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Die Erfindung betrifft eine Spulenanordnung, insbesondere für berührungslose Wegaufnehmer bzw. Wegmesssensoren mit elektromagnetischem Wirkprinzip, mit einem Kern oder Kernrohr, einer Messspule und einer Kompensationsspule, wobei die Messspule und die Kompensationsspule auf den Kern bzw. auf das Kernrohr gewickelt sind.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Begriff „Kern” im weitesten Sinne zu verstehen ist. Es kann sich dabei im Rahmen der planaren Spulentechnologie auch um eine Schicht handeln, um die planare Spulen, bspw. in übereinanderliegenden Lagen einer Multi-Layer-Leiterplatte, angeordnet sind.
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Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf ein vorzugsweise asymmetrisches Spulensystem für berührungslose Wegaufnehmer, die nach einem elektromagnetischen Wirkungsprinzip arbeiten. Grundsätzlich kommen hier zwei aus der Praxis bekannte Ausführungsformen induktiver Sensoren in Frage, nämlich sog. Wegaufnehmer, bei denen das Messobjekt ein verschiebbarer „Schirm” zur sog. Außenmessung ist oder wonach der Wegaufnehmer einen beweglichen Kern zur sog. Innenmessung umfasst. Das Messprinzip mit einem beweglichen Kern wird auch „Tauchankerprinzip” genannt.
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Asymmetrische Spulensysteme haben üblicherweise ein äußerst günstiges Verhältnis von Baulänge des Sensors zum Messweg. Solche Spulensysteme werden daher bevorzugt für die Erfassung langer Messwege verwendet.
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Asymmetrische Spulensysteme eigenen sich jedoch nicht nur für längere Messwege, bspw. mit mehr als 100 mm, lassen sich vielmehr auch unter Nutzung des Tauchankerprinzips für Messbereiche ab ca. 20 mm einsetzen. Insoweit sind berührungslose Wegmesssensoren mit asymmetrischen Spulensystemen für unterschiedlichste Anwendungen interessant.
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Aus der
DE 2 025 734 A ist ein Messumformer bekannt. Genauer gesagt ist aus dieser Druckschrift ein Wirbelstromgeber mit einer Messspule bekannt, die von einem feststehenden Leiter (Gehäuserohr Messspule) mit geringer elektrischer Leitfähigkeit umgeben ist. Ein zweiter, beweglicher Leiter (Messobjekt Sensor) verfügt über eine höhere elektrische Leitfähigkeit und hat eine mit der Spule in Abhängigkeit vom Messwert variable Kopplung. Der bekannte Wirbelstromgeber setzt voraus, dass die Spulenimpedanz einen praktisch rein ohmschen Anteil hat. Dem entsprechend ist die üblicherweise vorhandene induktive Komponente zu unterdrücken. Um dies zu realisieren ist es notwendig, zur Bewicklung der Messspule einen Widerstandsdraht mit möglichst geringem Temperaturkoeffizienten zu verwenden, bspw. einen Manganindraht.
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Bei dem Wirbelstromgeber und dem dort realisierten Messprinzip ist die geringe Empfindlichkeit des Messsignals in Bezug auf das Einwirken des beweglichen Leiters nachteilig. Dieser Nachteil ist zurückzuführen auf den hohen Gleichstromwiderstand der Messspule, der eine wichtige Voraussetzung für die grundsätzliche Funktion dieser Anordnung darstellt. Dies hat wiederum Auswirkungen auf die erreichbare Temperaturstabilität des Systems, die nur geringen Anforderungen genügt. Außerdem ist zur praktischen Umsetzung des aus der
DE 2 025 734 A bekannten Wirbelstromgebers eine aufwendige Fertigung erforderlich.
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Im Konkreten wird die Verwendung von mehreren temperaturabhängigen Kompensationswiderständen zur Bestimmung der Oberflächentemperatur an den unterschiedlichen Komponenten des Systems vorgeschlagen. Mit dieser Maßnahme soll eine hinreichend gute Temperaturkompensation des gesamten Systems möglich sein.
