DE10106056A1 - Einrichtung zur Erzeugung von elektrischen Signalen in Abhängigkeit einer Drehstellung einer Welle - Google Patents

Abstract

Bei einer Einrichtung zur Erzeugung von elektrischen Signalen in Abhängigkeit einer Drehbewegung einer Welle (1) ist eine Magnetanordnung (6) zumindest ein Element eines von der Welle (1) angetriebenen Getriebes (3). Über ein der Magnetanordnung unmittelbar benachbartes Sensorelement (10) ist eine Drehbewegung der Welle (1) erfaßbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von elektrischen Si­ gnalen in Abhängigkeit einer Drehstellung einer Welle mit einer mit der Welle gekoppelten Magnetanordnung und mit einem der Magnetanordnung unmit­ telbar benachbarten Sensorelement.

Solche Einrichtungen werden in heutigen Kraftfahrzeugen beispielsweise zur Erfassung einer Auslenkung eines Fahrpedals in sogenannten E-Gas- Anlagen eingesetzt und sind aus der Praxis bekannt. Weiterhin wird die Stellung von insbesondere in Kraftfahrzeugen angeordneten Aktuatoren, beispielsweise für eine Kupplung oder ein Getriebe, ebenfalls mit einer sol­ chen Einrichtung ermittelt. Hierbei ist die Magnetanordnung unmittelbar auf der Welle angeordnet. Die Magnetanordnung ist in der Regel an dem Ende der Welle angeordnet. Dementsprechend muss das Sensorelement zur Durchsetzung mit dem magnetischen Feld ebenfalls an dem Ende der Welle montiert werden. Als Sensorelement wird ein sogenannter magnetoresistiver Sensor eingesetzt.

Nachteilig bei der bekannten Einrichtung ist, dass sie einen sehr großen Bauraum erfordert. Insbesondere bei der mit dem Fahrpedal verbundenen Welle ist der Bauraum am Ende der Welle meist sehr begrenzt. Weiterhin lässt sich bei nur um einen kleinen Winkelbereich schwenkbaren Wellen, wie beispielsweise bei der mit dem Fahrpedal verbundenen Welle, nur eine sehr geringe Änderung der Signale des Sensorelementes erreichen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, dass sie besonders einfach auf die räumli­ chen Anforderungen angepasst werden kann und sie eine möglichst hohe Auflösung bei der Ermittlung der Drehstellung der Welle hat.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Magne­ tanordnung zumindest ein Element eines Getriebes ist, wobei das Getriebe von der Welle antreibbar ist.

Durch diese Gestaltung lässt sich die Bewegung der Welle über das Getrie­ be zu einem Ort übertragen, an dem ausreichend Bauraum für die Magne­ tanordnung zur Verfügung steht. Da das Sensorelement der Magnetanord­ nung gegenübersteht, lässt es sich dank der Erfindung in einem von der Welle entfernten Bereich montieren. Durch eine geeignete Wahl des Getrie­ bes lässt sich zudem bei der bekannten Auslenkung der Welle die Auslen­ kung der Magnetanordnung auf einen nahezu beliebigen Winkelbereich ein­ stellen. Hierdurch lässt sich auch bei der Auslenkung der Welle um einen sehr kleinen Winkelbereich eine zuverlässige Änderung der Signale des Sensorelementes erzeugen.

Das Getriebe könnte nahezu beliebig gestaltet sein und beispielsweise eine Hebelanordnung oder dgl. aufweisen. Die erfindungsgemäße Einrichtung gestaltet sich jedoch konstruktiv besonders einfach, wenn das Getriebe in­ einandergreifende Zahnräder und/oder Zahnsegmente aufweist. Eines der Zahnräder des Getriebes kann dabei unmittelbar auf der Welle sein.

Ein Zahnflankenspiel zwischen Zähnen des Getriebes lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vermeiden, wenn die Zahnräder und/oder die Zahnsegmente des Getriebes gegeneinander vor­ gespannt sind. Hierdurch hat die erfindungsgemäße Einrichtung eine beson­ ders hohe Genauigkeit und eine geringe Hysterese bei der Ermittlung der Auslenkung der Welle. Enge Toleranzen im Getriebe werden hierbei zuver­ lässig vermieden.

Magnete der Magnetanordnung könnten beispielsweise auf dem angetriebe­ nen Zahnrad befestigt werden. Die erfindungsgemäße Einrichtung benötigt jedoch besonders wenige zu montierende Bauteile und lässt sich besonders kostengünstig fertigen, wenn zumindest eines der Zahnräder oder der Zahn­ segmente permanentmagnetisch magnetisiert ist.

