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GEBIET DER TECHNIK
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Induktive Positionsmesseinrichtungen dienen zur Bestimmung der Position zweier zueinander bewegbarer Bauteile. Sie werden beispielsweise als Drehgeber zur Bestimmung der Winkellage zweier relativ zueinander drehbaren Maschinenteile oder als Längenmesssystem zur direkten Messung von Längsverschiebungen entlang einer Achse verwendet. Die induktive Positionsmesseinrichtung gemäß der Erfindung kann zur Bestimmung einer Winkellage oder zur Bestimmung einer Längsverschiebung ausgestaltet sein.
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Derartige induktive Positionsmesseinrichtungen werden als Messgeräte für elektrische Antriebe, zur Bestimmung der Relativbewegung bzw. der Relativlage von entsprechenden Maschinenteilen, eingesetzt. In diesem Fall werden die erzeugten Positionswerte einer Folgeelektronik zur Ansteuerung der Antriebe über eine entsprechende Schnittstellenanordnung zugeführt. Man unterscheidet zwischen inkrementalen Positionsmesseinrichtungen und absoluten Positionsmesseinrichtungen, wobei vermehrt absolute Positionsmesseinrichtungen eingesetzt werden. Die induktive Positionsmesseinrichtung gemäß der Erfindung kann als inkrementale oder als absolute Positionsmesseinrichtung ausgestaltet sein.
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STAND DER TECHNIK
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Eine gattungsgemäße induktive Positionsmesseinrichtung ist aus der
EP 2 515 086 B1 bekannt. Diese induktive Positionsmesseinrichtung weist eine Maßverkörperung und eine in Messrichtung relativ dazu bewegbare Abtasteinheit auf. Die Maßverkörperung umfasst einen Träger aus Metall, beispielsweise aus Edelstahl, also einem elektrisch leitfähigen Material. Auf diesem Träger ist eine Schicht aus weichmagnetischem Metall vorgesehen. Die Messteilung der Maßverkörperung wird von Teilungselementen gebildet, die wiederum auf der weichmagnetischen Metallschicht angeordnet sind und aus einer in Messrichtung angeordneten Folge voneinander beabstandeter elektrisch leitfähiger Elemente bestehen.
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Die Abtasteinheit ist relativ zur Maßverkörperung in Messrichtung verschiebbar und währenddessen in einem Abstand dazu - Abtastabstand genannt - angeordnet. Die Abtasteinheit umfasst zumindest eine Erregerspule zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes und zumindest eine Empfängerspule. Die Teilungselemente modulieren das von der Erregerspule erzeugte elektromagnetische Wechselfeld positionsabhängig, indem sich in den zugeordneten Teilungselementen jeweils Wirbelströme ausbilden, die gegen das Erregerfeld wirken. Die Teilungselemente werden daher auch oft als Dämpfungselemente bezeichnet. Somit wird in der Empfängerspule ein von der Relativposition abhängiges Abtastsignal erzeugt.
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Die Amplitude des Abtastsignals ist bei dieser induktiven Positionsmesseinrichtung stark abhängig vom Abtastabstand. Die Auswerteeinheit muss dazu ausgelegt sein, die während der Positionsmessung sich stark verändernde Amplitude verarbeiten zu können. Die starke Abhängigkeit der Amplitude des Abtastsignals hat weiterhin den Nachteil, dass bei einem Verkippen der Abtasteinheit gegenüber der Maßverkörperung unterschiedliche Bereiche der Abtastung unterschiedliche Amplituden aufweisen, was zu einer fehlerhaften Positionsmessung führen kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine induktive Positionsmesseinrichtung zu schaffen, mit der eine präzise Positionsmessung ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine induktive Positionsmesseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das magnetische Feld des zumindest einen Magneten der Abtasteinheit wirkt auf die Maßverkörperung derart ein, dass sich die magnetische Leitfähigkeit der weichmagnetischen Schicht abhängig vom Abtastabstand ändert.
