DE10158223A1

DE10158223A1 - Drehwinkel-Messgerät

Info

Publication number: DE10158223A1
Application number: DE10158223A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schroter; Marc Tiemann; Hans Oberhauser
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2021-11-17
Also published as: US20030093907A1; DE10158223B4; US6828783B2

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Drehwinkel-Messgerät 1 mit einer Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Winkelposition einer rotierenden Welle innerhalb einer Wellenumdrehung (Singleturn-Drehgeber 3) sowie einer Vorrichtung zur Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen (Multiturn-Drehgeber 4) mit einem Getriebe 5 mit mindestens einer Getriebestufe zur Umsetzung der Drehbewegung der Welle 2 in eine Drehbewegung mit definiertem Untersetzungsverhältnis. Die Getriebestufe umfasst mindestens ein Zahnrad, das sich in einem definierten Verhältnis zur Drehbewegung der Welle 2 dreht. Weiterhin sind Erfassungseinrichtungen zur Erzeugung von positionsabhängigen und von der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen abhängigen Sensorsignalen vorgesehen, von denen die Erfassungseinrichtung 4 der Vorrichtung zur Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen die untersetzten Drehbewegungen der Welle 2 induktiv abtastet und eine Teilungsstruktur mit alternierend elektrisch leitfähigen und elektrisch nicht leitfähigen Teilungsbereichen und eine relativ zur Teilungsstruktur bewegliche Abtasteinrichtung mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines homogenen elektromagnetischen Erregerfeldes und mit einer Sensoreinrichtung zur Abtastung der Teilungsstruktur und Abgabe der von der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen abhängigen Sensorsignale aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehwinkel-Messgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Drehwinkel-Messgeräte bekannt, mit denen sowohl der Drehwinkel einer rotierenden Welle innerhalb einer Umdrehung als auch die Anzahl erfolgter Umdrehungen der rotierenden Welle erfasst wird, so dass aus der Kombination beider Messergebnisse die Absolutposition der rotierenden Welle auch nach mehreren erfolgten Umdrehungen bestimmt werden kann.

Die Erfassung des Drehwinkels einer rotierenden Welle innerhalb einer Umdrehung erfolgt dabei mit einem sogenannten Singleturn-Drehgeber, der sowohl eine Winkelmessung an der rotierenden Welle in inkrementalen Messschritten als auch eine Absolutwinkel-Bestimmung innerhalb einer einzigen Wellenumdrehung gestattet, wenn er als Code- Drehgeber ausgebildet ist.

Für die Erfassung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen werden sogenannte Multiturn-Drehgeber eingesetzt, mit denen die Bestimmung der absoluten Winkelposition innerhalb einer Wellenumdrehung, d. h. zwischen 0° und 360° über eine mit der Welle verbundene Codescheibe, die mit Hilfe einer geeigneten photoelektrischen Abtasteinheit abgetastet wird, erfolgt. Zur Gewinnung der erforderlichen Informationen über die Anzahl der erfolgten Wellenumdrehungen ist üblicherweise ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen, über das eine oder mehrere Teilscheiben bzw. Codescheiben bei sich drehender Welle in eine Drehbewegung mit geringerer Umdrehungszahl versetzt werden. Die Drehbewegungen der zusätzlichen Codescheiben wird ebenfalls mit einer oder mehreren photoelektrischen Abtasteinheiten erfasst, so dass aufgrund der bekannten Untersetzung der Drehbewegung der zusätzlichen Codescheiben die Zahl erfolgter Umdrehungen der Welle ermittelt werden kann. Eine Messung der Absolutposition der rotierenden Welle ist somit auch über mehrere Umdrehungen möglich.

Eine photoelektrische Abtastung von mit Getriebezahnrädern gekoppelten Teilscheiben ist aus der DE 28 17 172 C2 bekannt. Bei diesem bekannten, mehrstufigen Winkelschrittgeber ist eine erste Codescheibe konzentrisch zur Welle vorgesehen und die weiteren, nachgeschalteten Codescheiben sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die Codescheiben werden photoelektrisch in der Weise abgetastet, dass sich die Empfänger auf der den Codescheiben zugewandten Seite einer Platine und die Sender auf einer weiteren gehäusefesten Platine befinden.

Da die photoelektrische Abtastung mehrerer Teilscheiben mittels jeweils einer photoelektrischen Abtasteinrichtung aufwendig und empfindlich gegenüber Verschmutzung ist, so dass sie nur unter entsprechenden Umgebungsbedingungen oder mit einer entsprechenden Kapselung der Messeinrichtung einsetzbar ist, wird in der DE 196 26 654 C2 zur Verringerung des Bauteilaufwandes vorgeschlagen, die Getriebezahnrad- Drehbewegung mittels dehnungsempfindlicher Sensorelemente zu erfassen, die sich in formschlüssigem Kontakt mit dem jeweiligen Getriebezahnrad befindet. Im Unterschied zu der aus der DE 28 17 172 C2 bekannten räumlichen Anordnung des Untersetzungsgetriebes bzw. der einzelnen Getriebezahnräder in einer gemeinsamen Ebene sind in der aus der DE 196 26 654 C2 bekannten Anordnung die einzelnen Getriebezahnräder in axialer Richtung versetzt angeordnet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, ein Drehwinkel- Messgerät der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das eine einfache Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen ermöglicht, unempfindlich gegenüber Verschmutzungen ist, sich für einfache und hochauflösende Abtastungen eignet und mehrere konstruktive Ausführungsformen mit unterschiedlichem Platzbedarf ermöglicht.

Diese Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung schafft ein Drehwinkel-Messgerät, das sich durch einen einfachen Aufbau und eine gegenüber Verschmutzung unempfindliche Funktion auszeichnet, mehrere konstruktive Ausgestaltungen mit unterschiedlichem Platzbedarf ermöglicht und sich in gleichem Maße für eine einfache als auch für eine hochauflösende Erfassung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen eignet.

Aus der DE 197 51 853 A1 ist das Prinzips der induktiven Abtastung für eine Vorrichtung der Bestimmung der absoluten Winkelposition einer rotierenden Welle innerhalb einer Wellenumdrehung, d. h. für einen reinen Singleturn-Drehgeber, als solches bekannt. Anhaltspunkte für eine Anwendung dieses Prinzips auf einen Multiturn-Drehgeber sind dieser Druckschrift jedoch nicht zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von der grundlegenden Überlegung aus, dass bei einer entsprechenden Gestaltung des Multiturn-Drehgebers das Prinzip der induktiven oder kapazitiven Abtastung mit dem damit verbundenen Vorteil der Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen und der robusten, preiswerten Bauweise auch bei einem Multiturn-Drehgeber eingesetzt werden kann. Insbesondere kann eine derartiger nach dem induktiven oder kapazitiven Abtastprinzip arbeitender Multiturn-Drehgeber zur Bestimmung sowohl der absoluten Winkelposition einer rotierenden Welle innerhalb einer Wellenumdrehung als auch zur Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen mit einem nach dem Prinzip der induktiven oder kapazitiven Abtastung arbeitenden Singleturn-Drehgeber kombiniert werden.

