Die induktive Energieübertragung ermöglicht die Versorgung eines beweglichen Verbrauchers mit Energie ohne mechanischen oder elektrischen Kontakt. Hierfür vorgesehene Vorrichtungen, wie sie beispielsweise aus der WO 92/17929 bekannt sind, umfassen jeweils einen Primär-und einen Sekundärteil, die ähnlich dem Prinzip des Transformators elektromagnetisch gekoppelt sind. Der Primärteil besteht aus einer Einspeisungselektronik und einer entlang einer Strecke verlegten Leiterschleife mit einem Hinleiter und einem Rückleiter, die parallel zueinander verlaufen und am Ende der Strecke ineinander übergehen oder miteinander verbunden sind. Ein oder mehrere jeweils an beweglichen Verbrauchern angeordnete Abnehmer und die zugehörige Abnehmerelektronik bilden die Sekundärseite. Im Gegensatz zum Transformator üblicher Bauart handelt es sich um ein lose gekoppeltes System, das mit einer relativ hohen Frequenz im Kilohertzbereich betrieben wird und große Luftspalte bis zu einigen Zentimetern überbrücken kann. Zu den Vorteilen dieser Art der Energiezuführung zählen insbesondere die Verschleiß-und Wartungsfreiheit, sowie die Berührungssicherheit und eine hohe Verfügbarkeit. Typische Anwendungen sind automatische Materialtransportsysteme in der Fertigungstechnik, aber auch Personentransportsysteme, wie Aufzüge und elektrisch angetriebene Busse.

Da bei einer solchen Vorrichtung die Bewegungsbahn eines Verbrauchers nicht vom Verlauf der Leiterschleife abweichen darf, muß der Verbraucher entsprechend geführt werden, wenn es sich dabei nicht um ein schienengebundenes Fahrzeug handelt. Eine solche Führung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das Fahrzeug eine drehbar gelagerte Vorderachse besitzt, deren Winkelstellung unmittelbar durch ein Ruder bestimmt wird, welches in einer in der Fahrbahn verlaufenden Nut gleitet. Dabei ist zweckmäßigerweise der Abnehmer an dieser gelenkten Vorderachse angeordnet, damit er auch in Kurven stets bestmöglich zu der in der Fahrbahn eingebetteten Leiterschleife ausgerichtet ist. Nachteilig ist an dieser Lösung der Aufwand für das Fräsen der Nut, die Unebenheit der Fahrbahn, und der unvermeidliche mechanische Verschleiß des Ruders.

Eine elegantere Lösung, welche diese Nachteile vermeidet, ist die in der DE 198 16 762 AI beschriebene berührungslose induktive Führung. Hierbei wird das von der Leiterschleife ohnehin ausgehende Magnetfeld durch eine induktive Sensoranordnung erfaßt, deren Ausgangssignale einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden. Diese ermittelt daraus die Position des Fahrzeugs in Querrichtung zur Leiterschleife und steuert in Abhängigkeit von dieser Servomotoren zur Lenkung des Fahrzeugs an. Die vorgesehene Sensoranordnung ist im Fahrzeug mittig angeordnet und besteht aus je einem Sensor mit vertikaler und horizontaler Empfindlichkeitsachse, wobei letztere quer zur Fahrtrichtung verläuft. Da der Strom im Hin- und Rückleiter der Leiterschleife zu jedem Zeitpunkt entgegengesetzt gleich ist, erreicht bei mittiger Position des Fahrzeugs in Bezug auf die Leiterschleife das Signal des Sensors mit vertikaler Empfindlichkeitsachse ein Maximum, während das Signal des anderen Sensors einen Nulldurchgang hat.

Häufig besteht bei automatischen Transportsystemen das Bedürfnis nach einer Datenkommunikation zwischen den Fahrzeugen und einer zentralen Leitstelle. Aus der DE 39 16 610 AI ist hierzu eine Einrichtung zur gleichzeitigen Spurführung und Datenübertragung bekannt, wobei allerdings die Spurführungsleitung ausschließlich zur Spurführung und nicht zur Energieversorgung des Fahrzeugs dient. Die zur Spurführung vorgesehene Sensoranordnung stimmt mit der vorausgehend beschriebenen völlig überein, während die Sende-und Empfangseinrichtung zur Datenkommunikation nicht näher erläutert wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für eine Vorrichtung zur induktiven Energieversorgung und Führung eines beweglichen Objektes einen zweckmäßigen Weg zur Realisierung einer Datenkommunikation als weitere Funktion aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ein für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung konzipiertes Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 28.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die für die Positionsbestimmung auf dem beweglichen Verbraucher ohnehin benötigten Induktivitäten zugleich für den Datenempfang benutzt werden, d. h. daß für Führung und Datenempfang zusammen nur eine einzige induktive Antenne benötigt wird. Besonders geeignet ist hierfür eine Anordnung von zwei gegeneinander versetzten Reihen flacher Spulen, die an dem beweglichen Verbraucher quer zur Bewegungsrichtung und mit vertikaler Achsenrichtung angeordnet sind. Solche flachen Spulen sind einfach auf einer Leiterplatte montierbar und könnten als Extremfall sogar völlig planar auf einer Leiterplatte realisiert werden.

