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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer hohlzylindrischen Drehwertverkörperung für Drehwertgeber mittels wenigstens eines bandförmigen Magnetkörpers mit einer Vielzahl von abwechselnd orientierten und regelmäßig entlang einer Längsrichtung des Magnetkörpers angeordneten Magnetpolen.
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Hohlzylindrische Drehwertverkörperungen für Drehgeber sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden eingesetzt, um auf einer Welle montiert deren Drehwert, beispielsweise deren Winkellage, Winkelgeschwindigkeit oder Winkelbeschleunigung, zu bestimmen. Hierbei werden insbesondere zwei Typen von hohlzylindrischen Drehwertverkörperungen verwendet.
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Eine erste gängige hohlzylindrische Drehwertverkörperung besteht aus einem Ring, der auf eine Welle aufgeschoben wird. Ein solcher Ring hat jedoch den Nachteil, dass sein Innendurchmesser nicht oder nur sehr aufwendig an den Außendurchmesser der Welle angepasst werden kann, selbst wenn der Außendurchmesser nur gering von einem Sollwert abweicht. Folglich kann der Innendurchmesser des Rings im Vergleich zum Außendurchmesser der Welle zu groß oder zu klein sein, um den Ring im Wesentlichen spielfrei auf die Welle aufzusetzen. Des Weiteren sind ringförmige Drehwertverkörperungen nur schwierig zu handhaben, wenn sie auf eine Welle mit großem Durchmesser, beispielsweise für eine Windkraftanlage, aufgesetzt werden sollen. Wellen für Windkraftanlagen, die Rotationsenergie von einem Rotor zu einer Stromerzeugungsvorrichtung leiten, können beispielsweise einen Durchmesser von drei Metern aufweisen. Der Umfang einer ringförmigen Drehwertverkörperung würde für eine solche Welle in etwa zehn Meter betragen. Ringförmigen Drehwertverkörperungen lassen sich daher weder einfach transportieren noch ohne Weiteres an der Welle anbringen.
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Um auch derart große Wellen mit einer Drehwertverkörperung versehen zu können, ist im Stand der Technik eine zweite Form von Drehwertverkörperungen aus bandförmigen Magnetkörpern bekannt. Hierbei kann der Magnetkörper um den Umfang der Welle gewickelt werden. Die Magnetkörper können aus einer Elastomerschicht gefertigt sein, die auf ein Trägerband, zum Beispiel aus Stahl, aufgebracht ist und in die magnetisierbare Materialien mit einer breiten Hysteresekurve eingebracht sind. Um die ringförmige Drehwertverkörperung nachzubilden, wird das Magnetband um den Umfang der Welle gewickelt, wodurch eine ringförmige Drehwertverkörperung erzeugt wird. Der bandförmige Magnetkörper ist deutlich leichter zu transportieren und zu handhaben als eine starre ringförmige Drehwertverkörperung. Sollte der Durchmesser der Welle von einem vorgegebenen Sollwert abweichen, so kann ein längerer oder auch ein kürzerer bandförmiger Magnetkörper verwendet und womöglich auch an den Umfang der Welle angepasst werden.
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Ein derartiger bandförmiger Magnetkörper hat jedoch einen entscheidenden Nachteil: Zur Bestimmung des Drehwertes der Welle muss die Drehwertverkörperung pro Umfang mit einer vorgegebenen, geradzahligen Anzahl an Magnetpolen ausgestaltet sein. Insbesondere mit mehreren Magnetpolen vormagnetisierte bandförmige Magnetkörper, die in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse verlegt werden, sind aus mehreren Gründen problematisch. Zum einen stellen die Enden des Magnetkörpers Inhomogenitäten dar, an denen sich das Magnetfeld gegenüber den übrigen Bereichen des Magnetkörpers ändert. Zum anderen ist der Magnetkörper bei der Montage nur mit hohem Aufwand zu befestigen, ohne den im Betrieb abgetasteten Bereich des Magnetkörpers in Mitleidenschaft zu ziehen. Im Stand der Technik ist daher vorgesehen, dass der bandförmige Magnetkörper erst nach der Verbindung mit der Welle magnetisiert wird. Bei der Magnetisierung des Magnetkörpers wird beispielsweise eine Vielzahl von abwechselnd orientierten und regelmäßig entlang der Längsrichtung des Magnetkörpers angeordneten Magnetpolen dauerhaft im Magnetkörper erzeugt.