Zur weiteren Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus der erfindungsgemä­ ßen Einrichtung trägt es bei, wenn das Sensorelement über einer Achse, insbesondere einer Drehachse, eines angetriebenen Zahnrades angeordnet ist. Die Änderung der Signale des Sensors in Abhängigkeit von der Auslen­ kung der Welle lässt sich hierbei über das Verhältnis der Zähnezahl der in­ einandergreifenden Zahnräder einstellen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung erfordert einen besonders geringen Bau­ raum, wenn das feststehende Sensorelement in einer Ausnehmung des an­ getriebenen Zahnrades angeordnet ist.

Die Änderung der Signale des Sensors in Abhängigkeit von der Auslenkung der Welle lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung über die Anzahl der Magnetpole der Magnetanordnung einstellen, wenn Magnetpole zweier in Eingriff stehender Zahnräder magnetisch pha­ senversetzt zueinander angeordnet sind und wenn das Sensorelement über dem Eingriffsbereich der Zahnräder angeordnet ist.

Die Einrichtung ist dann besonders einfach zu fertigen und bei defektem Sensorelement besonders einfach zu reparieren, wenn die Einrichtung ein Modul mit einem Tragekörper umfaßt, wobei mittels des Tragekörpers zu­ mindest das Sensorelement und die elektrischen Kontakte verbunden sind, wobei das Modul in das Gehäuse der Einrichtung einsteckbar ist.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeut­ lichung ihres Grundprinzips sind zwei davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ein­ richtung.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Be­ zugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Einrichtung 100 zur Erzeugung von elektri­ schen Signalen in Abhängigkeit einer Drehstellung einer Welle 1. Die Welle 1 ist in einem Gehäuse 2 gelagert und treibt ein Getriebe 3 an. Weiterhin zeigt Fig. 1, dass die Welle 1 von einer sich an dem Gehäuse 2 abstützenden Rückstellfeder 4 in eine Nullstellung vorgespannt wird. Die Welle 1 kann bei­ spielsweise mit einem Fahrpedal eines Kraftfahrzeuges verbunden sein. Die von der Einrichtung erzeugten Signale entsprechen damit der Auslenkung des Fahrpedals.

Die Welle 1 ist drehfest mit einem Zahnsegment 5 des Getriebes 3 verbun­ den. Das Zahnsegment 5 treibt ein eine Magnetanordnung 6 aufweisendes Zahnrad 7 an, wobei das Zahnrad 7 über eine Achse 8 drehbar in dem Ge­ häuse 2 gelagert ist. Die Magnetanordnung 6 ist in diesem Ausführungsbei­ spiel durch das Zahnrad 7 gebildet. Das Zahnrad 7 ist hierzu aus kunststoff­ gebundenem Magnetwerkstoff gefertigt, und so magnetisiert, daß es im fer­ tiggestellten Zustand zwei permanentmagnetische Magnetpole aufweist. Al­ ternativ kann das Zahnrad 7 jedoch auch aus Kunststoff oder einem anderen nichtmagnetischen Material gefertigt sein, in das ein oder mehrere Perma­ nentmagnete eingebracht sind.

Das Zahnrad 7 weist in seinem Zentrum eine Ausnehmung 9 auf, in der ein feststehend montiertes magnetoresistives Sensorelement 9 angeordnet ist. Mittels des magnetoresistiven Sensorelements 9 ist die Stellung der Ma­ gnetpole des Zahnrads 7 erfaßbar. Das Zahnrad 7 umfaßt also mit seiner Ausnehmung 8 das magnetoresistive Sensorelement 9, wobei das Zahnrad 7 mittels des Zahnsegments 5 antreibbar und das magnetoresistive Senso­ relement 10 feststehend in dem Gehäuse 2 angeordnet ist.

