DE10022082C1 - Induktiver Messumformer - Google Patents

Abstract

Ein induktiver Messumformer mit gegeneinander beweglichen Körpern, deren einer (Geberteil 2) wenigstens einen induktiven Geber (6) aufweist, der ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, und deren anderer (Aufnehmerteil 1) einen oder mehrere induktive Aufnehmer aufweist, in den (die) das magnetische Wechselfeld des (der) induktiven Geber(s) (6) eingekoppelt wird, wobei eine elektronische Schaltung (3) zur Versorgung des induktiven Gebers (6) mit einer Wechselspannung und eine Schaltung zur Auswertung der Ausgangsspannungen des Messumformers vorgesehen sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnehmerteil (1) eine geschlossene Leiterschleife (10) aufweist, in welcher der oder die induktiven Geber (6) des Geberteils (2) eine Spannung so induziert(en), dass über die Leiterschleife (10) ein von der Position des Geberteils (2) gegenüber dem Aufnehmerteil (1) abhängiger Spannungsverlauf entsteht, und dass entlang der Leiterschleife (10) Widerstände (11) angeschlossen sind, welche am anderen Ende in Gruppen (12...15) miteinander so verbunden sind, dass Spannungen an den Verbindungsstellen der Widerstandsgruppen abgegriffen werden können, die Funktionen der Position des Geberteils (2) gegenüber dem Aufnehmerteil (1) entsprechen und eine eindeutige Bestimmung der Position ermöglichen, wobei Lage und Wert der Widerstände (11) die Funktionen der Position bestimmen.

Description

Die Anmeldung betrifft einen induktiven Meßumformer zur Bestimmung der Lage eines gegenüber einem Körper beweg­ lichen anderen Körper, von denen der eine Körper mit wenigstens einem induktiven Geberelement, das ein loka­ les Magnetfeld erzeugt, ausgestattet ist und von deren der andere Körper einen induktiven Aufnehmer aufweist, in den das lokale Magnetfeld eingekoppelt wird, und ei­ ner elektronischen Schaltung zur Versorgung des induk­ tiven Geberelements mit einer Wechselspannung und einer Schaltung zur Auswertung der Ausgangsspannungen des Winkelgebers.

Derartige Messumformer werden vorzugsweise als Messum­ former vorzugsweise zur Messung von Winkeln und Wegen eingesetzt.

Zur Umsetzung einer Winkelstellung eines Rotors gegen­ über einem Stator in ein elektrisches Signal ist eine große Zahl von Messverfahren bekannt, die abhängig vom Verwendungszweck sehr unterschiedlich ausgeführt werden können. Als besonders unempfindlich gegen Umweltein­ flüsse hat sich das induktive Messprinzip erwiesen. Im Gegensatz zu den optischen oder kapazitiven Verfahren ist es gegenüber Verschmutzung und Betauung besonders unempfindlich. Ein Verlagerungs-Detektor, der auf dem induktiven Messprinzip beruht geht beispielsweise aus der DE 39 13 861 A1 hervor.

Magnetische Sensoren können durch Fremdfelder oder durch Alterung oder Entmagnetisierung der verwendeten Permanentmagnete beeinflusst werden. Außerdem sind die­ se für Hohlwellensensoren wenig geeignet, weil der Sen­ sor normalerweise im Drehpunkt angeordnet werden muss. Potentiometrische Winkelgeber weisen den Nachteil des Verschleißes an Schleifer und Widerstandsschicht auf.

Bekannt und bewährt sind induktive Winkelgeber, z. B Re­ solver oder Synchros. Durch ihren symmetrischen Aufbau sind letztere verhältnismäßig unempfindlich gegen Ex­ zentrizität. Sie lassen allerdings nur kleine Luftspal­ te zwischen Rotor und Stator zu. Sie sind durch ihren Aufbau bedingt verhältnismäßig teuer, weil hier präzis gefertigte und bewickelte Statoren und Rotoren einen hohen Fertigungs- und Materialaufwand erfordern.

Aus der DE 41 13 745 A1 ist auch ein Aufbau bekannt, bei dem eine zentral gelegene Erregerspule einen auf der Rotorwelle aufgesetzten Ferritschalenkern mit äuße­ ren Schalenhälften unterschiedlichen Außendurchmessers durchflutet, wobei zwischen den äußeren Schalenhälften eine Leiterplatte mit einer Induktionsschleife liegt, an der durch geeignete Abgriffe eine Spannung zur Er­ mittlung der Winkelinformation abgegriffen werden kann. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt hauptsächlich dar­ in, dass der Rotor unsymmetrisch aufgebaut ist, sodass eine Verlagerung des Rotordrehpunkts gegenüber der Mit­ te des Stators zu einem relativ großen Messfehler führt. Daneben ist noch ein Kern erforderlich, der den ganzen Winkelbereich überdeckt. Gerade bei einer Anwen­ dung als Hohlwellensensor wird ein sehr großer und auf­ wendiger Kern benötigt. Die Bestimmung des wirksamen Mittelpunkts eines derartigen Systems ist im Gegensatz zu optischen Systemen wegen der Natur der Ausbreitung der magnetischen Feldlinien in einem derartigen System ziemlich schwierig. Neben einer exakten Platzierung der Leiterplatte ist auch eine genaue Lagerung erforder­ lich.

In vielen Anwendungen ist es nicht oder nur mit großem Aufwand, z. B. zusätzlichen Lagern, möglich, den Rotor exakt auf den Stator auszurichten. In der Praxis treten Exzentrizitäten und Axialverschiebungen von mehr als ±1 mm auf. Bei asymmetrischen Systemen ist es dann notwen­ dig, große Durchmesser vorzusehen, was häufig zu erheb­ lichen Schwierigkeiten bei der Anwendung führt.

In der DE 197 57 689 A1 ist ein induktiver Messumformer beschrieben, der mit Hilfe einer Leiterschleife und einem Widerstandsnetzwerk ein ortsveränderliches magneti­ sches Wechselfeld abtastet und eine positionsabhängige Ausgangsspannung erzielt. Dieses System ist für die Messung begrenzter Weg- und Winkelbereiche gut geeig­ net, lässt sich jedoch nur mit erheblichem zusätzlichen Aufwand für einen durchgenenden Messbereich von 360° einsetzen.