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Die Magnetisierung des Magnetkörpers bei großen Wellen, wie sie beispielsweise in Windkraftanlagen eingesetzt werden, ist jedoch inpraktikabel.
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Aus der Gebrauchsmusterschrift
DE 203 11 754 U1 ist ein Tragring für einen magnetischen Drehgeber bekannt. Der Tragring umfasst mindestens ein durch einen Kleber mit dem Umfang des Ringes verbundenes, abwechselnd nord-süd-gepoltes Magnetband, und zeichnet sich dadurch aus, dass er mit mindestens einer zur Aufnahme des Magnetbandes dienenden mehrstufigen Nut versehen ist, deren unterste Stufe eine Sammelrinne für überschüssigen Kleber bildet und deren sich an die unterste Stufe anschließende Stufe einen Führungskanal für das Magnetband formt.
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Die
DE 10 2004 049 125 A1 offenbart ein Lüfterrad und einen Elektromotor, wobei am Umfang des Lüfterrades zumindest eine Spur abwechselnd magnetisierten Materials vorgesehen ist. Das abwechselnd magnetisierbare Material kann als Band aufgeklebt sein. Es können mindestens zwei Spuren am Umfang des Lüfterrades vorgesehen sein.
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Die
DE 197 32 713 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines einen Meßwertaufnehmer aufweisenden Meßkopfes bezogen auf einen relativ zum Meßkopf bewegbar vorgesehenen Meßwertgeber, wobei der Meßkopf mit einer zum elektronischen Auswerten eines Erfassungssignals des Meßwertaufnehmers und zum Erzeugen eines Positionssignals daraus mit einer Auswerteinheit verbindbar ist, wobei der Meßwertgeber als langgestrecktes, mittels eines magnetisierten Materials realisiertes Element realisiert ist, entlang der Erstreckungsrichtung des Elements dieses eine erste und mindestens eine dazu parallele zweite magnetisierte Spur aufweist, die magnetisierten Spuren jeweils eine in regelmäßigen Abständen entlang der Erstreckungsrichtung vorgesehene, periodische Magnetisierung entsprechend einer Polteilung aufweisen, wobei die Polteilung der ersten Spur eine gegenüber der Polteilung der zweiten Spur (
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In der
EP 0 723 136 A1 ist ein Gerät zur Bestimmung eines drehwinkelabhängigen Messwertes beschrieben. Bei dem Gerät wird als Träger der magnetischen Winkelinformationen ein Band oder ein Draht aus einem magnetischen Werkstoff hoher Koerzitivkraft schraubenlinienförmig auf die Mantelfläche eines trommelförmigen Rotors gewickelt.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die bekannten Verfahren und Vorrichtungen so zu verbessern, dass auch hohlzylindrische Drehwertverkörperungen mit einem großen Durchmesser und/oder großer axialer Breite möglich sind.
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Für das eingangs genannte Verfahren zur Herstellung der hohlzylindrischen Drehwertverkörperung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Magnetkörper vormagnetisiert ist und der wenigstens eine Magnetkörper zu wenigstens einer Windung spiralförmig gewickelt und die Drehwertverkörperung aus wenigstens zwei Windungen ausgeformt wird, wobei die Lage von quer zur Längsrichtung des Magnetkörpers benachbarten Magnetpolen zweier benachbarter Windungen zueinander wiederholt und/oder kontinuierlich bestimmt und die Magnetpole können in einer vorbestimmten Position zueinander ausgerichtet werden und der Magnetkörper zur Ausrichtung der Magnetpole in Abhängigkeit der bestimmten Lage der Magnetpole zueinander unterschiedlich stark gedehnt werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist konstruktiv besonders einfach und hat den Vorteil, dass hohlzylindrische Drehwertverkörperungen verhältnismäßig preiswert auch an Wellen mit großem Durchmesser, insbesondere auch an bereits montierten Wellen oder Hohlzylindern, stoßfrei angebracht werden können.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung, der auch bei Wellen und Hohlzylindern mit kleinem Durchmesser eintritt, besteht darin, dass aufgrund der wenigstens zwei Windungen diese in Richtung der Längsachse der Drehwertverkörperung eine große Breite aufweist. So kann die Drehwertverkörperung in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen die Drehwertverkörperung im Betrieb axiale Bewegungen gegenüber den Drehwertabnehmern ausführt.
