mit Sicherheit auch dann zu zählen, wenn sich diese Welle mit sehr geringer Geschwindigkeit dreht und die reguläre Energieversorgung der Auswerteelektronik ausgefallen bzw. abgeschaltet ist. Um überdies die Drehrichtung der Welle 1 erkennen zu können, sind hier zwei Energiespeicher- und Detektoreinheiten 15, 16 vorgesehen, die prinzipiell einen identischen Aufbau besitzen können. In Fig. 2 sind lediglich deswegen zwei unterschiedlich aufgebaute Einheiten 15, 16 wiedergegeben, um auf einfache Weise verschiedene Re­ alisierungsmöglichkeiten darstellen zu können.

Beide Energiespeicher- und Detektoreinheiten 15, 16 umfas­ sen ein Zwischenstück 18, 18′, das jeweils einen Permanent­ magneten 19, 19′ aufweist, der um eine zur Achse der Welle 1 parallele Achse drehbar gelagert ist, wie dies durch die Wellen 20, 20′ angedeutet ist. Die Wellen 20, 20′ sind auf einem zur Drehachse der Welle 1 konzentrischen Kreisbogen mit einem Winkelabstand von etwa 90° angeordnet. Noch weiter außen und radial auf die Drehachse der Welle 1 ausgerich­ tet befinden sich zwei stabförmige Elemente 22, 22′ aus ferromagnetischem Material, die hier von Weicheisenstäben gebildet werden. Diese Weicheisenstäbe 22, 22′ sind dreh­ fest so gelagert, daß sie mit ihren zur Achse der Welle 1 hinweisenden Stirnenden jeweils in geringem Abstand zu der Bewegungsbahn liegen, die die freien Enden der stabförmi­ gen Permanentmagneten 19 bzw. 19′ bei deren Drehung um die Wellen 20, 20′ durchlaufen können. Dies hat zur Folge, daß die im Prinzip frei drehbaren stabförmigen Permanentmagneten 19, 19′ vorzugsweise eine Ausgangsstellung einnehmen, in der sie radial zur Achse der Welle 1 hin ausgerichtet sind und sich aufgrund des von ihnen in den Weicheisenkernen 22, 22′ induzierten Magnetfeldes an diesen Kernen "festhalten".

Die beiden Energiespeicher- und Detektoreinheiten 15, 16 sind so angeordnet, daß sich die nach innen weisenden Stirnflächen der in ihrer Ausgangslage befindlichen Permanentmagnete 19, 19 sehr nahe an einer kreisförmigen Bewegungsbahn befinden, die die freien Enden eines stabförmigen, drehfest mit der Welle 1 verbundenen weiteren Permanentmagneten 24 bei einer Drehung der Welle 1 durchlaufen.

Auf den Weicheisenkern 22 ist eine Induktionsspule 25 ge­ wickelt. Während der Weicheisenkern 22′ keine solche Spule trägt. Die Welle 20′, die drehfest mit dem Permanentmagne­ ten 19′ verbunden ist, ist in Fig. 2 nach oben verlängert und trägt einen gegen den Permanentmagneten 20′ um 90° ver­ dreht angeordneten, mit ihr ebenfalls drehfest verbundenen Permanentmagneten 26. Dieser Permanentmagnet 26 taucht von unten her in einen in Form eines hohlen Kreiszylinders aus­ gebildeten Doppel-E-Kern 28 ein, dessen Zylinderachse mit der Achse der Welle 20′ zusammenfällt. Die in Fig. 2 oben lie­ gende Seite des Kerns 28 ist durch einen Boden 30 ver­ schlossen, in dem zwei längliche, zueinander parallele und zum Innenraum des Kerns 28 durchgehende Öffnungen 31, 32 vorgesehen sind, die zwischen sich einen Steg 33 einschließen. Auf diesen Steg 33 ist eine Induk­ tionsspule 34 gewickelt. Jede der beiden Öffnungen 31, 32 mündet in einen den Boden radial nach außen durchsetzenden und sich dann längs einer Mantellinie über die gesamte axiale Höhe des Doppel-E-Kerns 28 erstreckenden Schlitz 35, 36. Auf diese Weise ist der Kern 28 praktisch in zwei durch einen Luftspalt voneinander getrennte Hälften geteilt, die nur über den die Induktionsspule 34 tragenden Steg 33 miteinander verbunden sind.

Bei der Energiespeicher- und Detektionseinheit 15 ist der Ei­ senkern 22 anders als dargestellt vorzugsweise E-förmig aus­ gebildet, wie dies in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wur­ de. Auch hier wird der E-förmige Kern so angeordnet, daß sich die freie Stirnfläche seines mittleren Schenkels möglichst nahe an der kreisförmigen Bewegungsbahn befindet, die die Stirnenden des Stabmagneten 19 bei dessen Rotation um die Welle 20 durchlaufen. Entsprechendes gilt auch für alle in den Fig. 3 und 4 gezeigten Weicheisenkerne, die lediglich der der Einfachheit halber als zylindrische Stäbe wiedergegeben sind.