Die Aufgabe der nachfolgend beschriebenen Erfindung ist es, einen Messumformer vorzuschlagen, der bei geringem Aufwand eine ausreichend hohe Genauigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im Unterschied zu den bekannten Lösungen wird hier vor­ geschlagen, die Messspannung dadurch zu ermitteln, dass in einer entlang der vom Aufnehmerelement beschriebenen Bahn verlaufenden geschlossenen kreisförmigen Leiter­ schleife durch ein oder mehrere induktive auf dem Rotor befestigte Geberelemente, die nur einen kleinen Teil des umlaufenden Leiterzugs überdecken, eine Spannung induziert wird und dass durch über den Umfang der Lei­ terschleife angeordnete und dort angeschlossene Wider­ stände, die am anderen Ende in einzelnen Gruppen mit­ einander verbunden sind, an den Verbindungspunkten der Widerstandsgruppen eine durch Lage und Wert der einzel­ nen Widerstände festgelegte Funktion der an den An­ schlusspunkten der einzelnen Widerstände an der Leiter­ schleife anstehenden Spannungen gebildet wird. Z. B. kann an einem Anschlusspunkt ein Mittelwert der Span­ nung über einen Winkelbereich erzielt werden, wenn über diesen Winkelbereich in gleichmäßigen Abständen Widerstände mit gleichem Widerstandswert mit einem Ende an die Leiterschleife und mit dem anderen Ende an den An­ schlusspunkt der Widerstandsgruppe, an dem die Spannung abgegriffen werden kann, gelegt werden. Damit eine ein­ deutige Bestimmung des Winkels über 360° möglich ist, müssen wenigstens zwei unterschiedliche Spannungsver­ läufe bezogen auf die Winkelposition des Rotors ausge­ geben werden. Dies erfolgt durch Bildung mehrerer Wi­ derstandsgruppen, die an unterschiedliche Bereiche der Leiterschleife angeschlossen sind.

Bei Verwendung eines einzelnen induktiven Geberelements wird über den Winkel, den der Luftspalt des relativ schmalen Geberelements einnimmt, in der umlaufenden Leiterschleife eine Wechselspannung induziert. Diese Spannung verursacht in der umlaufenden Leiterschleife einen Strom, der über den Umfang hinweg zu einem gleichmäßigen Spannungsabfall über dem Umfang durch den induktiven und ohmschen Widerstand der Leiterschleife führt. Es läßt sich zeigen, dass hier bei Verwendung von Widerstandsgruppen, die jeweils den Mittelwert ei­ nes Quadranten des Leiterzugs erfassen, ein zur Ermitt­ lung eines eindeutigen Winkelswerts über einen Bereich von 360° erforderlich Spannungsverlauf erzielt wird.

Bei nur einem Geberelement kann allerdings eine Ver­ schiebung des Rotormittelpunkts gegenüber dem Stator­ mittelpunkt in Bewegungsrichtung des induktiven Geber zu Messfehlern führen. Ebenso kann ein nicht ganz gleichmäßiger Verlauf der Impedanz des Leiterzugs über den Umfang weitere Messfehler verursachen.

In einer weiteren Ausprägung der Erfindung wird dies dadurch vermieden, dass durch zwei um 180° versetzte induktive Geberelemente gegenphasige Spannungen glei­ cher Amplitude in die Leiterschleife induziert werden. Die Leiterschleife stellt dann einen Stromkreis mit zwei gegeneinander geschalteten Spannungsquellen dar, bei dem zwischen den Spannungsquellen keine Differenz­ spannung anliegt und somit auch kein Strom fließt. Zwi­ schen den einzelnen Geberelementen liegt an der Leiter­ schleife eine Spannung mit konstanter Amplitude, wobei der gegenüber liegende Bereich der Leiterschleife eine gegenphasige Spannung gleicher Amplitude aufweist. Da­ durch, dass kein Strom über die Leiterschleife fließt, tritt auch kein Spannungsabfall durch die Impedanz der Leiterschleife auf. Damit geht die Impedanz der Leiter­ schleife nicht in das Messergebnis ein.

Eine Verschiebung des Drehpunkts des Rotors gegenüber dem Stator in bzw. gegen die Bewegungsrichtung der bei­ den gegenüber liegenden induktiven Geber verursacht ge­ genläufige Fehler, die sich weitgehend aufheben. Damit können Winkelgeber speziell für Anwendungen aufgebaut werden, die keine eigene Lagerung haben und/oder große Montagetoleranzen aufweisen.

Zur Erzeugung des Felds im Luftspalt des Geberelements ist eine entsprechende Durchflutung und damit ein ent­ sprechender Erregerstrom erforderlich.

Prinzipiell wäre eine Speisung durch eine Wicklung mög­ lich, die direkt an den Oszillator angeschlossen ist. Dies ist allerdings in den meisten Fällen wegen der da­ für notwendigen beweglichen Leitungen und der Begren­ zung des Umdrehungswinkels nicht praktikabel.

Bei einem einzelnen Kern läßt sich die Speisung mit einfachen Mitteln vornehmen. Als induktiver Geber dient ein Kern mit hoher magnetischer Permeabilität, der mit einem Luftspalt versehen ist. Dieser Kern umschließt die Windungen einer konzentrische Spule und die Leiter­ schleife zur Gewinnung der Messwerte. Der Kern ist so gestaltet, dass der überwiegende Teil des von der Erre­ gerspule erzeugten Magnetflusses durch den Luftspalt des Kerns fließt. Damit wird in der Leiterschleife eine Wechselspannung im Bereich des Kerns induziert, die dann in der umlaufenden Leiterschleife eine von der Stellung des Gebers gegenüber dem Aufnehmer abhängige Spannungsverteilung erzeugt.

Durch den Streufluss der Erregerspule tritt eine Schwä­ chung des Messsignals und ein zusätzlicher Messfehler auf. Durch Kurzschlussringe niedriger Impedanz, die mit der Erregerspule eine gute induktive Kopplung aufwei­ sen, jedoch den Bereich des Kerns des induktiven Gebers aussparen, kann dieser Effekt stark vermindert werden. Dieser Ring ist als kurzgeschlossene Sekundärwicklung der Primärspule zu betrachten. Der in diesem Ring flie­ ßende Strom ist dem Primärstrom der Erregerstrom entge­ gengesetzt und hebt das Feld außerhalb des Kerns weit­ gehend auf.

Ein in einer derartigen Sekundärwicklung fließender Strom kann auch zur Speisung des oder der induktiven Geber dienen. Damit ist es nicht mehr erforderlich, dass der Kern des Gebers die Windungen der Erregerspule umschließt. Dies ermöglicht einen besonders platzspa­ renden Aufbau, weil die Sekundärwicklung in möglichst geringem Abstand zur Erregerspule angeordnet werden kann. Bei einer derartigen Anordnung kann prinzipiell auf weichmagnetische Kerne ganz verzichtet werden. In diesem Fall ist jedoch ein verringertes Nutzsignal in Kauf zu nehmen.

Das Nutzsignal kann in diesem Fall dadurch vergrößert werden, dass die Kopplung zwischen der Erregerspule und der Sekundärwicklung durch einen weichmagnetischen Kern verbessert wird, der die Erregerwicklung und die Sekun­ därwicklung so umschließt, dass die magnetischen Feld­ linien der Erregerwicklung überwiegend durch diesen Kern und den von diesem gebildeten Luftspalt fließen.

Bei gegenüber liegenden Gebern ist eine direkte Ein­ kopplung der Geberspannung von der Erregerspule in die Messkerne nicht oder nur äußerst umständlich möglich, weil eine gegenphasige Spannung erforderlich ist. Die Speisung der Kerne muß durch jeweils eine eigene Wick­ lung erfolgen. Hierfür ist wie oben beschrieben ein Zwischenkreis auf dem Rotor vorzusehen. Dies kann durch eine Sekundärspule erfolgen, die induktiv mit der kon­ zentrischen, mit Wechselspannung gespeisten Erregerspu­ le gekoppelt ist, und deren Anschlüsse mit den Wicklun­ gen der Messkerne in jeweils entgegengesetzten Win­ dungssinn verbunden sind, wobei die Spulen auch als einfache Leiterschleifen ausgeführt sein können.