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Aufgrund der Wicklungsstruktur kommen die Enden des wenigstens einen Magnetkörpers außerhalb des abgetasteten Bereichs zu liegen, so dass sie zur Befestigung des Magnetkörpers während der Montage verwendet werden können, ohne dass sich mechanische Eingriffe an den Enden auf das spätere Messsignal auswirken.
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Oft werden die Magnetkörper beim Wickeln mit dem Mantel verklebt, so dass eine nachträgliche Ausrichtung der verklebten Abschnitte nicht möglich ist. Um dies auszugleichen, wird der Magnetkörpder zur Ausrichtung der Magnetpole gedehnt.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungsformen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungen und die mit ihnen verbundenen Vorteile wird im Folgenden eingegangen.
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So kann die wenigstens eine Windung mit der vorbestimmten Anzahl von Magnetpolen gewickelt werden. Die vorbestimmte Auswahl ergibt sich aus der gewünschten Auflösung für den Drehwert. Die wenigstens eine Windung kann für einen Drehwertabnehmer der ringförmigen Drehwertverkörperung gleichen und sowohl die vorgegebene Anzahl an Magnetpolen aufweisen als auch den Umfang der Welle vollständig umfassen. Insbesondere mit diesen Eigenschaften kann den vom Drehwertabnehmer erzeugten Messsignalen ein Drehwert zugewiesen werden.
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Benachbarte Windungen können in einer Axialrichtung der Drehwertverkörperung aneinandergrenzend gewickelt werden und so die hohlzylindrische oder auch rohrförmige Drehwertverkörperung ausbilden. Es ist dabei von Vorteil, wenn benachbarte Magnetpole der aneinandergrenzenden Windungen in Längsrichtung des wenigstens einen gewickelten Magnetkörpers zueinander in einer vorbestimmten Position ausgerichtet sind. Die aneinandergrenzenden Windungen können dabei von einem Drehwertabnehmer in Axialrichtung als eine Drehwertverkörperung erkannt werden, die in Axialrichtung breiter ist als eine einzelne Windung. Die Positionierung des Drehwertabnehmers kann somit in Axialrichtung mit einer geringen Genauigkeit erfolgen.
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Gleich orientierte Magnetpole sind bevorzugt quer zur Längsrichtung des wenigstens einen Magnetkörpers miteinander fluchtend ausgerichtet. Damit kommen Pole gleicher Polung nebeneinander zu liegen, wobei die Polgrenzen auf einer Linie liegen. Für einen Drehwertabnehmer entsprechen so die beiden aneinandergrenzenden Windungen einer einzelnen Drehwertverkörperung, da die miteinander fluchtenden Magnetpole der einzelnen Windungen einen einzigen, breiteren Magnetpol bilden.
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Zur Ausrichtung der Magnetpole kann der Magnetkörper entlang seiner Längsrichtung gezogen werden. Somit können die bandförmigen Magnetkörper unter einer Zugkraft stehend auf der womöglich kreiszylindrischen Welle so gewickelt werden, dass sie am Mantel der Welle anliegen. Auf dem Mantel aufliegende Windungen können beispielsweise auch relativ zum Mantel bewegt werden, um die Magnetpole auszurichten. Auch kann der Magnetkörper durch das Ziehen gestrafft oder gestreckt werden.
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Zur Ausrichtung der Magnetpole kann während des Herstellvorganges insbesondere die Lage der Magnetpole einer noch nicht vollständig gewickelten Windung und der vorgehenden Windung bestimmt werden.
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An einem losen, noch nicht gewickelten Ende der letzten Windung kann in einer tangentialen Richtung des Mantels beziehungsweise in Längsrichtung des Magnetkörpers so gezogen werden, dass der Magnetkörper in seiner Längsrichtung mehr oder weniger stark gedehnt wird, so dass die Magnetpole der noch nicht vollständig gewickelten Windungen zu den Magnetpolen der vorgehenden Windung ausgerichtet werden. Durch dieses Verfahren werden im Verlauf des Herstellprozesses der hohlzylindrischen Drehwertverkörperung die Magnetpole wenigstens zweier benachbarter Windungen zueinander ausgerichtet. Insbesondere durch die Dehnung des Magnetkörpers kann der innere Umfang der Windung an den Umfang der Welle oder deren äußerer Umfang an den Innenumfang der Hohlwelle oder Nabe angepasst werden, wobei die Windung die vorbestimmte Anzahl von Magnetpolen umfassen kann.
