-
Die Erfindung betrifft eine induktive Positionsmesseinrichtung zur Bestimmung der Lage zweier zueinander beweglicher Objekte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Eine derartige Positionsmesseinrichtung umfasst eine elektrisch leitende Erregerstruktur, z. B. in Form einer mäanderförmigen Teilung, gebildet durch mäanderförmig verlaufende Leiterbahnen, die im Betrieb der Positionsmesseinrichtung bestromt wird, also mit elektrischer Energie versorgt wird, sowie eine relativ zu der Erregerstruktur entlang mindestens einer Messrichtung bewegbare Empfängerstruktur, die z.B. durch elektrisch leitende Windungen realisiert werden kann und in der im Betrieb der Positionsmesseinrichtung eine von der Relativposition bezüglich der Erregerstruktur abhängige elektrische Spannung induziert wird, so dass relative Positionsänderungen von Empfänger- und Erregerstruktur anhand eines an der Empfängerstruktur abgreifbaren elektrischen Signales, insbesondere in Form eines Spannungs- oder Stromsignales ermittelbar sind.
-
Weiterhin sind elektrische Verbindungsleitungen vorgesehen, über die die Erregerstruktur und die Empfängerstruktur elektrisch kontaktierbar sind, insbesondere um die Erregerstruktur mit elektrischem Strom versorgen zu können und um die an der Empfängerstruktur auftretenden elektrischen Signale erfassen zu können.
-
Eine derartige Positionsmesseinrichtung, konkret in Form eines Stellungsmesstransformators, ist aus der
DE 12 67 433 A bekannt. Danach ist vorgesehen, dass das bewegte Teil mit dem ortsfesten Teil über Transformatorwicklungen oder Schleif- bzw. Bürstenkontakte gekoppelt sein kann.
-
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Positionsmesseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich bei Beibehaltung des induktiven Messprinzips durch einen einfachen Aufbau auszeichnet.
-
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Schaffung einer Positionsmesseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Danach sind die Erregerstruktur und die Empfängerstruktur gemeinsam auf einem flexiblen Träger aufgebracht, auf welchem auch die zur elektrischen Kontaktierung jener Strukturen vorgesehenen elektrischen Verbindungsleitungen verlaufen, wobei der Träger derart flexibel ist, dass durch positionsabhängige bzw. positionsveränderliche Biegung des Trägers die Relativbewegung der Empfängerstruktur bezüglich der Erregerstruktur entlang der mindestens einen Messrichtung ermöglicht wird.
-
Relativbewegung bedeutet dabei, dass sich wahlweise die Empfängerstruktur oder die Erregerstruktur bewegen kann, während die jeweils andere Struktur ortsfest angeordnet ist. Weiterhin ist es auch möglich, dass beide Strukturen eine Bewegung bezüglich eines ortsfesten Systems ausführen, dabei aber gleichzeitig auch relativ zueinander ihre Position ändern.
-
Dass es sich bei dem Träger, auf dem sowohl die Erreger- als auch die Empfängerstruktur aufgebracht sind, um einen flexiblen Träger handeln soll, schließt nicht aus, dass jener Träger abschnittsweise verstärkt bzw. versteift ist, insbesondere dort, wo die Erregerstruktur bzw. die Empfängerstruktur eine definierte mäanderförmige Teilung bzw. eine durch Windungen gebildete Abtasteinheit definieren. Von Bedeutung ist, dass der flexible Träger zumindest in solchen Abschnitten, über welche die Empfänger- und die Erregerstruktur miteinander verbunden sind, hinreichend flexibel ist, so dass durch positionsabhängige Biegung des Trägers die Relativbewegung der beiden Strukturen entlang der Messrichtung ermöglicht wird.
-
Dass die Erreger- und die Empfängerstruktur gemeinsam auf einem flexiblen Träger angeordnet sind, bedeutet vor diesem Hintergrund, dass ein durchgehender Träger, auch wenn er abschnittsweise im Bereich der vorgenannten Strukturen verstärkt ist, sowohl die Empfänger- als auch die Erregerstruktur aufnimmt, diese mechanisch miteinander verbindet und zudem die zur elektrischen Kontaktierung jener Strukturen erforderlichen elektrischen Verbindungsleitungen trägt. Hieraus ergibt sich ein sehr einfacher und kostengünstiger, zugleich robuster, Aufbau des Gesamtsystems.