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Bei kleinen Abtastabständen ist die magnetische Leitfähigkeit der weichmagnetischen Schicht kleiner als bei großen Abtastabständen. Dies bewirkt einerseits, dass die von der zumindest einen Erregerspule ausgehenden elektromagnetischen Wechselfelder weniger verstärkt werden als bei größeren Abtastabständen. Die bei kleinen Abtastabständen sinkende magnetische Leitfähigkeit der weichmagnetischen Schicht bewirkt darüber hinaus eine verstärkte Ausbildung von Wirbelströmen in der weichmagnetischen Schicht, wenn diese elektrisch leitfähig ist, und / oder in einer darunter liegenden elektrisch leitfähigen Schicht, wenn die weichmagnetische Schicht elektrisch isolierend oder als dünne elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet ist. Diese Wirbelströme bewirken eine Dämpfung der elektromagnetischen Wechselfelder.
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Beide Effekte, die Feldverstärkung und die Dämpfung, wirken auf die elektromagnetischen Wechselfelder derart ein, dass die Abtastsignale der induktiven Abtastung auch bei Änderung des Abtastabstandes konstant bleiben.
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Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den abhängigen Ansprüchen.
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Figurenliste
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Einzelheiten und Vorteile der erfindungsgemäßen induktiven Positionsmesseinrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Figuren.
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Es zeigen
- 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer induktiven Positionsmesseinrichtung gemäß der Erfindung;
- 2 den Verlauf der magnetischen Flussdichte B sowie der magnetischen Leitfähigkeit µ in Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke H;
- 3 einen Schnitt quer zur Messrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer induktiven Positionsmesseinrichtung und
- 4 einen Schnitt quer zur Messrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels einer induktiven Positionsmesseinrichtung.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1 ist in einer perspektivischen Ansicht der prinzipielle Aufbau einer Positionsmesseinrichtung mit einer Maßverkörperung 1 und einer die Maßverkörperung 1 abtastenden und ihr in einem Abtastabstand Z gegenüberliegenden Abtasteinheit 2 dargestellt.
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Die Maßverkörperung 1 besteht beim ersten Ausführungsbeispiel aus einer Schicht 11 aus ferromagnetischem Material. Bei dem ferromagnetischen Material der Schicht 11 handelt es sich weiterhin um ein weichmagnetisches Material. Das heißt, dass sich das Material in einem externen Magnetfeld einerseits leicht magnetisieren lässt und andererseits sich eine Magnetisierung zum größten Teil wieder verliert, wenn es außerhalb des Einflussbereiches eines externen Magnetfeldes gebracht wird. Die magnetische Polarisation in dem Material der Schicht 11 verstärkt ein äußeres Magnetfeld um die Werkstoffpermeabilität. Für das Material der Schicht 11 eignen sich daher Materialien mit besonders hoher magnetischer Permeabilität.
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Die weichmagnetische Schicht 11 kann als Metallschicht ausgebildet sein, dabei ist das Material insbesondere eine NiFe-Legierung mit hohem Nickelanteil im Bereich von etwa 70% bis 80%. Derartige Metalle werden auch Mu-Metalle genannt. Die magnetische Permeabilität der Schicht 11 ist dabei größer 1.000, insbesondere größer 50.000.
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Die weichmagnetische Schicht 11 kann alternativ auch aus einem Trägerstoff aus elektrisch nicht leitfähigem Material, wie z.B. aus Kunststoff, Harz oder Lack bestehen, in dem magnetisierbare Partikel eingebunden sind. Der Trägerstoff dient dabei als Matrixmaterial zur Einbettung der magnetisierbaren Partikel.
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Wie später noch ausgeführt wird, ist die weichmagnetische Schicht 11 derart auszubilden, dass sich unter Einfluss eines externen Magnetfeldes die magnetische Flussdichte B bis zur Sättigungsdichte erhöhen kann.
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Auf der weichmagnetischen Schicht 11 ist in Messrichtung X eine Teilungsspur 130, bestehend aus einer Abfolge voneinander beabstandet angeordneter induktiv abtastbarer Teilungselemente 13 vorgesehen. Die Teilungselemente 13 bestehen aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere eignen sich dafür Metalle wie beispielsweise Kupfer, Aluminium, Silber, Gold oder diese Metalle enthaltende Legierungen. Die Dicke des Materials der Teilungselemente 13 beträgt beispielsweise 15 µm. Das Material der Teilungselemente 13 ist nicht ferromagnetisch und die Permeabilität liegt bei etwa 1. Die Abfolge der Teilungselemente 13 kann eine inkrementale periodische Teilung bilden oder alternativ auch aperiodisch als absolute Codierung ausgeführt sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Teilungselemente 13 flächige Rechtecke, die in gleichen Abständen mit einer konstanten Periode angeordnet sind. Die Teilungselemente 13 können aber auch andere Formen aufweisen, beispielsweise rund oder dreieckförmig. Weiterhin ist eine vollflächige Ausbildung nicht Bedingung, ein Teilungselement 13 kann auch als geschlossene Windung ausgebildet sein. Maßgebend ist, dass sich jeweils in einem der Teilungselemente 13 Wirbelströme ausbilden können, die gegen ein von einer Erregerspule 21 der Abtasteinheit 2 ausgehendes Erregerfeld wirken.
