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WO2012013721A2 - Elektrische weggeberanordnung - Google Patents

Elektrische weggeberanordnung Download PDF

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WO2012013721A2
WO2012013721A2 PCT/EP2011/062938 EP2011062938W WO2012013721A2 WO 2012013721 A2 WO2012013721 A2 WO 2012013721A2 EP 2011062938 W EP2011062938 W EP 2011062938W WO 2012013721 A2 WO2012013721 A2 WO 2012013721A2
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WO
WIPO (PCT)
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coils
weggeberanordnung
coil
displacement
path
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2011/062938
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English (en)
French (fr)
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WO2012013721A3 (de
Inventor
Stefan Dilger
Adolf Heydel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elektro Bauelemente GmbH
Original Assignee
Elektro Bauelemente GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority claimed from DE102010042408A external-priority patent/DE102010042408A1/de
Priority claimed from DE201110077118 external-priority patent/DE102011077118A1/de
Application filed by Elektro Bauelemente GmbH filed Critical Elektro Bauelemente GmbH
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Publication of WO2012013721A3 publication Critical patent/WO2012013721A3/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
    • G01D5/2046—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core

Definitions

  • Differential throttle arrangement is displaceable, and with one of the
  • the inductance of two coils is changed by means of an electrically conductive body, wherein the coils are arranged such that upon movement of the electrically conductive body increases the inductance of a coil and the other coil is reduced.
  • two coaxially arranged coils may be provided which cooperate with a movable in the longitudinal direction of the coil axes common anchor.
  • the two coils are in one
  • Bridge circuit arranged, which in turn is subjected to an AC voltage of sufficiently high frequency. Upon displacement of the armature then occur between the bridge arms on the displacement of the armature dependent voltage differences. Basically, it is also possible between the facing each other
  • Front ends of two equiaxed coils to arrange a movable in the direction of the coil axes electrically conductive or magnetic or magnetizable body, so that increases in movements of the body in the direction of the coil axis in each case the inductance of a coil and the other coil is reduced.
  • the differential throttle principle can also be realized with coils arranged parallel to one another, whose front ends are each arranged in a common plane. If an electrically conductive and / or magnetic or magnetizable body is moved transversely to the coil axes in front of the adjacent ends of the coils on a path passing through the coil axes, the inductance of one coil is increased and the other coil is reduced.
  • the object of the invention is, in a Weggeberan extract of the type specified a large measuring range at the same time very high
  • the invention is based on the general idea to form the winding shapes of the coils so that a shape feature in each of the two Changing directions on one coil in one way and on the other coil in opposite ways.
  • a particularly pronounced change in the electrical properties of the differential throttle arrangement is provoked, so that a path display with highest accuracy is made possible. Since it is readily possible, a shape feature along a large
  • Moving path to be arranged perpendicular coil axes and have a wedge-like cross section, wherein the longitudinal directions of the wedge cross-sections of the two coils are arranged antiparallel to each other and parallel to the displacement.
  • the slider when the slider is displaced, it overlaps an increasingly wider area of the winding cross-section in one coil, while in the other coil an increasingly narrowing region of the winding cross-section is overlapped.
  • the coil turns with the wedge cross sections can be arranged on a substrate, i. the coils are formed as flat coils.
  • Coil windings each have a strip-shaped cross section, wherein the
  • Strip length of the next following winding is larger (or smaller) dimensioned as in the previous winding.
  • Winding sections at one end of the strip arranged closely adjacent to each other, while the U-shaped winding sections at the other
  • Strip end according to the different strip lengths comparatively have large distances.
  • the "winding density" of the coils is comparatively small. If such coils having mutually parallel strip longitudinal axes are arranged next to one another, the slider overlaps regions with high or increasing winding density on its displacement path in one coil and regions with decreasing winding density on the other coil ,
  • Differential choke arrangement substantially two tubular coils with mutually parallel coil axes, wherein the coil windings of a coil in one direction increasing slope and the other coil in the other direction have an increasing slope, so that the "axial winding density" in the two coils in If now the slider is displaced on the two coils in the coil longitudinal direction, markedly opposite changes of the electrical properties of the coils of the differential throttle arrangement again result.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an inventive
  • Fig. 2 is a schematic circuit diagram of the Weggeberan note the
  • FIG. 3 shows diagrams of the circuit points A, B and C applied or tapped electrical voltages
  • FIG. 4 is a plan view of a comparison with FIG. 1 modified
  • Fig. 5 is a schematic plan view analogous to Fig. 1 to another
  • Fig. 6 is a schematic representation of a third embodiment.
  • conductor tracks in the form of two choke coils 1 and 2 are arranged on an electrically insulating substrate 10 which is not illustrated in more detail.