-
Der flexible Träger kann dabei durch eine (einlagige oder eine mehrlagige) Folie gebildet werden, insbesondere ein Folienteil, auf dem sowohl die Erreger- als auch die Empfängerstruktur und die zugehörigen Verbindungsleitungen angeordnet sind.
-
Die Kombination aus dem flexiblen Träger und den hierauf aufgebrachten elektrischen Komponenten, nämlich der Erreger- und Empfängerstruktur sowie den Verbindungsleitungen, kann somit eine flexible Leiterplatte bilden. Hierbei kann es sich auch um eine so genannte starr-flexible Leiterplatte handeln, bei der ein durchgehender flexibler Träger abschnittsweise, z. B. im Bereich der Erreger- und/oder der Empfängerstruktur, auf ein starres Trägersubstrat aufgebracht ist, so dass an den Erreger- und Empfängerstrukturen definierte, nicht durch Biegungen des flexiblen Trägers veränderliche Abstände zwischen den jene Strukturen bildenden Leiterelementen bestehen. Derartige starr-flexible Leiterplatten, bei denen ein flexibler Träger abschnittsweise auf ein starres Trägersubstrat aufgebracht ist, werden auch als Multiflex-Schaltungen bezeichnet.
-
Konkret kann der flexible Träger beispielsweise als Polyimidfolie ausgebildet sein. Und als etwaiges starres Trägersubstrat (im Bereich der Erreger- und/oder der Empfängerstruktur) eignen sich elektrisch isolierende Materialien wie Kunststoffe (z.B. Epoxydharz) sowie weiterhin ferromagnetische Materialien.
-
Auch kann vorgesehen sein, im Bereich der Erreger- und/oder der Empfängerstruktur zwischen dem flexiblen Träger und einem zugeordneten starren Trägersubstrat eine Zwischenlage vorzusehen, die den magnetischen Fluss im Bereich der Erreger- bzw. Empfängerstruktur verstärkt, dabei aber vorteilhaft nur eine geringe bzw. keine elektrische Leitfähigkeit aufweist, was z. B. durch Ferrite erfüllt wird.
-
Aufgrund der Flexibilität des gemeinsamen Trägers der Erreger- und Empfängerstruktur kann dieser auch auf gekrümmte Oberflächen aufgebracht werden, wie z. B. auf einer bogenförmig verlaufenden Oberfläche einer Winkelmesseinrichtung oder auf einem längserstreckten Messbolzen eines Längenmesssystems (z. B. eines Messtasters). Weiterhin kann der flexible Träger längserstreckt ausgeführt sein, wobei sich die Erreger- und die Empfängerstruktur jeweils entlang der Längsrichtung des flexiblen Trägers erstrecken.
-
Die Erregerstruktur kann beispielsweise durch mäanderförmig verlaufende Windungen (Maßstabswindungen) gebildet werden, die eine durch die Empfängerstruktur abtastbare Messteilung definieren. Und bei der Empfängerstruktur kann es sich um eine Abtasteinrichtung handeln, die durch eine Mehrzahl entlang der Erstreckungsrichtung jener Struktur hintereinander angeordneter Abtastwindungen gebildet wird.
-
Darüber hinaus können auf dem flexiblen Träger auch elektronische Bauelemente (Elektronikbausteine) aufgebracht sein, die der Versorgung der Erregerstruktur mit elektrischer Energie dienen und/oder der Auswertung der an der Empfängerstruktur erzeugten elektrischen Signale (Strom- bzw. Spannungssignale) dienen. Diese zusätzlichen elektronischen Bauelemente können vorteilhaft an einem seitlich überstehenden Bereich des flexiblen Trägers vorgesehen sein, der zudem umbiegbar sein kann, so dass er sich von den die Erreger- und Empfängerstruktur sowie die Verbindungsleitungen aufnehmenden Bereichen des flexiblen Trägers abwinkeln lässt. Von den an jenem Zusatzbereich des flexiblen Trägers vorgesehenen elektronischen Bauelementen können die Verbindungsleitungen abgehen, die der elektrischen Kontaktierung der Erreger- und/oder Empfängerstruktur dienen.