Das Funktionsprinzip eines induktiven Messumformers mit geschlossener Leiterschleife lässt sich auch vor­ teilhaft für eine Wegmessung einsetzen. Die geschlosse­ ne Leiterschleife wird dann annähernd als Rechteck aus­ geführt, an dessen Längsseiten die Widerstände in zwei oder mehr Gruppen angeschlossen sind. Hier können ver­ schiedene Ausführungsformen verwendet werden. Bei Ver­ wendung eines einzelnen Kerns werden zwei Widerstands­ gruppen vorgesehen, welche auf der in Messrichtung ver­ laufenden Längsseite der Messschleife angeschlossen sind. Als Messpannung dient dabei die Spannungsdiffe­ renz zwischen den beiden Widerstandsgruppen. Zwischen den quer zur Messrichtung liegenden Seiten der Mess­ schleife liegt Spannungsdifferenz an, die unabhängig von der Position des induktiven Gebers ist und der Hälfte der vom induktiven Geber induzierten Spannung entspricht. Diese kann dann als Referenzspannung zur Bildung eines Verhältnisses zwischen positionsabhängiger und positionsunabhängiger Spannung verwendet werden (ratiometrisches Verfahren), wodurch die Einflussgrößen auf die Ausgangsspannung wie Temperatur, Spulenwider­ stand, Kerngeometrie weitgehend unwirksam gemacht wer­ den können.

Die Erregung des induktiven Gebers kann durch eine Spu­ le erfolgen, die direkt auf den Kern des Gebers gewic­ kelt ist. Mit dieser Anordnung tritt kein störender Streufluss auf, der das Messergebnis beeinflussen könn­ te.

In vielen Fällen ist es jedoch nicht möglich, den Kern des induktiven Gebers direkt zu bewickeln, z. B. weil sonst bewegliche Leitungen erforderlich wären, die eine hohe Ausfallwahrscheinlichkeit aufweisen. Die Erregung des induktiven Gebers kann dann durch eine Spule erfol­ gen, die sich über die Messlänge erstreckt, wobei der Kern die Windungen und die Leiterschleife umschließt. Wenn die Erregerspule direkt unter der Messschleife an­ geordnet ist, tritt ein relativ starker Streufluss auf.

In Idealfall ist dies zunächst unwirksam. Fehler im Wi­ derstandsverlauf über die Messschleife machen sich je­ doch stärker bemerkbar. Vorteilhaft ist daher eine Ge­ staltung der Messschleife, bei der sich die von der Er­ regerspule vom den unvermeidlichen Streufluss ausgehen­ den Induktionsspannungen aufheben. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Messschleife gegenläufig ist, d. h. dass die Messschleife aus zwei Leitungsteilen besteht, deren Enden durch zwei niederohmige Leitungen so ver­ bunden sind, dass jeweils der Anfang der einen Lei­ tungsteils mit dem Ende des anderen Leitungsteils ver­ bunden ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine normale Rechteckschleife zu verwenden und dafür die Spule in zwei Teilspulen aufzuteilen, die nebeneinander liegen und entgegengesetzten Windungssinn aufweisen.

Wie bei der Winkelmessung ist auch eine Ausführung mit zwei Kernen möglich, die eine entgegengesetzte Spannung in der Leiterschleife induzieren. Damit fließt kein Strom in der Leiterschleife, wodurch der Widerstand der Leiterschleife nicht in das Messergebnis eingeht.

Eine Vergrößerung des Messbereichs kann noch durch eine Anordnung mit zwei Messkernen, die den zwei gegenüber liegenden Leitungsteilen der Messschleife zugeordnet sind, erzielt werden. Wenn der Messkern den Bereich der Messschleife verläßt, tritt der zweite Messkern in den gegenüber liegenden Teil der Messschleife ein. In die­ sem Fall ist es allerdings vorteilhaft, vier Wider­ standsgruppen zu bilden und die Auswertung ähnlich der eines Winkelsensors mit zwei um 90° verschobenen Kenn­ linien vorzunehmen. Die Messlänge kann noch durch wei­ tere Kerne erweitert werden, wodurch sich das Ausgangs­ signal periodisch wiederholt, sodass das Ausgangssignal mehrdeutig wird. Hier sind noch weitere an sich bekann­ te Massnahmen zur Bestimmung der Absolutposition erfor­ derlich.

In der folgenden Seite sind die oben angeführten Funk­ tionsprinzipien an Beispielen beschrieben.

Fig. 1: Schematische Darstellung eines induktiven Messumformers für Winkel mit einem induktiven Geberelement.

Fig. 1a: Seitenansicht des Messumformers nach Fig. 1.

Fig. 2: Spannungsverlauf an der Leiterschleife des Winkelgebers nach Fig. 1.

Fig. 2a: Spannungsverlauf an den Ausgängen des Wider­ standsnetzwerks abhängig von der Winkelpositi­ on des Messumformers.

Fig. 2b: Verlauf der Spannungdifferenzen der gegenüber­ liegenden Widerstandsgruppen.

Fig. 3: Schematische Darstellung eines induktiven Messumformers für Winkel mit 2 gegenüber lie­ genden induktiven Gebern.

Fig. 4: Spannungsverlauf an der Leiterschleife bei 2 Gebern.

Fig. 5: Schematischer Aufbau eines induktiven Messum­ formers für Winkel mit einem Messkopf und Speisung durch eine konzentrische Spule

Fig. 6: Schematischer Aufbau eines induktiven Messum­ formers für Winkel mit einem induktiven Geber, Speisung mit einer konzentrischen Spule und einem Schirmring zur Unterdrückung des Streu­ felds.

Fig. 7: Schematischer Aufbau eines induktiven Messum­ formers für Winkel mit 2 Messköpfen und Spei­ sung mit einer konzentrischen Spule und einem Zwischenkreis.

Fig. 8: Ersatzschaltbild des induktiven Messumformers für Winkel

Fig. 9: Schematischer Aufbau eines induktiven Messum­ formers für Winkel mit 2 Messköpfen und Spei­ sung mit einer konzentrischen Spule und einem Zwischenkreis mit einem weichmagnetischen Kern zur Erhöhung der induktiven zwischen Erreger­ wicklung und Zwischenkreis.

Fig. 10: Ersatzschaltbild eines Messumformers mit Zwi­ schenkreis.

Fig. 11: Ein Ausführungsbeispiel eines induktiven Mes­ sumformers für Wege.

Fig. 12: Verlauf der Ausgangsspannung über den Weg für einen Weggebers nach Fig. 11.

Fig. 13: Ein Ausführungsbeispiel eines induktiven Mes­ sumformers für Wege mit verlängertem Messbe­ reich.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines induk­ tiven Winkelgebers mit einem induktiven Geber. Dieser besteht aus einem ringförmigen Stator 1 in Form einer feststehenden ringförmigen Leiterplatte und dem gegenüber dem Stator drehbar gelagerten Rotor 2 und der Aus­ werteelektronik 3. Der Drehpunkt des Rotors 2 fällt mit dem Mittelpunkt des Stators 1 zusammen. Auf der Welle 4 des Rotors 2 ist mit einem Befestigungselement 5 der induktive Geber 6 in Form eines weichmagnetischen Kerns 9 mit der Wicklung 7 so befestigt, dass die Statorpla­ tine im Luftspalt des Kerns 9 liegt. Die Wicklung 7 ist mit einer Wechselspannungsquelle elektrisch verbunden.