In den verschiedenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung kann der nach dem induktiven oder kapazitiven Abtastprinzip arbeitende Multiturn-Drehgeber aber auch mit beliebig anderen Singleturn-Drehgebern, die beispielsweise nach dem photoelektrischen bzw. magneto-resistiven Abtastprinzip arbeiten, kombiniert werden, ohne dass der Vorteil des einfachen Aufbaus und der Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen des nach dem induktiven oder kapazitiven Abtastprinzip arbeitenden Multiturn- Drehgebers beeinträchtigt wird.

Vorzugsweise enthält die Sensoreinrichtung des nach dem induktiven oder kapazitiven Abtastprinzip arbeitenden Multiturn-Drehgebers mindestens eine Sensorspur mit mindestens zwei gegeneinander phasenverschobenen Sensorwicklungen, die phasenversetzte, periodisch modulierte Sensorsignale bei der Relativbewegung zwischen der Abtasteinrichtung und der Teilungsstruktur abgeben, während die Einrichtung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Erregerfeldes beidseitig der Sensorspur angeordnete Erreger- Elemente aufweist, die im Bereich der Sensorspur ein möglichst homogenes elektromagnetisches Feld ausbilden.

Die Erreger-Elemente können aus einer stromdurchflossenen Leiterbahn oder mehreren parallel zueinander angeordneten stromdurchflossenen Leiterbahnen bestehen, wobei die Leiterbahnen der Erreger-Elemente so verschaltet sind, dass die Stromrichtung in den beidseitig der Sensorspur angeordneten Leiterbahnen gegensinnig orientiert ist. Dabei kann die Teilungsstruktur auf einer kreisförmigen Teilungsplatine angeordnet werden und eine erste, kreisförmig ausgebildete Teilungsspur aufweisen, die aus einem elektrisch leitfähigen Kreissegment und einem elektrisch nicht leitfähigen Kreissegment besteht. Die Abtasteinrichtung enthält vorzugsweise eine auf einer kreisförmigen Abtastplatine angeordnete Abtaststruktur, deren Sensoreinrichtung die der Teilungsspur zugeordnete Sensorspur aufweist, deren Sensorwicklungen so ausgebildet sind, dass damit über den erfassbaren Messbereich eine absolute Positionsbestimmung möglich ist.

Damit kann jeder Getriebestufe zumindest eine Teilung und eine induktive Abtastung mit einer Sinus- und Cosinus-Spur zugeordnet werden, so dass für jede Getriebestufe über eine arctan-Berechnung die entsprechende Winkelinformation der betreffenden Getriebestufe gewonnen werden kann.

Zur Steigerung der Genauigkeit kann der eine Wellenumdrehung angebenden Teilung noch eine Feinteilung in Form einer Inkrementalspur zugeordnet werden, indem die Teilungsstruktur mit einer zweiten kreisförmig ausgebildeten und radial zur ersten Teilungsspur benachbarten Teilungsspur versehen wird, die als periodische Abfolge von mehreren elektrisch leitfähigen Teilungsbereichen und elektrisch nicht leitfähigen Teilungsbereichen ausgebildet ist, wobei die zugehörige Abtasteinrichtung eine Abtaststruktur aufweist, deren Sensoreinrichtung eine zweite, der zweiten Teilungsspur zugeordnete Sensorspur enthält, deren Sensorwicklung so ausgebildet ist, dass damit eine zusätzliche inkrementale Positionsbestimmung möglich ist.

Vorzugsweise ist die teilkreisförmige Teilungsstruktur auf einer mit Kupfer beschichteten Teilungsplatine, einer strukturierten Metallscheibe oder auf einem teilweise metallisierten Kunststoffteil, insbesondere auf einem metallisierten Zahnrad, ausgebildet.

Die Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Winkelposition einer rotierenden Welle innerhalb einer Wellenumdrehung weist eine Erfassungseinrichtung mit einer auf einer Teilungsplatine angeordneten Teilungsstruktur und einer auf einer Abtastplatine angeordneten Abtasteinrichtung zur Abgabe von der absoluten Winkelposition der rotierenden Welle innerhalb einer Wellenumdrehung abhängigen Ausgangssignalen auf. Die Ausgangssignale der Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Winkelposition der rotierenden Welle innerhalb einer Wellenumdrehung und die Sensorsignale der Vorrichtung zur Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen werden an eine Auswerteinheit abgegeben.

Die Teilungs- und Abtasteinrichtung des Singleturn-Drehgebers bzw. der Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Winkelposition einer rotierenden Welle innerhalb einer Wellenumdrehung und die Auswerteplatine der Auswerteinheit sind koaxial zur Welle angeordnet. Die axiale Zuordnung der Teilungs- und Abtasteinrichtungen des Singleturn- Drehgebers und des Multiturn-Drehgebers kann jedoch unterschiedlich gestaltet werden.

In einer ersten Ausführungsform kann die Teilungs- und die Abtasteinrichtung des Singleturn-Drehgebers auf der einen Seite der Auswerteinheit und die Teilungs- und Abtasteinrichtung des Multiturn-Drehgebers auf der anderen Seite der Auswerteinheit angeordnet werden, während in einer zweiten Ausführungsform die Abtasteinrichtung des Singleturn-Drehgebers und die Abtasteinrichtung des Multiturn-Drehgebers auf beiden Seiten einer gemeinsamen Abtastplatine gegenüber den jeweiligen, den Abtasteinrichtungen zugeordneten Teilungseinrichtungen angeordnet sind.

In der letztgenannten Ausführungsform, in der eine dem Singleturn-Drehgeber und dem Multiturn-Drehgeber gemeinsame Abtastplatine auf der einen Seite die Multiturn- Abtastung und auf der anderen Seite die Singleturn-Abtastung trägt, ist nur eine einmalige Kontaktierung zwischen der Auswerteplatine und der gemeinsamen Abtastplatine erforderlich, wodurch die Voraussetzungen für ein preiswertes Drehwinkel-Messgerät gegeben sind.

Anstelle einer Anordnung der Teilungs- und Abtaststrukturen auf Leiterplatten bzw. Platinen kann die Teilungsstruktur auf der Mantelfläche eines zylinderförmigen Körpers angeordnet werden und eine erste Teilungsspur aufweisen, die aus einem elektrisch leitfähigen und einem elektrisch nicht leitfähigen Zylindermantelabschnitt besteht, während die Abtasteinrichtung eine auf einem zylinderförmigen Gehäuse angeordnete Abtaststruktur aufweist, deren Sensoreinrichtung eine der Teilungsstruktur zugeordnete Sensorspur enthält, deren auf der Zylindermantelfläche abgewickelte Sensorwicklungen so ausgebildet sind, dass damit über den erfassbaren Messbereich eine absolute Positionsbestimmung möglich ist.