-
Vorteilhaft können sowohl die Erreger- als auch die Empfängerstruktur sowie die zugehörigen Verbindungsleitungen und gegebenenfalls auch die zum Betrieb und zur Auswertung (sowie ggf. Steuerung) verwendeten elektronischen Bauelemente jeweils vollständig auf dem flexiblen Träger angeordnet sein.
-
Die Erregerstruktur kann bei Ausgestaltung als Mess- bzw. Maßstabsteilung, z.B. gebildet durch entlang einer Längsrichtung hintereinander angeordneter mäanderförmiger Maßstabswindungen, insbesondere eine inkrementale Messteilung bilden, indem die Maßstabswindungen gleich beabstandet (periodisch) hintereinander angeordnet sind.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann aus mehreren inkrementalen Messteilungen ein absolutes Positionsmesssystem gebildet werden, indem mehrere Messteilungen mit unterschiedlichen Teilungsperioden, insbesondere geringfügig voneinander abweichenden Teilungsperioden, derart angeordnet werden, dass sie jeweils durch die zugeordnete Abtasteinheit, insbesondere in Form einer oder mehrerer Empfängerstrukturen, abtastbar sind. Besonders platzsparend ist dabei eine Anordnung der jeweils auf dem flexiblen Träger aufgebrachten Messteilungen übereinander. Aber auch eine Anordnung mehrerer inkrementaler Messteilungen nebeneinander ist ohne weiteres möglich. Zur Reduzierung von Signaloberwellen kann das Abstandsverhältnis der mäanderförmig verlaufenden Windungen der einzelnen Messteilungen z.B. 1:2 betragen.
-
Indem die inkrementalen Messteilungen als Erregerstrukturen jeweils gezielt mit elektrischer Energie, nämlich Strom, versorgt werden lässt sich mittels eines Schwebungsalgorithmus eine Absolutposition ermitteln. Dieses so genannte Nonius- bzw. Vernier-Prinzip ist zur Ermittlung der Absolutposition unter Nutzung mehrerer inkrementaler Maßstabsteilungen grundsätzlich bekannt, vergleiche etwa
EP 1 967 825 A2 . Ein besonderer Vorteil der Nutzung dieses Prinzips im Rahmen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sämtliche Maßstabsteilungen sowie die zugehörigen elektrischen Verbindungen auf einem einzigen (flexiblen) Träger untergebracht werden können.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.
-
Es zeigen:
- 1A eine schematische Draufsicht auf einen flach ausgebreiteten flexiblen Träger, auf den eine Erregerstruktur und eine Empfängerstruktur einer Positionsmesseinrichtung sowie zugehörige elektrische Verbindungsleitungen aufgebracht sind;
- 1B einen schematischen Querschnitt durch die Anordnung aus 1A bei gebogenem Träger;
- 2 eine mögliche Anwendung einer Anordnung gemäß den 1A und 1B in einem Längenmesssystem;
- 3 eine mögliche Anwendung einer Anordnung gemäß den 1A und 1B in einem Winkelmesssystem;
- 4A eine Abwandlung des Aufbaus aus 3;
- 4B eine perspektivische Seitenansicht des Aufbaus aus 4A;
- 5 eine Anordnung gemäß den 1A und 1B auf einem gekrümmten Trägersubstrat;
- 6 eine schematische Darstellung einer Abwandlung der Anordnung aus den 1A und 1B mit mehreren Erreger- und Empfängerstrukturen.
-
1A zeigt eine Draufsicht auf eine (flach ausgebreitete) flexible Leiterplatte 1 mit einem flexiblen Träger 10, z. B. in Form einer Trägerfolie. Der Träger 10 besteht aus einem derart elastischen bzw. flexiblen Material, dass er, wie anhand des schematischen Querschnitts gemäß 1B deutlich wird, um eine positionsabhängige Biegestelle B mit großer Krümmung bzw. kleinem Biegeradius umgebogen werden kann, wie weiter unten noch näher erläutert werden wird. Als Material für den flexiblen Träger 10 eignet sich beispielsweise Polyimid.