Zur Erläuterung der Funktionsweise des in Fig. 2 gezeig­ ten Umdrehungszählers wird zunächst die Einheit 15 be­ trachtet, wobei angenommen wird, daß der Stabmagnet 19 gegenüber der gezeigten Position um 180° gedreht ist, so daß sein Nordpol zur Achse der Welle 1 und sein Südpol zum Weicheisenkern 22 zeigt. Außerdem wird angenommen, daß der mit der Welle 1 drehfest verbundene Stabmagnet 24 bei einer Bewegung in Richtung des Pfeiles R noch nicht die in Fig. 2 gezeigte sondern eine etwas mehr als 90° davor befindliche Position erreicht hat, in der sich sein Nord­ pol in zunehmendem Maß dem Nordpol des Permanentmagneten 19 nähert. Letzterer bleibt zunächst trotz der zunehmenden abstoßenden Kräfte zwischen diesen beiden Polen in seiner mit dem Nordpol radial nach innen gerichteten Lage, weil sich sein Südpol am Eisenkern 22 "festhält". Der Energie­ speicher zum Speichern potentieller Energie wird hier also von einem Magnetsystem gebildet, das zwei Elemente, nämlich den Weicheisenkern 22 und den Permanentmagneten 19 umfaßt. Auch die Mitnehmer-Anordnung ist wieder magnetischer Natur. Nähert sich nämlich der Nordpol des Permanentmagneten 24 immer stärker an den Nordpol des Permanentmagneten 19 an, so wird eine Winkelstellung der Welle 1 erreicht, in der die abstoßenden Kräfte zwischen diesen beiden Nordpolen größer werden, als die anziehenden Kräfte zwischen dem Per­ manentmagneten 19 und dem Weicheisenkern 22.

Zu diesem Zeitpunkt wird der Permanentmagnet 19 für eine Drehbewegung stark beschleunigt, wobei kurz nach Verlassen der radial ausgerichteten Ausgangslage nicht nur die ab­ stoßenden Kräfte zwischen seinem Nordpol und dem Nordpol des Permanentmagneten 24, sondern auch die anziehenden Kräfte zwischen seinem Südpol und dem Nordpol des Perma­ nentmagneten 24 wirksam werden. Aufgrund dieser doppelten Kraftwirkung hat der Permanentmagnet 19 eine sehr hohe Drehgeschwindigkeit erreicht, wenn er auf den Kern 22 der Induktionsspule 25 zu und an diesem vorbei läuft. Dadurch wird insbesondere dann, wenn dieser Kern in der oben be­ schriebenen Weise E-förmig ausgebildet ist, ein großes dΦ/dt erzielt, wodurch eine entsprechend hohe Spannung in der Induktionsspule 25 induziert wird. Der damit ver­ bundene elektrische Energieimpuls kann in der gleichen Weise verwendet werden, wie dies oben unter Bezugnahme auf das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel beschrie­ ben wurde.

Wenn die erforderliche Energie und das benötigte Signal an die Auswerteelektronik abgegeben wurden, wird die Induktions­ spule 25 durch einen nicht dargestellten Schalter kurzge­ schlossen und dadurch die Drehbewegung des Permanentmagneten 19 so stark bedämpft, daß er mit seinem Nordpol nur wenig an dem ihm zugewandten Stirnende des Kerns 22 vorbei läuft um dann in die in Fig. 2 wiedergegebene Lage zurückzukehren.

Wesentlich ist auch hier, daß die beschriebene schnelle Drehbewegung von der Geschwindigkeit, mit der die Welle 1 und der mit ihr verbundene Permanentmagnet 24 auf die vor­ gebbare Winkelposition zuläuft, weitgehend unabhängig ist. Der hier realisierte magnetische Energiespeicher entnimmt über einen der Auslösestellung vorausgehenden Drehbewegungs­ bereich einen Teil der kinetischen Rotationsenergie der Welle 1 und speichert ihn kumulativ so lange, bis die beschriebene Drehbewegung des Permanentmagneten 19 aus­ gelöst wird. Dann wird die gespeicherte magnetische Energie in kinetische Energie umgesetzt, die beim Vorbeilaufen des Nordpol-Endes des Permanentmagneten 19 am Kern der Induktionsspule 25 in elektrische Energie umgeformt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist also der zum Speichern der magnetischen Energie dienende Permanentmagnet mit dem zur Umwandlung der dem Zwischenteil 18 aufgeprägten kine­ tischen Energie in einen elektrischen Energieimpuls dienen­ den Permanentmagneten identisch.