Auch in dieser Ausführungsform kann die Teilungsstruktur eine zweite axial zur ersten Teilungsspur benachbarte Teilungsspur aufweisen, die als periodische Abfolge von mehreren elektrisch leitfähigen Teilungsbereichen und elektrisch nicht leitfähigen Teilungsbereichen ausgebildet ist, und die Abtasteinrichtung eine auf dem zylinderförmigen Gehäuse angeordnete Abtaststruktur enthalten, deren Sensoreinrichtung eine der Teilungsstruktur zugeordnete zweite Sensorspur aufweist, deren auf der Zylindermantelfläche abgewickelte Sensorwicklungen so ausgebildet sind, dass damit eine zusätzliche inkrementale Positionsbestimmung möglich ist. Dabei können die Wicklungen in räumlicher Gestalt direkt in einem Kunststoff-Getriebegehäuse aufgebracht und die Teilung eben oder als Trommel ausgeführt werden. Insbesondere können die Wicklungen auf einem flexiblen Leiter angeordnet werden, der an der Mantelfläche des zylinderförmigen Gehäuses radial umlaufend, vorzugsweise durch Kleben, befestigt ist.

Bei diesen sogenannten Trommelteilungen entfällt die Empfindlichkeit der Abtastung hinsichtlich Veränderungen des Abstandes zwischen der Teilungs- und Abtasteinrichtung.

Vorzugsweise ist die Teilungsstruktur auf einem mit Kupfer beschichteten zylindrischen Körper, einem strukturierten Metallzylinder oder auf der Mantel- oder Umfangsfläche eines teilweise metallisierten Kunststoffteils, insbesondere auf einem metallisierten Zahnrad ausgebildet.

Die Massverkörperung der Teilungsstruktur kann im Zweikomponenten- Spritzgiessverfahren, im Spritzgießverfahren mit Einlegeteilen oder durch Beschichten eines Grundkörpers gefertigt sein. Alternativ kann die Massverkörperung auch auf einem Grundkörper ausgebildet werden, der komplett aus Metall oder einem leitenden Kunststoff besteht, wobei die Teilung durch Höhenabstufung oder Ausnehmungen bzw. Löcher gebildet wird.

Die Vorrichtung zur Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen weist vorzugsweise mehrere Getriebestufen zur definierten Untersetzung der Drehbewegungen der Welle auf, wobei die Erreger-Elemente des Multiturn-Drehgebers mit den Getriebestufen zugeordneten Erregersignalen beaufschlagt sind, die auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert sind, während die Erreger-Elemente des Singleturn-Drehgebers mit Erregersignalen gespeist werden, die auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert sind, die sich von der Trägerfrequenz zur Beaufschlagung der Erreger-Elemente des Multiturn-Drehgebers um eine vorgebbare Frequenzdifferenz unterscheidet.

Vorzugsweise werden die den Getriebestufen zugeordneten Erreger-Elemente von einem gemeinsamen Erregerschwingkreis gespeist.

Durch Auswahl verschiedener Trägerfrequenzen für den Singleturn-Drehgeber und den Multiturn-Drehgeber wird eine ungewollte gegenseitige Beeinflussung der Erregerspulen verhindert. Dabei müssen die Trägerfrequenzen so unterschiedlich sein, dass die gegenseitigen Einflüsse nach einer Bandpassfilterung jeweils vernachlässigbar sind.

Anstelle einer Auswerteinheit für jede Getriebestufe können die Abtasteinrichtungen der einzelnen Getriebestufen über eine Multiplexeinrichtung mit einer gemeinsamen Auswerteinheit verbunden werden, so dass die den einzelnen Getriebestufen zugeordneten Multiturn-Abtasteinrichtungen nacheinander über die Multiplexeinrichtung von derselben Elektronik ausgewertet werden.

Insbesondere können zwei um 90° zueinander versetzte, hochfrequent modulierte Sensorsignale von den den Getriebestufen zugeordneten Multiturn-Abtasteinrichtungen verstärkt, gefiltert, demoduliert und die resultierenden niederfrequenten Sensorsignale verstärkt und über je einen Analog/Digitalwandler an eine Einrichtung zur Positionswertberechnung abgegeben werden, die ein kodiertes Ausgangssignal an eine Anzeigeeinrichtung und/oder Folgeelektronik abgibt.

Zur Erzielung ausreichend genauer Sensorsignale kann anstelle eines Signal- Feinabgleichs in der Einrichtung zur Positionswertberechnung ein Abgleich mit einer Korrekturwertetabelle vorgenommen werden. Dabei genügt eine Korrekturwertetafel, die in einem Speicherchip abgelegt werden kann und bei der Winkelberechnung für die jeweilige Getriebestufe berücksichtigt wird.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Auswerteeinheit des Singleturn- und Multiturn-Drehgebers in einem anwendungsspezifischen, integrierten Schaltkreis (ASIC) zusammengefasst wird. Durch die Anordnung entsprechender Schnittstellen kann der auf dem induktiven Abtastprinzip beruhende Multiturn-Drehgeber wahlweise mit einem optischen, magnetischen oder induktiven Singleturn-Drehgeber kombiniert werden.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 - einen Schnitt durch ein Drehwinkel-Messgerät mit auf getrennten Abtastplatinen angeordneten induktiven Singleturn- und Multiturn-Abtasteinrichtungen;

Fig. 2 - eine Draufsicht auf die Multiturn-Abtasteinrichtung entsprechend der Ansicht II-II gemäß Fig. 1;

Fig. 3 - eine Draufsicht auf die Multiturn-Teilungsstruktur entsprechend der Ansicht III-III der Fig. 1;

Fig. 4 - einen Schnitt durch ein Drehwinkel-Messgerät mit auf einer gemeinsamen Abtastplatine angeordneter Singleturn- und Multiturn-Abtasteinrichtung;

Fig. 5 - einen Schnitt durch ein Untersetzungsgetriebe mit axialer Anordnung von drei Getriebestufen und

Fig. 6 - ein Blockschaltbild einer Multiturn-Auswerteinheit.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Drehwinkel-Messgerät 1 mit einer Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Winkelposition einer rotierenden Welle 2 innerhalb einer Wellenumdrehung (Singleturn-Drehgeber 3) und einer Vorrichtung zur Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen (Multiturn-Drehgeber 4), die in einem zylinderförmigen Messgerät-Gehäuse 10 angeordnet sind, und das mit dem stationären Antriebsteil verbunden ist, in das die rotierende Welle 2 hineinragt, die mit einem rotierenden Antriebsteil verbunden ist, dessen Winkelposition innerhalb einer Wellenumdrehung und dessen Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen zu bestimmen sind.

Der Singleturn-Drehgeber 3 besteht aus einer Teilungseinrichtung 30, die auf einer mit der rotierenden Welle 2 verbundenen Teilungsplatine angeordnet ist, und einer stationären Abtasteinrichtung 31, die auf einer mit dem Messgerät-Gehäuse 10 verbundenen Abtastplatine vorgesehen ist. Auf der an der rotierenden Welle 2 befestigten Teilungs- oder Rotorplatine sind beispielsweise zwei radial benachbarte, kreisförmig ausgebildete Teilungsspuren angeordnet, die aus einer periodischen Abfolge von alternierend angeordneten elektrisch leitfähigen Teilungsbereichen und elektrisch nicht leitfähigen Teilungsbereichen bestehen.