-
Der flexible Träger 10 ist entlang einer Erstreckungsrichtung E erstreckt und weist an entlang der Erstreckungsrichtung E voneinander beabstandeten (End-)Abschnitten einerseits eine Erregerstruktur 2 und andererseits eine Empfängerstruktur 3 eines induktiven Positionsmesssystems auf, die über einen Verbindungsabschnitt bzw. - entlang der Erstreckungsrichtung E betrachtet - mittleren Abschnitt des flexiblen Trägers 10 miteinander verbunden sind.
-
Die Erregerstruktur 2 ist hier ausgeführt als eine Teilung (Mess- bzw. Maßstabsteilung), die durch eine zugehörige Abtasteinrichtung, vorliegend in Form der Empfängerstruktur 3, abtastbar ist.
-
Die Erregerstruktur 2 umfasst eine Mehrzahl mäanderförmiger, (entlang der Erstreckungsrichtung E) hintereinander angeordneter Windungen 21 (Maßstabswindungen), die (mit einem bestimmten, gleichbleibenden Abstand voneinander) in einer definierten Periode a angeordnet sind. Die Windungen 21 sind dabei konkret gebildet durch mäanderförmige Anordnung einer auf dem einen Endabschnitt des flexiblen Trägers 10 verlaufenden Leiterbahn 20.
-
Die Empfängerstruktur 3 ist an dem der Erregerstruktur 2 abgewandten Endabschnitt des flexiblen Trägers 10 angeordnet. Sie ist hier ausgeführt als Abtasteinrichtung zur Abtastung der Erregerstruktur 2 bzw. der hierdurch definierten Maßstabsteilung. Die Empfängerstruktur 3 wird gebildet durch Windungen 31, 32 zweier separater (elektrisch voneinander getrennter) Leiterbahnen 30a, 30b, die entlang der Erstreckungsrichtung E abwechselnd hintereinander auf dem Träger 10 angeordnet sind. Es handelt sich also um eine zweiphasige Empfängerstruktur 3. Es können jedoch auch Empfängerstrukturen mit nur einer Phase oder mehr als zwei Phasen vorgesehen sein.
-
Auf dem flexiblen Träger 10, speziell im Ausführungsbeispiel auf einem hiervon abstehenden Teilabschnitt 15, sind weiterhin elektronische Bauelemente bzw. Baugruppen 41, 42, 43 einer Elektronikbaueinheit 4 angeordnet, die zum einen der Versorgung der Erregerstruktur 2 mit Energie/Strom dienen können und die zum anderen an der Empfängerstruktur 3 auftretende elektrische Signale (Strom- bzw. Spannungssignale) auswerten können.
-
Konkret ist ein erster Baustein 41 der Elektronikbaueinheit 4 über erste Verbindungsleitungen 51 mit der Erregerstruktur 2 verbunden, um diese im Betrieb gezielt (mit Wechselstrom) bestromen zu können. Weiterhin sind die Windungen 31, 32 der Empfängerstruktur 3 über zweite und dritte Verbindungsleitungen 52, 53 mit einer Auswerteelektronik 42 verbunden, um im Betrieb der Anordnung in der Empfängerstruktur 3 erzeugte (induzierte) elektrische Signale (Strom- bzw. Spannungssignale) auswerten zu können.
-
Der von dem flexiblen Träger 10 seitlich abstehende Teilabschnitt 15, welcher die elektronische Baueinheit 4 trägt, ist dabei - wegen der Flexibilität des Trägers 10 - umbiegbar, um die räumliche Lage der elektronischen Baueinheit 4 an die Gegebenheiten einer jeweiligen Umgebung (am Einbauort) anpassen zu können.