Die Statorplatine 1 weist eine geschlossene Leiter­ schleife 10 auf, an der in regelmäßigen Abständen Wi­ derstände 11 angeschlossen sind. Diese Widerstände 11 sind in 4 Gruppen zusammengefasst und werden am anderen Ende an die kreisförmigen Leiterbahnen 12, 13, 14 und 15 angeschlossen, welche wiederum mit Verbindungslei­ tungen 16, 17, 18 und 19 an die elektronische Auswerte­ schaltung 3 angeschlossen werden, wo die im folgenden beschriebenen Messsignale ausgewertet werden.

Fig. 8 zeigt ein Ersatzschaltbild des Messwertgebers. Die kreisförmige Leiterschleife 10 wird durch die kom­ plexen gleich großen Widerstände ZL1 . . . ZLn (Längsimpe­ danz) dargestellt. Diese sind so in Reihe geschaltet, dass sie einen geschlossenen Stromkreis bilden. Die in­ duktiven Komponenten wirken dort, wo sich der induktive Geber befindet, als Transformatoren, deren Primärseite mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind. Die Kopplung dieser Transformatoren ändert sich mit der Po­ sition des induktiven Gebers. Das Widerstandsnetzwerk wird durch die komplexen gleich großen Widerstände ZQ11 . . . ZQ1m, ZQ21 . . . ZQ2m, ZQ31 . . . ZQ3m und ZQ41 . . . ZQ4m (Querimpedanz) dargestellt. Man kann annehmen, dass die induktive Komponente jωLw des Netzwerks vernachlässig­ bar klein gegenüber den Widerstandswerten Rw sind. Ebenso wird angenommen, dass der komplexe Widerstand Zl . . sehr klein gegenüber den Widerständen ZQ . . . ist. Es wird angenommen, dass die Zahl der Einzelwiderstände so groß ist, dass eine ausreichende Annäherung an eine Kurve mit unendlich vielen Widerständen erzielt wird.

Damit lässt sich der Verlauf der Spannung US entlang der Leiterschleife an den Verbindungspunkten von Längs- und Querimpedanzen leicht erkennen. Ebenso lassen sich damit auch die Ausgangsspannungen des Widerstandsnetz­ werks leicht ermitteln.

Fig. 2 zeigt den idealisierten Verlauf der Spannung US entlang der Leiterschleife 10 bei der in Fig. 1 darge­ stellten Winkelposition. Als Bezugspunkt dient die Spannung an der Leiterschleife 10 in der Mitte des Messkerns 6 von Fig. 1. Die Messung erfolgt durch einen Abgriff radial nach außen entlang den Widerständen 11. Negative Werte sind als 180° phasenverschobene Spannun­ gen zu verstehen. Durch den Magnetfluss im Luftspalt wird eine Spannung in einer Leiterschleife gebildet, die vom Abgriff 20, dem Teilstück der Leiterschleife bis zum zweiten Abgriff 21, dem Abgriff 21 und dem Messgerät 22 gebildet wird. Diese Spannung steigt ent­ sprechend dem Magnetfluss des Messkerns steil an und sinkt dann außerhalb des Messkerns linear mit dem zwi­ schen Messkern und Abgriff liegenden Winkel. Dieser Spannungsabfall wird durch die Impedanz der Leiter­ schleife erzeugt, wobei es gleichgültig ist, ob der Spannungsabfall durch einen ohmschen oder induktiven Widerstand hervorgerufen wird. An der dem Messkern ge­ genüberliegenden Stelle der Leiterplatte wird die Span­ nung zu 0, die Phase kehrt sich um und die Amplitude steigt wieder auf den Maxiamlwert auf der anderen Seite des Kerns.

An den Anschlusspunkten von Q1 (12), Q2 (13), Q3 (14), Q4 (15) liegen Spannungen, die dem Mittelwert der Span­ nung an der Schleife 11 im Bereich der Quadranten Q1 . . Q4 entspricht. Wenn der Rotor gedreht wird, ver­ schiebt sich der Spannungsverlauf entsprechend dem Win­ kel ϕ. Die Ausgangsspannungen von Q1 . . . Q4 verändern sich entsprechend.

Fig. 2a zeigt den prinzipiellen Spannungsverlauf an den Ausgängen der Widerstandsnetzwerke 12 . . . 15. Es wird eine gleichmäßige Verteilung der Widerstände am Umfang ange­ nommen. Abrundungen durch Randeffekte sind vernachläs­ sigt und es wird angenommen, dass die Breite des induk­ tiven Gebers vernachlässigbar klein ist. Die Spannungen UQ1 . . . UQ4 entsprechen dem Mittelwert der Spannung nach Fig. 2 an dem Teil der Leiterschleife, an dem die zuge­ hörigen Widerstände angeschlossen sind. Da der Bezugs­ punkt für die Spannungsmessung nicht zugänglich ist, weil er mit dem Geber mitwandert, wird nur die Diffe­ renzspannung zwischen gegenüberliegenden Quadranten ab­ gegriffen. Die Spannungen können durch einfache Diffe­ renzbildung der Spannungswerte UQ1 - UQ3 und UQ2 - UQ4 nach Fig. 2b in zwei ähnliche Funktionen umgewandelt werden, die lediglich um einen Rotorwinkel von 90° versetzt sind. Diese Funktion erlaubt bereits eine eindeutige Bestimmung der Rotorposition. Durch eine Summen- und Differenzbildung UQ1 - UQ3 + UQ2 - UQ4, bzw UQ1 - UQ3 - UQ2 + UQ4 erhält man einen Verlauf nach Fig. 2c. Diese Funktion hat den Vorteil, dass die Summe der Beträge der Aus­ gangsspannungen konstant ist. Diese kann damit als Re­ ferenz für die Ermittlung des Winkelwerts verwendet werden. Da die Spannungen linear mit dem Winkel anstei­ gen, bzw abfallen ist hiermit eine einfache Ermittlung des Messwinkels nach bekannten Verfahren möglich. Zur Ermittlung eines begrenzten Winkels genügt bereits die Spannung allein als Maß für die Winkelposition. Grund­ sätzlich ist es möglich, durch eine entsprechende Di­ mensionierung der Widerstandsnetzwerke auch andere Funktionen, z. B. Sinus-Cosinus-Funktionen darzustellen, für die ebenfalls Verfahren zur Ermittlung des Winkels bekannt sind.

Die Anzahl von Segmenten (Q1 . . . Q4) kann höher als hier dargestellt gewählt werden. Dadurch ergeben sich ent­ sprechend mehr Kennlinien mit steilerer Kennlinie, die allerdings einen höheren Aufwand erfordern.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, jeweils zwei Paare gegenüberliegender Widerstandsnetzwerke über ei­ nen Winkel von 180° vorzusehen, wobei ein Paar um 90° gegenüber dem anderen Paar versetzt ist. Die Differenz­ spannung zwischen dem ersten Paar entspricht dann der ersten Kurve nach Fig. 2c, die zwischen dem zweiten Paar der zweiten Kurve. Nachteilig ist allerdings, dass die Widerstandnetzwerke bei gleicher Linearität der Ausgangskurve doppelt so viele Widerstände aufweisen müssen.