Die zur Abtastung der Teilungsspuren der Teilungseinrichtung 30 vorgesehene Singleturn-Abtasteinrichtung 31 weist den Teilungsspuren zugeordnete Abtast- oder Sensorspuren auf, die ebenfalls kreisförmig ausgebildet und radial benachbart auf der Abtastplatine angeordnet sind. Neben den Abtastspuren weist die Singleturn-Abtasteinrichtung 31 Erreger-Elemente auf, die ein vorzugsweise homogenes elektromagnetisches Erregerfeld im Bereich der Abtastspuren erzeugen.

Aufbau und Funktion der auf der Rotorplatine angeordneten Teilungsspuren sowie der auf der Singleturn-Abtastplatine angeordneten Abtastspuren und Erreger-Elemente können beispielsweise entsprechend der DE 197 51 853 A1, aber auch in anderer Form, beispielsweise als opto-elektronische oder magneta-resistive Singleturn-Abtastung ausgebildet sein.

Der Multiturn-Drehgeber 4 setzt sich aus einem Getriebe 5 mit mehreren Getriebestufen zur Umsetzung der Rotation der rotierenden Welle 2 mit definiertem Untersetzungsverhältnis und einer Erfassungseinrichtung 6 zusammen, die die untersetzten Drehbewegungen der rotierenden Welle 2 induktiv abtastet.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Drehwinkel-Messgerätes weist ein Untersetzungsgetriebe mit drei in einer Ebene angeordneten Getriebestufen auf. Die drei Getriebestufen bestehen aus miteinander kämmenden Zahnrädern, von denen jeweils ein Zahnrad in jeder Getriebestufe in einem bekannten Verhältnis zur Drehbewegung der rotierenden Welle 2 untersetzt ist, d. h. sich mit definierter, verringerter Geschwindigkeit gegenüber der rotierenden Welle 2 dreht. In Abhängigkeit vom gewählten Untersetzungsverhältnis dreht sich das mit der Erfassungseinrichtung 6 gekoppelte Zahnrad der ersten Getriebestufe mit einer bekannten, verringerten Umdrehungsgeschwindigkeit im Vergleich zur Umdrehungsgeschwindigkeit der rotierenden Welle 2, während die parallel benachbarten und mit der ersten Getriebestufe verbundenen beiden weiteren Getriebestufen mit ihren der Erfassungseinrichtung 6 zugeordneten Zahnrädern die Drehbewegung der rotierenden Welle 2 nochmals definiert verringern, bzw. untersetzen.

Über die Erfassung der Drehbewegung der der Multiturn-Erfassungseinrichtung 6 zugeordneten Zahnräder der drei Getriebestufen kann somit die Anzahl der erfolgten Wellenumdrehungen der Welle 2 eindeutig ermittelt werden.

Der Aufbau und die Funktion der Erfassungseinrichtung 6 des Multiturn-Drehgebers 4 sollen nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 erläutert werden, die Teilansichten des in Fig. 1 dargestellten Schnittes durch ein Drehwinkel-Messgerät 1 entsprechend den Linien II-II sowie III-III darstellen.

Dabei zeigt Fig. 2 eine Ansicht auf einen Teil einer Multiturn-Abtastplatine 7 gemäß Fig. 1, die eine Sensoreinrichtung zeigt, die einer der drei Getriebestufen des Untersetzungsgetriebes 5 zugeordnet ist.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht auf eine Teilungsstruktur, die mit einem der Erfassungseinrichtung 6 zugeordneten Zahnrad einer der drei Getriebestufen verbunden ist.

Die Teilungsstruktur TS gemäß Fig. 2 ist auf einer kreisförmigen Multiturn- Teilungsplatine 50 angeordnet, die mit einem entsprechenden Zahnrad einer Getriebestufe des Untersetzungsgetriebes 5 verbunden ist. Die Teilungsplatine 50 kann aus einem Epoxyd-Material bestehen und weist eine Teilungsspur 40 auf, die aus einem ersten halbkreisförmigen Teilungsbereich T_L mit elektrisch leitfähigem Material und einem zweiten halbkreisförmigen Teilungsbereich T_N aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material besteht. Das Material des elektrisch leitfähigen Teilbereichs T_L kann aus einer Kupferbeschichtung des Epoxyd-Materials der Teilungsplatine 50 bestehen, während der nichtleitfähige Teilungsbereich T_N lediglich nicht beschichtet und damit identisch mit dem Material der Teilungsplatine 50 ist.

Aus der Abtastung der Teilungsspur 40 mit Hilfe der nachfolgend anhand der Fig. 3 erläuterten Abtasteinrichtung 6 wird eine absolute Positionsinformation innerhalb einer Umdrehung der Teilungsplatine 50 gewonnen.

Wahlweise kann benachbart zu der Teilungsspur 40 gemäß Fig. 2 eine zweite Teilungsspur auf der Teilungsplatine 50 angeordnet werden, die aus einer Vielzahl elektrisch leitfähiger Teilungsbereiche sowie dazwischen angeordneter elektrisch nichtleitfähiger Teilungsbereiche besteht, wobei beide Teilungsbereiche materialmäßig ebenso ausgebildet sein können wie die Teilungsbereiche T_L und T_N gemäß Fig. 2. Aus der Abtastung dieser zweiten Teilungsspur kann ein Inkrementalsignal gewonnen werden, das in Verbindung mit der absoluten Positionsbestimmung über die Teilungsspur 40 eine hochauflösende Drehwinkelbestimmung ermöglicht.

Die in Fig. 3 dargestellte Multiturn-Abtasteinrichtung 6 umfasst eine aus zwei Erreger- Elementen EW₁, EW₂ bestehende Einrichtung zur Erzeugung eines homogenen elektromagnetischen Erregerfeldes sowie eine der Teilungsspur 40 gemäß Fig. 2 zugeordnete Sensorspur 63, die ebenfalls kreisförmig ausgebildet und zusammen mit den Erreger-Elementen EW₁, EW₂ auf der Multiturn-Abtastplatine 7 gemäß Fig. 1 angeordnet ist.

Die Erreger-Elemente EW₁, EW₂ erzeugen ein möglichst homogenes elektromagnetisches Erregerfeld im Bereich einer Sensorspur 63 und sind als Leiterbahnen 61, 62 ausgebildet, die jeweils mehrere planparallel auf der Multiturn-Abtastplatine 7 angeordnete, stromdurchflossene Leiterbahnen umfassen. Werden die Leiterbahnen eines Erreger- Elementes EW₁, EW₂ in derselben Richtung von Strom durchflossen, so bildet sich um jedes Erreger-Element EW₁, EW₂ ein schlauch- bzw. zylinderförmig orientiertes elektromagnetisches Feld aus, dessen Feldlinien in Form konzentrischer Kreise um die Leiterbahnen 61, 62 verlaufen. Wird die Stromrichtung der an die Sensorspur 63 angrenzenden Erreger-Elemente EW₁, EW₂ jeweils entgegengesetzt gewählt, so sind die Feldlinien im Bereich der Sensorspur 63 identisch orientiert. Die Versorgung der Leiterbahnen 61, 62 der Erreger-Elemente EW₁, EW₂ erfolgt über einen Versorgungsspannungsabgriff U_E.