-
Der mit der Erregerstruktur 2 versehene Abschnitt sowie der mit der Empfängerstruktur 3 versehene Abschnitt des flexiblen Trägers 10 sind über einen Verbindungsabschnitt (mittleren Abschnitt) des Trägers 10 miteinander verbunden, welcher es aufgrund seiner Flexibilität ermöglicht, die Erregerstruktur 2 und die Empfängerstruktur 3 durch Biegung des mittleren Abschnittes zur Überdeckung zu bringen, so dass diese einander gegenüberliegen. Dies ist in der 1B erkennbar, welche die Anordnung aus 1A im schematischen Querschnitt in einem Zustand zeigt, in dem der Träger 10 um einen Biegebereich B im Verbindungsabschnitt des Trägers 10 derart umgebogen worden ist, dass die Erregerstruktur 2 und die Empfängerstruktur 3 einander (quer zur Erstreckungsrichtung E des Trägers 10) gegenüberliegen.
-
Die Erregerstruktur 2 und die Empfängerstruktur 3 können dabei entlang einer Messrichtung M, welche im Ausführungsbeispiel mit der Erstreckungsrichtung E des flexiblen Trägers 10 zusammenfällt, relativ zueinander bewegt werden. Dies ermöglicht es, mittels der in den 1A und 1B gezeigten Anordnung auf der Basis eines induktiven Messprinzips Positionsmessungen durchzuführen. Hierzu wird die Erregerstruktur 2, welche als eine Maßstabsteilung ausgeführt ist, mit elektrischem Strom (Wechselstrom) versorgt, und zwar über die Verbindungsleitungen 51, wodurch in der gegenüberliegenden Empfängerstruktur 3 ein Spannungs- bzw. Stromsignal erzeugt wird, welches von der Relativposition der Empfängerstruktur 3 bezüglich der Erregerstruktur 2 entlang der Messrichtung M abhängt. Konkret hängen die in der Empfängerstruktur 3 aufgrund der Bestromung der Erregerstruktur 2 induzierte Spannung sowie der hiermit verbundene Strom von der Relativposition der Empfängerstruktur 3 bezüglich der Erregerstruktur 2 ab.
-
Aufgrund der Ausgestaltung der Erregerstruktur 2 als periodische Teilung (Maßstabsteilung) mit der Periode a der einzelnen Windungen 21 handelt es sich bei der Anordnung der 1A und 1B um ein inkrementales Positionsmesssystem, mit dem Positionsänderungen der Empfängerstruktur 3 bezüglich der Erregerstruktur 2 erfassbar sind. Derartige Positionsänderungen entlang der Messrichtung M lassen sich dadurch herbeiführen, dass die Lage des Biegebereiches B des flexiblen Trägers 10 entlang der Messrichtung M variabel ist.
-
Einzelheiten zur möglichen Integration der Anordnung aus den 1A und 1B in ein Positionsmesssystem, konkret ein Längenmesssystem oder ein Winkelmesssystem, werden nachfolgend anhand der 2 bis 5 näher erläutert werden.
-
Zunächst sei noch darauf hingewiesen, dass auf der Grundlage der Anordnung aus den 1A und 1B auch ein absolutes Positionsmesssystem aufbaubar ist, indem mehrere inkrementale Maßstabsteilungen (Erregerstrukturen 2, wie in 1A dargestellt), die jeweils unterschiedliche Teilungsperioden bzw. Abstände a zwischen den einzelnen Windungen 21 aufweisen, so auf einem flexiblen Träger 10 angeordnet werden, dass sie mittels der zugeordneten Abtasteinrichtung (umfassend eine oder mehrere Empfängerstrukturen 3) abtastbar sind. D. h., die bei Bestromung einer jeweiligen der Mehrzahl an Erregerstrukturen erzeugten magnetischen Felder müssen so auf die Empfängerstruktur(en) einwirken, dass dort ein entsprechendes Spannungs- bzw. Stromsignal induziert werden kann. Hierzu können die einzelnen inkrementalen Maßstabsteilungen beispielsweise übereinander auf dem Träger 10 angeordnet sein. Die Auswertung der in einer jeweiligen Empfängerstruktur 3 durch eine zugeordnete Erregerstruktur 2 erzeugten Signale erfolgt, wie bereits weiter oben im einleitenden Teil beschrieben, vorteilhaft nach dem Nonius- bzw. Vernier-Prinzip, also insbesondere mittels eines Schwebungsalgorithmus. Eine solche Anordnung wird weiter unten anhand 6 noch näher erläutert werden.