Die einzelnen Widerstände können auch durch eine Wider­ standsschicht zwischen der umlaufenden Leiterschleife und den Anschlussleitungen der einzelnen Quadranten er­ setzt werden.

Beim oben beschriebenen Aufbau bewirkt ein seitlicher (radialer) Versatz des Drehpunkts des Rotors gegenüber der Mitte des Stators 1 in der Bewegungsrichtung des induktiven Gebers 6 einen Fehler, weil der Spannungs­ verlauf an der Leiterschleife entsprechend verändert wird. Gerade bei Anwendungen, bei denen der Winkelgeber keine eigene Lagerung aufweist, wie bei Hohlwellensen­ soren, kann dies zu unzulässig hohen Fehlern führen. Abhilfe schafft hier eine Anordnung, bei der zwei um 180° versetzte induktive Geber einen annähernd gleichen Beitrag zum Messergebnis liefern.

Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau eines Winkelge­ bers mit 2 um 180° versetzten induktiven Gebern. Der Stator 1 entspricht dem Aufbau nach Fig. 1. Die Kenn­ zeichnungen wurden daher aus dieser Darstellung über­ nommen, soweit sie mit Fig. 1 übereinstimmen. Im Gegen­ satz dazu weist der Rotor zwei induktive Geber 31 und 32 auf, deren Wicklungen 33 und 34 so mit der Wech­ selspannungsquelle 35 in Reihe geschaltet sind, dass der dadurch fließende Wechselstrom in den induktiven Gebern einen Magnetfluss in unterschiedlicher Richtung erzeugt. Dadurch entstehen in der geschlossenen Leiter­ schleife 10 über die Breite der induktiven Geber je­ weils entgegengesetzte Spannungen. Dadurch heben sich die Spannungen über dem Umfang auf, sodass kein Strom durch die Leiterschleife fließt, wenn man den Strom durch das Widerstandsnetzwerk vernachlässigt. Damit tritt auch kein Spannungsabfall zwischen den beiden in­ duktiven Gebern 31 und 32 auf. Der induktive oder ohm­ sche Widerstand der Leiterschleife hat dadurch keinen Einfluss auf den Spannungsverlauf über den Umfang, so­ lange dieser vernachlässigbar klein gegenüber dem Netz­ werkwiderstand bleibt, was ohne Schwierigkeiten zu rea­ lisieren ist.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm des Spannungsverlaufs über den Umfang der Leiterschleife 10 für einen Winkelgeber mit zwei induktiven Gebern, entsprechend Fig. 2 für den Winkelgeber mit einem induktiven Geber. Hier bleibt der Wert der Spannung US entlang der Schleife 10 bis zum Anfang des Gebers 31 konstant, geht dann über dessen Breite auf den gegenphasigen Wert (negativ dargestellt) über und bleibt dann wieder bis zum Anfang des zweiten Gebers konstant und geht dann wieder über dessen Breite in die gleichphasige Spannung über.

Daraus ergibt sich eine Ausgangsspannung der Wider­ standsnetzwerke entsprechend Fig. 2b, bzw. bei entspre­ chender Summierung der Werte entsprechend Fig. 2c.

Eine Verschiebung des Rotordrehpunkts quer zur Bewe­ gungsrichtung des Geberelements verursacht eine Verän­ derung der Spannungsverteilung in der Leiterschleife 10. Die gestrichelte Kurve der Fig. 4 zeigt den Span­ nungsverlauf entlang der Messschleife bei einer Ver­ schiebung des Rotordrehpunkts aus der Mitte des Sta­ tors. Im vorliegenden Fall tragen nur die Ausgangsspan­ nungen der Bereiche zwischen 90° und 180° und zwischen 270° und 360° (0°) zum Messergebnis bei. Diese Aus­ gangsspannungen werden durch das Integral der Schlei­ fenspannung über den betreffenden Bereich gebildet, wo­ bei der zweite Bereich negativ zählt. Es ist leicht zu erkennen, dass sich die Abweichungen der Kennlinie im Integral über die Kennlinie über die beiden für das Er­ gebnis relevanten Quadranten weitgehend aufheben.

In Fig. 1 ist die Versorgung des induktiven Geberele­ ments nicht näher beschrieben. Normalerweise ist es nicht möglich, das Geberelement direkt an eine Wechsel­ stromquelle anzuschließen, weil ein Anschluß über Leitungen unzuverlässig ist oder bei einer Anwendung mit durchdrehender Welle grundsätzlich nicht möglich ist. Deshalb ist es notwendig, die Erregerleistung berüh­ rungslos auf den Rotor zu übertragen. Bei einer Ausfüh­ rung mit einem induktiven Geberelement entsprechend Fig. 1 kann dies durch eine konzentrische Spule erfol­ gen, dessen Windungen vom Kern des induktiven Geberele­ ments umfasst wird. Dadurch wird der von der Spule er­ zeugte Magnetfluss im Bereich des Luftspalts des Kerns in die Messschleife geleitet. Fig. 5 zeigt einen ent­ sprechenden Aufbau, wie er in vorteilhafter Weise in gedruckter Schaltungstechnik aufgebaut wird. Auf der Welle 40 ist auf einem Träger 41 ein weichmagnetischer Kern 42 befestigt. Der Kern ist so gestaltet, dass er die auf dem Stator 43 aufgebrachte Spule 45 umschließt, wobei der von der Spule erzeugte Magnetfluss Φ überwie­ gend die Messschleife 44 durchflutet.

Bei einer derartigen Anordnung ist ein Streufluss au­ ßerhalb des Kerns nicht ganz zu vermeiden. Im Gegensatz zu anderen Messverfahren führt dies allerdings im Prin­ zip nur zur Verringerung des Nutzsignals. Der Streu­ fluss ist über den Umfang bis auf den Bereich des Mess­ kerns in gleicher Weise wirksam. Die durch den Streu­ fluss erzeugte Spannung hebt sich gegen den Spannungs­ abfall an der Leiterschleife auf. Grundsätzlich erhöht der Streufluss jedoch den Messfehler, weil Einflüsse von Linearitätsfehlern in der Messschleife verstärkt werden. Wenn die Erregerspule direkt in die Messschlei­ fe einkoppelt, muss die Erregerspule relativ nahe bei der Messschleife angeordnet werden, weil sonst ein sehr großer Kern notwendig wäre, der wiederum ein großes Streufeld erzeugt.

Gerade bei Ausführungen, bei der konstruktionsbedingt Erregerspule und Messschleife eng beieinander liegen, ist es daher vorteilhaft, den Einfluss des Streuflusses so weit wie möglich auszuschalten. Dies kann durch ent­ sprechende Gestaltung des Messkerns oder durch Kurz­ schlussringe erfolgen. Bei der Gestaltung des Kerns sind meist Grenzen durch die Art des verwendeten Mate­ rials gesetzt. Die üblicherweise eingesetzten Ferrite sind ziemlich spröde und geben nur eingeschränkte Ge­ staltungsmöglichkeiten.