Wenn diese Empfangsspulenanordnung breit genug ist, um zumindest einen der Leiter der zur Energieübertragung dienenden Leiterschleife seitlich weit zu überdecken, und die Datenleitung benachbart zu einem Leiter der Schleife liegt, ist auch in gekrümmten Abschnitten der Bewegungsbahn des Verbrauchers stets sowohl eine genaue Positionsbestimmung, als auch eine zum störungsfreien Datenempfang ausreichende Kopplung zumindest einer Empfangsinduktivität mit der Datenleitung gewährleistet. Dies gilt auch dann, wenn die Antenne nicht in der Mitte der gelenkten Vorderachse des beweglichen Verbrauchers angeordnet werden kann und deshalb in einer Kurve eine seitliche Auslenkung erfährt. Dabei läßt sich die Leiterposition aus einem Vergleich der Meßsignale der einzelnen Empfangsspulen bzw. aus einer Interpolation des Amplitudenverlaufs zwischen den einzelnen Empfangsspulen sehr genau ermitteln.

Im Grundsatz könnten die Empfangsinduktivitäten auch zum Senden von Datensignalen verwendet werden, doch erscheint es als vorteilhafter, hierfür eine separate Anordnung von Induktivitäten mit ferromagnetischem Kern vorzusehen, um das Feld besser auf die Datenleitung zu konzentrieren, wobei auch hier zwei gegeneinander versetzte Reihen von Induktivitäten eine besonders zweckmäßige Lösung darstellen. Sowohl unter den Sendeinduktivitäten, als auch unter den Empfangsinduktivitäten wird auf der Basis des Ergebnisses der Positionsbestimmung jeweils stets diejenige für den Kommunikationsbetrieb ausgewählt, welche aufgrund ihrer momentanen lateralen Position die beste Kopplung zur Datenleitung aufweist. Dieses Vorgehen ist im Grundsatz auf jede induktive Antennenanordnung mit mehreren Sende-und/oder Empfangsspulen anwendbar.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf den Teil der Vorrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 den Verlauf der Ausgangsspannung einer Empfangsinduktivität in Abhängigkeit von der Position quer zur Bewegungsrichtung, Fig. 4 einen vergrößerten und vereinfachten Ausschnitt einer Ansicht wie in Fig. 1, Fig. 5 zwei Varianten einer Sendeinduktivität für die erfindungsgemäße Vorrichtung, Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht einer zur bidirektionalen Kommunikation geeigneten Anordnung von Induktivitäten, Fig. 7 eine schematische Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 6, Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Auswertungs-, Empfangs-und Sendeeinrichtung zum Betrieb in Verbindung mit der Induktivitätenanordnung der Figuren 6 und 7.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch im Querschnitt bzw. in der Draufsicht dargestellt. In einer Fahrbahn 1, auf der sich ein elektrisch angetriebenes Transportfahrzeug bewegen soll, sind zwei Nuten 2a und 2b ausgefräst. In diesen Nuten 2a und 2b sind der Hinleiter 3a und der Rückleiter 3b einer Leiterschleife 3 eingebettet, von der in Fig. 2 nur ein kurzer Abschnitt zu sehen ist. Die Leiterschleife 3 wird von einer nicht dargestellten Einspeisungselektronik mit einem hohen Strom gespeist und wirkt als räumlich verteilte Primärinduktivität eines Transformators, dessen Sekundärinduktivität von einem auf dem Fahrzeug angebrachten Abnehmer gebildet wird.

Auf diese Weise wird das Fahrzeug mit der zu seinem Betrieb benötigten elektrischen Energie versorgt. Der Abnehmer und das Fahrzeug sind hier nicht von Interesse und daher in den Figuren nicht dargestellt. Typische Betriebsparameter eines solchen Systems sind für den Primärleitermittenabstand 100 mm, für den Luftspalt 10 mm, für den Strom 100 A und für die Frequenz 20 kHz.