-
2 zeigt eine mögliche Anwendung einer Anordnung nach den 1A und 1B in einem Längenmesssystem in Form eines Messtasters. Gemäß 2 umfasst eine Basisbaugruppe 6 des Längenmesssystems einen Basisträger 60 sowie eine Aufnahme 62, in der ein Messelement 7 in Form eines Messbolzens entlang einer Messrichtung M beweglich geführt ist. Die Aufnahme 62 weist hierzu ein Gleitlager 65 auf, in der das Messelement 7 (Messbolzen) gleitend geführt ist.
-
Bei einer Bewegung des Messelementes 7 entlang der Messrichtung M bewegt sich dieses über dem Basisträger 60 und relativ zu diesem. Zur Erfassung von Positionsänderungen des Messelementes 7 bezüglich des Basisträgers 60 entlang der Messrichtung M dient eine Anordnung der in den 1A und 1B gezeigten Art, ausgebildet als eine flexible Leiterplatte 1, auf deren flexiblem Träger 10 eine Erregerstruktur 2 und eine Empfängerstruktur 3 einschließlich der zugehörigen Verbindungsleitungen 51, 52, 53 zur elektrischen Kontaktierung jener Strukturen 2, 3 aufgebracht sind.
-
Im Ausführungsbeispiel der 2 ist an dem längsbeweglichen Messelement 7 einerseits und dem Basisträger 60 andererseits jeweils ein Trägersubstrat 25 bzw. 35 angeordnet, auf welchem jeweils ein Endabschnitt des flexiblen Trägers 10 aufgebracht ist. Die Befestigung des flexiblen Trägers 10 mit einem jeweiligen Endabschnitt an den Trägersubstraten 25, 35 kann beispielsweise durch Kleben erfolgen.
-
Durch die Verstärkung bzw. Versteifung der Endabschnitte des flexiblen Trägers 10 mittels der Trägersubstrate 25, 35 wird im Ergebnis eine sogenannte starr-flexible Leiterplatte gebildet, mit einem durchgehenden flexiblen Träger 10, auf dem die elektrischen und elektronischen Komponenten, insbesondere die Erreger- und die Empfängerstruktur sowie die zugehörigen Verbindungsleitungen aufgebracht sind, wobei der Träger abschnittsweise durch die Trägersubstrate 25, 35 derart verstärkt ist, dass keine Flexibilität mehr besteht.
-
An den auf einem jeweiligen Trägersubstrat 25, 35 aufgebrachten Abschnitten des flexiblen Trägers 10 sind die Erregerstruktur 2 und die Empfängerstruktur 3 vorgesehen. Hierdurch sind diese im Ergebnis an nicht mehr biegbaren Bereichen des flexiblen Trägers 10 angeordnet. Damit sind sowohl die Erregerstruktur 2 als auch die Empfängerstruktur 3 räumlich derart festgelegt, dass keine Änderungen der Geometrie der jeweiligen Struktur 2, 3 aufgrund von Biegungen des flexiblen Trägers 10 erfolgen können.
-
Aufgrund der Anordnung der mit der Erregerstruktur 2 bzw. der Empfängerstruktur 3 versehenen Abschnitte des flexiblen Trägers 10 an einem jeweils zugeordneten Trägersubstrat 25, 35 derart, dass die Empfängerstruktur 3 und die Erregerstruktur 2 einander gegenüberliegen, wie anhand 2 erkennbar, kann das Ausmaß einer Relativbewegung des Messelementes 7 bezüglich der Basis 6 nach dem induktiven Messprinzip, wie vorstehend anhand der 1A und 1B beschrieben, erfasst werden.
-
Die Trägersubstrate 25, 35 können dabei beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen. Besonders geeignet als Trägersubstrate sind zudem ferromagnetische Materialien.
-
Weiterhin kann vorgesehen sein, zwischen dem jeweiligen Trägersubstrat 25, 35 und dem zugehörigen Endabschnitt des flexiblen Trägers 10 eine den magnetischen Fluss verstärkende Zwischenlage vorzusehen, die vorteilhaft allenfalls eine geringe Leitfähigkeit aufweisen sollte, wie z. B. ein Ferrit.