Besonders wirksam ist eine Kurzschlussschleife, die auf dem Rotor befestigt ist und die Erregerspule überdeckt, jedoch so um den Messkern herumgeführt ist, dass der darin fließende Strom nicht zur Magnetisierung des Messkerns beiträgt. Der in der Schleife fließende Strom erzeugt ein eigenes Magnetfeld, welches das Primärfeld weitgehend aufhebt, sodass die Messschleife praktisch nur noch vom Feld des Messkerns durchflutet wird.

Fig. 6 und Fig. 6a zeigen eine schematische Darstellung eines Winkelgebers mit einem induktiven Geberelement 52 und einer konzentrischen Geberspule 55, bei dem der Streufluss durch einen Kurzschlussring unterdrückt wird. Auf der Welle 50 ist mit Hilfe des Trägers 51 der Messkern 52 und der Kurzschlussring 54 aus Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit aufgebracht. Dieser umschließt den Stator 53, welcher in Form einer ge­ druckten Leiterplatte die Erregerspule 55 und die Mess­ schleife 56 trägt. Durch den Strom Ie, der durch die Spule 55 fließt, wird ein Magnetfeld erzeugt, das sich auch zum großen Teil über den Bereich der Messschleife 56 erstreckt, aber auch die Kurzschlussringe 54 um­ schließt. Diese stellen für die Erregerwicklung eine Sekundärwicklung niedriger Impedanz mit guter Kopplung dar. Deshalb fließt ein Sekundärstrom Is über die Rin­ ge, der der Primärdurchflutung I_e . w (Erregerstrom mal Windungszahl) nahe kommt. Das daraus resultierende Ma­ gnetfeld hebt das Primärfeld außerhalb der Kurzschluss­ ringe weitgehend auf. Der Magnetfluss, der zur Erzeu­ gung der Gegeninduktion zur Speisespannung erforderlich ist, wird daher überwiegend durch den Fluss erzeugt, der über den Messkern durch die Messschleife fließt.

Grundsätzlich ist es auch möglich, den Sekundärstrom zur Speisung des induktiven Geberelements zu verwenden. Damit kann der Messkern so gestaltet werden, dass er nur die Messschleife umfasst. Der Messkern wird dadurch erheblich kleiner. Es kann sogar auf einen Kern ganz verzichtet werden und das Feld durch eine Leiterschlei­ fe (Geberschleife) erzeugt werden, die vom Sekundär­ strom durchflossen wird. Der Sekundärkreis ist dann al­ lerdings keine reine Kurzschlusswindung mehr. Sie muss an der Wicklung des Messkerns, bzw. einer Geberschleife eine Spannung abgeben, damit in die Messschleife wie­ derum eine Spannung induziert werden kann.

Bei Verwendung von 2 Messkernen erscheint diese Methode besonders vorteilhaft. Bei Verwendung von 2 um 180° versetzten Gebern nach Fig. 2 müssen die induktiven Ge­ ber (Messkerne oder Geberschleifen) in entgegengesetz­ ter Richtung durchflutet werden, damit sich die er­ wünschte Spannungsverteilung an der Messschleife ein­ stellt. Eine direkte Einkopplung von einer oder mehre­ ren Erregerspulen ist zwar grundsätzlich möglich, führt jedoch zu äußerst umständlichen Konstruktionen mit gro­ ßem Platzbedarf.

Mit Hilfe eines Sekundärkreises lässt sich ein einfa­ cher und Platz sparender Aufbau erstellen. Fig. 7 zeigt schematisch einen Winkelgeber mit zwei um 180° versetz­ ten induktiven Geberelementen, die von einem Sekundär­ kreis gespeist werden. Auf der Welle 60 sind mit dem Träger 61 zwei gleichartige Kerne 62 und 63 aus einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität und eine Schleife 66 aus Material hoher elektrischer Leitfähig­ keit befestigt. Die Schleife ist durch den Kern 62 ge­ gen den Uhrzeigersinn und durch den Kern 63 im Uhrzei­ gersinn geführt, ansonsten folgt sie der Erregerspule 66 auf dem Stator 65. Der Stator 65 ist gegenüber dem Rotor so angeordnet, dass die darauf befindliche Mes­ schleife 67 im Luftspalt der Kerne 62 und 63 liegt, und die Leiterschleife 64 in geringem Abstand zur Erreger­ spule 66 liegt. Die Erregerspule 66 wird von einer Wechselspannungsquelle gespeist. Das von der Spule 66 erzeugt Magnetfeld umschließt zu einem großen Teil die Schleife 64 und induziert in ihr eine entsprechende Wechselspannung. Der daraus resultierende Strom fließt um den Kern 62 im Uhrzeigersinn, im gegenüber liegenden Kern 63 einen Strom gegen den Uhrzeigersinn. Die Ma­ gnetflüsse der beiden Kerne sind unter der Vorausset­ zung, dass beide Kerne gleiche magnetische Eigenschaf­ ten aufweisen, gleich groß, verlaufen jedoch in entge­ gengesetzter Richtung. Damit sind die in Fig. 3 und Fig. 4 beschriebenen Eigenschaften des Winkelgebers ge­ geben. Über der Messschleife bildet sich eine Spannung aus, die zwischen den Kernen konstant bleibt. Ein Mess­ fehler durch den Einfluss einer Verschiebung des Ro­ tordrehpunkts aus der Mitte wird stark vermindert.

Nachteilig bei Verfahren mit einem Zwischenkreis ist die Verminderung des Nutzsignals an den Ausgängen des Aufnehmers wegen des Streuflusses der Erregerspule. Zu­ dem ist eine Einkopplung des Streuflusses in die Mess­ schleife unerwünscht, weil dadurch Messfehler auftreten können. Abhilfe kann hier eine Erhöhung der induktiven Kopplung durch einen weichmagnetischen Kern schaffen.

Fig. 9 zeigt einen schematischer Aufbau eines indukti­ ven Messumformers für Winkel mit 2 Geberelementen und Speisung mit einer konzentrischen Spule und einem Zwi­ schenkreis mit einem weichmagnetischen Kern zur Erhö­ hung der induktiven Kopplung zwischen Erregerwicklung und Zwischenkreis. Der Aufbau entspricht dem Messumformer nach Fig. 7. Der Stator 71 besteht aus einer Lei­ terplatte, welche eine Erregerspule 76 und einen induk­ tiven Aufnehmer 77 trägt. Der Rotor 70 ist auf der Wel­ le 72 befestigt und besteht im Wesentlichen aus einem mechanischen Verbindungselement, einem ringförmigen weichmagnetischen Kern 73, einer Sekundärschleife 74 aus Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit und zwei weichmagnetischen Kernen 75, welche von der Sekun­ därschleife in entgegengesetzter Richtung umschlungen werden. Der Kern 73 ist so gestaltet, dass er die Win­ dungen der Erregerspule gemeinsam mit dem Teil der Se­ kundärschleife 74 oder des Zwischenkreises bzw. der Koppelspule, der parallel zur Wicklung der Erregerspu­ le geführt ist, umschließt. Da der Kern aus Material mit einer hohen magnetischen relativen Permabilität (je nach Material 20 . . . 1000) besteht, ist der magnetische Widerstand des vom Kern und dem Luftspalt gebildeten Kreises klein gegenüber dem magnetischen Widerstand der durch die Luftstrecke gebildeten Kreis. Die auf dem Stator in Form einer gedruckten Schaltung aufgebrachte Erregerspule 76 wird von einem Wechselstrom durchflos­ sen und erzeugt dem entsprechend einen Magnetfluss Φe, der wegen des niedrigen magnetischen Widerstands des Magnetkerns und des Luftspalts überwiegend durch den weichmagnetischen Kern fließt. Um die erforderliche Ge­ gen-EMK gegen die Versorgungsspannung zu erzeugen, ist ein entsprechender Magnetfluss erforderlich.