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Des Weiteren ist die Verwendung von Widerstandsdraht, z. B. Manganin, zur Herstellung der Messspule problematisch, da sich ein solcher Widerstandsdraht schwieriger als üblicherweise verwendetes Kupfer wickeln lässt.
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Zur weiterreichenden Temperaturkompensation ist auch bereits eine zusätzliche Wicklung vorgeschlagen, die auf die Messspule aufgebracht ist. Dazu ist jedoch die Verwendung eines weiteren Werkstoffs erforderlich, der einen hohen spezifischen Widerstand und einen entsprechend hohen Temperaturkoeffizienten aufweisen muss. Dies ist abermals aufwändig.
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Aus der
DE 198 32 854 C2 ist ein Verfahren zum Messen linearer Verschiebungen mit einem Primärumformer und einem Messverstärker bekannt. Der Primärumformer weist neben der eigentlichen Messwicklung eine Zusatzwicklung auf. Dies soll einen Fehler mindern oder gar eliminieren, der durch den Einfluss äußerer Faktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit, etc. auftritt. Dabei umfassen die Windungen der Messwicklung den zentralen Kern in Querrichtung, während die Windungen der Zusatzwicklung den Kern in Längsrichtung umfassen. Unter Zugrundelegung einer solchen Bewicklungstechnik wird sichergestellt, dass die elektrischen Parameter der Zusatzwicklung nicht von der Lage des Messobjekts abhängig sind.
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Bei dem aus der
DE 198 32 854 C2 bekannten Konzept ist nachteilig, dass für den Kern zur Aufnahme von Mess- und Zusatzwicklung ein Material mit ferromagnetischen Eigenschaften erforderlich ist. Dieses Material muss eine zentrale Axialbohrung für die Durchführung der Windungen der Zusatzwicklung haben.
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Neben den konstruktiven Anforderungen an den Kern sind weitere Merkmale maßgebend, nämlich Qualitätsmerkmale wie bspw. Streuungen der elektromagnetischen Eigenschaften des Kernmaterials. Halbzeuge, die die zuvor genannten Kriterien halbwegs zufriedenstellend erfüllen, sind schwer erhältlich, auf jeden Fall teuer.
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Des Weiteren ist die Erzeugung der Zusatzwicklung aufwändig, da eine Automatisierung mit vertretbarem Aufwand nicht möglich ist. Aus funktionellen bzw. fertigungstechnischen Gründen müssen Messwicklung und Zusatzwicklung üblicherweise mit zusätzlichen Wickeldrähten ausgeführt werden. Folglich beschränkt sich die Anwendung des bekannten Verfahrens auf kleinere bis mittlere Stückzahlen. Eine Realisierung in Großserie ist wirtschaftlich nicht darstellbar.
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Aus der
EP 0 875 734 A1 ist ein induktiver Wegaufnehmer in Halb- oder Vollbrückenschaltung bekannt. Bei diesem Wegaufnehmer ist die aktive induktive Tauchspule in einer ¼-Brücke angeordnet. Die anderen ¼-Brückenzweige können als passive ohmsche Widerstände ausgeführt sein.
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Zur Kompensation der Nichtlinearität der aus der
EP 0 875 734 A1 bekannten Schaltungsanordnung ist eine inhomogene Bewicklung der Messspule vorgesehen, bei der die Windungszahl pro Längeneinheit der Tauchspule in Richtung der Eintauchtiefe stetig oder abschnittsweise in Stufen erhöht ist. Bei diesem Konzept ist die inhomogene Spulenbewicklung nachteilig. Eine Realisierung einer hier erforderlichen Wickeltechnik ist fertigungstechnisch aufwändig und lässt sich ausschließlich mit programmierbaren Wickelmaschinen durchführen. Weiterhin ist es bei dieser Wickeltechnik schwierig, eine gegenüber der konventionellen homogenen Wickeltechnik vergleichbare reproduzierbare Spulenqualität in Serienproduktion zu erreichen. Dies führt zu einer Erhöhung der Streuung und damit zu Qualitätseinbußen in der Sensorfertigung.