Dem eben beschriebenen Vorgang entspricht die Verwendung von umzumagnetisierenden Substanzen, bei denen dann, wenn ein sich bewegender Fremdmagnet eine vorgegebene Stellung er­ reicht hat, eine "schlagartige" Ummagnetisierung stattfin­ det. Hier wird die kumulierte potentielle Energie des Mag­ netfeldes in kinetische Energie der umklappenden Weißschen Bezirke umgesetzt. Das mechanisch-makroskopische Umklappen eines ganzen Permanentmagneten im Zwischenteil ist jedoch vorzuziehen, weil es nahezu verlustfrei, vollständig und beliebig oft durchführbar ist. Darüber hinaus weist es den Vorteil auf, daß durch die geringe Impedanz ein wesentlich längerer und energiereicherer Spannungsimpuls erhalten wird.

Dreht sich die Welle 1 über die in Fig. 2 gezeigte Position um weitere 90° in Richtung des Pfeiles R, so läuft der Südpol des Permanentmagneten 24 auf den jetzt radial nach innen weisenden Südpol des Permanentmagneten 19 zu und es erfolgt bei einer Fortsetzung dieser Drehbewegung der gleiche Energiespeicherungs- und Freisetzungsvorgang wie er eben beschrieben wurde. Der einzige Unterschied besteht darin, daß die in der Induktionsspule 25 induzierten Spannungs­ impulse das umgekehrte Vorzeichen besitzen.

Allerdings ist nicht erkennbar, ob sich der Permanentmag­ net 19 beim Vorbeilaufen am Kern 22 im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, was einer Drehung der Welle 1 entgegen dem Uhrzeigersinn bzw. im Uhrzeigersinn entsprechen würde. Um eine solche Richtungserkennung zu ermöglichen, ist eine gegen die eben beschriebene Einheit 15 um 90° versetzt angeordnete zweite Energiespeicher- und Detektoreinheit 16 vorgesehen. Der Winkel von 90° ist nicht zwingend sondern kann auch kleiner oder größer sein, so lan­ ge er nur deutlich größer als 0° und deutlich kleiner als 180° ist. Wie bereits erwähnt, kann die Einheit 16 in iden­ tischer Weise wie die Einheit 15 ausgebildet sein.

Bei der tatsächlich wiedergegebenen Ausführungsform hält sich der Permanentmagnet 19′ bei der Annäherung des Nord­ pols des Permanentmagneten 24 an seinen Nordpol ebenfalls am drehfest gelagerten Eisenkern 22′ fest. Erfolgt dann bei genügend großer Abstoßungskraft die oben beschriebene schlagartige Rotationsbeschleunigung, so bewegt sich der mit dem Permanentmagneten 19′ über die Welle 20′ gekoppelte Permanentmagnet 26 in dem ferromagnetischen topfförmigen Doppel-E-Kern 28 über einen vergleichsweise großen Winkel­ bereich mit hoher Beschleunigung, wobei seine beiden Pole über die Spalte 35 bzw. 36 hinweglaufen. In diesem Augenblick kehrt sich der in der Spule 34 induzierte Magnetfluß schlagartig um, so daß wieder ein großes dΦ/dt erzielt wird. Bei dieser Ausführungsform sind also der Permanentmagnet 19′, der im wesentlichen zur magnetischen Energiespeicherung dient und der Permanentmagnet 26, der im wesentlichen zur Um­ setzung der kinetischen Rotationsenergie in elektrische Energie dient, voneinander verschieden, wenn auch mecha­ nisch drehfest miteinander verbunden.

Aus der Reihenfolge und Polung, mit der die Spannungs­ impuls nacheinander an den Ausgängen der Induktions­ spulen 25 und 34 auftreten, läßt sich dann auch immer eindeutig die Richtung einer Drehbewegung erkennen, die eines der beiden Stirnenden des Permanentmagneten 24 an den beiden Energiespeicher- und Detektoreinheiten 15, 16 vorbeiführt. Auch ein Hin- und Herpendeln dieses Stirnen­ des zwischen den beiden Einheiten 15, 16 kann auf diese Weise erkannt werden. Nimmt man an, daß bei Inbetriebnahme der Anordnung einer oder beide der Permanentmagneten 19, 19′ mit einem Magnetpol nach innen zur Welle 1 hinweisen, der dem Magnetpol des Permanentmagneten 24 entgegengesetzt ist, der sich zuerst an die betreffende Detektoreinheit 15 bzw. 16 annähert, so findet anders als oben beschrieben eine zunehmende Anziehung zwischen diesen beiden Polen statt. Dies wird dazu führen, daß sich der nach innen wei­ sende Pol des Permanentmagneten 19 bzw. 19′ beim Vorbei­ laufen des entgegengesetzten Pols des Permanentmagneten 24 etwas mit diesem mitbewegt, wobei die Anziehungskraft mit zu­ nehmendem Abstand wieder geringer wird. Der Permanentmagnet 19 bzw. 19′ kehrt dann in seine ursprüngliche Lage zurück, ohne den oben beschriebenen Umklappvorgang zu durchlaufen und eine nennenswerte Spannung in der zugehörigen Induk­ tionsspule 25 bzw. 34 zu induzieren. Als nächstes nähert sich ihm dann aber bei gleichbleibender Drehrichtung der gleichnamige Magnetpol des Permanentmagneten 24, so daß nach wenigstens einer vollständigen Umdrehung der Welle 1 nach Inbetriebnahme die oben beschriebene Funktion für jede der Energiespeicher- und Detektoreinheiten 15, 16 gewährleistet ist.