Fig. 10 zeigt ein Ersatzschaltbild des Messumformers, der Einfachheit wegen nur mit einem Geber. Bei der Darstellung ist der Transformator, der durch die Erreger­ spule und die Sekundärschleife gebildet wird, normiert dargestellt. Die Sekundärspannungen- und Ströme sind entsprechend dem Windungszahlverhältnissen umzurechnen. Die Belastung des Kreises durch den Aufnehmer 83 ist sehr hochohmig und kann daher vernachlässigt werden. Eine Wechselspannungsquelle 81 speist die Erregerspule des Messumformers 82, welche durch die Komponenten LSE -Streuinduktivität, RE-ohmscher Widerstand der Erre­ gerspule, LKE-Koppelinduktivität zwischen Erregerspu­ le und Sekundärschleife dargestellt sind. Die Speise­ spannung für den durch LKG dargestellten Geber wird an LKE abgegriffen, wobei noch ein Spannungsabfall durch die Streuinduktivität des Sekundärkreises LSG und den ohmschen Widerstand RG entsteht.

Ein weichmagnetischer Kern (Fig. 9-73) bewirkt eine Er­ höhung der Induktivität LKE (Fig. 10), so dass die Aus­ wirkungen der Streuinduktivität LSE und des Widerstands der Erregerspule auf Betrag und Phase der Ausgangsspan­ nungen vermindert werden.

Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines induktiven Messumformers für Wege.

Auf einer rechteckigen Aufnehmerplatine 80 ist eine Er­ regerspule 82 aufgebracht, welche mit Wechselstrom ge­ speist wird. Innerhalb der Spule ist eine Leiterschlei­ fe 83 angeordnet. Diese besteht aus den Teilstücken 84 und 85 und den Verbindungsleitungen 86. Die Teilstücke 84 und 85 sind hochohmig im Vergleich zu den Verbin­ dungsleitungen 86, welche sich in der Mitte überkreu­ zen. An das Teilstück 84 sind Widerstände 88, an Teil­ stück 85 die Widerstände 87 angeschlossen. Die Wider­ stände sind am anderen Ende an die Anschlussleitung 89 bzw 90 angeschlossen. An den Anschlüssen wird die Mess­ spannung Ua, zwischen den Verbindungsleitungen die Ver­ gleichsspannung Ur abgegriffen.

Die Spule 82 wird mit einer Wechselspannung gespeist und erzeugt damit ein magnetisches Wechselfeld. Wenn der Kern 81 nicht vorhanden ist, ist der Gesamtfluss durch die Messschleife 83 gleich Null. Es fließt nur ein geringfügiger Kreisstrom Is, der von den Widerstän­ den 88 und 87 abgeleitet wird, weil eine Spannungsdif­ ferenz entlang der Teilstücke 84 und 85 besteht. Die Spannungsdifferenz Ua bleibt Null.

Wenn der Kern 81 eingeführt wird, ist der wirksame Fluss durch die Messschleife durch den Kern 81 und den Strom durch die Erregerspule 85 bestimmt. Dem entspre­ chend wird eine Spannung induziert, die einen Strom Js durch die Messschleife 83 erzeugt. Diese induzierte Spannung und der durch den Strom Js am Widerstand der Leiterschleife 83 verursachte Spannungsabfall erzeugen einen Spannungsverlauf, der dem in Fig. 2 dargestellten ähnlich ist. Durch die Bildung der Spannungsdifferenz zwischen den Anschlüssen der Widerstandsgruppen 87 und 88 ergibt sich eine positionsabhängige Ausgangsspannung Ua an den Anschlüssen 89 und 90 nach Abb. 12. Wenn der Kern in den Bereich der Leiterschleife hineingeführt wird, steigt die Spannung Ua an, bis die Leiterschleife 84 die Polflächen des Kerns 81 vollständig umschließt. Während die Spannung Ur konstant bleibt, fällt die Messspannung Ua linear mit der Wegstrecke s ab und geht in der Mitte durch Null. Der weitere Spannungsverlauf ist dann symmetrisch, wobei die um 180° phasenverscho­ bene Spannung negativ dargestellt ist.

Daneben gibt es noch eine mögliche Ausführungsform mit zwei induktiven Gebern, die zwei annähernd gleich große jedoch entgegengesetzte Spannungen induzieren, so dass kein Strom durch die Leiterschleife fließt und der Spannungsverlauf entlang der Leiterschleife entspre­ chend Fig. 4 ist.

Fig. 13 zeigt eine schematische Darstellung eines Mes­ sumformers mit verlängertem Messweg. Auf der Leiter­ platte 92 sind zwei in Reihe geschaltete Spulen 93 und 94 aufgebracht, welche so miteinander in Reihe geschal­ tet sind, dass sie ein entgegengesetztes magnetisches Wechselfeld erzeugen. Daneben ist noch eine Leiter­ schleife 98 vorgesehen, die ähnlich der Leiterschleife von Fig. 11 aufgebaut ist. An diese sind vier Wider­ standsgruppen 99 . . . 102 angeschlossen, welche auf die Anschlüsse zur Erfassung der Spannungen U1, U2, U3 und U4 herausgeführt sind. Auf einem in Messrichtung be­ weglichen Träger 95 sind zwei weichmagnetische Kerne 96 und 97 in einem Abstand L befestigt, welcher der Ausdehnung der Leiterschleife 98 in Messrichtung ent­ spricht. Wenn der Träger 95 im vorgesehenen Messbereich verschoben wird, befindet außer im Übergangsbereich nur einer der beiden Kerne 96 und 97 im Bereich der Lei­ terschleife 98, im Übergangsbereich in der Mitte des Messbereichs tritt ein Kern in die Leiterschleife in dem Maß hinein, wie der andere heraustritt. Die Kerne erzeugen in der Leiterschleife 98 einen dem in Fig. 2 dargestellten ähnlichen Spannungsverlauf, wobei die Länge eines Teilstücks (98a, bzw 98b) einem Winkel von 180° entspricht. Damit lassen sich an den Anschlüssen die Spannungen U1 . . . U4 abgreifen, die den in Fig. 2a . . . 2c dargestellten Verlauf entsprechen. Damit lässt sich die Position über den Verstellbereich von der dop­ pelten Ausdehnung der Leiterschleife abzüglich der Kernbreite absolut bestimmen. Durch weitere Kerne kann der Messbereich beliebig vergrößert werden, wobei ein periodisches Ausgangssignal entsteht. Der Messwert wird dadurch jedoch mehrdeutig. Zur Bestimmung des Absolut­ werts sind daher noch weitere bekannte Vorrichtungen wie Endlagenschalter und Periodenzähler erforderlich.