Die der Teilungsspur 40 zugeordnete Sensorspur 63 besteht aus zwei flach ausgebildeten Sensorwicklungen SW_A und SW_B, die über den Umfang der Sensorspur 63 jeweils eine einzige Signalperiode bei der Abtastung liefern. Die beiden Sensorwicklungen SW_A und SW_B sind relativ zueinander versetzt auf der Multiturn-Abtastplatine 7 angeordnet, so dass ausgangsseitig bei der Abtastung der Teilungsstruktur TS gemäß Fig. 2 zwei sinusförmige Ausgangssignale A und B resultieren, die einen Phasenversatz von 90° zueinander aufweisen. Beide Ausgangssignale A und B liefern ein eindeutig-absolutes Positionssignal innerhalb einer Umdrehung der betreffenden Getriebestufe des Untersetzungsgetriebes 5 gemäß Fig. 1 und damit ein Signal für ein vorgegebenes Vielfaches der Umdrehungen der rotierenden Welle 2. Über eine an sich bekannte Auswertung der um 90° phasenversetzten Signale A und B ist zudem eine Richtungserkennung bei der Drehbewegung gewährleistet.

Ist die Teilungsstruktur TS gemäß Fig. 2 zusätzlich zu den beiden halbkreisförmigen Teilungsbereichen T_L und T_N mit einer zweiten Teilungsspur mit einer Vielzahl elektrisch leitfähiger Teilungsbereiche und dazwischen angeordneter elektrisch nichtleitfähiger Teilungsbereiche versehen, so wird zur hochauflösenden Drehwinkelbestimmung dieser zweiten Teilungsspur eine ebenfalls kreisförmig ausgebildete und konzentrisch zur Sensorspur 63 angeordnete weitere Sensorspur vorgesehen, die ebenfalls zwei flache Sensorwicklungen aufweist, zwischen denen ein Relativ-Versatz vorgesehen ist, so dass ausgangsseitig zwei um 90° phasenversetzte Abtastsignale resultieren.

Eine mit zwei Teilungsspuren sowie zwei Sensorspuren zur hochauflösenden Drehwinkelbestimmung geeignete Multiturn-Erfassungseinrichtung kann analog zu der aus der DE 197 51 853 A1 bekannten Abtasteinrichtung für eine Positionsmesseinrichtung ausgebildet sein.

Die Ausgangssignale der Singleturn-Erfassungseinrichtung 3 und der Multiturn- Erfassungseinrichtung 4 werden an eine auf einer Auswerteplatine angeordnete Auswerteinheit 9 abgegeben, die sowohl die absolute Winkelposition der rotierenden Welle 2 gemäß Fig. 1 innerhalb einer Wellenumdrehung als auch die Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen bestimmt und an eine Anzeigeeinrichtung und/oder eine Folgeelektronik abgibt.

In der Ausführungsform des Drehwinkel-Messgerätes 1 gemäß Fig. 1 ist eine zusätzliche Abtastplatine 7 für die Multiturn-Erfassungseinrichtung 4 vorgesehen, die zusammen mit dem Untersetzungsgetriebe 5 auf der einen Seite der Auswerteinheit 9 angeordnet ist, auf deren anderer Seite die Singleturn-Erfassungseinrichtung 3 mit der Singleturn- Teilungseinrichtung 30 und der Singleturn-Abtasteinrichtung 31 positioniert ist.

Fig. 4 zeigt ein Drehwinkel-Messgerät 1', das analog zu der Ausführungsform eines Drehwinkel-Messgerätes 1 gemäß Fig. 1 ein Messgerät-Gehäuse 10 umfasst, in das eine rotierende Welle 2 hineinragt. Die rotierende Welle 2 ist mit einer Singleturn- Teilungseinrichtung 30' und einer Singleturn-Abtasteinrichtung 31' sowie mit einem Untersetzungsgetriebe 5' verbunden, das ebenfalls mehrere Getriebestufen aufweist, denen jeweils eine auf einer Teilungsplatine 50' angeordnete Teilungsstruktur zugeordnet ist.

Im Unterschied zu der Ausgestaltung des Drehwinkel-Messgerätes 1 gemäß Fig. 1 ist jedoch in der Ausführungsform des Drehwinkel-Messgerätes 1' gemäß Fig. 4 die Singleturn-Abtasteinrichtung 31' zusammen mit der Multiturn-Abtasteinrichtung 6' auf einer gemeinsamen Abtastplatine 8 angeordnet, wobei die Singleturn-Abtasteinrichtung 31' auf der Seite der Singleturn-Teilungseinrichtung bzw. -platine 30' und die Multiturn- Abtasteinrichtung 6' auf der Seite des Untersetzungsgetriebes 5' angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist die Auswerteplatine mit der darauf angeordneten Auswerteinheit 9 nicht zwischen der Singleturn-Abtasteinrichtung 31' und der Multiturn-Abtasteinrichtung 6', sondern im Bereich der Gehäuseöffnung des Messgerät-Gehäuses 10 angeordnet. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Kontaktierung zwischen der Auswerteplatine und der die Singleturn- und Multiturn-Abtasteinrichtungen 31', 6' tragenden Abtastplatine 8 nur einmal erforderlich ist.

Alternativ zu den vorstehend anhand der Fig. 1 bis 4 dargestellten Drehwinkel- Messgeräte 1 und 1' kann ein in Fig. 5 dargestelltes Drehwinkel-Messgerät 1" mit einer Multiturn-Erfassungseinrichtung 4" versehen werden, bei der die Getriebezahnräder des Untersetzungsgetriebes 5" axial gestuft angeordnet sind, so dass eine größere axiale Länge der Multiturn-Abtasteinrichtung 4" und damit des Drehwinkel-Messgerätes 1" gegeben ist, das aber einen kleineren Durchmesser aufweist als die vorstehend in den Fig. 1 und 4 dargestellten und beschriebenen Drehwinkel-Messgeräte 1 und 1'.

In dieser Ausführungsform eines Drehwinkel-Messgerätes 1" weist das Untersetzungsgetriebe 5" drei Getriebestufen 51", 52" und 53" auf, die die Umdrehungen der rotierenden Welle 2 gemäß Fig. 1 in jeder Stufe beispielsweise 16-fach unterteilen und somit 4.096 Umdrehungen darstellen. Ein Eingangs-Zahnrad 54 der ersten Getriebestufe 51" ist beispielsweise mit einem mit der rotierenden Welle 2 gemäß Fig. 1 verbundenen Zahnrad gekoppelt und überträgt die Wellenrotation über ein mit ihm axial verbundenen Zahnrad mit kleinerem Durchmesser auf ein Erfassungs-Zahnrad 55 der ersten Getriebestufe 51", dessen Drehbewegungen wiederum über miteinander kämmende Zahnräder der zweiten Getriebestufe 52" auf ein Erfassungs-Zahnrad 56 der zweiten Getriebestufe 52" übertragen werden. Schließlich werden die Drehbewegungen des Erfassungs-Zahnrades 56 der zweiten Getriebestufe 52" über miteinander kämmende Zahnräder auf ein Erfassungs- Zahnrad 57 der dritten Getriebestufe 53" übertragen.