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Der oben beschriebene Schichtstapel, bestehend aus den Teilungselementen 13 und der darunter liegenden weichmagnetischen Schicht 11, kann als Band ausgebildet sein oder zur Stabilisierung auf einem ersten Substrat 14 aufgebracht sein. Dieses erste Substrat 14 kann beispielsweise aus Glas oder einem Leiterplattenmaterial bestehen. Bei dieser Anordnung ergibt sich folgende Reihenfolge der Komponenten:
- erstes Substrat 14 → weichmagnetische Schicht 11 → Teilungselemente 13 → Abtastabstand Z → Abtasteinheit 2
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Die induktive Positionsmesseinrichtung umfasst darüber hinaus die Abtasteinheit 2, welche der Maßverkörperung 1 während der Positionsmessung in dem Abtastabstand Z gegenüberliegend angeordnet ist. Zur Positionsmessung in Messrichtung X erfolgt eine Relativbewegung zwischen der Maßverkörperung 1 und der Abtasteinheit 2 in Messrichtung X. Die Abtasteinheit 2 ist in 1 nur schematisch als Drahtmodell dargestellt, um die Funktion der induktiven Abtastung beim Zusammenwirken mit der Maßverkörperung 1 zu erläutern.
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Die Abtasteinheit 2 weist zumindest eine Erregerspule 21, insbesondere in Form einer flächigen Erregerwindung auf, die von einer Ansteuereinheit 3 mit einem Erregerstrom derart gespeist wird, dass ein zeitlich wechselndes elektromagnetisches Wechselfeld (Erregerfeld) im Bereich der Teilungselemente 13 erzeugt wird. Dieser Erregerstrom weist beispielsweise eine Frequenz von einigen MHz auf. Die Erregerwindung der Erregerspule 21 ist derart räumlich angeordnet, dass sie in der gegenüberliegenden Abfolge der Teilungselemente 13 ein möglichst homogenes elektromagnetisches Erregerfeld ausbildet. Im Beispiel umfasst die Erregerwindung der Erregerspule 21 eine in Messrichtung X verlaufende erste Leitung 211 und eine zurückverlaufende zweite Leitung 212.
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Die Abtasteinheit 2 weist darüber hinaus zumindest eine Empfängerspule 22, insbesondere in Form einer flächigen Empfängerwindung, auf. Die Ausführung und räumliche Anordnung der Erregerwindung der Erregerspule 21 und der Empfängerwindung der Empfängerspule 21 ist derart, dass in dem Bereich der Empfängerwindung ein möglichst homogener Feldverlauf erzeugt wird. Die Empfängerwindung bzw. die Leiterschleifen der Empfängerspule 22 befindet sich hierzu innerhalb der Erregerwindung, die beiden Leitungen 211 und 212 bilden also eine Einhüllende für die Windungen der Empfängerspule 22.
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Das von der Erregerspule 21 generierte Erregerfeld generiert in den Teilungselementen 13 Wirbelströme, die als Gegenfeld gegen das Erregerfeld wirken. In der Empfängerspule 22 wird aufgrund des ihr zugeordneten Erregerfeldes eine Spannung induziert, die von der relativen Lage - in Messrichtung X betrachtet - zu den elektrisch leitenden Teilungselementen 13 abhängig ist. Die Teilungselemente 13 sind dazu in Messrichtung X räumlich derart angeordnet, dass sie das Erregerfeld positionsabhängig beeinflussen. Die Erregerspule 21 ist also mit der Empfängerspule 22 in Abhängigkeit der relativen Lage der Teilungselemente 13 in Messrichtung X induktiv gekoppelt. Das elektromagnetische Wechselfeld der Erregerspule 21 wird durch die Teilungselemente 13 in Messrichtung X positionsabhängig moduliert, dadurch variiert auch die in der Empfängerspule 22 induzierte Spannung positionsabhängig. Die in der zumindest einen Empfängerspule 22 induzierte Spannung wird einer Auswerteeinheit 4 zugeführt, die daraus ein elektrisches positionsabhängiges Abtastsignal bildet.