In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Positionsgeber zur Überwachung einer Linearverschiebung wiedergegeben. Hier wird der sich bewegende Körper von einem Stab 40 gebildet, der sich in Richtung des Pfeiles S hin und her verschieben kann. Quer zur Verschiebungsrichtung trägt der Stab 40 eine Vielzahl von in regelmäßigen Abständen angeordneten Permanentmagneten 42, die zueinander antiparallel angeord­ net sind, so daß sie mit alternierenden Nord- bzw. Südpol- Enden zu den beiden Energiespeicher- und Detektoreinheiten 15, 16 hinweisen, die in entsprechender Weise aufgebaut sind, wie dies oben unter Bezugnahme auf Fig. 2 für die Einheit 15 beschrieben wurde. Erfindungsgemäß können auch diese beiden Energiespeicher- und Detektoreinheiten in der gleichen Weise wie die in Verbindung mit Fig. 2 beschriebene Einheit 16 aufgebaut sein. Der Abstand der beiden Einheiten 15, 16 in Verschieberichtung beträgt hier eine viertel Periodenlänge, d. h. ein Viertel des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfol­ genden Nord- bzw. aufeinanderfolgenden Südpolen der Perma­ nentmagneten 42. Die Funktionsweise entspricht völlig der des in Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Ausführungsbei­ spiels, so daß auf eine nochmalige Beschreibung verzichtet werden kann.

In den Fig. 4a und 4b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Umdrehungszählers in zwei unterschiedlichen Stellun­ gen wiedergegeben, bei dem das Zwischenstück 45 um eine zur Achse der Welle 1 konzentrische Achse drehbar gelagert ist.

Wie man den Fig. 4a und 4b entnimmt, sind auf der Stirn­ fläche der sich drehenden Welle 1 zwei stabförmige Träger 47, 48 so angeordnet, daß sie sich in radialer Richtung bezüglich der Drehachse der Welle 1 erstrecken, wobei sie sich so überkreuzen, daß ihr Kreuzungspunkt in der Drehachse der Welle 1 liegt. Dabei schließen die Träger 47, 48 zwischen sich zwei einander gegenüberliegende Winkel von jeweils 60° und zwei einander gegenüberlie­ gende Winkel von jeweils 120° ein. An ihren nach außen weisenden Enden tragen die Träger 47, 48 jeweils einen Permanentmagneten 50, 51, 52, 53, der mit seiner Nord- Süd-Richtung ebenfalls radial ausgerichtet ist. Die Per­ manentmagnete 50 bis 53 liegen auf einem zur Drehachse der Welle 1 konzentrischen Kreis und weisen alle mit dem gleichen Pol, in diesem Fall mit ihrem Nordpol nach außen.

Das in den Fig. 4a und 4b über der Stirnfläche der Welle 1 angeordnete Zwischenstück 45 ist drehbar gelagert, wobei seine Drehachse mit der der Welle 1 zusammenfällt. Es ist ebenfalls als stabförmiger Träger ausgebildet, der sich längs eines Kreisdurchmessers bezüglich der Drehachse der Welle 1 radial erstreckt und an seinen beiden nach unten abgewinkelten Enden jeweils einen mit seiner Nord-Süd-Rich­ tung radial ausgerichteten Permanentmagneten 55, 56 trägt. Aufgrund der Abwinkelung der Enden des Zwischenstücks 45 können sich die Permanentmagneten 55, 56 bei einer Drehbewe­ gung des Zwischenstücks 45 auf einem Kreis bewegen, der in der gleichen Ebene liegt wie der Bewegungskreis der Per­ manentmagnete 50 bis 53, aber einen um so viel größeren Durchmesser aufweist, daß die nach außen weisenden Stirn­ flächen der Permanentmagnete 50 bis 53 in geringem Ab­ stand an den nach innen weisenden Stirnflächen der Per­ manentmagnete 55 und 56 vorbei laufen können. Die Nord- Süd-Ausrichtung der Permanentmagnete 55, 56 ist der der Permanentmagnete 50 bis 53 entgegengesetzt, d. h. sie weisen im vorliegenden Fall mit ihren Nordpolen ra­ dial nach innen.