In der Nut 2b ist darüber hinaus noch eine zweiadrige Datenleitung 4 mit den Adern 4a und 4b angeordnet. Dabei steht die Datenleitung 4 im Querschnitt senkrecht zu der durch die Leiterschleife 3 definierten Ebene, d. h. die Verbindungslinie der Mittelpunkte der Adern 4a und 4b steht senkrecht zur Verbindungslinie der Mittelpunkte der Leiter 3a und 3b. Hierdurch wird sowohl eine optimale induktive Entkopplung der Datenleitung 4 von der Leiterschleife 3 erzielt, als auch die Verlegung der Datenleitung 4 in Kurven erleichtert, da die als flache Zweidrahtleitung ausgebildete Datenleitung 4 in dieser Richtung wesentlich flexibler ist als in der anderen Richtung. Die beiden Nuten 2a und 2b sind der Einfachheit halber vom gleichen Querschnitt, so daß in der Nut 2a bei Bedarf noch Raum für eine weitere Datenleitung zur Verfügung steht. Für die vorliegende Erfindung kommt es nicht darauf an, auf welcher Seite eines der Leiter 3a oder 3b die Datenleitung 4 angeordnet ist. So wäre ebensogut wie die in den Figuren gezeigte vertikale Anordnung an der Außenseite auch eine vertikale Anordnung an der Innenseite oder auch eine waagrechte Anordnung oberhalb eines Leiters 3a oder 3b möglich.

An dem nicht dargestellten Fahrzeug ist in einem Abstand in der Größenordnung von 10 mm von der Oberfläche der Fahrbahn 1 eine aus fünf flachen Spulen 5a-5e bestehende induktive Empfangsantenne 5 angebracht. Die Spulen 5a-5e liegen alle parallel nebeneinander und mit den Endflächen parallel bzw. mit den in den Figuren gestrichelt eingezeichneten Achsen senkrecht zur Oberfläche der Fahrbahn 1. Die Spulen 5a-5c bilden eine gerade Reihe, die sich bei korrekter Orientierung des Fahrzeugs quer zu dessen Bewegungsrichtung, die dann mit der Längsrichtung der Leiterschleife 3 übereinstimmt, erstreckt. Dies gilt ebenso für die Spulen 5d und 5e, die sowohl in Längsrichtung des Rückleiters 3b, als auch in Querrichtung gegenüber der Spulenreihe 5a-5c verschoben sind. Die Verschiebung in Längsrichtung entspricht etwas mehr als der Abmessung einer Spule in dieser Richtung, die Verschiebung in Querrichtung der halben Abmessung einer Spule in dieser Richtung. Die Darstellung der Spulen mit ovalem Querschnitt in Fig 2. ist rein beispielhaft gemeint, d. h. der Querschnitt könnte ebensogut kreisförmig oder annähernd rechteckig sein. Die Querschnittsabmessungen der Spulen können beispielsweise in der Größenordnung von 10 bis 30 mm liegen.

Die Empfangsspulen 5a-5e sind zunächst dazu bestimmt, das Magnetfeld des Stromes in der Leiterschleife 3 auszumessen, um anhand dessen die Lage der Antenne 5 und damit auch des Fahrzeugs, an dem sie angebracht ist, quer zur Bewegungsrichtung zu bestimmen. Zu diesem Zweck sind die Spulen 5a-5e an eine elektronische Auswertungseinrichtung angeschlossen, welche die Amplituden der durch besagtes Magnetfeld in den Spulen 5a-5e induzierten Spannungen feststellt, vergleicht, bewertet und ein Maß für die Lage der Antenne 5 zu dem Rückleiter 3b ermittelt. Basierend auf dieser Positionsbestimmung werden durch einen Regler Stellsignale für einen oder mehrere Servomotoren erzeugt, um so das Fahrzeug automatisch entlang einer Bahn zu lenken, die dem Verlauf der Leiterschleife 3 folgt.

Die Positionsbestimmung beruht darauf, daß die Amplitude der induzierten Spannung U in Abhängigkeit von der lateralen Position S einer Empfangsspule 5a-5e bei gleichbleibendem vertikalem Abstand einen charakteristischen Verlauf mit mehreren Extremwerten zeigt. In Fig. 3 ist dieser Verlauf qualtitativ dargestellt, der das Feldbild einer Doppelleitung mit zwei ungleichsinnig stromdurchflossenen Adern widerspiegelt. Dabei liegt der Ursprung der Abszisse genau in der Mitte zwischen dem Hinleiter 3 a und dem Rückleiter 3b. Die Positionen der Leiter 3a und 3b sind in Fig. 3 mit H bzw. R gekennzeichnet. Wegen des bekannten Verlaufs der magnetischen Feldlinien als Kreise, deren Mittelpunkte jeweils auf der Verbindungsgeraden der beiden Adern, jedoch alle außerhalb des Zwischenraumes H-R liegen, treten zwei symmetrische Minima bei Positionen etwas jenseits der Orte H und R auf.

In einem solchen Minimum ist der verkettete Fluß wegen des dort horizontalen Verlaufs der Feldlinien nahezu Null. Das Maximum liegt genau in der Mitte und beruht auf der Addition gleich großer positiver Feldbeiträge beider Adern.