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Besonders vorteilhaft ist die Anordnung von Erregerspule 21 und Empfängerspule 22 in Form von auf einem gemeinsamen zweiten Substrat 23 aufgebrachten Leiterbahnen. Wie in 1 schematisch dargestellt ist, sind diese Leiterbahnen auf der Seite des zweiten Substrats 23 angeordnet, die der Abfolge der Teilungselemente 13 im Abtastabstand Z gegenüberliegt. Das zweite Substrat 23 kann beispielsweise als Leiterplatte ausgebildet sein. Dabei sind die Teilungselemente 13 der Maßverkörperung 1 vorzugsweise in einer Ebene angeordnet, die parallel zu der Ebene des zweiten Substrats 23 ausgerichtet ist, in welcher die Erregerwindung und die Empfängerwindung verlaufen.
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Die Empfängerwindung der Empfängerspule 22 verläuft vorzugsweise in bekannter Weise sinus- oder dreieckförmig.
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In nicht gezeigter Weise können mehrere Empfängerspulen 22 in der Abtasteinheit 2 vorgesehen sein, um mehrere gegeneinander phasenverschobene Abtastsignale zu erzeugen, beispielsweise um 90° gegeneinander phasenverschobene Abtastsignale. In diesem Fall sind die mehreren - insbesondere sinus- oder dreieckförmig periodisch verlaufenden - Empfängerwindungen in Messrichtung X gegeneinander versetzt angeordnet.
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Jede der Empfängerspulen 22 kann darüber hinaus mehrere in Messrichtung X verlaufende Perioden zur gleichzeitigen Abtastung mehrerer in Messrichtung X angeordneter Teilungselemente 13 aufweisen.
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Erfindungsgemäß umfasst die Abtasteinheit 2 zumindest einen Magneten 24 zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes. Der zumindest eine Magnet 24 ist derart ausgelegt und angeordnet, dass sein magnetisches Feld H auf die Maßverkörperung 1 derart einwirkt, dass sich die magnetische Leitfähigkeit µ der weichmagnetischen Schicht 11 unter Einfluss der magnetischen Feldstärke H des Magneten 24 abhängig vom Abtastabstand Z ändert. Im ersten Ausführungsbeispiel ist ein einziger Magnet 24 vorgesehen, der als Permanentmagnet ausgebildet ist. Alternativ kann der Magnet 24 auch ein Elektromagnet sein, beispielsweise gebildet durch eine mit Gleichstrom durchflossene Spule und einem ferromagnetischen Kern.
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Der Magnet 24 ist räumlich derart angeordnet, dass sein magnetisches Feld dem Ort der Maßverkörperung 1 zugeordnet ist, an dem auch das von der Erregerspule 21 ausgehende elektromagnetische Wechselfeld einwirkt. In vorteilhafter Weise entspricht die Ausdehnung des Magneten 24 in Messrichtung X zumindest der Ausdehnung der Erregerwindung der Erregerspule 21 in Messrichtung X. Durch diese Maßnahme ist der Maßverkörperung 1 über die gesamte Länge der Erregerwindung ein homogenes Magnetfeld des Magneten 24 zugeordnet.
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Die Ausrichtung der Pole N, S des zumindest einen Magneten 24 ist derart gewählt, dass sein Magnetfeld H zumindest weitgehend in der weichmagnetischen Schicht 11 verlaufen kann. Hierzu ist der Magnet 24 derart ausgerichtet, dass der Nordpol N und der Südpol S in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, die parallel zur weichmagnetischen Schicht 11 verläuft.