  • Each of the choke coils 1 and 2 has a pronounced wedge-shaped cross section, wherein the wedge tip of each one choke coil 1 or 2 is disposed adjacent to the wide end of the other wedge-shaped choke coil 2 or 1.
  • the windings of the choke coils 1 and 2 are electrically connected to one another at a connection point C, so that the choke coils 1 and 2 form an electrical series circuit which can be acted upon by a high-frequency voltage at connection points A and B in a manner shown below.
  • a substantially plate-shaped slide 3 is arranged closely above the substrate supporting the choke coils 1 and 2 and is shown dotted in FIG. 1 and can be displaced to the right or left in the arrow directions P from the illustrated central position.
  • the slider 3 is made of an electrically conductive material and may be formed in the form of a rectangular plate.
  • the slider 3 may also be formed as a double plate with a plate above and a plate below the reactor 1 and 2 supporting the substrate, wherein the two plates at the edges of the
  • Choke coils 1 and 2 supporting substrate can be electrically connected to each other.
  • the terminals A and B of the series connection formed by the choke coils 1 and 2 are connected to a high-frequency generator 4, which acts on the terminals A and B in each case with a high-frequency rectangular AC voltage.
  • the voltage applied to the connection B is high-frequency square-wave AC voltage with respect to the voltage applied to the connection point A square-wave AC voltage at the same frequency, z. Ex. 50 kHz, shifted by half a wavelength.
  • a pronounced pulse-shaped high-frequency alternating voltage can be tapped, whose frequency corresponds to the frequency of the applied at the connection points A and B high-frequency square-wave AC voltage.
  • the slider 3 assumes its center position, the positive and negative amplitudes of the AC voltage which can be tapped off at C have the same absolute values. Upon adjustment of the slider 3 from the middle position then results in greatly varying proportions.
  • Metrology is now provided in the invention, instead of the metrologically difficult to detect because of their size amplitudes of the pulses
  • this can be done by an input-side connected to C analog-to-digital converter, which receives 4 signals for detecting the start edges of the positive or negative pulses from the RF generator, the timing of the rectangular edges of the high-frequency rectangular AC voltage
  • the analog-to-digital converter determines the voltage values S v respectively with a predetermined time delay after the time signals of the RF generator 4 for the rectangular edges and forms the corresponding differences, the Possibility offered, one subject predetermined number of successively determined differences to averaging. For example, with a frequency of the RF generator of 50 kHz, 1000 temporally successive difference values can be used for averaging, nevertheless the mean values still follow one another at a frequency of 50 Hz, so that path changes of the slider 3 with a correspondingly high signal frequency (50 Hz) are detected.
  • the choke coils 1 and 2 can each also have a sickle-shaped arcuate shape and be arranged on a corresponding arcuate substrate. Now, if the slide 3 on a respect to the
  • Differenzialdrosselan extract of FIG. 1 it is also possible to arrange the Differenzialdrosselan extract of FIG. 1 on a curved surface, in particular a circular cylindrical surface, wherein the wedge tips in opposite to each other
  • the choke coils 1 and 2 on a flexible substrate, eg a flexible printed circuit board, which then (along with the coils 1 and 2) longitudinally rolled up and into an electrically non conductive tube is inserted. On this tube then a short piece of pipe made of electrically conductive material is slidably disposed. This pipe section corresponds functionally to the slide 3 of FIG. 1. Now, if the electrically conductive pipe piece combined with a float and electrically non-conductive pipe in a tank is arranged, the arrangement thus formed as
  • the choke coils 1, 2 are aligned with their wedge-shaped cross-section in the longitudinal direction of the tube or rod, i.
  • the wedge tip is vertically up or down aligned with vertical arrangement of the tube or rod.
  • the choke coils 1 and 2 as well as the associated carrier body can be designed as an injection-molded circuit carrier (molded interconnected device or MID).
  • MID injection-molded circuit carrier
  • Construction plastic in particular construction thermoplastic produced. Then, on this body by means of a laser, the pattern of
  • Plastic material is electrically conductive to the lines drawn by the laser. Then, a conductor track is generated by a galvanic process on the lines mentioned. As far as the circuit carrier thus produced in one
  • the interconnects are still covered with a protective layer or a protective varnish.
  • the circuit carrier produced in this way carries on its surface the wedge-shaped choke coils, which are opposed to each other
  • Vertexes of the choke coils in each case in the longitudinal direction of the circuit carrier can in turn be combined with a sliding on the circuit board electrically conductive slide or pipe piece, which in turn is combined with a float, so that the thus generated
  • Device can be used in turn as a level measuring device.
  • the differential choke arrangement according to the invention can be designed with two flat surfaces
  • each of the crescent-shaped choke coils extends over approximately a full circular arc.