Es leuchtet ein, daß ein solcher Verlauf in einfacher Weise zur Positionsbestimmung durch Extremwertsuche benutzt werden kann, indem mehrere Spulen entlang des Weges S angeordnet werden und deren Ausgangsspannungen in einer elektronischen Auswertungseinrichtung verglichen und bewertet werden. Hierbei drängen sich die Minima wegen des deutlich steileren Kurvenverlaufs in ihrer Umgebung als günstigeres Kriterium auf.

Da mit der Spulenanordnung nur diskrete Punkte entlang des Weges S abgetastet werden können, bietet es sich an, den Kurvenverlauf nach Fig. 3 zwischen diesen Stützstellen nichtlinear zu interpolieren. Der Versatz der zweiten Spulenreihe 5d-5e gegenüber der ersten Reihe 5a-5c um die halbe Querabmessung einer Spule bewirkt gegenüber der ersten Spulenreihe 5a-5c eine Halbierung des räumlichen Abtastintervalls.

Allerdings muß der Krummungsradius der Leiterschleife 3 in Kurven der Bewegungsbahn des Fahrzeugs groß gegenüber dem Abstand der beiden Spulenreihen 5a-5c und 5d-5e in Längsrichtung sein, damit der durch diesen Längsabstand verursachte Fehler den Gewinn an Genauigkeit in Kurven nicht zunichte macht. Eine seitliche Krümmung der Leiterschleife 3 in einer Kurve oder an einer Verzweigungsstelle zweier Bewegungsbahnen, nachfolgend wie üblich in Anlehnung an schienengebundene Systeme als Weiche bezeichnet, macht sich darin bemerkbar, daß der durch die Auswertungseinrichtung bestimmte Ort eines Minimums seitlich auszuwandern beginnt. Diese Abweichung der Istlage von einer durch die Position der Antenne 5 am Fahrzeug vorbestimmten Sollage kann zur Bahnregelung des Fahrzeugs benutzt werden.

Eine weitere Funktion der Antenne 5 ist der induktive Empfang von Datensignalen, die von einer nicht dargestellten zentralen Steuereinheit über die unmittelbar neben dem Rückleiter 3b angeordnete Datenleitung 4 an das Fahrzeug gesendet werden. Die Lage der Datenleitung 4 zu zwei flachen Empfangsspulen 5d und 5e mit jeweils vertikaler Achse ist in Fig. 4 vergrößert dargestellt. Sie hat wegen des relativ großen Abstandes zwischen den beiden Leitern 4a und 4b im Bereich von 10-20 mm einen relativ großen Wellenwiderstand und ist mit einem 300Q-Antelmenkabel früher üblicher Art vergleichbar. Ein dünner Steg der Isolation verbindet die beiden Leiter 4a und 4b mechanisch und hält sie überall auf konstantem Abstand zueinander.

Wenn der Strom in dem Datenkabel 4, wie durch das Kreuz und den Punkt in den Leitern 4a und 4b angedeutet, zu einem bestimmten Zeitpunkt gerade im oberen Leiter 4a die dargestellte Querschnittsebene nach hinten und im unteren Leiter 4b nach vorne durchdringt, so ergibt sich in dem Raum zwischen der Leitung 4 und den Empfangsspulen 5d und 5e ein magnetischer Feldverlauf der dargestellten Art, d. h. die Feldlinien verlaufen im Uhrzeigersinn kreisförmig um Mittelpunkte herum, die oberhalb des oberen Leiters 4a auf der Verbindungsgeraden der Leitermittelpunkte liegen. An zwei Stellen der skizzierten Feldlinie B sind die Horizontalkomponenten BH und die Vertikalkomponenten Bv der magnetischen Flußdichte exemplarisch eingetragen.

Bei exakt mittiger Lage einer Empfangsspule 5d oder 5e oberhalb des Datenkabels 4 nimmt die induktive Kopplung wegen des dort rein horizontalen Verlaufs des Magnetfeldes B ein Minimum an, d. h. sie verschwindet dort sogar theoretisch. Andererseits nimmt der Betrag des Flußdichte B mit zunehmender Entfernung einer Spule 5d oder 5e von der Leitung 4 ab.

Daraus folgt, daß es bei gegebenem vertikalem Abstand zwischen einer Spule 5d oder 5e und dem oberen Leiter 4a in der Nähe der Datenleitung 4, jedoch abseits besagter mittiger Lage ein Maximum der induktiven Kopplung gibt. Bei Verwendung einer regelmäßigen Anordnung einer Vielzahl von Empfangsspulen 5a-5e, wie sie Fig. 2 zeigt, liegt offensichtlich stets eine der Empfangsspulen 5a-5e diesem Maximum am nächsten und ist somit am besten für den Datenempfang geeignet.