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Wenn der tatsächliche Umfang der Welle oder Nabe, beispielsweise durch Fertigungsfehler oder aufgrund der vorgegebenen Toleranzen, größer ist als ein vorgegebener Sollwert, kann ein erstes Ende des bandförmigen Magnetkörpers am Umfang der Welle beispielsweise über einen Positionierstift an einer vorgegebenen Umfangsposition fixiert oder auch verklebt werden. Wird nun die Welle oder Nabe zum Beispiel langsam um ihre Längsachse rotiert und der Magnetkörper im Wesentlichen entlang des Umfangs der Welle oder Nabe um die Welle gewickelt, wobei benachbarte Windungen aneinandergrenzend positioniert werden, kann die Länge des Magnetkörpers durch dessen Dehnung an den Umfang der Welle sukzessive angepasst werden.
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Bei dem Wickelprozess bildet der wenigstens eine Magnetkörper eine spiralförmig gewickelte hohlzylindrische Drehwertverkörperung aus. Eine vollständig gewickelte Windung entspricht dabei einem einmal um 360° in einem konstanten Abstand um die zentrale Achse der Drehwertverkörperung geführten Magnetkörper. Die Windung beginnt in Umfangsrichtung an einer vorgegebenen ersten Position und endet in Längsrichtung der Drehwertverkörperung um die Ganghöhe versetzt neben der ersten Position. Aus Sicht des Drehwertabnehmers wird bei einer Umdrehung eine geradzahlige Anzahl von Magnetpolen erfasst.
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Die Ganghöhe der spiralförmigen Drehwertverkörperung kann hierbei im Wesentlichen der Breite des bandförmigen Magnetkörpers entsprechen. Sobald die zweite Windung gewickelt wird, kann die relative Position der Magnetpole der ersten und der zweiten Windung zueinander bestimmt werden. Ist der Durchmesser der Welle wie hier größer als ein vorgegebener Wert, kann nun der Magnetkörper in Längsrichtung gedehnt werden. Durch die Dehnung können sich die Magnetpole der vorgegebenen Relativposition sukzessive annähern und im Verlauf des Weiteren Wicklungsprozesses beispielsweise miteinander fluchtend ausgerichtet werden. So können wenigstens zwei der Windungen mit entsprechend den Vorgaben positionierten Magnetpolen und mit der vorgegebenen Anzahl von Magnetpolen pro Umfang gewickelt sein.
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Kontaktlinien, an denen benachbarte Windungen der spiralförmigen Drehwertverkörperung aneinandergrenzen, verlaufen nicht genau quer zur Längsachse der Welle oder der Drehwertverkörperung, sondern um einen Gangwinkel geneigt. Folglich erstrecken sich die Magnetpole, die beispielsweise im Wesentlichen als rechteckige Mantelflächen ausgeformt sein können, nicht parallel, sondern im Gangwinkel zur Längsachse. Jedoch kann der Gangwinkel insbesondere dann vernachlässigbar klein sein und sich somit nicht wesentlich auf Messungen mit gewöhnlichen Drehwertabnehmern auswirken, wenn eine quer zur Längsrichtung des Magnetkörpers gemessene Breite des Magnetkörpers klein im Vergleich zum Umfang der Welle ist.
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Vorzugsweise ist der Magnetkörper so bemessen, dass die von der vorbestimmten Anzahl der Magnetpole in einer Windung eingenommene Läge vor der Anbringung an der Welle oder Nabe geringfügig kleiner ist als die Länge einer Windung der Drehwertverkörperung. In der Drehwertverkörperung ist der Magnetkörper bei dieser Ausführung folglich elastisch gedehnt.
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Um den Magnetkörper auch zu einer Drehwertverkörperung für eine Welle oder Nabe wickeln zu können, deren Durchmesser geringer als der Sollwert ist, kann der Magnetkörper vorab kürzer als der Sollwert des Wellen- oder Nabenumfangs ausgestaltet sein. Soll dieser Magnetkörper mit einer größeren Welle verwendet werden, ist er stärker zu dehnen. Jedoch kann die Dehnbarkeit des Magnetkörpers begrenzt und somit eine Anpassung eines kürzeren Magnetkörpers an eine größere Welle nicht möglich sein.