-
Anhand 2 wird weiterhin deutlich, dass der mit der elektronischen Baueinheit 4 versehene, seitlich abstehende Abschnitt 15 des flexiblen Trägers 10 durch Biegen um die zugehörige Biegelinie B' von den übrigen Bereichen des flexiblen Trägers 10 z.B. im Wesentlichen senkrecht abgewinkelt ist und so platzsparend an der Basis 6 angebracht werden kann.
-
3 zeigt eine Anwendung der Anordnung aus den 1A und 1B bei einem Winkelmesssystem mit einem um eine Drehachse D drehbaren Rotor 9 und einem den Rotor 9 an dessen äußerem Umfang umgreifenden (ortsfesten) Stator 8, wobei der Stator 8 und der Rotor 9 einander zugeordnete (gegenüberliegende), bogenförmig verlaufende Oberflächen 80, 90 aufweisen, die sich lokal (an ihren Tangenten) jeweils parallel zueinander erstrecken.
-
Indem auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen 80, 90 des Stators 8 und des Rotors 9 jeweils ein Abschnitt der flexiblen Leiterplatte 1 aufgebracht (z. B. aufgeklebt) wird, von denen der eine mit der Erregerstruktur 2 und der andere mit der Empfängerstruktur 3 versehen ist, können Relativbewegungen des Rotors 9 bezüglich des Stators 8 um die Drehachse D erfasst werden. Auch hier wird die Relativbewegung des Rotors 9 bezüglich des Stators 8 unter Berücksichtigung der flexiblen Leiterplatte 1, welche Stator 8 und Rotor 9 verbindet, dadurch ermöglicht, dass deren flexibler Träger 10 um einen positionsabhängigen Biegebereich B biegbar ist.
-
In den 4A und 4B ist eine Abwandlung der Anordnung aus 3 dargestellt, bei der die mit der Erreger- bzw. Empfängerstruktur versehenen Endabschnitte des flexiblen Trägers 10 nicht an radial gegenüberliegenden Oberflächen eines Rotors 8 und eines Stators 9 vorgesehen sind. Vielmehr sind beim Ausführungsbeispiel der 4A und 4B ein Rotor 8 und ein Stator 9 in axialer Richtung übereinander angeordnet, wobei der Rotor 9 (mittels eines Lagers L) drehbar um eine körperliche Achse D angeordnet ist, während der Stator 8 ortsfest bezüglich der körperlichen Achse D festliegt.
-
Die mit der Erreger- bzw. Empfängerstruktur versehenen Abschnitte des flexiblen Trägers 10 sind in diesem Fall an einander axial gegenüberliegenden Oberflächen 85, 95 des Stators 8 und des Rotors 9 vorgesehen.
-
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, gemäß dem der mit der Erregerstruktur 2 versehene Abschnitt des flexiblen Trägers 10 auf die gekrümmte Oberfläche 101 eines zylindrischen Trägerkörpers 100 aufgebracht ist. Derartige Anwendungsmöglichkeiten werden durch die Flexibilität des Trägers 10 eröffnet, wobei wiederum auch die zugehörigen elektrischen Verbindungsleitungen 51, die zur Bestromung der Erregerstruktur 2 dienen, auf dem flexiblen Träger 10 aufgebracht sind.
-
6 zeigt in schematischer Darstellung eine bereits erwähnte Abwandlung der Anordnung aus den 1A und 1B, gemäß der mehrere Erregerstrukturen 2a, 2b und zugeordnete Empfängerstrukturen 3a, 3b vorgesehen sind. Vorliegend handelt es sich beispielhaft um eine Anordnung mit je zwei Erreger- und Empfängerstrukturen. Die Erregerstrukturen 2a, 2b sind dabei - ebenso wie die zugehörigen Empfängerstrukturen 3a, 3b - quer zur Messrichtung M sowie quer zu der jeweiligen Ebene insgesamt, entlang der sich jene Strukturen erstrecken, übereinander angeordnet und voneinander beabstandet. Dabei können die Erregerstrukturen 2a, 2b und die zugehörigen Empfängerstrukturen 3a, 3b auf einem gemeinsamen flexiblen Träger, wie in den 1A und 1B dargestellt, angeordnet werden, z.B. indem die Erregerstrukturen 2a, 2b einerseits und die Empfängerstrukturen 3a, 3b andererseits jeweils (mittels Zwischenlagen) gegeneinander isoliert gemeinsam auf einem bestimmten Abschnitt des Trägeres aufgebracht werden oder indem jener Träger geeignet (mehrfach) umgebogen wird, so dass der flexible Träger mehrere übereinander angeordnete Auflageflächen in unterschiedlichen Trägerabschnitten bildet, welche z.B. jeweils durch einen Biegebereich des Trägers miteinander verbunden sind und auf denen jeweils eine der genannten Strukturen 2a, 2b; 3a, 3b angeordnet werden kann.