Claims (15)

1. Induktiver Meßumformer mit gegeneinander bewegli­ chen Körpern, deren einer (Geberteil 2) wenigstens einen induktiven Geber (6) aufweist, der ein ma­ gnetisches Wechselfeld erzeugt, und deren anderer (Aufnehmerteil 1) einen oder mehrere induktive Aufnehmer aufweist, in den (die) das magnetische Wechselfeld des (der) induktiven Geber(s) (6) ein­ gekoppelt wird, wobei eine elektronische Schaltung (3) zur Versorgung des induktiven Gebers (6) mit einer Wechselspannung und eine Schaltung zur Aus­ wertung der Ausgangsspannungen des Messumformers vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnehmerteil (1) eine geschlossene Leiterschleife (10) aufweist, in welcher der oder die induktiven Geber (6) des Geberteils (2) eine Spannung so in­ duziert(en), dass über die Leiterschleife (10) ein von der Position des Geberteils (2) gegenüber dem Aufnehmerteil (1) abhängiger Spannungsverlauf ent­ steht, und dass entlang der Leiterschleife (10) Widerstände (11) angeschlossen sind, welche am an­ deren Ende in Gruppen (12 . . . 15) miteinander so verbunden sind, dass Spannungen an den Verbin­ dungsstellen der Widerstandsgruppen abgegriffen werden können, die Funktionen der Position des Ge­ berteils (2) gegenüber dem Aufnehmerteil (1) ent­ sprechen und eine eindeutige Bestimmung der Posi­ tion ermöglichen, wobei Lage und Wert der Wider­ stände (1) die Funktionen der Position bestimmen.

2. Induktiver Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspannungen aus der Differenz der Spannungen an den Verbindungsstellen zwischen jeweils zwei Widerstandsgruppen gewonnen werden.

3. Induktiver Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 oder 2 zur Bestimmung eines Winkels zwischen Auf­ nehmerteil (1) und Geberteil (2), dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Geberteil (2) gegenüber dem Aufnehmerteil (1) drehbar ist und der oder die in­ duktive(n) Geber (6) gegenüber dem Aufnehmerteil (1) eine Kreisbahn beschreiben, und dass die geschlossene Leiterschleife (10) im Messbereich kreisförmig ist.

4. Induktiver Meßumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossene Leiter­ schleife (10) einen Kreis bildet und an die geschlossene Leiterschleife (10) Wider­ stände (11) angeschlossen sind, welche am anderen Ende jeweils über einen vorgebbaren Winkelbereich, vorzugsweise über einen Bereich von etwa 90°, miteinander verbunden sind und an diesen Verbindungs­ stellen (12, 13, 14, 15) Spannungen zur Bestimmung des Winkels abgreifbar sind.

5. Induktiver Meßumformer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Widerstandsnetzwerke aus Widerstandsschichten ge­ bildet werden.

6. Induktiver Meßumformer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Geber (41) des Geberteils aus einem Kern (42) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität besteht, der Kern (42) einen Luftspalt aufweist, durch den die geschlossene Leiterschleife (44) des Aufnehmerteils geführt wird, und dass das Aufnehmerteil eine Spule (45) aufweist, welche mit einer Wechselspannung ge­ speist wird, und deren Windungen ebenfalls vom Kern (42) umschlossen werden (Fig. 5).

7. Induktiver Meßumformer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberteil (51) wenigstens eine geschlossene Leiterschleife niedriger Impe­ danz (54) aufweist, welche eine gute induktive Kopplung mit der Spule (55) hat und im Bereich des(der) Kerns(e) so geführt ist, dass der in der geschlossenen Leiterschleife niedriger Impedanz (54) fließende Strom keine oder nur eine geringe Durchflutung des Kerns bewirkt (Fig. 6).

8. Induktiver Meßumformer nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnehmerteil (65) eine Spule (66) aufweist, welche mit Wechselspannung gespeist wird, und dass das Geberteil (61) wenigstens eine Koppelspule (64) mit induktiver Kopplung zur Spule (66) auf­ weist, welche mit der(den) Spule(n) (64) des(der) induktiven Geber(s) elektrisch so verbunden ist(sind), dass der in der Koppelspule (64) flie­ ßende Strom zur Erzeugung des magnetischen Wech­ selfelds des(der) induktiven Geber(s) dient (Fig. 7).

9. Induktiver Meßumformer nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberteil (30) zwei um 180° versetzte indukti­ ve Geber (31, 32) aufweist, die jeweils ein magne­ tisches Wechselfeld erzeugen, welches den indukti­ ven Aufnehmer mit etwa gleicher Amplitude jedoch in entgegengesetzter Richtung durchflutet (Fig. 3).

10. Induktiver Meßumformer nach Anspruch 8 oder 9, da­ durch gekennzeichnet, dass die Wicklung des Geber­ teils (30; 61) aus einer einzigen Leiterschleife besteht.

11. Induktiver Meßumformer nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Kopplung der Spule (76) des Aufneh­ merteils und der Koppelspule (74) durch einen Kern (73) aus Material hoher magnetischer Permeabilität wenigstens teilweise verstärkt wird.

12. Induktiver Messumformer für Wege nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die geschlos­ sene Leiterschleife (83) annähernd als Kurvenzug ausgeführt ist, welcher zwei parallel zur Mess­ richtung verlaufende Teilstücke (84, 85) enthält, in die ein oder mehrere induktive in Messrichtung bewegliche Geber (81) eine Spannung induzieren, und an dessen in Messrichtung verlaufenden Seiten Widerstände (87, 88) in zwei oder mehr Gruppen angeschlossen sind, und dass die Widerstände am anderen Ende auf Anschlüsse geführt sind, an denen eine oder mehrere positionsabhängige Spannung(en) (Ua) abgegriffen werden kann(können).

13. Induktiver Messumformer für Wege nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass Spannungsabgriffe an den quer zu Messrichtung verlaufenden Seiten der geschlossenen Leiterschleife (83) zur Erfassung einer innerhalb des Messbereichs von der Position des induktiven Gebers (81) unabhängigen vom induk­ tiven Geber induzierten Spannung (Ur) vorgesehen sind.

14. Induktiver Messumformer für Wege nach Anspruch 12 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass zwei induktive Geber vorgesehen sind, welche in die geschlossene Leiterschleife (3) entgegengesetzte annähernd gleich große Spannungen induzieren.

15. Induktiver Messumformer für Wege nach Anspruch 12 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei induktive Geber (97, 96) an jeweils gegenüber­ liegenden Seiten der Leiterschleife jeweils um die Länge (L) des in Messrichtung verlaufenden Teil­ stücks der Leiterschleife (98a, 98b) versetzt an­ geordnet sind, und dass die induktiven Geber, wenn sie sich im Bereich der Leiterschleife befinden, ein magnetisches Wechselfeld annähernd gleicher Amplitude erzeugen, das so gerichtet ist, dass in der Leiterschleife keine Phasenumkehr stattfindet.