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Alternativ kann der Magnetkörper mit einer dem Sollwert entsprechenden Solllänge daher so auf einer zu dünnen Welle gewickelt werden, dass die Windungen zur Längsachse der Drehwertverkörperung stärker als im Gangwinkel geneigt verlaufen. So kann auch der Magnetkörper mit der Solllänge auf Wellen mit kleineren Durchmessern gewickelt werden.
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Ist der Magnetkörper auf der zylindrischen Welle oder in die hohlzylindrische Nabe, von der wenigstens der eine Drehwert überwacht werden soll, gewickelt, kann sich der Magnetkörper am Außenmantel der Welle oder Innenmantel der Nabe abstützen. Die hohlzylindrische Drehwertverkörperung braucht daher nicht selbsttragend ausgebildet zu sein.
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Ein zweites Ende des Magnetkörpers, das eine letzte Windung der Drehwertverkörperung in Umfangsrichtung begrenzt, kann über eine Befestigungseinrichtung in Bezug auf die restliche Drehwertverkörperung fixiert sein. Diese Befestigungseinrichtung kann eine variierbare Länge aufweisen und beispielsweise einen weiteren Positionierstift umfassen, der zum Beispiel über ein nicht dehnbares Halteband veränderbarer Länge mit dem zweiten Ende verbunden sein kann. Die Fixierung der Lage des zweiten Endes des Magnetkörpers kann auch dann vorteilhaft sein, wenn der Magnetkörper mit dem Umfang der Welle verklebt ist. Insbesondere wenn der Magnetkörper in Längsrichtung elastisch gestreckt ist, können so Rückstellkräfte über das Halteband und den weiteren wie auch den ersten Positionierstift aufgenommen werden, ohne dass die Verklebung durch diese Rückstellkräfte beeinträchtigt wird. Wird ein Drehwert der mit der hohlzylindrischen und mehrere Windungen umfassenden Drehwertverkörperung ausgerüsteten Welle oder Nabe bestimmt, überfahrt der Drehwertabnehmer aufgrund der Relativbewegung zwischen Drehwertabnehmer und Welle oder Nabe wenigstens zwei Windungen der Drehwertverkörperung. Ist der Drehwertabnehmer in Bezug auf die Längsrichtung der Welle unverschieblich in einem vorgegebenen Abstand zur Drehwertverkörperung positioniert, kann wenigstens eine Kontaktlinie zweier aneinandergrenzender Windungen durch den Drehwertabnehmer gekreuzt werden, da diese spiralförmig gewickelt sind.
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Um bei der Montage die Lage benachbarter Magnetpole zweier aneinandergrenzender Windungen zueinander zu bestimmen, können wenigstens zwei der Windungen entlang der Längsrichtung des aufgewickelten Magnetkörpers in einem vorbestimmten und im Wesentlichen konstanten Abstand an wenigstens zwei Messpositionen vorbeigeführt und die Orientierung der vorbeigeführten Magnetpole der beiden Windungen örtlich getrennt und zeitaufgelöst in den Messpositionen bestimmt werden und der zeitliche Abstand der Wechsel der Orientierung der Magnetpole ermittelt und mit einem Sollwert verglichen werden.
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Die Ausrichtung der Magnetpole zweier benachbarter Windungen kann bestimmt werden, indem das Magnetfeld an einer Messposition auf der einen Windung mit dem Magnetfeld an einer Messposition an der anderen Windung miteinander verglichen wird, und anschließend der Magnetkörper so ausgerichtet wird, dass die Abweichungen der Magnetfelder an den beiden Messpositionen innerhalb eines vorbestimmten Sollwertes liegen. Wenn in einer weiteren Ausgestaltung die Messpositionen quer zur Längsrichtung des gewickelten Magnetkörpers miteinander fluchten, kann der Sollwert nahe Null liegen.