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Die von dem Magneten 24 aufgebrachte magnetische Feldstärke H ist am Ort der Maßverkörperung 1 abhängig von dem Abtastabstand Z, also abhängig vom Abstand zwischen der Abtasteinheit 2 und der Maßverkörperung 1. Der Abtastabstand Z ist eine Richtung senkrecht zur Messrichtung X. Diese auf die Maßverkörperung 1 einwirkende abstandsabhängige magnetische Feldstärke H wird dazu genutzt, die magnetische Flussdichte B in der weichmagnetischen Schicht 11 abhängig vom Abtastabstand Z zu beeinflussen. Je geringer der Abtastabstand Z ist, desto höher ist die magnetische Feldstärke H des Magneten 24 am Ort der weichmagnetischen Schicht 11 und umso höher wird die magnetische Flussdichte B in der weichmagnetischen Schicht 11, und zwar bis zum Erreichen der Sättigungsflussdichte. Die Sättigungsflussdichte ist ein materialspezifischer Höchstwert der Magnetisierung.
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Die magnetische Leitfähigkeit µ ist bei ferromagnetischen Materialien nicht konstant, sondern eine Funktion der auf das Material einwirkenden magnetischen Feldstärke H. Dieser Effekt wird nun bei der Erfindung in vorteilhafter Weise genutzt.
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Zur weiteren Erläuterung des bei der Erfindung genutzten Effektes dient die 2. In der 2 ist die Magnetisierungskurve der Schicht 11, bestehend aus einem weichmagnetischen Material, beispielhaft dargestellt. Aufgetragen ist der Verlauf der magnetischen Flussdichte B sowie der magnetischen Leitfähigkeit µ in Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke H. Es ist ersichtlich, dass bei steigender magnetischer Feldstärke H die magnetische Leitfähigkeit µ der Schicht 11 stark abnimmt. Die Auslegung und Anordnung des Magneten 24 und das Material der Schicht 11 werden derart gewählt, dass für den variierenden Abtastabstand Z der Arbeitsbereich A zur Verfügung steht.
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Bei großen Abtastabständen Z (in 2 schematisch mit Z1 gekennzeichnet) innerhalb des Arbeitsbereichs A ist die Abtasteinheit 2 und somit der Magnet 24 maximal von der weichmagnetischen Schicht 11 entfernt und es wirkt eine geringere magnetische Feldstärke H auf die weichmagnetische Schicht 11 ein, so dass die magnetische Feldstärke H diese nicht sättigen kann. Die magnetische Leitfähigkeit µ der weichmagnetischen Schicht 11 ist in diesem Fall sehr groß, so dass die elektromagnetischen Wechselfelder der induktiven Erregerwindung der Erregerspule 21 daher von der weichmagnetischen Schicht 11 aufgenommen und darin geführt werden können. Die elektromagnetischen Wechselfelder werden dadurch verstärkt. Aufgrund dieser Feldverstärkung sind die Amplituden der von der Empfängerspule 22 generierten Abtastsignale relativ groß.
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Bei geringen Abtastabständen Z (in 2 schematisch mit Z2 gekennzeichnet) innerhalb des Arbeitsbereichs A bewirkt der Magnet 24, dass eine große magnetische Feldstärke H auf die weichmagnetische Schicht 11 einwirkt und dadurch die magnetische Leitfähigkeit µ der Schicht 11 sinkt. Die magnetische Flussdichte B der Schicht 11 steigt bis zur Sättigung. Sinkt bei kleiner werdenden Abtastabständen A die magnetische Leitfähigkeit µ aufgrund steigender magnetischer Feldstärke H, so werden die elektromagnetischen Wechselfelder von der weichmagnetischen Schicht 11 nicht aufgenommen und es kann keine Feldverstärkung erfolgen.
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Diese beschriebene Funktion der weichmagnetischen Schicht 11 ist gegeben, wenn diese elektrisch isolierend oder elektrisch leitend ausgebildet ist.
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Wenn die weichmagnetische Schicht 11 elektrisch leitend ausgebildet ist, wird die Optimierung der Amplitude der Abtastsignale noch weiter verbessert. Zusätzlich zum oben erläuterten Effekt der Feldverstärkung kommt noch dazu, dass in der weichmagnetischen elektrisch leitenden Schicht 11 nun Wirbelströme entstehen können.