In der gleichen Ebene, in der die Bewegungsbahnen der Per­ manentmagnete 50 bis 53 und 55 bis 56 liegen, sind eben­ falls auf einem zur Drehachse der Welle 1 konzentrischen Kreis drei Induktionsspulen 58, 59 und 60 mit Winkelab­ ständen von jeweils 120° fest so angeordnet, daß sich ihre hier als Kreiszylinder wiedergegebenen Kerne 62, 63, 64 in radialer Richtung bezüglich der Drehachse der Welle 1 erstrecken. In der gleichen Ebene und auf dem gleichen Kreis wie die Induktionsspulen 58 bis 60 sind drei Per­ manentmagnete 67, 68, 69 vorgesehen, die gegen die Induk­ tionsspulen 58 bis 60 winkelmäßig jeweils um 60° versetzt angeordnet und so orientiert sind, daß ihre Nord-Süd-Rich­ tung radial zur Drehachse der Welle 1 verläuft und ihre nach innen weisenden Pole den nach außen weisenden Polen der am Zwischenstück 45 befestigten Permanentmagnete 55, 56 entgegengesetzt sind. Der Durchmesser des Kreises, auf dem die Induktionsspulen 58 bis 60 und die Permanentmag­ nete 67 bis 69 fest angeordnet sind, ist so bemessen, daß die Permanentmagnete 55, 56 bei einer Drehbewegung des Zwischenteils 45 mit ihren nach außen weisenden Stirn­ flächen knapp an den nach innen weisenden Stirnflächen der Induktionsspulenkerne 62 bis 64 bzw. der Permanent­ magnete 67 bis 69 vorbeilaufen können.

In Fig. 4a ist eine Stellung der eben beschriebenen An­ ordnung gezeigt, in der das Zwischenstück 45 eine vor­ übergehende Ruhelage einnimmt, da sich ihr Permanentmagnet 55 mit seinem nach außen weisenden Südpol an dem nach innen weisenden Nordpol des Permanentmagneten 67 "festhält". Entsprechendes gilt auch für die den gegenüberliegenden Permanentmagneten 56 des Zwischenteils 45, der, wenn auch mit geringerer Kraft, eine Anziehung durch den ferromagnetischen Kern 64 der Induktionsspule 60 erfährt. Somit umfassen hier die Energiespeicher 70, 71, 72, von denen in Fig. 4a nur der Energiespeicher 70 aktiv ist, jeweils vier Elemente, nämlich die beweglichen Permanent­ magnete 55, 56 und ein Paar von einander diametral gegen­ überliegenden ferromagnetischen Elementen, die von den Permanentmagneten 67, 68, 69 und dem jeweils zugehörigen Eisenkern 64, 62, 63 gebildet werden.

Aufgrund der in Richtung des Pfeiles R erfolgenden Drehung der Welle 1 nähert sich der Permanentmagnet 51 mit seinem nach außen weisenden Nordpol in zunehmenden Maße dem nach innen weisenden Nordpol des Permanentmagneten 55, während sich der Permanentmagnet 53 mit seinem nach außen weisenden Nordpol dem nach innen weisenden Nordpol des Permanentmag­ neten 56 nähert.

Auch dann, wenn die Drehbewegung der Welle 1 sehr langsam erfolgt, erreichen die Permanentmagnete 51, 53 irgendwann eine Stellung, in der die abstoßenden Kräfte zwischen ihnen und den Permanentmagneten 55, 56 so groß werden, daß sich letztere aus ihrer "Halterung" durch den Permanentmagneten 67 bzw. den Spulenkern 64 lösen und in Richtung des Pfei­ les S schlagartig beschleunigt werden. Diese Beschleuni­ gungswirkung wird zunächst noch dadurch verstärkt, daß der Permanentmagnet 56 mit seinem nach außen weisenden Südpol auf den nach innen weisenden Nordpol des feststehenden Permanentmagneten 69 zuläuft und von diesem angezogen wird. Ähnliches gilt auch für den Permanentmagneten 55, der bei zunehmender Annäherung beginnt, im ferromagnetischen Kern 63 der Spule 59 ein ihn anziehendes Magnetfeld zu indu­ zieren. Die Geschwindigkeit des sich aufgrund der eben beschriebenen Beschleunigung drehenden Zwischenteils 45 erreicht ihr Maximum, wenn sich der Permanentmagnet 55 am Kern 63 der Induktionsspule 59 vorbeibewegt und in dieser die gewünschten Spannungsimpulse induziert. Wegen der hohen Drehgeschwindigkeit laufen die Permanentmagnete 55 und 56 an dem Spulenkern 63 bzw. dem Permanentmagneten 69 vorbei und nähern sich mit ihren nach innen weisenden Nordpolen an die nach außen weisenden Nordpole der Perma­ nentmagnete 52, 50 an, die sich aufgrund der wesentlich langsameren Drehung der Welle 1 nur wenig auf ihrer Kreis­ bahn weiterbewegt haben. Aufgrund der bei zunehmender Annäherung immer stärker werdenden Abstoßungskräfte wird die Drehbewegung des Zwischenteils 45 abgebremst und die Per­ manentmagnete 55, 56 sind nicht in der Lage, an den Per­ manentmagneten 52, 50 vorbeizulaufen. Vielmehr kehrt sich ihre Drehbewegung um und sie kehren zu der in Fig. 4b ge­ zeigten Stellung zurück, um die sie je nachdem, wie stark ihre Bewegung bedämpft wird, noch etwas pendeln.