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Außerdem lässt sich aus der
EP 0 875 734 A1 folgern, dass für die Kompensationswicklung nicht der gleiche Wickeldraht bzw. die gleiche Herstelltechnologie Verwendung finden kann wie für die Messwicklung. Entsprechend hergestellte Spulensysteme können somit nicht mit üblichem, gleichbleibendem und durchgehendem Fertigungsprozess hergestellt werden. Dies vergrößert die Komplexität des Fertigungsprozesses und führt abermals zu einer Erhöhung der Herstellkosten.
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Aus der
DE 101 30 615 C2 , insbesondere
2 und
3, ist eine ähnliche Spulenanordnung bekannt, wobei dort elektrische Leiter in Anschlusselementen als Spulensysteme definiert sind. Jedes Spulensystem besteht aus zwei koaxial angeordneten und in Reihe geschalteten Spulen, die gegensinnige Wicklungen aufweisen.
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Die
DE 100 00 272 C2 zeigt insbesondere mit
3 einen induktiven Abstandssensor, wobei dort als temperatuabhängige Widerstände mindestens zwei Spulen oder Wicklungen vorgesehen sind. Diese sind derart geschaltet, dass sich deren Induktivitäten aufheben, wobei alle Spulen technisch gleichartig sind.
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Aus der
DE 1 013 878 A ist für sich gesehen eine Längenmessvorrichtung mit induktiver Übertragung der Messwerte bekannt. Ineinanderliegende Induktionsspulen sind dort vorgesehen, wobei diese wiederum mit linearer Steigung gewickelt sind.
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Die
DE 10 2006 061 711 A1 zeigt einen magnetischen Wegsensor mit linearer Kennlinie des Ausgangssignals. Auch dort ist eine Spule mit mindestens zwei übereinanderliegenden Wicklungslagen vorgesehen, wobei ein Permanentmagnet in Längsrichtung der Spulen verfahrbar ist.
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Die
DE 36 10 479 A1 zeigt einen magnetischen Wegsensor, bei dem zwei Erregerspulen gleichsinnig magnetisiert werden. Zwischen den Erregerspulen ist eine Sekundärspule vorgesehen.
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Die zuvor erörterten Spulenanordnungen haben die gleichen Nachteile wie die Spulenanordnungen aus der
DE 20 25 734 A und
EP 0 875 734 A1 . Dies gilt insbesondere in Bezug auf die Temperaturstabilität wie auch das elektrische Störverhalten.
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Im Lichte der voranstehenden Ausführungen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spulenanordnung der gattungsbildenden Art und einen Sensor, insbesondere einen berührungslos arbeitenden Wegaufnehmer mit einer entsprechenden Spulenanordnung anzugeben, bei dem die im Stand der Technik auftretenden Nachteile eliminiert, zumindest aber ganz erheblich reduziert sind. Die Spulenanordnung soll die Herstellung eines Messwertgebers von hoher Qualität ermöglichen. Notwendige Temperaturstabilität soll gewährleistet sein. Das elektrische Störverhalten, wie es üblicherweise bei asymmetrischen Spulensystemen auftritt, gilt es zu verbessern. Schließlich soll eine automatische Fertigung bei gegenüber dem Stand der Technik reduzierten Fertigungskosten möglich sein.
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Die voranstehende Aufgabe ist in Bezug auf die erfindungsgemäße Spulenanordnung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die gattungsbildende Spulenanordnung dadurch gekennzeichnet, dass die Messspule einlagig oder mehrlagig und die Kompensationsspule mindestens zweilagig mit gegensinniger Wicklung ausgeführt ist, wobei die Lagen zumindest teilweise übereinander angeordnet sind.