  • Rotary positions such as a stepper motor, are used.
  • the choke coils 1 and 2 are each arranged as flat coils on a substrate 10. Although this is production-wise advantageous, but not absolutely mandatory. In principle, it is also possible to form the coils 1 and 2 with their wedge-shaped cross-section with windings arranged axially one behind the other, it being possible for the windings to be arranged on a winding support with the cross section corresponding to the wedge cross section.
  • the slider 3 is then displaceable transversely to the coil axes in front of the arranged in a plane front ends of the adjacent choke coils
  • the two coils 1 and 2 have a strip-shaped rectangular or
  • Strips end closely adjacent to each other, while the U-bends of the windings at the other end of the strip according to the
  • each tubular coils are provided, the windings on a tubular support body made of electrical
  • the slider 3 may be formed as a plate-shaped body, whose plate plane is parallel to a plane containing the coil axes. Instead, a coil surrounding both coils is possible, for example, with an oval cross-section.
  • the two coils electrically isolated from each other, are arranged concentrically to each other,
  • the slider 3 can be formed by a ring body comprising the two coils or by a body axially displaceable within the coil carrier.
  • the coils 1 and 2 are electrically connected according to FIG. 2 to the differential throttle arrangement shown there. This means at the same time that the coils seen from the circuit point C have an opposite sense of winding, so that the coils 1 and 2 at the circuit point C have an opposite magnetic polarity.
  • All embodiments can be produced with the above-described laser direct structuring on the respective coil shape adapted carriers, usually flat or tubular substrates.

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Abstract

Ein elektrisch leitender bzw. magnetischer oder magnetisierbarer Schieber wirkt mit einer Differenzialdrosselanordnung zusammen, deren Spulen einen geometrischen Wicklungsparameter aufweisen, der sich an den beiden Spulen in jeder möglichen Verschieberichtung des Schiebers invers monoton ändert.

Description

Elektrische Weggeberanordnung
Elektrische Weggeberanordnung mit einem als elektrisch leitfähiger und/oder magnetischer oder magnetisierbarer Körper ausgebildeten Schieber, welcher auf vorgegebener Bahn in Magnetfeldern zweier Spulen einer
Differenzialdrosselanordnung verschiebbar ist, und mit einer von der
Differenzialdrosselanordnung in Abhängigkeit vom Maß des Verschiebeweges steuerbaren Weganzeige.
Elektrische Weggeberanordnungen sind in vielfältiger Form bekannt. Bei einer Wegmessung mit Potentiometer wird die Änderung der elektrischen
Spannungsteilung an einem Schiebe- oder Drehwiderstand durch mechanische Verstellung eines Schleifers ausgenutzt.
Darüber hinaus sind induktive Wegmesser bekannt, die nach dem
Differenzialdrosselprinzip arbeiten. Hier wird mittels eines elektrisch leitenden Körpers die Induktivität zweier Spulen verändert, wobei die Spulen derart angeordnet sind, dass bei Bewegung des elektrisch leitenden Körpers die Induktivität der einen Spule erhöht und der anderen Spule vermindert wird.
Beispielsweise können zwei gleichachsig zueinander angeordnete Spulen vorgesehen sein, die mit einem in Längsrichtung der Spulenachsen beweglichen gemeinsamen Anker zusammen wirken. Die beiden Spulen sind in einer
Brückenschaltung angeordnet, die ihrerseits mit einer Wechselspannung ausreichend hoher Frequenz beaufschlagt wird. Bei Verschiebung des Ankers treten dann zwischen den Brückenzweigen vom Verschiebeweg des Ankers abhängige Spannungsdifferenzen auf. Grundsätzlich ist es auch möglich, zwischen den einander zugewandten
Stirnenden zweier gleichachsiger Spulen einen in Richtung der Spulenachsen beweglichen elektrisch leitenden oder magnetischen bzw. magnetisierbaren Körper anzuordnen, so dass bei Bewegungen des Körpers in Richtung der Spulenachse jeweils die Induktivität einer Spule erhöht und der anderen Spule vermindert wird.
Schließlich lässt sich das Differenzialdrosselprinzip auch mit parallel zueinander benachbart angeordneten Spulen verwirklichen, deren Stirnenden jeweils in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Wird ein elektrisch leitender und/oder magnetischer bzw. magnetisierbarer Körper vor den benachbarten (einen) Stirnenden der Spulen auf einer die Spulenachsen durchsetzenden Bahn quer zu den Spulenachsen bewegt, so wird die Induktivität der einen Spule erhöht und der anderen Spule vermindert.