Jedem Erfassungs-Zahnrad 55, 56, 57 der drei Getriebestufen 51", 52", 53" ist eine Teilungsstruktur und eine induktive Multiturn-Abtasteinrichtung mit Abtastplatinen 71, 72, 73 mit 90° zueinander versetzten Sensorsignalen wie vorstehend beschrieben zugeordnet, die entsprechende Sinus- und Cosinus-Signale liefern. So ist für jede Getriebestufe 51", 52" und 53" über eine arctan-Berechnung die Winkelinformation jeder Untersetzungsstufe erhältlich.

Auch in dieser Anordnung des Drehwinkel-Messgerätes 1" kann zur Steigerung der Genauigkeit für eine hochauflösende Drehwinkelbestimmung jeder Getriebestufe 51", 52" und 53" noch eine Inkrementalspur zur Feinteilung zugeordnet werden.

Die Teilungsstruktur kann in allen drei vorstehend beschriebenen Ausführungsformen von Drehwinkel-Messgeräten 1, 1', 1" als passive, mit Kupfer beschichtete Platine, als strukturierte Metallscheibe oder als teilweise metallisiertes Kunststoffteil ausgeführt werden, die mit dem jeweiligen Erfassungs-Zahnrad der einzelnen Getriebestufen verbunden bzw. auf den Erfassungs-Zahnrädern der Getriebestufen ausgebildet sind. Die Teilung bzw. Massverkörperung kann im Zweikomponenten-Spritzgießverfahren, im Spritzgießverfahren mit Einlegeteilen oder durch Beschichten eines Grundkörpers hergestellt werden. Der Grundkörper kann auch komplett aus Metall oder leitendem Kunststoff bestehen und die Teilung durch Höhenabstufung oder durch Löcher ausbilden.

Wird die Multiturn-Abtasteinrichtung 4, 4', 4" entsprechend den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen von Drehwinkel-Messgeräten mit einer Singleturn- Erfassungseinrichtung innerhalb eines Messgerät-Gehäuses kombiniert, die ebenfalls auf dem Prinzip einer induktiven Abtastung beruht, so werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Singleturn-Abtasteinrichtung und die Multiturn- Abtasteinrichtung mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen beaufschlagt, um eine ungewollte gegenseitige Beeinflussung der Abtasteinrichtungen, die gekapselt in einem Messgerät-Gehäuse angeordnet sind, zu verhindern. Die beiden Trägerfrequenzen müssen dabei so unterschiedlich sein, dass die gegenseitigen Einflüsse nach einer entsprechenden Bandpassfilterung jeweils vernachlässigbar sind.

Die Erreger-Elemente und Sensorwicklungen können in räumlicher Gestalt direkt in einem Kunststoffgetriebegehäuse des Messgerät-Gehäuses aufgebracht werden, wobei die Teilung in Kreisform oder zylinderförmig ausgeführt werden kann. Bei einer zylinderförmigen Ausführung der Teilung (Trommelteilung) entfällt die bei ebener Teilung auftretende Empfindlichkeit der Abtastung hinsichtlich des Abstandes von Teilungsstruktur und Abtaststruktur. Bei einer zylinderförmigen Abtaststruktur kann ein flexibler Leiter, der die Erreger- und Sensorspuren trägt, am Kunststoffgehäuse des Messgerätegehäuses trommelförmig angeklebt werden.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Auswerteinheit für eine Multiturn- Erfassungseinrichtung mit dreifacher Untersetzung der Umdrehungen der rotierenden Welle 2 gemäß Fig. 1, d. h. für eine Multiturn-Erfassungseinrichtung mit drei Getriebestufen.

Da es nicht erforderlich ist, für jede Getriebestufe eine Auswerteinheit vorzusehen, werden in der bevorzugten Ausführungsform die einzelnen Getriebestufen nacheinander über eine Multiplexeinrichtung 11 von derselben Elektronik ausgewertet, wobei bei einer Berechnungszeit von ca. 50 µs je Teilungs- und Sensorspur und einer maximalen Drehzahl der rotierenden Welle von 12.000 Umdrehungen pro Minute eine sichere Verknüpfung der Spuren, die beispielsweise jeweils im Verhältnis 1/16 untersetzt sind, auch bei nicht zeitgleicher Messwerterfassung aller Spuren gewährleistet ist.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 6 sind die um 90° phasenversetzten Sensorspuren A bis F der einzelnen Sensorspuren, d. h. die Ausgänge der Sensorwicklungen SWA und SWg gemäß Fig. 3 mit den Eingängen der Multiplexeinrichtung 11 verbunden, die ausgangsseitig ein 0°-Signal und ein 90°-Signal an nachgeschaltete Hochfrequenz- Verstärker 12, 13 abgibt. Die Hochfrequenz-Verstärker 12, 13 sind mit jeweils einem Demodulator 14, 15 verbunden, die ausgangsseitig wiederum an die Eingänge zweier Niederfrequenz-Verstärker 16, 17 angeschlossen sind. Die Ausgangssignale der Niederfrequenz-Verstärker 16, 17 sind an Eingänge jeweils eines Analog/Digital-Wandlers 18, 19 gelegt, die beispielsweise eine 8-Bit-Analog/Digital-Wandlung vornehmen und ausgangsseitig 0°- und 90°-Analogsignale an eine Einrichtung 20 zur Positionswertberechnung abgeben.

In der Einrichtung zur Positionswertberechnung 20 wird aus den beiden um 90° phasenversetzten Sensorsignalen A bis F (Sinus- und Cosinussignal) eine arctan-Berechnung und Winkelfehlerkorrektur vorgenommen. Dabei kann alternativ ein Signalfeinabgleich oder eine Signalkorrektur durchgeführt werden, um ausreichend genaue Multiturn- Signale zu erhalten.

In dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung zur Positionswertberechnung 20 mit einer Korrekturwerteinrichtung 21 verbunden, die eine Korrekturwertetafel enthält, die beispielsweise in einem EPROM abgelegt sind und Korrekturwerte enthält, die bei der Winkelberechnung für die jeweilige Getriebestufe berücksichtigt werden. Die Korrekturwerte können dabei beim Abgleich ohne Referenzmesssystem aus einer entsprechenden Signalanalyse gewonnen werden.

Der Ausgang der Einrichtung zur Positionswertberechnung 20 ist mit einem Ausgangsglied 23 verbunden, das eine Schnittstelle zu einer Anzeigeeinrichtung oder einer Folgeelektronik darstellt und beispielsweise die Ausgangssignale in einem 15-Bit-Gray-Code abgibt. Eine Timer-Logik 22 steuert die Multiplexabtastung durch Kanalauswahl und ist mit der Multiplexeinrichtung 11, den Analog/Digital-Wandlern 18, 19, der Korrekturwerteinrichtung 21 und dem Ausgangsglied 23 verbunden.