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Der erfindungsgemäße Sensor löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 15, wonach eine erfindungsgemäße Spulenanordnung zum Einsatz kommt.
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Erfindungsgemäß lassen sich grundsätzlich zwei unterschiedliche Spulenkonzepte realisieren, nämlich zur Herstellung eines Sensors mit „beweglichem Schirm” und zur Herstellung eines Sensors mit beweglichem Kern, nämlich mit einem sog. Tauchanker.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform mit „beweglichem Schirm” sind die Messspule und die Kompensationsspule auf einen gegenüber den Spulen unbeweglichen Kern gewickelt. Zur Aufnahme der Wicklungen können eine ausgeprägte Hauptkammer und eine Nebenkammer mit einer deutlich geringeren axialen Ausdehnung vorgesehen sein. Die Hauptkammer befindet sich in weiter vorteilhafter Weise innerhalb des Aktionsbereichs des Messobjekts, während die Nebenkammer außerhalb des Aktionsbereichs liegt.
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Das Spulensystem kann bspw. eine Messspule und eine dreiteilige Kompensationsspule umfassen. In der Hauptkammer können sich drei identische Wicklungslagen befinden, wobei jede Wicklungslage gegensinnig zu der darunter liegenden Wicklungslage ausgeführt ist. Die unterste Wicklungslage in der Hauptkammer kann die Messspule darstellen, wobei die beiden darüber liegenden Wicklungslagen der Hauptkammer zwei Teile einer dreiteiligen Kompensationsspule sein können. Der dritte Teil der Kompensationsspule ist im Rahmen einer solchen Ausgestaltung in der Nebenkammer ausgebildet, wobei die Kompensationsspule in der Nebenkammer wiederum aus drei Wicklungslagen bestehen kann, die allesamt den gleichen Wicklungssinn wie die Messspule in der Hauptkammer haben.
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Im Rahmen der zuvor erörterten Ausführungsform erfolgt die Bewicklung von Mess- und Kompensationsspule in konventioneller Bewicklungstechnik, wobei die Windungen vorzugsweise abstandsfrei nebeneinander liegen.
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Außerdem hat das Spulensystem nach außen drei Anschlüsse. Neben dem Wicklungsanfang (Messspule) und dem Wicklungsende wird zwischen dem Ende der Messspule und dem Beginn der Kompensationsspule ein gemeiner Anschlussdraht ausgeführt.
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Für die Funktionsfähigkeit des Spulensystems ist das zuvor erörterte Prinzip der gleich- und gegensinnigen Teilwicklung von besonderer Bedeutung. Mit der erfindungsgemäßen Spulenanordnung werden die beiden grundsätzlichen Anforderungen eines asymmetrischen Spulenssystems erfüllt, wonach
- – das Messobjekt keine Rückwirkung auf die Kompensationsspule haben darf und
- – die Kompensationsspule keine Rückwirkung auf die Messspule haben darf.
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Die erste Bedingung ist erfüllt, wenn die beiden Wicklungslagen der Kompensationsspule in der Hauptkammer gegensinnig zueinander gewickelt sind. Dabei wird der induktive Anteil der beiden Teilspulen nach außen vollständig unterdrückt. Das Messobjekt hat somit keinen Einfluss auf die Kompensationsspule.
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Die zweite Bedingung ist dadurch erfüllt, wenn die Messspule gegensinnig zur darüber liegenden Wicklungslage der Kompensationsspule gewickelt ist. Damit wird der Einfluss einer kapazitiven Kopplung zwischen Mess- und Kompensationsspule vermieden. Beide Spulen arbeiten rückwirkungsfrei.