Bei den bisherigen Weggeberanordnungen waren die Messgenauigkeit und/oder der Messbereich unbefriedigend. Hier setzt die Erfindung an.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Weggeberanordnung der eingangs angegebenen Art einen großen Messbereich bei gleichzeitig sehr hoher
Messgenauigkeit zu ermöglichen, wobei des Weiteren eine einfache
Herstellbarkeit gewährleistet sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich ein
geometrischer Wicklungsparameter der Spulen in beiden möglichen
Verschieberichtungen invers und monoton ändert.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Wicklungsformen der Spulen so auszubilden, dass sich ein Formmerkmal in jeder der beiden Verschieberichtungen an einer Spule in einer Weise und an der anderen Spule in entgegengesetzter Weise ändert. Dadurch wird eine besonders ausgeprägte Veränderung der elektrischen Eigenschaften der Differenzialdrosselanordnung provoziert, so dass eine Weganzeige mit höchster Genauigkeit ermöglicht wird. Da es ohne Weiteres möglich ist, ein Formmerkmal längs einer großen
Wegstrecke zu verändern, kann gleichzeitig ein großer Messbereich
gewährleistet werden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform können die Spulen mit zum
Verschiebeweg senkrechten Spulenachsen angeordnet sein und einen keilartigen Querschnitt aufweisen, wobei die Längsrichtungen der Keilquerschnitte der beiden Spulen zueinander antiparallel und parallel zum Verschiebeweg angeordnet sind. Wenn hier der Schieber verstellt wird, überlappt er bei der einen Spule einen zunehmend breiter werdenden Bereich des Wicklungsquerschnittes, während bei der anderen Spule ein zunehmend schmaler werdender Bereich des Wicklungsquerschnittes überlappt wird.
In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung können die Spulenwindungen mit den Keilquerschnitten auf einem Substrat angeordnet sein, d.h. die Spulen sind als flächige Spulen ausgebildet. Dadurch ist eine einfache Herstellung wie bei gedruckten Schaltungen möglich.
Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform besitzen die
Spulenwicklungen jeweils einen streifenförmigen Querschnitt, wobei die
Streifenlänge der jeweils nächstfolgenden Wicklung größer (oder kleiner) bemessen ist als bei der vorangehenden Wicklung. Dabei sind die
Wicklungsabschnitte am einen Streifenende zueinander eng benachbart angeordnet, während die U-förmigen Wicklungsabschnitte am anderen
Streifenende entsprechend den unterschiedlichen Streifenlängen vergleichsweise große Abstände aufweisen. Hier ist also die„Wicklungsdichte" der Spulen vergleichsweise gering. Wenn derartig ausgebildete Spulen mit zueinander parallelen Streifenlängsachsen nebeneinander angeordnet sind, überlappt der Schieber auf seinem Verschiebeweg bei der einen Spule Bereiche mit hoher bzw. zunehmender Wicklungsdichte und auf der anderen Spule Bereiche mit abnehmender Wicklungsdichte.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besitzt die
Differenzialdrosselanordnung im Wesentlichen zwei rohrförmige Spulen mit zueinander parallelen Spulenachsen, wobei die Spulenwicklungen der einen Spule in der einen Richtung eine zunehmende Steigung und bei der anderen Spule in der anderen Richtung eine zunehmende Steigung aufweisen, so dass die„axiale Wicklungsdichte" bei den beiden Spulen in zueinander inversen Richtungen zu- bzw. abnimmt. Wenn nun der Schieber an den beiden Spulen in Spulenlängsrichtung verschoben wird, ergeben sich wiederum ausgeprägt entgegengerichtete Änderungen der elektrischen Eigenschaften der Spulen der Differenzialdrosselanordnung.
Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die
Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders vorteilhaften Ausführungsformen näher beschrieben werden.
Schutz wird nicht nur für angegebene oder dargestellte Merkmalskombinationen sondern auch für prinzipiell beliebige Kombinationen der angegeben oder dargestellten Einzelmerkmale beansprucht.
In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine schematisierte Draufsicht auf eine erfindungsgemäße
Weggeberanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 einen schematisierten Schaltplan der Weggeberanordnung der
Fig. 1 ,
Fig. 3 Diagramme der an Schaltungspunkten A, B und C anliegenden, bzw. abgreifbaren elektrischen Spannungen,
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine gegenüber Fig. 1 abgewandelten
Ausführungsvariante,
Fig. 5 eine schematisierte Draufsicht analog Fig. 1 auf eine weitere
Ausführungsform,
Fig. 6 eine schematisierte Darstellung einer dritten Ausführungsform.