Die einzelnen Bauelemente der in Fig. 6 dargestellten Auswerteeinrichtung können in einem anwendungsspezifischen, integrierten Schaltkreis, einem sogenannten ASIC- bzw. Gatter-Array zusammengefasst werden, das aus einer nichtspezifischen Ansammlung von logischen Gattern mit Grundzellen (Gates) und dazwischenliegenden Verdrahtungskanälen (channeled Gate-Array-Technik) besteht, denen eine Ebene hinzugefügt wird, die die Gatter für die spezifische Funktion der Auswerteinheit verbindet. Auf diese Weise kann die auf einem induktiven Abtastprinzip beruhende, vorstehend beschriebene Multiturn-Erfassungseinrichtung 4, 4', 4" mit einer Singleturn-Abtasteinrichtung verbunden werden, die entweder ebenfalls auf einem induktiven Abtastprinzip oder auf einem optoelektronischen oder magneto-resistiven Abtastprinzip beruht.

Obwohl sich die in der Zeichnung dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele auf ein Drehwinkel-Messgerät mit einem nach dem induktiven Abtastprinzip arbeitenden Multiturn-Drehgeber beziehen, ist die erfindungsgemässe Lösung analog auch auf eine nach dem kapazitiven Abtastprinzip arbeitende Multiturn-Abtasteinrichtung anzuwenden. Bezugszeichenliste 1, 1', 1" Drehwinkel-Messgerät
2 Rotierende Welle
3, 3' Singleturn-Erfassungseinrichtung (Singleturn-Drehgeber)
30 Singleturn-Teilungseinrichtung (Teilungsplatine)
31 Singleturn-Abtasteinrichtung (Abtastplatine)
4, 4', 4" Multiturn-Erfassungseinrichtung (Multiturn-Drehgeber)
40 Teilungsspur
5, 5', 5" Untersetzungsgetriebe
50, 50' Multiturn-Teilungsplatine
51", 52", 53" 1., 2., 3. Getriebestufe
54 Eingangs-Zahnrad
55, 56, 57 Erfassungs-Zahnrad
6, 6' Multiturn-Abtastung
61, 62 Leiterbahn
63 Sensorspur
7 Multiturn-Abtastplatine
71, 72, 73 Abtastplatinen
8 Multiturn/Singleturn-Abtastplatine
9 Auswerte-Einheit
10 Messgerät-Gehäuse
11 Multiplexeinrichtung
12, 13 HF-Verstärker
14, 15 Demodulator
16, 17 NF-Verstärker
18, 19 Analog/Digital-Wandler
20 Einrichtung zur Positionswertberechnung
21 Korrekturwerteinrichtung
22 Timer-Logik
23 Ausgangsglied
A-F Sensorsignale
EW_1,2 Erreger-Elemente
SW_A,,B Sensor-Wicklung
AS Abtaststruktur
TS Teilungsstruktur
T_L;N Elektrisch leitfähiger (nicht leitfähiger) Teilungsbereich

Claims

1. Drehwinkel-Messgerät mit einer Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Winkelposition einer rotierenden Welle innerhalb einer Wellenumdrehung sowie einer Vorrichtung zur Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen mit einem Getriebe mit mindestens einer Getriebestufe zur Umsetzung der Drehbewegung der Welle in eine Drehbewegung mit definiertem Untersetzungsverhältnis, wobei die Getriebestufe mindestens ein Zahnrad umfasst, das sich in einem definierten Verhältnis zur Drehbewegung der Welle dreht, und mit einer Erfassungseinrichtung zur Erzeugung von positionsabhängigen und von der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen abhängigen Sensorsignalen, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (4, 4', 4") der Vorrichtung zur Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen die untersetzten Drehbewegungen der Welle (2) abtastet und eine Teilungsstruktur (TS) mit alternierend elektrisch leitfähigen und elektrisch nicht leitfähigen Teilungsbereichen (T_L, T_N) und eine relativ zur Teilungsstruktur (TS) bewegliche Abtasteinrichtung (AS, 6, 7, 6') mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Erregerfeldes (EW₁, EW₂, 61, 62) und mit einer Sensoreinrichtung (SW_A, SW_B, 63) zur Abtastung der Teilungsstruktur (TS) und Abgabe der von der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen abhängigen Sensorsignale (A-F) aufweist.

2. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (4, 4', 4") der Vorrichtung zur Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen die untersetzten Drehbewegungen der Welle (2) induktiv oder kapazitiv abtastet.

3. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (SW_A, SW_B, 63) mindestens eine Sensorspur (63) mit mindestens zwei gegeneinander phasenverschobenen Sensorwicklungen (SW_A, SW_B) aufweist, die phasenversetzte, periodisch modulierte Sensorsignale (A-F) bei der Relativbewegung zwischen der Abtasteinrichtung (6, 7, 6') und der Teilungsstruktur (TS) abgeben und dass die Einrichtung zur Erzeugung eines möglichst homogenen elektromagnetischen Erregerfeldes (EW₁, EW₂, 61, 62) beidseitig der Sensorspur (63) angeordnete Erreger-Elemente (EW₁, EW₂) aufweist, die im Bereich der Sensorspur (63) das möglichst homogene elektromagnetische Feld ausbilden.

4. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erreger-Elemente (EW₁, EW₂) eine stromdurchflossene Leiterbahn oder mehrere parallel zueinander angeordnete stromdurchflossene Leiterbahnen(61, 62) aufweisen, und dass die Leiterbahnen (61, 62) der Erreger-Elemente (EW₁, EW₂) so verschaltet sind, dass die Stromrichtung in den beidseitig der Sensorspur (63) angeordneten Leiterbahnen (61, 62) gegensinnig orientiert ist.

5. Drehwinkel-Messgerät nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsstruktur (TS) auf einer kreisförmigen Teilungsplatine (50, 50') angeordnet ist und eine erste, kreisförmig ausgebildete Teilungsspur (40) aufweist, die aus einem elektrisch leitfähigen Kreissegment (T_L) und einem elektrisch nicht leitfähigen Kreissegment (T_N) besteht, und dass die Abtasteinrichtung (AS, 6, 7, 6') eine auf einer kreisförmigen Abtastplatine (7) angeordnete Abtaststruktur (AS) aufweist, deren Sensoreinrichtung (SW_A, SW_B, 63) die der Teilungsspur (40) zugeordnete Sensorspur (63) enthält, deren Sensorwicklungen (SW_A, SW_B) so ausgebildet sind, dass damit über den erfassbaren Messbereich eine absolute Positionsbestimmung möglich ist.

6. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsstruktur (TS) eine zweite kreisförmig ausgebildete und radial zur ersten Teilungsspur (40) benachbarte Teilungsspur aufweist, die als periodische Abfolge von mehreren elektrisch leitfähigen Teilungsbereichen und elektrisch nicht leitfähigen Teilungsbereichen ausgebildet ist, und dass die Abtasteinrichtung (AS, 6, 7, 6') eine Abtaststruktur aufweist, deren Sensoreinrichtung eine zweite, der zweiten Teilungsspur zugeordnete Sensorspur enthält, deren Sensorwicklung so ausgebildet ist, dass damit eine zusätzliche inkrementale Positionsbestimmung möglich ist.

7. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsstruktur (TS) auf einer mit Kupfer beschichteten Teilungsplatine (50, 50'), einer strukturierten Metallscheibe oder auf einem teilweise metallisierten Kunststoffteil, insbesondere auf einem metallisierten Zahnrad, ausgebildet ist.