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Die in der Nebenkammer angeordnete Kompensationsspule ist gleichsinnig zur Messspule gewickelt, wodurch das elektrische Störverhalten des Spulensystems verbessert ist. Die Sensorspule wird konstruktiv derart ausgeführt, dass sich die Nebenkammer innerhalb des Sensorflansches befindet. Somit ist der in der Nebenkammer untergebrachte Teil der Kompensationsspule nach außen abgeschirmt. Außerdem wird kein zusätzlicher Bauraum benötigt. Eine kompakte Bauweise ist realisiert.
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Abweichend von der zuvor erörterten Ausführungsform ist es auch möglich, die Wicklungszahl in der Nebenkammer an die besonderen Anforderungen des jeweiligen Systems anzupassen.
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Im Rahmen einer alternativen Ausführungsform kann die Messspule anstelle in der untersten Wicklungslage auch in der obersten Wicklungslage realisiert sein. Auch ein solches Spulensystem funktioniert im erfindungsgemäßen Sinne. Bei entsprechender Auslegung ist im Gegensatz zu dem zuvor erörterten Beispiel lediglich der Fertigungsablauf bei der Spulenwicklung geändert.
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Sofern es sich bei dem Kern um ein Kernrohr handelt, nämlich zur Realisierung eines sog. Tauchankersystems, lässt sich in erfindungsgemäßer Weise ein Messwertgeber mit beweglichem Kern realisieren. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Messspule in mehrlagiger Ausführung bewickelt wird. Sämtliche Lagen der Messspule haben dabei den gleichen Wicklungssinn. Die erste Lage der Kompensationswicklung wird dann entsprechend gegensinnig zur Messspule gewickelt. Ebenso werden alle weiteren Lagen der Kompensationsspule gegensinnig zur jeweils darunter liegenden Wicklungslage gewickelt, so dass gegensinnig gewickelte Lagen entstehen.
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Auch bei den sog. Tauchankersystemen kann das Wicklungsschema flexibel an die besonderen Anforderungen des jeweiligen Sensors angepasst werden, bspw. in Bezug auf den zur Verfügung stehenden Bauraum.
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Die individuelle Anpassungsmöglichkeit betrifft auch die Anzahl der Wicklungslagen für die Messspule und die Kompensationsspule. Wesentlich ist, dass die Anzahl der Wicklungen der Kompensationsspule immer geradzahlig ist. Aus Gründen der Platzersparnis kann die bei der den „beweglichen Schirm” betreffenden Ausführungsform umfassend erörterte Nebenkammer entfallen, insbesondere aus Platzersparnis bei kürzeren Messbereichen.
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Das erfindungsgemäße Spulenkonzept ermöglicht eine automatische Fertigung. Sowohl die Messspule als auch die Kompensationsspule lassen sich in einem Arbeitsgang mit konventioneller Wickeltechnik realisieren, wobei die Windungen abstandsfrei direkt auf einen zentralen Kern des Messelements aufgewickelt werden. Für beide Spulen – Messspule und Kompensationsspule – lassen sich gleiche Wickeldrähte verwenden, wodurch der Fertigungsaufwand ganz erheblich reduziert ist.
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Außerdem ist es für die erfindungsgemäße Spulenanordnung wesentlich, dass die Mess- und Kompensationsspule völlig unabhängig voneinander arbeiten. Die Position des zu messenden, beweglichen Messobjekts hat keinerlei Einfluss auf die elektrischen Parameter der Kompensationsspule.
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Zur Bewicklung der Spule lässt sich herkömmlicher Kupferdraht verwenden. Aufgrund der hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit des Kupferdrahts ist eine hohe Messempfindlichkeit des Messwertgebers gewährleistet. Wesentlich ist, dass die Qualität des Messwertgebers entscheidend auf den verwendeten Werkstoff des Kernmaterials zurückzuführen ist. Insoweit ist es von besonderer Bedeutung, für den zentralen Kern des Sensorselements ein Vollmaterial, bspw. ein Rundmaterial, zu verwenden.