Die eben beschriebenen Vorgänge wiederholen sich, wenn sich die Welle 1 in Richtung des Pfeiles R weiterdreht, so daß sich nach einer gewissen Zeit die Permanentmagnete 51, 53 wieder an die Permanentmagnete 55, 56 annähern. In diesem Fall wird dann der Energiespeicher 72 wirksam. Kehrt sich die Drehrichtung der Welle 1 um, so nähern sich statt dessen die Permanentmagnete 52, 50 an die Permanent­ magnete 55, 56 an und der oben beschriebene Ablauf erfolgt in gleicher Weise jedoch mit entgegengesetzter Drehrichtung.

Aus der Reihenfolge, in der die Induktionsspulen 58 bis 60 Signale abgeben, kann wieder die Drehrichtung der Welle 1 bzw. die Tatsache erkannt werden, daß sich diese Drehrich­ tung innerhalb kurzer Zeit umkehrt, ohne daß eine voll­ ständige Umdrehung erfolgt.

Bei dieser Anordnung kann dann, wenn die Energieversorgung der Auswerteelektronik sichergestellt ist und die Welle 1 sich schnell und rückwirkungsfrei drehen soll, der Träger 45 in axialer Richtung so weit nach oben gezogen werden, daß die Permanentmagnete 55, 56 durch die Permanentmagnete 50 bis 53 keine merkliche Beeinflussung mehr erfahren. Da­ durch werden die Energiespeicher 70, 71, 72 von der Welle 1 si entkoppelt, daß sie ihrer kinetischen Energie keine Anteile mehr entziehen und speichern können.

In Fig. 5 ist ein konkretes Ausführungsbeispiel eines er­ findungsgemäßen Umdrehungszählers wiedergegeben. Auf dem freien Ende einer sich drehenden Welle 1 ist vermittels einer Lageranordnung 65 eine Basis 66 montiert, die die Drehbewegung der Welle 1 nicht mitmacht. Der Basis 66 trägt ein topfförmiges Gehäuse 73, das das freie Ende der Welle 1 umschließt. Im Gehäuse 73 ist ein hochauflösender Dreh­ geber 74 untergebracht, wie er beispielsweise in der deut­ schen Patentschrift 41 13 745 beschrieben ist. Im oberen Bereich des Gehäuses 37 befindet sich der erfindungsgemäße Positionsdetektor 75, der im Prinzip entsprechend dem in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel aufgebaut ist. Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß zur Erzielung eines großen dΦ/dt das Massenträgheitsmoment möglichst klein gehalten ist, um hohe Drehbeschleunigungen und damit große Rotationsgeschwindigkeiten erzielen zu können.

Wie man der Fig. 5 entnimmt, ist die Welle 1 an ihrem nach oben weisenden freien Ende längs eines durch ihre Drehachse gehenden Durchmessers geschlitzt und in diesen Schlitz ist von oben her ein plättchenförmiger Permanentmagnet 76 ein­ gesteckt, dessen Nord-Süd-Richtung radial verläuft.

Das Zwischenstück 77 umfaßt eine parallel zur Welle 1 in ge­ ringem Abstand exzentrisch angeordnete Welle 78, die mit einem durchgehenden Schlitz zur Aufnahme eines plättchen­ förmigen Permanentmagneten 81 versehen ist, der senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 5 eine geringe Dicke aufweist und mit seiner Nord-Süd-Richtung ebenfalls radial orientiert ist. An ihren Enden weist die Welle 78 jeweils einen eingepreßten Stahlstift 79, 80 auf, über den sie in einem Rubin 82 bzw. 83 gelagert ist. In Fig. 5 rechts neben dem Nordpol des Perma­ nentmagneten 81 sind der mittlere Schenkel 86 und der ge­ schnittene Steg 87 eines E-förmigen Kerns 84 zu sehen, auf dessen mittleren Schenkel 86 eine Induktionsspule 88 ge­ wickelt ist. Der Energiespeicher 85 wird hier vom Permanent­ magneten 81 und dem Kern 84 gebildet und die Funktionsweise dieser Anordnung entspricht völlig der, wie sie unter Be­ zugnahme auf Fig. 2 beschrieben wurde. Da bei dem in Fig. 5 gezeigten System ebenfalls die Drehrichtung der Welle 1 mit nur einer Energiespeicher- und Detektoreinheit nicht erkannt werden kann, ist eine zweite, im wiedergegebenen Schnitt allerdings nicht sichtbare Einheit vorgesehen.