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Bei kleiner werdendem Abtastabstand Z sinkt die magnetische Leitfähigkeit µ der weichmagnetischen Schicht 11 aufgrund der größer werdenden magnetischen Feldstärke des Magneten 24 im Bereich der weichmagnetischen Schicht 11. Die weichmagnetische Schicht 11 wird somit durchlässiger für die elektromagnetischen Wechselfelder der Erregerspule 21 und damit steigt die Eindringtiefe des elektromagnetischen Wechselfeldes - ausgehend von der Erregerspule 21 - in die Schicht 11. Der elektrische Widerstand wird dadurch kleiner, die elektromagnetischen Wechselfelder können dadurch in der weichmagnetischen Schicht 11 vermehrt Wirbelströme erzeugen, die wiederum für die elektromagnetischen Wechselfelder dämpfend wirken.
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Die magnetische Feldstärke H des zumindest einen Magneten 24 ist um ein Vielfaches größer als die magnetische Feldstärke, welche durch die zumindest eine Erregerspule 21 generiert wird. Die von dem zumindest einen Magneten 24 erzeugte magnetische Flussdichte B ist dabei typischerweise einige hundert mT, wogegen die von der zumindest einen Erregerspule 21 generierte magnetische Flussdichte B typischerweise unter 1 mT liegt. Daraus resultiert, dass die für die Erfindung maßgebende Änderung der magnetischen Leitfähigkeit µ der weichmagnetischen Schicht 11 von dem zumindest einen Magneten 24 gesteuert wird, wogegen das Feld der zumindest einen Erregerspule 21 dabei vernachlässigbar ist.
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Die 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei sind gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der vorher beschriebenen Anordnung dadurch, dass unter der weichmagnetischen Schicht 11 ein Träger 12 aus elektrisch gut leitfähigem Material angeordnet ist. Das Material des Trägers 12 ist darüber hinaus unmagnetisch. Als Material für den Träger 12 eignen sich daher insbesondere Metalle, wie beispielsweise unmagnetischer Stahl, Kupfer, Gold oder Aluminium.
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Für die Maßverkörperung 1 ergibt sich nun ein Schichtstapel, bestehend aus den Teilungselementen 13, der darunter liegenden weichmagnetischen Schicht 11 und dem Träger 12. Dieser Schichtstapel kann zur Stabilisierung wiederum auf einem ersten Substrat 14 aufgebracht sein. Dieses erste Substrat 14 kann beispielsweise aus Glas oder einem Leiterplattenmaterial bestehen. Bei dieser Anordnung ergibt sich folgende Reihenfolge der Komponenten:
- erstes Substrat 14 → Träger 12 → weichmagnetische Schicht 11 → Teilungselemente 13 → Abtastabstand Z → Abtasteinheit 2
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Dabei kann die weichmagnetische Schicht 11 wiederum elektrisch isolierend oder elektrisch leitend ausgebildet sein.
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Ist die Schicht 11 elektrisch isolierend, kommt der oben erläuterte Effekt der Feldverstärkung zum Tragen. Bei großen Abtastabständen Z (in 2 schematisch mit Z1 gekennzeichnet) innerhalb des Arbeitsbereichs A ist die Abtasteinheit 2 und somit der Magnet 24 maximal von der weichmagnetischen Schicht 11 entfernt und es wirkt eine geringere magnetische Feldstärke H auf die Schicht 11 ein, so dass die magnetische Feldstärke H diese nicht sättigen kann. Die magnetische Leitfähigkeit µ der weichmagnetischen Schicht 11 ist in diesem Fall sehr groß, so dass die elektromagnetischen Wechselfelder der induktiven Erregerwindung der Erregerspule 21 daher von der Schicht 11 aufgenommen und geführt werden können und allenfalls nur ein geringer Anteil zum Träger 12 gelangen kann. Die elektromagnetischen Wechselfelder werden verstärkt, die weichmagnetische Schicht 11 bewirkt eine Feldverstärkung für die elektromagnetischen Wechselfelder der Erregerspule 21.
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Bei kleiner werdendem Abtastabstand Z kommt nun zusätzlich der Effekt der Erzeugung von Wirbelströmen zum Tragen, nämlich in dem elektrisch leitenden Träger 12. Die elektromagnetischen Wechselfelder der induktiven Erregerwindung der Erregerspule 21 werden nicht mehr in dem Maße von der weichmagnetischen Schicht 11 aufgenommen und können daher zum Träger 12 gelangen. Im Träger 12 entstehen Wirbelströme, welche dämpfend wirken. Beide Effekte, die Feldverstärkung durch die weichmagnetischen Schicht 11 bei großem Abtastabstand Z und die Dämpfung durch den Träger 12 bei kleinem Abtastabstand wirken zusammen zur Optimierung der Abtastsignale.