Davon wird Gebrauch gemacht, indem die erwähnte Auswertungseinrichtung für die Positionsbestimmung anhand der Position ständig die jeweils am besten liegende Empfangsspule 5a-5e auswählt und über einen Multiplexer nur diese mit der Datenempfangseinrichtung verbindet. Dabei kann sich im Laufe der Bewegung des Fahrzeugs die Auswahl der günstigsten Empfangsspule 5a-5e wiederholt ändern, insbesondere bei einem Richtungswechsel in einer Kurve oder an einer Weiche, wo die Empfangsantenne 5 trotz Lenkungsregelung zeitweise aus ihrer Normallage gegenüber der Leiterschleife 3 und damit auch gegenüber der Datenleitung 4 seitlich auswandert. Letzteres ist sogar unvermeidbar, wenn die Antenne nicht mittig unter der gelenkten Vorderachse des Fahrzeugs plaziert werden kann. Durch das ständige Umschalten auf die jeweils bestgelegene Empfangsspule 5a-5e ist jedoch ein einwandfreier Datenempfang auch in ungeraden Abschnitten der Bewegungsbahn gewährleistet.

Im Grundsatz könnte eine Antenne 5 der vorausgehend beschriebenen Art ebenso dazu benutzt werden, Daten auch von dem Fahrzeug, an dem sie montiert ist, über die Datenleitung 4 induktiv zu einer zentralen Leitstelle zu übertragen. Um den Wirkungsgrad der Übertragung zu erhöhen, ist es jedoch von Vorteil, separate Sendespulen mit einem ferromagnetischen Kern zur Feldkonzentration auf die Datenleitung 4 zu verwenden. In Fig. 5 sind zwei mögliche Bauformen solcher Sendespulen 6 und 9 dargestellt.

Die linke Sendespule 6 eignet sich besonders zur Verwendung bei einer Datenleitung 4 mit vertikal übereinander liegenden Leitern 4a und 4b, wie sie bereits in den Figuren 1 und 4 gezeigt ist. Der Eisenkern 7 ist in diesem Fall U-förmig und die Spule 6 ist an dem Fahrzeug so angebracht, daß die beiden Schenkel des U-Kerns 7 vertikal zu der Datenleitung 4 weisen.

Die Wicklung 8 befindet sich auf dem horizontalen Abschnitt zwischen den beiden Schenkeln. Die induktive Kopplung ist bei dieser Anordnung maximal in der gezeigten mittigen Position der Spule 6 über der Datenleitung 4.

Die rechte Sendespule 9 eignet sich besonders zur Verwendung bei einer Datenleitung 4 mit horizontal nebeneinander liegenden Leitern 4a und 4b. Diese Leiteranordnung ist zwar im Hinblick auf die unerwünschte induktive Kopplung zwischen der Datenleitung 4 und der Leiterschleife 3 sowie auf die mechanische Flexibilität bei horziontalen Krümmungen des Leitungsverbundes weniger optimal als die vertikale Anordnung, doch kommt sie grundsätzlich auch in Betracht. Der Eisenkern 10 ist in diesem Fall E-förmig und die Spule 9 ist an dem Fahrzeug so angebracht, daß die drei Schenkel des E-Kerns 10 vertikal zu der Datenleitung 4 weisen. Die Wicklung 11 befindet sich auf dem mittleren Schenkel. Die induktive Kopplung ist auch bei dieser Anordnung maximal in der gezeigten mittigen Position der Spule 9 über der Datenleitung 4.

In völliger Analogie zur Empfangsantenne 5 besteht eine erfindungsgemäße induktive Sendeantenne aus einer Vielzahl von regelmäßig linear quer zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs angeordneten Sendespulen, um zu gewährleisten, daß ständig, d. h. auch bei Kurvenfahrt, eine für eine störungsfreie Datenübertragung zur Datenleitung 4 ausreichend gut positionierte Sendespule zur Verfügung steht. Auch der Vorteil einer Anordnung von zwei hintereinander liegenden und seitlich gegeneinander versetzten Reihen von Spulen zur Erhöhung der Ortsauflösung ist unmittelbar von der Empfangsantenne 5 auf eine Sendeantenne übertragbar. Logischerweise muß eine Sendantenne in Querrichtung des Fahrzeugs an der gleichen Stelle angebracht werden wie die Empfangsantenne 5, so daß sie in Längsrichtung gegenüber der Empfangsantenne verschoben sein muß.