Gemäß Fig. 1 sind auf einem nicht näher dargstellten, elektrisch isolierenden Substrat 10 Leiterbahnen in Form zweier Drosselspulen 1 und 2 angeordnet. Jede der Drosselspulen 1 und 2 hat einen ausgeprägt keilförmigen Querschnitt, wobei die Keilspitze der jeweils einen Drosselspule 1 oder 2 neben dem breiten Ende der jeweils anderen keilförmigen Drosselspule 2 oder 1 angeordnet ist. Die Windungen der Drosselspulen 1 und 2 sind an einem Anschlusspunkt C miteinander elektrisch verbunden, so dass die Drosselspulen 1 und 2 eine elektrische Reihenschaltung bilden, die an Anschlusspunkten A und B in weiter unten dargestellter Weise mit einer Hochfrequenzspannung beaufschlagt werden kann. Dicht oberhalb des die Drosselspulen 1 und 2 tragenden Substrates ist ein im Wesentlichen plattenförmiger Schieber 3 angeordnet, der in Fig. 1 punktiert dargestellt ist und sich in den Pfeilrichtungen P aus der dargestellten Mittellage nach rechts oder links verschieben lässt. Der Schieber 3 besteht aus einem elektrisch leitfähigem Material und kann in Form einer rechteckigen Platte ausgebildet sein.
Alternativ kann der Schieber 3 auch als Doppelplatte mit einer Platte oberhalb und einer Platte unterhalb des die Drosselspulen 1 und 2 tragenden Substrats ausgebildet sein, wobei die beiden Platten an den Rändern des die
Drosselspulen 1 und 2 tragenden Substrats elektrisch leitend miteinander verbunden sein können.
In der dargestellten Mittellage des Schiebers 3 überdeckt dieser gleichartige Querschnittsbereiche der Drosselspulen 1 und 2. Bei Verschiebung aus der Mittellage in einer Richtung wird dagegen ein zunehmend kleinerer
Querschnittsbereich der einen Drosselspule 1 oder 2 und ein zunehmend größerer Querschnittsbereich der anderen Drosselspule 2 oder 1 überdeckt. Dementsprechend verändert der Schieber 3 die Induktivitäten der Drosselspulen 1 und 2 bei Verschiebung aus seiner Mittellage in deutlich unterschiedlicher, d.h. in einander entgegengesetzter Weise.
Dies lässt sich in der nachfolgend dargestellten Weise zur Erzeugung eines den Verschiebeweg des Schiebers 3 wiedergebenden Signals nutzen.
Gemäß Fig. 2 sind die Anschlüsse A und B der von den Drosselspulen 1 und 2 gebildeten Reihenschaltung mit einem Hochfrequenzgenerator 4 verbunden, der die Anschlüsse A und B jeweils mit einer hochfrequenten Rechteck- Wechselspannung beaufschlagt. Dabei ist die am Anschluss B anliegende hochfrequente Rechteckwechselspannung gegenüber der am Anschlusspunkt A anliegenden Rechteckwechselspannung bei gleicher Frequenz, z. Bsp. 50 kHz, um eine halbe Wellenlänge verschoben.
Am Anschlusspunkt C zwischen den Drosselspulen 1 und 2 ist eine ausgeprägt impulsförmige hochfrequente Wechselspannung abgreifbar, deren Frequenz der Frequenz der an den Anschlusspunkten A und B anliegenden hochfrequenten Rechteckwechselspannung entspricht. Wenn der Schieber 3 seine Mittellage einnimmt, haben die positiven und negativen Amplituden der bei C abgreifbaren Wechselspannung gleiche Absolutwerte. Bei Verstellung des Schiebers 3 aus der Mittellage ergeben sich dann stark unterschiedliche Größenverhältnisse.
Messtechnisch ist nun bei der Erfindung vorgesehen, anstelle der messtechnisch wegen ihrer Größe schwer erfassbaren Amplituden der Impulse die
Spannungswerte Sv zu erfassen, die nach einer Verzögerungszeit v nach der jeweiligen Startflanke eines Impulses vorliegen. Indem nun die Differenz zwischen den Spannungswerten Sv von zeitlich aufeinander folgenden Impulsen entgegengesetzter Polarität gebildet wird, wird ein Signal für den Verschiebeweg des Schiebers 3 erzeugt.