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Werden mehrere Magnetkörper verwendet, so können diese in Form eines mehrgängigen Gewindes in Richtung der Längsachse der Drehwertverkörperung nebeneinanderliegend gewickelt werden. In dieser Ausgestaltung lassen sich größere Abweichungen der Welle oder Nabe vom Sollmaß ausgleichen. Bei dieser Ausgestaltung werden also benachbarte Windungen von unterschiedlichen Magnetkörpern gebildet. Durch mehrere Magnetkörper lassen sich Drehwertverkörperungen mit einer höheren Gesamtzahl von Windungen als bei einem einzigen gleichlangen Magnetkörper erzeugen. Da die einzelnen Magnetkörper aufgrund ihrer geringeren Länge eine geringere Reibung aufweisen, sinkt die zum Ausrichten der benachbarten Windungen gegebenenfalls benötigte Kraft.
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Diese Ausgestaltung kann so weiterentwickelt sein, dass die Anfänge der Magnetkörper gleichwinklig um den Umfang verteilt sind.
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Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines bandförmigen Magnetkörpers;
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2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, bei dem der Magnetkörper zu einer hohlzylindrischen Drehwertverkörperung gewickelt ist;
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3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels;
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4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels;
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5 eine schematische Darstellung einer Prüfvorrichtung.
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Zunächst ist der Aufbau eines Magnetkörpers 1 mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der 1 beschrieben. Der Magnetkörper 1 ist in einer perspektivische Ansicht P und einer Aufsicht O dargestellt. Der Magnetkörper 1 umfasst ein optionales Trägerband 2 und ein Magnetband 3, wobei sich das Trägerband 2 und das Magnetband 3 in einer Längsrichtung L des Magnetkörpers 1 erstrecken und das Magnetband 3 an einer in eine senkrecht zur Längsrichtung L verlaufenden Höhenrichtung D weisenden Kontaktfläche 4 des Trägerbands 2 befestigt ist. Der Magnetkörper 1 ist durch das Trägerband 2 und das Magnetband 3 im Wesentlichen quaderförmig ausgeformt, wobei das Trägerband 2 und das Magnetband 3 in einer senkrecht zur Längsrichtung L und zur Höhenrichtung D verlaufenden Breitenrichtung B gleich breit ausgeformt und übereinander angeordnet sind.
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Das Magnetband 3 weist entlang der Längsrichtung L regelmäßig angeordnete Magnetpole 5, 6 auf, die abwechselnd orientiert sind. Beispielsweise kann der hier schraffiert dargestellte Magnetpol 5 als ein magnetischer Nordpol und der nicht schraffiert dargestellte Magnetpol 6 als ein magnetischer Südpol ausgebildet sein. Die Magnetpole 5, 6 weisen hier in Längsrichtung L eine konstante und insbesondere gleiche Magnetlänge M auf. Alternativ kann der Magnetpol 5 jedoch auch mit einer größeren oder kleineren Magnetpollänge M ausgebildet sein als der Magnetpol 6.
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Das optionale Trägerband 2 kann beispielsweise als ein Stahlband mit einer in Höhenrichtung D weisenden Dicke zwischen 0,1 und 0,75 mm, insbesondere 0,3 mm, ausgebildet sein und womöglich an seiner vom Magnetband 3 abgewandten Seite 7 selbstklebend ausgerüstet sein. Die Gesamtdicke des Magnetkörpers 1 kann zwischen 0,5 und 5 mm betragen.
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Die Magnetpole 5, 6 erstrecken sich in Breitenrichtung B über die gesamt Breite des Magnetbandes 3.
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Der Magnetkörper 1 kann vorzugsweise elastisch verformbar und zumindest teilweise in Höhenrichtung D auslenkbar beziehungsweise biegbar und in Längsrichtung L dehnbar ausgebildet sein.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei für Elemente, die in Funktion und Aufbau den Elementen des Ausführungsbeispiels der 1 entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Der Kürze halber wird lediglich auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der 1 eingegangen.
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2 zeigt eine sich in einer axialen Richtung W erstreckende hohlzylindrische Drehwertverkörperung 8, die durch den zu mehreren Windungen 9 gewickelten Magnetkörper 1 ausgebildet ist. Der Magnetkörper 1 ist von einer parallel zu der axialen Richtung W verlaufenden zentralen Achse A der Drehwertverkörperung 9 mit einem konstanten Radius beabstandet von der Achse A zu den Wendeln 9 der Drehwertverkörperung 8 gewickelt. Einzelne Windungen 9 grenzen in axialer Richtung W aneinander.