8. Drehwinkel-Messgerät nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Winkelposition der rotierenden Welle (2) innerhalb einer Wellenumdrehung eine Erfassungseinrichtung (3, 3') mit einer auf einer Teilungseinrichtung (30, 30') angeordneten Teilungsstruktur und eine auf einer Abtastplatine angeordnete Abtasteinrichtung (31, 31') zur Abgabe von der absoluten Winkelposition der rotierenden Welle (2) innerhalb einer Wellenumdrehung abhängigen Sensorsignalen (A-F) aufweist und dass eine die Ausgangssignale der Vorrichtung (3, 3') zur Bestimmung der absoluten Winkelposition der rotierenden Welle (2) innerhalb einer Wellenumdrehung und die Sensorsignale (A-F) der Vorrichtung (4, 4') zur Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen an eine Auswerteinheit (9) abgegeben werden.

9. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungseinrichtung (30, 30') und die Abtasteinrichtung (31, 31') der Vorrichtung (3, 3') zur Bestimmung der absoluten Winkelposition der rotierenden Welle (2) innerhalb einer Wellenumdrehung und die Auswerteinheit (9) koaxial zur Welle (2) angeordnet sind.

10. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungseinrichtung (30) und die Abtasteinrichtung (31) der Vorrichtung (3) zur Bestimmung der absoluten Winkelposition der rotierenden Welle (2) innerhalb einer Wellenumdrehung auf der einen Seite der Auswerteeinrichtung (9) und die Teilungseinrichtung (T; 50) und Abtasteinrichtung (6, 7) der Vorrichtung (4) zur Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen auf der anderen Seite der Auswerteinheit (9) angeordnet sind.

11. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinrichtung (31') der Vorrichtung (3') zur Bestimmung der absoluten Winkelposition der rotierenden Welle (2) innerhalb einer Wellenumdrehung und die Abtasteinrichtung (6') der Vorrichtung (4') zur Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen auf beiden Seiten einer gemeinsamen Abtastplatine (8) gegenüber den jeweiligen, den Abtasteinrichtungen (31', 6') zugeordneten Teilungseinrichtungen (30'; T, 50') angeordnet sind.

12. Drehwinkel-Messgerät nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsstruktur auf der Mantelfläche eines zylinderförmigen Körpers angeordnet ist und eine erste Teilungsspur aufweist, die aus einem elektrisch leitfähigen und einem elektrisch nicht leitfähigen Zylindermantelabschnitt besteht, und dass die Abtasteinrichtung eine auf einem zylinderförmigen Gehäuse angeordnete Abtaststruktur, deren Sensoreinrichtung eine der Teilungsstruktur zugeordnete Sensorspur enthält, deren auf der Zylindermantelfläche abgewickelte Sensorwicklungen so ausgebildet sind, dass damit über den erfassbaren Messbereich eine absolute Positionsbestimmung möglich ist.

13. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsstruktur eine zweite axial zur ersten Teilungsspur benachbarte Teilungsspur aufweist, die als periodische Abfolge von mehreren elektrisch leitfähigen Teilungsbereichen und elektrisch nicht leitfähigen Teilungsbereichen ausgebildet ist, und dass die Abtasteinrichtung eine auf dem zylinderförmigen Gehäuse angeordnete Abtaststruktur aufweist, deren Sensoreinrichtung eine der Teilungsstruktur zugeordnete zweite Sensorspur enthält, deren auf der Zylindermantelfläche abgewickelte Sensorwicklungen so ausgebildet sind, dass damit eine zusätzliche inkrementale Positionsbestimmung möglich ist.

14. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsstruktur auf einem mit Kupfer beschichteten zylindrischen Körper, einem strukturierten Metallzylinder oder auf der Mantel- oder umfangsfläche eines teilweise metallisierten Kunststoffteils, insbesondere auf einem metallisierten Zahnrad ausgebildet ist.

15. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 7 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Massverkörperung der Teilungsstruktur (TS) im Zweikomponenten- Spritzgussverfahren, im Spritzgießverfahren mit Einlegeteilen oder durch Beschichten eines Grundkörpers gefertigt ist.

16. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Massverkörperung der Teilungsstruktur (TS) aus einem metallischen Werkstoff oder einem leitenden Kunststoff besteht und dass die Teilungsstruktur (TS) durch Höhenabstufung oder Ausnehmungen (Löcher) gebildet ist.

17. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorwicklungen (SW_A, SW_B) auf einem flexiblen Leiter angeordnet sind, der an der Mantelfläche des zylinderförmigen Gehäuses radial umlaufend, vorzugsweise durch Kleben, befestigt ist.

18. Drehwinkel-Messgerät nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4, 4', 4") zur Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen mehrere Getriebestufen (51", 52", 53") zur definierten Untersetzung der Drehbewegungen der Welle (2) aufweist, dass die Erreger-Elemente (EW₁, EW₂) der Vorrichtung (4, 4', 4") zur Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen mit den Getriebestufen (51", 52", 53") zugeordneten Erregersignalen beaufschlagt sind, die auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert sind, und dass die Erreger-Elemente der Vorrichtung (3, 3') zur Bestimmung der absoluten Winkelposition der rotierenden Welle (2) innerhalb einer Wellenumdrehung mit Erregersignalen gespeist werden, die auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert sind, die sich von der Trägerfrequenz zur Beaufschlagung der Erreger-Elemente (EW₁, EW₂) der Vorrichtung (4, 4', 4") zur Bestimmung der Anzahl erfolgter Wellenumdrehungen unterscheidet.

19. Messgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die den Getriebestufen (51", 52", 53") zugeordneten Erreger-Elemente von einem gemeinsamen Erregerschwingkreis gespeist werden.

20. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinrichtungen (6, 6') der einzelnen Getriebestufen (51", 52", 53") über eine Multiplex-Einrichtung (11) mit einer gemeinsamen Auswerteinheit (12-23) verbunden sind.

21. Drehwinkel-Messgerät nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwei um 90° zueinander versetzte, hochfrequent modulierte Sensorsignale (A-F) von den den Getriebestufen (51", 52", 53") zugeordneten Abtasteinrichtungen (6, 6') verstärkt, gefiltert und demoduliert werden, und dass die niederfrequenten Sensorsignale (A-F) verstärkt und über je einen Analog/Digitalwandler(18, 19) an eine Einrichtung zur Positionswertberechnung (20) abgegeben werden, die ein kodiertes Ausgangssignal an eine Anzeigeeinrichtung und/oder Folgeelektronik (23) abgibt.

22. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einrichtung zur Positionswertberechnung (20) ein Abgleich mit einer Korrekturwertetabelle vorgenommen wird.

23. Drehwinkel-Messgerät nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplexeinrichtung (11), die Analog/Digitalwandler (18, 19), eine die Korrekturwertetabelle speichernde Einrichtung (21) und die Anzeigeeinrichtung und/oder Folgeelektronik (23) mit einem von einem Taktgeber (22) abgegebenen Taktsignal beaufschlagt sind.