Messtechnisch kann dies durch einen bei C eingangsseitig angeschlossenen Analog-Digital-Wandler erfolgen, der zur Erfassung der Startflanken der positiven bzw. negativen Impulse vom HF-Generator 4 Signale erhält, die die Zeitpunkte der Rechteckflanken der hochfrequenten Rechteck-Wechselspannung
wiedergeben. Diese Zeitpunkte entsprechen den Zeitpunkten der Startflanken der Wechselspannungsimpulse am Anschlusspunkt C. Wenn nun der Analog-Digital- Wandler die Spannungswerte Svjeweils mit vorgegebener Zeitverzögerung nach den Zeitsignalen des HF-Generators 4 für die Rechteckflanken ermittelt und die entsprechenden Differenzen bildet, wird gleichzeitig die Möglichkeit geboten, eine vorgegebene Anzahl nacheinander ermittelter Differenzen einer Mittelwertbildung zu unterziehen. Beispielsweise können bei einer Frequenz des HF-Generators von 50 kHz jeweils 1000 zeitlich aufeinander folgende Differenzwerte für eine Mittelwertbildung herangezogen werden, gleichwohl folgen dann die Mittelwerte noch mit einer Frequenz von 50 Hz aufeinander, so dass Wegänderungen des Schiebers 3 mit entsprechend hoher Signalfrequenz (50 Hz) erfasst werden.
Gemäß Fig. 4 können die Drosselspulen 1 und 2 jeweils auch eine sichelförmige Bogenform aufweisen und auf einem entsprechend bogenförmigen Substrat angeordnet sein. Wenn nun der Schieber 3 auf einer bezüglich des
Krümmungszentrums des bogenförmigen Substrats zentrischen Kreisbahn geführt ist, lassen sich Schwenk- bzw. Drehhübe des Schiebers 3 erfassen. Hinsichtlich der messtechnischen Auswertung ändert sich dabei nichts
gegenüber den vorangehend erläuterten Ausführungen.
Für eine Drehhuberfassung ist es auch möglich, die Differenzialdrosselanordnung der Fig. 1 auf einer gekrümmten Fläche, insbesondere einer Kreiszylinderfläche anzuordnen, wobei die Keilspitzen in zueinander entgegengesetzte
Umfangsrichtungen weisen. Ein zur Umfangsfläche etwa tangentialer Schieber kann dann in den Umfangsrichtungen beweglich angeordnet sein.
Bei einer Anordnung nach Fig. 1 kann gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung vorgesehen sein, die Drosselspulen 1 und 2 auf einem flexiblen Substrat, z.B. einer flexiblen Leiterplatte anzuordnen, die dann (mit den Spulen 1 und 2) längs eingerollt und in ein elektrisch nicht leitendes Rohr eingeschoben wird. Auf diesem Rohr wird dann ein kurzes Rohrstück aus elektrisch leitendem Material verschiebbar angeordnet. Dieses Rohrstück entspricht funktional dem Schieber 3 der Fig. 1 . Wenn nun das elektrisch leitfähige Rohrstück mit einem Schwimmer kombiniert und das elektrisch nicht leitfähige Rohr in einem Tank angeordnet wird, kann die so ausgebildete Anordnung als
Füllstandsmessanordnung genutzt werden. Abweichend von dieser Anordnung ist es auch möglich, die Leiterplatte mit den Drosselspulen 1 , 2 auf der
Außenseite eines elektrisch nicht leitfähigen Stabes anzuordnen, auf dem das elektrisch leitfähige Rohrstück mit seinem Schwimmer verschiebbar geführt ist. Bei allen diesen Anordnungen sind die Drosselspulen 1 , 2 mit ihrem keilförmigen Querschnitt in Längsrichtung des Rohres oder Stabes ausgerichtet, d.h. die Keilspitze ist bei vertikaler Anordnung des Rohres oder Stabes vertikal nach oben oder unten ausgerichtet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Drosselspulen 1 und 2 sowie der zugehörige Trägerkörper als spritzgegossener Schaltungsträger (moulded interconnected device bzw. MID) ausgebildet sein. Dabei wird zunächst der Trägerkörper, beispielsweise in Form eines wand-, rohr- oder stabförmigen Körpers, aus einem mit Metall dotiertem
Konstruktionskunststoff, insbesondere Konstruktionsthermoplast, hergestellt. Sodann wird auf diesen Körper mittels eines Lasers das Muster der
Drosselspulen aufgetragen, wobei durch die Laserstrahlung an den vom Laser gezeichneten Linien das Dotierungsmetall aktiviert wird, derart, dass das
Kunststoffmaterial an den vom Laser gezeichneten Linien elektrisch leitfähig wird. Sodann wird durch einen galvanischen Prozess an den genannten Linien eine Leiterbahn erzeugt. Soweit der so erzeugte Schaltungsträger in einer
aggressiven Umgebung, beispielsweise in einem Harnstofftank, eingesetzt werden soll, werden die Leiterbahnen noch mit einer Schutzschicht bzw. einem Schutzlack überdeckt.