Was die Auswahl der jeweils besten Sendespule anbelangt, so kann diese bei fester räumlicher Zuordnung zwischen Empfangs-und Sendespulen auf der Basis der Auswahl der besten Empfangsspule geschehen. Dabei muß sich bei einem Längsversatz der Sendeantenne gegenüber der Empfangsantenne die beste Sendespule nicht unbedingt in derselben lateralen Position wie die beste Empfangsspule befinden, sondern es kann in einem gekrümmten Abschnitt der Bewegungsbahn auch eine gegenüber der besten Empfangsspule seitlich versetzte Sendespule gerade in der günstigsten Position sein. Eine Berücksichtigung dieses Effektes bei der Sendespulenauswahl setzt eine temporäre Speicherung von Bewegungsbalmdaten durch die Auswertungseinrichtung voraus.

In den Figuren 6 und 7 ist ein erfindungsgemäßes Führungs-und Kommunikationssystem mit maximalem Funktionsumfang im Querschnitt bzw. in der Draufsicht dargestellt. Es weist eine Empfangsantenne 12 auf, die im Prinzip der vorausgehend anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen entspricht, jedoch im Unterschied dazu nicht nur den Rückleiter 3b, sondern auch den Hinleiter 3a, also die Leiterschleife 3 in ihrer vollen Breite überdeckt. In Längsrichtung gegenüber der Empfangsantenne 12 verschoben ist eine analog strukturierte Sendeantenne 13 angeordnet, die in gleicher Weise die Leiterschleife 3 komplett überdeckt und sich aus Sendespulen 6 der in Fig. 5 links gezeigten Art zusammensetzt. Wie in Fig. 6 erkennbar ist, befindet sich in der Nut 2a benachbart zu dem Hinleiter 3a eine zweite Datenleitung 14 ebenfalls in vertikaler Position.

Der Vorteil des Systems nach den Figuren 6 und 7 ist die Funktionsfähigkeit auch im Bereich von Weichen (Bahnverzweigungen), an denen sich das Fahrzeug und damit auch die Antennen 12 und 13 von einem der Leiter 3a oder 3b entfemen und vorübergehend nur noch einer der Leiter 3a oder 3b in der Nähe der Antennen 12 und 13 vorhanden ist. Dadurch, daß jedem der Leiter 3a und 3b eine Datenleitung 14 bzw. 4 zugeordnet ist, und daß jede dieser Datenleitungen 14 und 4 von den Emfangs-und Sendeantennen 12 bzw. 13 überdeckt wird, ist zu jedem Zeitpunkt eine störungsfreie Datenkommunikation möglich.

Gleiches gilt sinngemäß auch für die Bahnführung des Fahrzeugs. Wenn nämlich, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, nur einer der Leiter 3 a oder 3b von einer Empfangsantenne 5 überdeckt wird und sich die Bahn des Fahrzeugs an einer Weiche von diesem Leiter entfernt, dann ist solange keine Positionsbestimmung und folglich auch keine Lenkregelung möglich, bis die Antenne 5 wieder einen neuen Leiter 3a bzw. 3b findet. Bei einer Antennenanordnung wie in den Figuren 6 und 7 ist hingegen stets die Nähe der Empfangsantenne 12 zu mindestens einem Leiter 3a oder 3b, und damit eine ununterbrochene Positionsinformation auch im Bereich einer Weiche gewährleistet.

Wenn diesen Gesichtspunkten im einzelnen Anwendungsfall keine entscheidende Bedeutung zukommt, dann genügt für eine bidirektionale Datenkommunikation im Grundsatz eine Hälfte der in den Figuren 6 und 7 gezeigten Antennenanordnung 12,13 und es kann auf die zweite Datenleitung 14 verzichtet werden. Dies entspricht der Anordnung der Figuren 1 und 2 mit zwei zusätzlichen, in Querrichtung gegeneinander versetzten Reihen von Sendespulen 6, die in Längsrichtung hinter den Empfangsspulen 5a-5e liegen. Es versteht sich von selbst, daß die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Anzahl von fünf Empfangsspulen 5a-5e in zwei Reihen und die in den Figuren 6 und 7 gezeigte Anzahl von jeweils elf Sende-und Empfangsspulen in jeweils zwei Reihen rein beispielhaften Charakter haben. Im einzelnen Anwendungsfall kann zur Erreichung angestrebter Leistungsdaten sowohl eine geringere Anzahl von Spulen und/oder Reihen ausreichen, als auch eine größere Anzahl von Spulen und/oder Reihen notwendig sein.