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Ist die weichmagnetische Schicht 11 elektrisch leitend können sich bei kleinem Abtastabstand Z dämpfende Wirbelströme in der Schicht 11 und in dem Träger 12 ausbilden. Sinkt bei kleiner werdendem Abtastabstand Z die magnetische Leitfähigkeit µ aufgrund steigender magnetischer Feldstärke H, so steigt die Eindringtiefe des elektromagnetischen Wechselfeldes - ausgehend von der Erregerspule 21 - in die weichmagnetische Schicht 11 und gelangt zum Träger 12. Bei entsprechender Dimensionierung der Dicke der weichmagnetischen Schicht 11 dringt das elektromagnetische Wechselfeld dann durch die Schicht 11 hindurch und gelangt zum Träger 12. Bei sinkender magnetischer Leitfähigkeit µ der weichmagnetischen Schicht 11 wird diese also durchlässig für die elektromagnetischen Wechselfelder der Erregerspule 21. Diese elektromagnetischen Wechselfelder können dadurch in dem darunter liegenden elektrisch leitfähigen und unmagnetischen Träger 12 Wirbelströme erzeugen, die wiederum für die elektromagnetischen Wechselfelder dämpfend wirken. In vorteilhafter Weise ist bei diesem Beispiel die Dicke der weichmagnetischen Schicht 11 kleiner 100µm, beispielsweise etwa 10µm.
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Die 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel. Dabei sind gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen. Die dargestellte Anordnung unterscheidet sich von den vorher beschriebenen Anordnungen dadurch, dass anstelle eines einzigen Magneten 24 nun mehrere Magnete 25, 26 zur Erzeugung der erforderlichen Flussdichte B in der Schicht 11 und ggf. in dem Träger 12 vorgesehen sind. Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen sind den beiden Leitungen 211, 212 der Erregerspule 21 ein gemeinsamer Magnet 24 zugeordnet. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß der 4 ist der ersten in Messrichtung X verlaufenden Leitung 211 und der zurück verlaufenden zweiten Leitung 212 der Erregerspule 21 jeweils ein eigener Magnet 25, 26 zugeordnet. Der Aufbau der Maßverkörperung 1 entspricht exakt dem anhand der 3 beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel, so dass die Magnete 25, 26 die dort erläuterten Effekte haben.
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Zusammengefasst gilt:
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Die Teilungselemente 13 bilden induktive Koppelelemente, welche die induktive Kopplung zwischen der Erregerspule 21, der Maßverkörperung 1 und der Empfängerspule 22 in gewünschter Weise positionsabhängig modulieren. Eine Variation des Abtastabstandes Z ändert ebenfalls das induktive Kopplungsverhalten zwischen der Erregerspule 21, der Maßverkörperung 1 und der Empfängerspule 22, und zwar in der Weise, dass bei kleineren Abtastabständen Z die induktive Kopplung größer ist als bei großen Abtastabständen Z. Diesem sich vom Abtastabstand Z abhängigen Kopplungsverhalten wird durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung entgegengewirkt, um dieses abstandsabhängige Kopplungsverhalten über einen großen Arbeitsbereich A des Abtastabstandes Z möglichst konstant zu halten. Durch die Erfindung wird somit erreicht, dass die Amplituden der Abtastsignale innerhalb eines relativ großen Arbeitsbereichs A des Abtastabstandes Z zumindest annähernd konstant bleiben. Bei großen Abtastabständen werden die Amplituden der Abtastsignale gegenüber dem Stand der Technik durch Feldverstärkung erhöht und bei geringen Abtastabständen Z (in 2 mit Z2 gekennzeichnet) können die Amplituden der Abtastsignale gegenüber dem Stand der Technik reduziert und an die Amplituden der Abtastsignale bei größeren Abtastabständen Z (in 2 mit Z1 gekennzeichnet) angepasst werden Die Amplituden der Abtastsignale der induktiven Positionsmesseinrichtung gemäß der Erfindung bleiben somit auch bei einer Variation des Abtastabstandes Z zumindest annähernd konstant.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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