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Eine in Längsrichtung L des Magnetkörpers 1 gemessene Länge einer Windung 9 entspricht im Wesentlichen dem inneren Umfang der hohlzylindrischen Drehwertverkörperung 8. Wenigstens eine der Windungen 9 umfasst eine vorbestimmte und insbesondere geradzahlige Anzahl von Magnetpolen 5, 6.
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Benachbarte Magnetpole 5 aneinandergrenzender Windungen 9 sind unterschiedlich schraffiert dargestellt.
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An einem noch nicht aufgewundenen losen Ende 10 einer in axialer Richtung W letzten Windung 9 des Magnetkörpers 10 wird, während der Magnetkörper 1 zur Drehwertverkörperung 8 gewickelt wird, in einer tangentialen Richtung T der Drehwertverkörperung 9 gezogen. Die tangentiale Richtung T fluchtet im Bereich des losen Endes 10 im Wesentlichen mit der Längsrichtung L des Magnetkörpers 1.
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Benachbarte Magnetpole 5 aneinandergrenzender Windungen 9 sind in einer vorbestimmten relativen Position zueinander angeordnet. Insbesondere sind die Magnetpole 5 senkrecht zur Längsrichtung L des gewickelten Magnetkörpers 1 miteinander fluchtend ausgerichtet. Auch benachbarte Magnetpole 6 aneinandergrenzender Windungen fluchten daher miteinander in der Breitenrichtung B des Magnetkörpers 1.
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Eine entgegen der axialen Richtung W weisende Windung 9 ist durch ein Anfangsstück 11 des Magnetkörpers 1 begrenzt. Das Anfangsstück 11 ist durch einen Positionierstift 12 fixiert, der durch eine im Anfangsstück 11 vorgesehen Öffnung ragt.
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Um einen Drehwert beispielsweise einer zylindrischen Welle 13 aufnehmen zu können, ist der Magnetkörper 1 auf dem Mantel 14 der Welle 13 zur Drehwertverkörperung 8 gewickelt. Der Positionierstift 12 ist in einer an einer vorgegebenen Position vorgesehenen Bohrung in der Welle 13 positioniert. Eine Längsachse S der Welle 13 fluchtet im Wesentlichen mit der zentralen Achse A der Drehwertverkörperung 8.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, wobei für Elemente, die in Funktion und Aufbau den Elementen der Ausführungsbeispiele der 1 oder 2 entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Der Kürze halber wird lediglich auf die Unterschiede zu den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 eingegangen.
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Die Welle 13 ist hier als ein Teil eines Windrades dargestellt und mit einem Rotor 15 rotationskraftübertragend verbunden. Die Welle 13 ist beispielsweise über Haltelager 16 um ihre Längsachse S rotierbar gelagert gezeigt. Die Welle 13 kann selbstverständlich auch einseitig gelagert werden. Die Drehwertverkörperung 8 ist in einem Messbereich 17 der Welle 13 angeordnet und womöglich mit deren Mantel 14 verklebt. Der Messbereich 17 der Welle 13 weist einen Durchmesser d1 auf, der kleiner ist als der Durchmesser d2 der Welle 13 auaußerhalb des Messbereichs 17. Die Differenz der Durchmesser d1, d2 ist größer oder gleich der doppelten Dicke des Magnetkörpers 1. Der Magnetkörper 1 ist so in den Mantel 14 der Welle 13 eingelassen und vor mechanischen Beschädigungen zumindest in Richtung parallel zur Längsachse S geschützt. Der Durchmesser d2 der Welle 13 außerhalb des Messbereichs 17 kann beispielsweise drei Meter betragen, so dass der Umfang eine jeden Windung der Drehwertverkörperung in etwa zehn Meter betragen kann.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei für Elemente, die in Funktion und Aufbau den Elementen der Ausführungsbeispiele der bisherigen Figuren entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Der Kürze halber wird lediglich auf die Unterschiede zu den Ausführungsbeispielen der bisherigen Figuren eingegangen.
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In der 4 ist neben der auf der Welle 13 vorgesehenen Drehwertverkörperung 8 ein Drehwertabnehmer 18 gezeigt, der anhand der Orientierung der Magnetfelder der Magnetpole 5, 6 ein dem Drehwert entsprechendes elektrisches Signal erzeugt. Der Drehwertabnehmer 18 ist durch einen Luftspalt von der radial nach außen weisenden Seite der Drehwertverkörperung 8 getrennt angeordnet und in Bezug auf die Längsachse S der Welle 13 fixiert.