Das Blockschaltbild einer kombinierten Auswertungs-und Datenkommunikationseinrichtung 15 ist in Fig. 8 dargestellt. Kernstück dieser Einrichtung 15 ist ein Mikrocomputer 16, der alle digitalen Verarbeitungsfunktionen der Einrichtung 15 wahrnimmt. Der Mikrokomputer 16 verfügt über einen Analog-/Digital-Wandler 17 zum Einlesen der von der Empfangsantenne 12 aufgenommenen analogen Positionsmeßsignale und über eine digitale Ein-/Ausgabeeinheit 18 zum Einlesen der über die Empfangsantenne 12 von den Datenleitungen 4 und 14 empfangenen digitalen Datensignale sowie zum Ausgeben digitaler Datensignale, die über die Sendeantenne 13 auf den Datenleitungen 4 und 14 gesendet werden sollen. Ferner verfügt der Mikrocomputer 16 über geeignete digitale Schnittstellen zur Kommunikation mit der Steuerelektronik des Fahrzeugs. Beispielsweise kann zur Abgabe der errechneten Positionsdaten an die Lenkregeleinheit eine eigene CAN-Bus-Schnittstelle 19 vorgesehen sein, während zur Abgabe von Steuerbefehlen sowie zum Einlesen von Statusinformationen, die über die Datenleitungen 4 und 14 an eine zentrale Leitstelle gesendet werden sollen, eine serielle RS232-Schnittstelle dient. Alternativ zu den genannten Schnittstellentypen würde sich z. B. auch RS485 eignen.

Die Empfangsantenne 12 ist an die Einrichtung 15 über einen Multiplexer 21 angeschlossen, der von dem Mikrocomputer 16 über einen Steuerbus 22 gesteuert wird. Das heißt, daß über den Steuerbus 22 stets nur ein einzelner Empfangsspulenanschluß der Empfangsantenne 12 ausgewählt und vom Multiplexer 21 auf seinen Ausgang durchgeschaltet wird. Dem Multiplexer 21 parallel nachgeschaltet sind zwei Bandpaßfilter 23 und 24. Während das Bandpaßfilter 23 auf die Betriebsfrequenz der zur Energieübertragung dienenden Leiterschleife 3, die beispielsweise in der Größenordnung von 20 kHz liegt, abgestimmt ist, ist das Bandpaßfilter 24 auf das zur Datenübertragung auf den Datenleitungen 4 und 14 ausgewählte Frequenzband, das beispielsweise in der Größenordnung um 1 MHz liegen kann, abgestimmt. Durch diese Bandpaßfilter 23 und 24 werden das vom Magnetfeld der Leiterschleife 3 herrührende Positionsmeßsignal und das von den Datenleitungen 4 und 14 ausgehende Datensignal voneinander getrennt.

Das Positionsmeßsignal von dem ersten Bandpaßfilter 23 wird anschließend einem Abtast- und Halteglied 25 zugeführt, welches ebenso wie der Multiplexer 21 über weitere Steuerleitungen 26 von dem Mikrocomputer 16 gesteuert wird. Der Ausgang des Abtast-und Haltegliedes 25 ist mit dem Eingang des A/D-Wandlers 17 verbunden. Das Datensignal von dem zweiten Bandpaßfilter 24 wird anschließend einem Demodulator 27 zugeführt, der daraus das digitale Basisbandsignal zurückgewinnt und an die digitale Ein- Ausgabeschnittstelle 18 des Mikrocomputers 16 abgibt.

Das Gegenstück zu dem Demodulator 27 bildet ein digitaler Modulator 28. Diesem werden von dem Fahrzeug an die Leitstelle zu übertragende Daten als Basisbandsignal von der digitalen Ein-Ausgabeschnittstelle 18 des Mikrocomputers 16 zugeführt, die er beispielsweise durch Frequenzumtastung (FSK) einem Trägersignal aufmoduliert. Das so erzeugte Sendesignal gibt er an eine Treibereinheit 29 ab, an der die Sendeantenne 13 angeschlossen ist. Diese Treibereinheit 29 verstärkt das von dem Modulator 28 ankommende Datensignal und schaltet es unter der über den Steuerbus 22 ausgeübten Kontrolle des Mikrocomputers 16 auf nur einen Sendespulenanschluß der Sendeantenne 13. Dies heißt, daß die Treibereinheit 29 selbst einen weiteren, in Fig. 8 nicht eigens dargestellten Multiplexer beinhaltet. Um ausreichende Schaltraten zu gewährleisten, enthält der Steuerbus 22 getrennte Adreßleitungen für den Multiplexer 21 und den in der Treibereinheit 29 enthaltenen weiteren Multiplexer.