Der auf diese Weise hergestellte Schaltungsträger der auf seiner Oberfläche die keilförmigen Drosselspulen trägt, wobei die einander entgegengerichteten
Keilspitzen der Drosselspulen jeweils in Längsrichtung des Schaltungsträgers weisen, kann wiederum mit einem auf dem Schaltungsträger verschiebbaren elektrisch leitfähigen Schieber oder Rohrstück kombiniert werden, der bzw. das seinerseits mit einem Schwimmer kombiniert ist, so dass die so erzeugte
Vorrichtung wiederum als Füllstandsmessanordnung genutzt werden kann.
Mit der vorangehend beschriebenen Laser-Direkt-Strukturierung lässt sich die erfindungsgemäße Differentialdrosselanordnung mit zwei flächigen
Drosselspulen auf praktisch beliebigen Trägern in praktisch beliebig vorgebbarer Geometrie anordnen. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, in Abwandlung der Darstellung der Fig. 4 auf einem kreisscheibenförmigen Trägerkörper
entsprechend der Darstellung der Fig. 4 sichelförmige Drosselspulen
anzuordnen, wobei sich jede der sichelförmigen Drosselspulen über annähernd einen vollen Kreisbogen erstreckt.
Wenn eine derartige Anordnung mit einem elektrisch leitenden Schieber kombiniert wird, der auf einer bezüglich des Zentrums der Kreisscheibe zentrischen Bahn beweglich ist, kann die Anordnung zur Erfassung von
Drehstellungen, beispielsweise eines Schrittmotors, eingesetzt werden.
Im Beispiel der Fig. 1 sind die Drosselspulen 1 und 2 jeweils als Flachspulen auf einem Substrat 10 angeordnet. Dies ist zwar produktionstechnisch vorteilhaft, jedoch nicht absolut zwingend. Grundsätzlich ist es auch möglich, die Spulen 1 und 2 mit ihrem keilförmigen Querschnitt mit axial hintereinander angeordneten Wicklungen auszubilden, wobei die Wicklungen ggf. auf einem Wicklungsträger mit dem Keilquerschnitt entsprechenden Querschnitt angeordnet werden können. Der Schieber 3 ist dann vor den in einer Ebene angeordneten Stirnenden der benachbarten Drosselspulen quer zu den Spulenachsen verschiebbar
angeordnet. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 sind die Spulen 1 und 2 wiederum als
Flachspulen auf einem Substrat 10 angeordnet. Abweichend von Fig. 1 besitzen die beiden Spulen 1 und 2 einen streifenförmigen Rechteck- oder
Ovalquerschnitt, wobei die an den Streifenenden angeordneten U-Bögen der Wicklungen einen zunehmend größeren Abstand in Streifenlängsrichtung zueinander haben. Dies ist gleichbedeutend damit, dass die Streifenlänge des jeweiligen Wicklungsquerschnittes bei aufeinanderfolgenden Wicklungen unterschiedlich ist. Dabei sind die U-Bögen der Wicklungen am einen
Streifenende eng benachbart zueinander angeordnet, während die U-Bögen der Wicklungen an den jeweils anderen Streifenende entsprechend den
unterschiedlichen Streifenlängen vergleichsweise große Abstände voneinander aufweisen.
Bei Verschiebung des Schiebers 3 in einer der möglichen Verschieberichtungen überlappt dieser also bei der einen Spule jeweils Wicklungsquerschnitte am Streifenende mit geringer„Wicklungsdichte", d.h. weit voneinander
beabstandeten U-Bögen aufeinanderfolgender Wicklungen, während bei der anderen Spule Wicklungsabschnitte mit zunehmender Wicklungsdichte überlappt werden.
Bei der Ausführungsform in Fig. 6 sind jeweils rohrförmige Spulen vorgesehen, deren Wicklungen auf einen rohrförmigen Trägerkörper aus elektrisch
isolierendem Material angeordnet sein können. Eine geometrische Besonderheit der Spulen liegt darin, dass die axial Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Wicklungen zum einen axialen Spulenende hin zunehmen. Dabei sind die großen Wicklungsabstände bei der einen Spule am einen axialen Ende und bei der anderen Spule am entgegengesetzten axialen Ende vorgesehen. Bei der im Bild A der Fig. 6 dargestellten Variante sind die beiden Spulen parallel nebeneinander angeordnet. Der Schieber 3 kann als plattenförmiger Körper ausgebildet sein, dessen Plattenebene parallel zu einer die Spulenachsen enthaltenden Ebene liegt. Statt dessen ist auch ein beide Spulen ringförmig umschließender Schieber möglich, beispielsweise mit ovalem Querschnitt.
Bei der im Bild B dargestellten Ausführungsvariante sind die beiden Spulen, elektrisch voneinander isoliert, konzentrisch zueinander angeordnet,
beispielsweise auf einem gemeinsamen rohrförmigen Trägerkörper, wobei die elektrische Isolation zwischen den beiden Spulen durch einen den Spulendraht isolierenden Isolierlack oder dergleichen erfolgen kann. Bei dieser
Ausführungsvariante kann der Schieber 3 durch einen die beiden Spulen umfassenden Ringkörper oder auch durch einen innerhalb des Spulenträgers axial verschiebbaren Körper gebildet werden.