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Der Magnetkörper 1 ist in Form einer zylindrischen Spirale am Mantel 14 der Welle 13 befestigt. Die Ganghöhe g der Spirale verläuft parallel zur Längsachse S der Welle 13 und entspricht im Wesentlichen der Breite des Magnetkörpers 1. Aneinandergrenzende Windungen 9 treffen in einer spiralförmigen Kontaktlinie 19 aufeinander, wobei die Kontaktlinie 19 zu einer senkrecht zur Längsachse S verlaufenden Umfangsrichtung U der Welle 13 in einem Gangwinkel α verläuft. Dreht sich die Welle 13 um ihre Längsachse S in einer Drehrichtung R, so ist ersichtlich, dass im Zuge der Relaitvbewegung der Drehwertabnehmer 18 die Windungen 9 überfährt und die Kontaktlinie 19 dabei wenigstens einmal kreuzt. Dies ist insbesondere daraus ersichtlich, dass die mit einer Umfangsrichtung der Welle 13 fluchtende Drehrichtung R die Kontaktlinie 19 kreuzt.
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Die Magnetpole 5, 6 sind hier nur ansatzweise dargestellt. Verdeckte Abschnitte der Kontaktlinie 19 sind gestrichelt dargestellt. Die Magnetpole 5, 6 der Windungen 9 verlaufen zur Längsachse S der Welle 13 im Gangwinkel α geneigt.
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5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Prüfvorrichtung zur Bestimmung der Lage benachbarter Magnetpole 5, 6 zueinander, wobei für Elemente, die in Funktion und Aufbau den Elementen der Ausführungsbeispiele der bisherigen Figuren entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Der Kürze halber wird lediglich auf die Unterschiede zu den Ausführungsbeispielen der bisherigen Figuren eingegangen.
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Die 5 zeigt abschnittsweise zwei benachbarte Windungen 9, 9' des zur Drehwertverkörperung 8 gewickelten Magnetkörpers 1 sowie eine Prüfvorrichtung 20. Die Prüfvorrichtung 20 ist mit einem Führungsabschnitt 21 und mit einem Sensorabschnitt 22 ausgeformt gezeigt.
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Der Führungsabschnitt 21 ist so ausgestaltet, dass er an einer in Längsrichtung des gewickelten Magnetkörpers 1 verlaufenden Seitenfläche 23 im Wesentlichen plan anlegbar und so relativ zur Drehwertverkörperung 8 ausrichtbar ist. Beispielsweise kann der Führungsabschnitt 21 zwei voneinander beabstandete Kontaktflächen aufweisen, über die er am Mantel 14 der Welle 13 und an einer in Längsrichtung S der Welle 13 weisenden Seitenfläche 23 anlegbar ist.
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Am Sensorabschnitt 22 sind zwei Drehwertabnehmer 24, 25 so befestigt, dass sie mit einer quer zur Seitenfläche 23 verlaufenden Breitenrichtung B fluchten. Die Drehwertabnehmer 24, 25 können jeweils wenigstens einen Magnetsensor umfassen, der den Wechsel der Orientierung der Magnetpole 5, 6 der Windungen 9, 9' in ein elektrisches Signal wandelt. Des Weiteren kann jeder der Drehwertabnehmer einen zweiten Magnetsensor umfassen, der ein von der Orientierung des Magnetfeldes der Magnetpole 5, 6 abhängiges Messsignal generiert. Die Drehwertabnehmer 24, 25 sind im Wesentlichen mittig über den Windungen 9, 9' angeordnet. Die Messsignale der Drehwertabnehmer 24, 25 können über nicht dargestellte Anschlüsse ausgegeben werden.
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Anstelle des vorangehend beschriebenen, auf einer Welle gewickelten Magnetkörpers kann der Magnetkörper auch auf die Innenfläche eines hohlzylindrischen Körpers, wie beispielsweise einer Nabe, gewickelt sein, ohne dass sich an den Grundzügen der Erfindung etwas ändert. Ferner können benachbarte Windungen auch von unterschiedlichen Magnetkörpern gebildet sein.