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Insbesondere bei der den „beweglichen Schirm” betreffenden Ausführungsform kann als Messobjekt bspw. ein Messrohr verwendet werden, das berührungslos über den Sensorstab hinweg bewegbar ist. Das Messrohr kann dabei in etwa die Länge des Sensorstabs haben. Eine exakte konzentrische Führung des Messrohrs ist nicht erforderlich, zumal die eigentliche Messgröße die Überdeckung des Messrohrs auf dem Sensorstab ist.
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Die zuvor erörterte Tauchankerausführung lässt sich ebenfalls unter Zugrundelegung des erfindungsgemäßen Prinzips realisieren, wobei dort die Position eines als Messobjekt dienenden Stößels innerhalb eines Kernrohrs gemessen wird. Der Stößel ist axial im Sensorinneren, d. h. innerhalb des Kernrohrs, bewegbar.
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In erfindungsgemäßer Weise lässt sich eine äußerst kompakte Baulänge realisieren, jedenfalls im Vergleich zu herkömmlichen Sensoren. Die eigentliche Messgröße bei der Tauchankerausführung ist die Eintauchtiefe des Stößels im Sensorstab.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass der Stößel selbst als Halbzeug, bspw. in Form eines Rundstabs, zu verstehen ist. Folglich entfällt eine sonst aufwändige mechanische Verbindung zwischen Kern (Messobjekt) und einer Kernverlängerung. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass sich die erfindungsgemäße Spulenanordnung aufgrund der automatischen Fertigung sehr gut für den Einsatz in Großserien eignet. Eine wirtschaftlich sinnvolle und kostengünstige Fertigung entsprechender Wegmesssensoren ist möglich, wobei solche Sensoren hervorragende technische Daten aufweisen, bspw. eine geringe Nichtlinearität und eine hohe Temperaturstabilität.
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Erfindungsgemäße Spulenanordnungen lassen umfassend sich zur Herstellung von Weg-/Abstandssensoren verwenden. Wesentlich ist dabei das Prinzip der gegensinnigen Wicklungslagen.
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Das hier zugrunde liegende Prinzip lässt sich in vorteilhafter Weise auch in der planaren Spulentechnologie anwenden. Es könnte insbesondere in der Leiterplatten-Technologie zur Anwendung kommen, wonach Messspule und Kompensationsspule als planare Spulen in übereinander liegenden Lagen einer Multi-Layer-Leiterplatte ausgeführt und gemäß dem erfindungsgemäßen Prinzip gegensinnig verschaltet sind.
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Das Messobjekt kann dabei ein Aluminiumplättchen sein, das in einem konstanten Abstand die Planarspule überstreift und dessen axiale Ausdehnung in etwa der Länge der Planarspule entspricht.
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Außerdem eignen sich zur Messung Messobjekte, die die Planarspule von zwei Seiten gabelförmig umschließt. In beiden Fällen ist die Überdeckung der Planarspule durch das Messobjekt die Messgröße.
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In erfindungsgemäßer Weise lassen sich Messwertgeber mit Temperaturkompensation realisieren.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Anspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
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1 in einer schematischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung für Wegaufnehmer mit beweglichem Schirm, wobei zwei Spulenkammern vorgesehen sind, und
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2 in einer schematischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung für Wegaufnehmer mit beweglichem Kern (Tauchanker), wobei die Messspule und die Kompensationsspule in einer einzigen Kammer in Lagen übereinander gewickelt sind.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung am Beispiel einer Sensorausführung mit sog. beweglichem Schirm, der als Messobjekt dient. Das Messobjekt ist in 1 der Einfachheit halber nicht gezeigt.