Die Auswahl der zu einem bestimmten Zeitpunkt benutzten Sende-und Empfangsspule trifft der Mikrocomputer 16 anhand der von ihm errechneten Position der Antennen 12 und 13. In diese Berechnung gehen die Positionsmeßsignale aller Empfangsspulen der Empfangsantenne 12 ein, die nacheinander über den Multiplexer 21 durchgeschaltet und eingelesen werden. Es wird also für die Datenkommunikation stets nur die Sende-und Empfangsspule mit der jeweils günstigsten Lage verwendet. Zwar könnten als Auswahlkriterium hierfür auch die Amplituden der von den einzelnen Empfangsspulen der Empfangsantenne 12 gelieferten Datensignale, d. h. die jeweils zugeordneten Ausgangssignale des Bandpaßfilters 24 verwendet werden, doch ist es bevorzugt, die Positionssignale, d. h. die jeweils zugeordneten Ausgangssignale des Bandpaßfilters 23 zu verwenden, da diese Signale wegen des gegenüber den Datenleitungen 4 und 14 um Größenordnungen höheren Stromes in der Leiterschleife 3 wesentlich stärker sind.

Die Empfangsantenne 12 kann des weiteren auch dazu benutzt werden, Signale von zur Positionsmarkierung an vorbestimmten Stellen entlang der Leiterschleife 3 angeordneten Sendern zu empfangen. Solche Positionsmarkensender dienen üblicherweise dazu, einem automatisch gesteuerten Fahrzeug das Erreichen bzw. Passieren vorbestimmter Positionen entlang einer Strecke zu signalisieren. Zweckmäßigerweise verfügt ein solcher Sender jeweils über eine Sendespule, die neben der Leiterschleife 3 so angeordnet ist, daß mindestens eine der Spulen der Empfangsantenne 12 beim Passieren vorübergehend in eine induktive Kopplung zur Sendespule gelangt, wodurch kurzzeitig die Übertragung eines Datensignals von der stationären Sendespule zur Empfangsantenne 12 möglich ist.

Dieses Datensignal beinhaltet einen digitalen Code, der die Position des Senders entlang der Leiterschleife 3 angibt. Um eine Störung dieser unidirektionalen Positionsdatenübertragung durch die vorhandenen Felder zur Energieübertragung von der Leiterschleife 3 zum Fahrzeug und zur Datenübertragung zwischen der Datenleitung (4 ; 14) und dem Fahrzeug zu vermeiden, müssen sich die Frequenzen bzw. Frequenzbänder der drei Felder ausreichend deutlich unterscheiden, d. h. es muß die Extraktion des Positionsdatensignals durch ein weiteres, zusätzlich zu den Filtern 23 und 24 vorzusehendes Bandpaßfilter möglich sein.

Selbstverständlich muß dem Bandpaßfilter auch ein weiterer Demodulator nachgeschaltet werden, was einer Duplizierung des mittleren Signalpfades 24-27-18 in Fig. 8 entspricht. Die Decodierung und Weiterleitung der Positionsmarkendaten kann ohne weiteres von dem Mikrocomputer 16 als zusätzliche Funktion übernommen werden.

Bei einem vorbestimmten seitlichen Abstand der Positionsmarkensender von der Leiterschleife 3 kann nach der Auswahl der besten Empfangsspule zum Empfang des Datensignals von der Datenleitung (4 ; 14) in einfacher Weise auch die beste Empfangsspule zum Empfang des weiteren Datensignals von einem der Positionsmarkensender bestimmt werden, wobei es sich in aller Regel um zwei verschiedene Empfangsspulen handeln wird.

Die Empfangsantenne 12 kann demnach sogar quasi simultan zum Empfang dreier verschiedener Signale genutzt werden.

Die Erfindung stellt ein kombiniertes System zur induktiven Energieversorgung und Führung eines beweglichen Objektes mit gleichzeitiger induktiver Datenkommunikation dar, mit dem in jedem Fall die Mindestanforderungen (Single-Master, Halbduplex, 9600 Baud Übertragungsrate, 100 ms Reaktionszeit), die im vorliegenden Zusammenhang heute an eine Datenkommunikation gestellt werden, erfüllbar sind. Die Leistungsdaten des Systems können aber ohne weiteres an einen erhöhten Bedarf angepaßt werden. Dies gilt nicht nur für die Übertragungsgeschwindigkeit und die Reaktionszeit. So eröffnet die Bereitstellung einer zweiten Datenleitung 14, wie sie anhand der Figuren 6 und 7 beschreiben wurde, auch die Möglichkeit eines Vollduplex-Betriebes.

Obgleich es zweckmäßig ist, wenn zumindest die Empfangsantenne, die Sendeantenne und die Auswertungs-und Datenkommunikationseindchtung jeweils eine Baueinheit bilden, oder sogar alle diese Komponenten zu einer einzigen Baueinheit zusammengefaßt sind, ist dies keine Voraussetzung zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung. Auch die Verwendung einer Vielzahl separater Spulen und die Realisierung der Auswertungseinrichtung und der Datenempfangseinrichtung als integrale Bestandteile einer zentralen Steuerelektronik des Fahrzeugs stellen Ausführungsformen der Erfindung dar, die vom Schutzbereich der Ansprüche umfaßt sind.