Bei allen dargestellten Ausführungsformen sind die Spulen 1 und 2 elektrisch gemäß Fig. 2 zu der dort dargestellten Differenzialdrosselanordnung verschaltet. Dies bedeutet gleichzeitig, dass die Spulen vom Schaltungspunkt C aus gesehen einen einander entgegengesetzten Windungssinn aufweisen, so dass die Spulen 1 und 2 am Schaltungspunkt C eine entgegengesetzte magnetische Polarität besitzen.
Durch die dargestellten geometrischen Besonderheiten der Spulenwicklungen wird gewährleistet, dass am Schaltungspunkt C in Fig. 2 besonders deutliche Veränderungen des dort auftretenden Spannungsverlaufes vorliegen, wenn der Schieber 3 seine Lage verändert.
Alle Ausführungsformen lassen sich mit der oben beschriebenen Laser-Direkt- Strukturierung auf der jeweiligen Spulenform angepassten Trägern, in der Regel flache oder rohrförmige Substrate, erzeugen.

Claims

Ansprüche
1 . Elektrische Weggeberanordnung mit einem als elektrisch leitfähiger und/oder magnetischer oder magnetisierbarer Körper ausgebildeten Schieber (3), welcher auf vorgegebener Bahn in Magnetfeldern zweier Spulen (1 , 2) einer
Differenzialdrosselanordnung (Fig. 2) verschiebbar ist, und mit einer von der Differenzialdrosselanordnung in Abhängigkeit vom Maß des Verschiebeweges steuerbaren Weganzeige,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich ein geometrischer Wicklungsparameter an den beiden Spulen (1 , 2) in jeder der möglichen Verschieberichtungen des Schiebers (3) invers, monoton ändert.
2. Weggeberanordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass in jeder Verschieberichtung eine quer zur Verschieberichtung gemessene Breite des Wicklungsquerschnittes der einen Spule zunimmt und der anderen Spule abnimmt.
3. Weggeberanordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schieber (3) in Draufsicht auf den Verschiebeweg bei seiner
Verschiebung die Querschnitte einer zunehmenden Anzahl von
Spulenwindungen bei der einen Spule und einer abnehmenden Anzahl von Windungen bei der anderen Spule überdeckt bzw. überlappt.
4. Weggeberanordnung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spulen (1 , 2) parallel zur Verschieberichtung ausgerichtete
Spulenachsen sowie eine relativ zueinander in entgegengesetzten
Axialrichtungen zunehmende bzw. abnehmende Wicklungsdichte aufweisen.
5. Weggeberanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetfelder der Spulen (1 , 2) im Wesentlichen zueinander inverse magnetische Nord-Süd-Richtungen aufweisen.
6. Weggeberanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spulen (1 , 2) elektrisch in einer Reihenschaltung angeordnet sind, die beim Betrieb mit einer hochfrequenten Rechteckspannung beaufschlagt wird, so dass zwischen den Spulen (bei C) hochfrequente Wechselspannungsimpulse abgreifbar sind, und dass eine Auswerteschaltung vorgesehen ist, die eine Differenz zwischen Spannungshüben aufeinanderfolgender Impulse auswertet und in eine Weganzeige umsetzt.
7. Weggeberanordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spannungshübe jeweils mit vorgegebener Verzögerung (v) gegenüber der positiven bzw. negativen Startflanke der aufeinanderfolgenden
Spannungsimpulse erfasst werden.
8. Weggeberanordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Wegsignales jeweils ein Mittelwert über eine
vorgegebene Anzahl der ermittelten Differenzen gebildet wird.
9. Weggeberanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Füllstandsmessanordnung für einen Tank oder dergleichen ein vertikaler Verschiebeweg des Schiebers (3) vorgesehen und der Schieber mit einem Schwimmer kombiniert ist.
10. Weggeberanordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spulen (1 , 2) auf einem zum Verschiebeweg parallelen Trägerkörper angeordnet sind.
1 1 . Weggeberanordnung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (1 , 2) der
Differenzialdrosselanordnung mit zugeordnetem Trägerkörper mittels MID- Technologie hergestellt sind.
12. Verfahren zur Herstellung eines Weggebers nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass auf einem Trägerkörper aus metalldotiertem Konstruktionskunststoff, insbesondere Konstruktionsthermoplast, mittels eines Lasers ein der
Differenzialdrosselanordnung entsprechendes Muster erzeugt und nachfolgend galvanisch beschichtet wird.
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