-
In der 6 ist dabei der besseren Übersichtlichkeit halber aufseiten der Empfängerstrukturen 31, 31' jeweils nur eine von üblicherweise mehreren Phasen einer jeweiligen Empfängerstruktur 3a, 3b dargestellt. Hinsichtlich des möglichen Aufbaus einer jeweiligen Empfängerstruktur 3a, 3b aus mehreren Phasen sei auf die diesbezüglichen Ausführungen zu 1A verwiesen.
-
Die verschiedenen Empfängerstrukturen 2a, 2b haben vorliegend (geringfügig) unterschiedliche Teilungsperioden a, a' ihrer jeweiligen Windungen 21, 21'. Dementsprechend können sich vorteilhaft auch die Teilungsperioden der Windungen 31, 31' der verschiedenen Empfängerstrukturen 3a, 3b unterscheiden.
-
Den einzelnen Erreger- und Empfängerstrukturen 2a, 2b; 3a, 3b sind jeweils (eigene) elektrische Verbindungsleitungen in Form von Leiterbahnen zugehörig, die, wie oben anhand der 1A und 1B beschrieben, zusammen mit den besagten Strukturen auf einem gemeinsamen flexiblen Träger angeordnet werden können.
-
Vorliegend ist außerdem einer jeweiligen Erregerstruktur 2a, 2b jeweils (genau) eine Empfängerstruktur 3a bzw. 3b zugeordnet. Dabei ist im Betrieb der Positionsmesseinrichtung zu gewährleisten, dass die bei Bestromung einer jeweiligen Erregerstruktur 2a oder 2b in den Empfängerstrukturen 3a, 3b erzeugten elektrischen Signale (Spannungs- bzw. Stromsignale) in der richtigen, jeweils zugeordneten Empfängerstruktur 3a bzw. 3b zur Positionsermittlung herangezogen werden. Hierfür bestehen z. B. die folgenden Möglichkeiten:
- a) Zum einen können die Erregerstrukturen 2a, 2b zeitlich nacheinander bestromt werden. Hierbei werden bei Bestromung der ersten Erregerstruktur 2a die in der zugeordneten ersten Empfängerstruktur 3a erzeugten elektrischen Signale zur Positionsermittlung herangezogen und bei Bestromung der anderen Erregerstruktur 2b die in der zugehörigen weiteren Empfängerstruktur 3b erzeugten Signale. Aus den mittels der verschiedenen Empfängerstrukturen 3a, 3b ermittelten Positionswerten lässt sich sodann nach dem bekannten Vernier-Prinzip die Absolutposition (der Empfängerstrukturen bezüglich der Erregerstrukturen) bestimmen.
- b) Nach einer anderen Variante, die auch mit der vorgenannten kombiniert werden kann, werden die verschiedenen Erregerstrukturen 2a, 2b mit Strömen (Wechselströmen) unterschiedlicher Frequenz bestromt. Die Empfängerstrukturen 3a, 3b sind dabei jeweils sensitiv für eine der entsprechenden Frequenzen, so dass mittels der einzelnen Empfängerstrukturen 3a, 3b jeweils eine gezielte Auswertung der von der jeweils zugehörigen Erregerstruktur 2a bzw. 2b erzeugten Signale möglich ist. Die Bestimmung einer Absolutposition kann hierbei wiederum nach dem Vernier-Prinzip erfolgen.