Über dem freien Stirnende der Welle 1 befindet sich eine gedruckte Schaltungsplatine 90, auf der die Auswerteelek­ tronik 91 untergebracht ist, die durch die erfindungsge­ mäße Vorrichtung mit Signalimpulsen und elektrischer Be­ triebsenergie versorgt wird. Wenn sich die Welle 1 mit hoher Geschwindigkeit dreht, wird das die Welle 78 und den Permamentmagneten 81 umfassende Zwischenstück 77 in seiner Drehbewegung durch Kurzschließen der Induktions­ spule 88 je nach Drehzahl der Welle 1 definiert oder gar nicht bedämpft. Da es sich mit sehr hoher Geschwindigkeit drehen kann, synchronisiert es sich durch entsprechende Bedämpfung mit der Drehung der Welle 1 und kann prinzipiell auch dazu verwendet werden, die Auswerteelektronik 91 als einzige Energiequelle mit elektrischer Energie zu ver­ sorgen.

Anstelle der gezeigten Stahl-Rubin-Lager können für die Welle 78 auch Luftlager vorgesehen werden.

Eine weitere Alternative zu den gezeigten Ausführungs­ formen des erfindungsgemäßen Positionsgebers besteht darin, daß der Speicher zum Speichern potentieller Energie eine Masse umfaßt, die durch eine sich mit dem sich bewegenden Körper mitbewegende Nockenfläche bei Annäherung an die vorgebbare Position im Schwerefeld der Erde angehoben wird und bei Erreichen dieser Position nach unten fällt. Die in dieser Fallbewegung enthaltene kinetische Energie kann dann wieder mit Hilfe einer der beschriebenen Magnet-In­ duktionsspulen-Anordnungen in einen elektrischen Energie­ impuls umgewandelt werden.

Claims (25)

1. Positionsdetektor, mit dessen Hilfe immer dann ein elek­ trischer Impuls erzeugt und einer Verarbeitungselektronik zugeführt wird, wenn ein sich bewegender Körper eine vor­ gebbare Position erreicht, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Energiespeicher (2; 15, 16; 70, 71, 72; 85) vorgesehen ist, der bei Annäherung des Körpers (1; 40) an die vorgebbare Position einen Teil der Bewegungs­ energie des Körpers (1; 40) in Form potentieller Energie ansammelt und speichert und beim Erreichen der Position die gespeicherte potentielle Energie in Form kinetischer Energie schlagartig freisetzt, und daß eine Vorrichtung (8, 12, 13; 19, 22, 25, 19′, 26, 34; 55, 56, 58, 59, 60, 62, 63, 64; 81, 84, 88) zum Umformen dieser kinetischen Energie in einen elektrischen Energieimpuls vorgesehen ist, der der Verarbeitungselektronik (91) zugeführt wird.

2. Positionsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Energiespeicher (15, 16; 70, 71, 72, 85) ein bezüglich des sich bewegenden Körpers (1; 40) bewegliches Zwischenteil (18, 18′; 45, 77) umfaßt, das beim schlagartigen Freisetzen der potentiellen Ener­ gie eine hohe Beschleunigung erfährt.

3. Positionsdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Zwischenteil (18, 18′; 45; 77) eine sehr kleine Masseträgheit besitzt.

4. Positionsdetektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Einrichtung vorge­ sehen ist, die das Zwischenteil (18, 18′; 45; 77) stark abbremst, wenn der Verarbeitungselektronik (91) die ge­ wünschte Spannung und Ladung zugeführt worden ist.

5. Positionsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mechanischer Mitnehmer vorgesehen ist, der das Zwischen­ teil zumindest für einen Teil der Bewegungsbahn des sich bewegenden Körpers mit dessen Bewegung koppelt, wenn aufgrund eines Versagens des Energiespeichers keine Beschleunigung des Zwischenteils durch Freisetzen po­ tentieller Energie erfolgt.

6. Positionsdetektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenteil (18, 18′; 45; 77) um eine Achse drehbar gelagert ist.

7. Positionsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Betriebsspannung der Verarbeitungselektronik mit Hilfe von Fremdenergie aufrechterhalten werden kann, der Energiespeicher von der Bewegung des einen Körpers so entkoppelbar ist, daß er von dessen Bewegungsenergie keine Anteile mehr ansammelt und speichert.

8. Positionsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (2) zur Speicherung potentieller Energie eine Federanordnung (4) umfaßt, die bei Annäherung des einen Körpers (1) an die vorgebbare Position in zu­ nehmendem Maße gespannt und bei Erreichen der Position so entspannt wird, daß zumindest ein Teil von ihr schlagartig beschleunigt wird.

9. Positionsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (15, 16; 70, 71, 72; 85) zur Spei­ cherung potentieller Energie eine Magnetanordnung mit wenigstens zwei Elementen (19, 22, 19′, 22′; 55, 56, 62, 63, 64, 67, 68, 69; 81, 84) umfaßt, von denen das eine von einem Permanentmagneten (19, 19′, 55, 56; 81) gebildet wird und das andere (22, 22′; 62, 63, 64, 67, 68, 69; 84) aus einem ferromagnetischen Material besteht.

10. Positionsdetektor nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auch das aus ferro­ magnetischem Material bestehende Element (67, 68, 69) ein Permanentmagnet ist.

11. Positionsdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Umformen der kinetischen Energie in einen elektrischen Energieimpuls einen Permanentmagneten (8; 19, 26; 55, 56; 81) umfaßt, der beim Freisetzen der gespeicherten potentiellen Energie schlagartig beschleunigt wird und sich dann mit hoher Geschwindigkeit relativ zu einer Induktions­ spule (12; 25, 34; 58, 59, 60; 88) bewegt.

12. Positionsdetektor nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Induktionsspule (88) auf einen E-förmigen Kern (84) gewickelt ist, an dessen drei Armen sich der Permanentmagnet (81) nacheinander vorbei bewegt.

13. Positionsdetektor nach einem der Ansprüche 2 bis 10 in Verbindung mit Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (19, 19′, 55, 56; 81) mit dem Zwischenteil (18, 18′; 45; 77) fest verbunden ist.

14. Positionsdetektor nach Anspruch 6 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenteil (18′) eine Welle (20′) und zwei Permanentmagnete (19′, 26) umfaßt, die in axialer Richtung der Welle (20′) voneinander im Abstand angeordnet und mit der Welle (20′) drehfest verbunden sind, und von denen der eine (19′) im wesentlichen zum Energiespeicher und der andere (26) im wesentlichen zur Vorrichtung zum Umformen der kinetischen Energie in einen elek­ trischen Energieimpuls gehört.

15. Positionsdetektor nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Induktionsspule (34) auf einen topfförmigen Doppel-E-Kern (28) gewickelt ist, in dessen Inneren sich der eine Permanentmagnet (26) nach der schlagartigen Beschleunigung des Zwischen­ teils (18′) dreht.

16. Positionsdetektor nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Per­ manentmagnet (19; 55, 56; 81) der Vorrichtung zum Um­ formen der kinetischen Energie in einen elektrischen Energieimpuls mit dem Permanentmagneten des Energie­ speichers identisch ist.

17. Positionsdetektor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Energieimpuls der Verarbeitungselek­ tronik (91) als Signalimpuls zugeführt wird.

18. Positionsdetektor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungselektronik (91) einen Speicher für elektrische Energie umfaßt, der zumindest zeitweise ihre Betriebsspannung liefert, und daß ein Teil des elektrischen Energieimpulses zum Laden dieses Speichers dient.

19. Positionsdetektor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsdetektor ein Umdrehungszähler ist, wobei der sich bewegende Körper von einer sich drehenden Welle (1) gebildet wird.

20. Positionsdetektor nach den Ansprüchen 6 und 19, da­ durch gekennzeichnet, daß die Achse des Zwischenteils (45) zur Achse der Welle (1) kon­ zentrisch ist.

21. Positionsdetektor nach den Ansprüchen 6 und 19, da­ durch gekennzeichnet, daß die Achse des Zwischenteils (18, 18′; 77) zur Achse der Welle (1) parallel verläuft, mit ihr aber nicht zusammenfällt.

22. Positionsdetektor nach den Ansprüchen 6 und 19, da­ durch gekennzeichnet, daß die Achse des Zwischenteils zur Achse der Welle in etwa senkrecht verläuft.

23. Positionsdetektor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Verarbeitungselektronik (91) zugeführten elektrischen Energieimpulse die einzige Energiequelle der Verarbeitungselektronik (91) bilden.

24. Positionsdetektor nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Po­ sitionsdetektor (75) nur zur Erzeugung und Zuführung von elektrischer Versorgungsenergie für die Verarbei­ tungselektronik (91) sowie zur Gewinnung von Informa­ tion über die Bewegungsrichtung Verwendung findet, und daß für eine eventuelle Positionsbestimmung ein zu­ sätzlicher Sensor vorgesehen ist.

25. Positionsdetektor nach einem der Ansprüche 2 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine von einer Federanordnung gebildete Rückstellvorrichtung vorgesehen ist, die das Zwischenteil nach jeder Aus­ lenkung in eine definierte Ausgangslage zurückbringt.