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Die unterschiedlichen Wicklungslagen sind dort auf einem aus Vollmaterial bestehenden Kern 1 angeordnet, wobei der für die Wicklungen zur Verfügung stehende Raum durch Stegringe 2 in eine Hauptkammer 3 und eine Nebenkammer 4 unterteilt ist.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die unmittelbar auf den Kern 1 gewickelte Wicklungslage 5 die Messspule. Auf der die Messspule bildenden Wicklungslage 5 ist gegensinnig eine Wicklungslage 6 der Kompensationsspule gewickelt. Darauf ist eine weitere Wicklungslage 7 der Kompensationsspule gewickelt, abermals gegenläufig.
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Bei der Realisierung des in 1 gezeigten Konzepts ist wesentlich, dass die beiden Lagen 6, 7 der Kompensationsspule gegensinnig gewickelt sind.
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Alternativ ist es denkbar, dass die äußere Wicklungslage 7 die Messspule bildet, während die darunter gegensinnig gewickelten Lagen 5, 6 die Kompensationsspule bilden. Beide Varianten sind denkbar.
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In der Nebenkammer 4 sind Wicklungslagen 8 der Kompensationsspule vorgesehen, wobei das Wicklungsschema derart ausgelegt ist, dass die Wicklungslagen 8 in der Nebenkammer 4 allesamt gleichsinnig ausgeführt sind, und zwar auch gleichsinnig zur Wicklungslage 5 der Messspule in der Hauptkammer 3. Auch dies ist in 1 angedeutet.
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Für das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel ist wesentlich, dass das Messobjekt keinen Einfluss auf die Kompensationsspule hat. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die beiden Wicklungslagen 6, 7 der Kompensationsspule in der Hauptkammer 3 zueinander gegensinnig gewickelt sind. Damit wird der induktive Anteil der beiden Teilspulen nach außen vollständig unterdrückt und das Messobjekt hat somit keine Wirkung auf die Kompensationsspule.
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Außerdem hat die Kompensationsspule keinen Einfluss auf die Funktion der Messspule. Dies ist dadurch erreicht, dass die Messspule gegensinnig zur darüber liegenden Wicklungslage der Kompensationsspule gewickelt ist. Damit wird der Einfluss einer kapazitiven Kopplung zwischen der Messspule und der Kompensationsspule eliminiert. Beide Spulen arbeiten somit ohne gegenseitigen Einfluss.
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An dieser Stelle sei noch einmal angemerkt, dass die Wicklungslagen 8 der Kompensationsspule in der Nebenkammer gleichsinnig zur Messspule sind. Damit lässt sich das elektrische Störverhalten des Spulensystems ganz erheblich verbessern.
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Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Einkammersystem realisiert, sind nämlich sowohl die Wicklungslagen 9 der Messspule als auch die darüber angeordneten Wicklungslagen 10 der Kompensationsspule in einer Kammer angeordnet, die seitlich durch Stegringe 2 begrenzt ist.
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Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Wicklungsschema zur Realisierung des Tauchankersystems, wonach nämlich die Wicklungslagen 9 der Messspule auf einen Hohlkern 1 übereinander gleichsinnig gewickelt sind. Darüber angeordnet sind vier Wicklungslagen 10 der Kompensationsspule, wobei die erste bzw. unterste Wicklungslage 10 der Kompensationsspule gegen sinnig zur äußeren Wicklungslage 9 der Messspule ausgeführt ist. Darauf folgen weitere Wicklungslagen 10 der Kompensationsspule, jeweils gegensinnig zueinander ausgebildet.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Spülenanordnung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
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Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kern, Hohlkern
- 2
- Stegring
- 3
- Hauptkammer
- 4
- Nebenkammer
- 5
- Wicklungslage (Messspule, 1), Lage
- B
- Wicklungslage (Kompensationsspule, 1), Lage
- 7
- Wicklungslage (Kompensationsspule, 1), Lage
- 8
- Wicklungslage (in Nebenkammer, Kompensationsspule, 1), Lage
- 9
- Wicklungslage der Messspule (2), Lage
- 10
- Wicklungslage der Kompensationsspule (2), Lage