Das magnetoresistive Sensorelement 10 erzeugt in Abhängigkeit von der Stellung der Magnetpole des Zahnrads 7 elektrische Signale. Die elektrischen Signale lassen sich über eine in dem Gehäuse 2 angeordnete Elek­ tronik 11 aufbereiten. Die aufbereiteten Signale werden über an der Außen­ seite des Gehäuses 2 angeordnete elektrische Kontakte 12 einer nicht dar­ gestellten Auswerteeinheit zugeführt. Die elektrischen Kontakte 12 umfassen dabei sowohl Kontakte für Versorgungsspannungen der signalaufbereiten­ den Elektronik als auch mehrere Signalleitungen. Die Signalleitungen sind einerseits dazu vorgesehen, aufbereitete Signale der nicht dargestellten Auswerteeinheit zuzuführen, als auch Steuersignale der Auswerteeinheit an die signalaufbereitende Elektronik 11 zu übertragen. Hierbei bilden das ma­ gnetoresistive Sensorelement 10, die signalaufbereitende Elektronik 11 und die elektrischen Kontakte 12 ein Modul 13, das bei der Herstellung der Ein­ richtung 100 zur Erzeugung von elektrischen Signalen in Abhängigkeit der Drehstellung der Welle 1 als Einheit in das Gehäuse 2 einsteckbar ist. Hierzu sind das magnetoresistive Sensorelement 10, die signalaufbereitende Elek­ tronik 11 und die elektrischen Kontakte 12 in und an einem Tragekörper 14 angeordnet. Der Tragekörper 14 ist dabei im Bereich der elektrischen Kon­ takte 12 als elektrischer Stecker ausgebildet.

Zur Vermeidung eines Zahnflankenspiels zwischen dem Zahnsegment 5 und dem Zahnrad 7 ist die Achse 8 des Zahnrads 7 über eine sich an dem Ge­ häuse 2 abstützende Rückstellfeder 15 vorgespannt. Die Kraft der Rück­ stellfeder 15 wirkt der der Rückstellfeder 4 der Welle 1 des Fahrpedals ent­ gegen. Weiterhin zeigt Fig. 1, dass das Zahnsegment 5 einen größeren Radius aufweist, als das Zahnrad 7. Hierdurch hat das Getriebe 3 eine be­ stimmte Übersetzung für eine besonders hohe Genauigkeit der ermittelten Drehstellung der Welle 1.

Fig. 2 zeigt eine weitere Einrichtung 101 zur Erzeugung von elektrischen Signalen in Abhängigkeit einer Drehstellung der Welle 1. Bei der Einrichtung 101 umfaßt das Getriebe 3 außer dem Zahnrad 7 ein zweites Zahnrad 20. Die Zahnräder 7 und 21 bilden die für die Einrichtung 101 die Magnetanord­ nung 6. Das Zahnrad 20 ist auf der Welle 1 befestigt. Das Zahnrad 7 ist wie in Fig. 1 ausgeführt und mittels der Achse 8 drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert und mittels der Rückstellfeder 15 über die Achse 8 vorgespannt. Die Zahnräder 7 und 21 weisen bei der Einrichtung 101 beide den gleichen Durchmesser auf. Das auf der Welle 1 befestigte Zahnrad 20 hat ein senkrecht zur Zeichenebene angeordnetes Polpaar, während das andere Zahn­ rad 7 ein in der Zeichenebene angeordnetes Polpaar hat. Dabei ist das Zahnrad 20 ebenso wie das Zahnrad 7 ausgeführt. Alternativ kann jedoch das Zahnrad 20 auch in einem nichtmagnetischen Material angeordnete Permanentmagnete aufweisen. Hierdurch sind die Magnetpole der beiden in Eingriff stehenden Zahnräder 7 und 20 magnetisch um 90° zueinander ver­ setzt angeordnet. Das magnetoresistive Sensorelement 10 ist unmittelbar über dem Eingriffsbereich 21 der Zahnräder 7 und 20 an dem Gehäuse 2 befestigt und direkt - nicht wie in Fig. 1 über eine signalaufbereitende Elek­ tronik 11 - mit den aus dem Gehäuse 2 geführten elektrischen Kontakten 12 verbunden. Dabei ist das magnetoresistive Sensorelement 10 und die elek­ trischen Kontakte 12 wieder als ein in das Gehäuse 2 einsteckbares Modul 21 ausgeführt, wofür das magnetoresistive Sensorelement 10 und die elek­ trischen Kontakte 12 auf einem gemeinsamen Tragekörper angeordnet sind. Die beiden Zahnräder 7 und 20 werden mittels der Rückstellfedern 11 und 4 gegeneinander vorgespannt. Zur Erhöhung der Genauigkeit der ermittelten Drehstellung der Welle 1 können die Zahnräder 7 und 20 auch jeweils mehr als ein Polpaar aufweisen.

Claims (8)

1. Einrichtung (100, 101) zur Erzeugung von elektrischen Signalen in Ab­ hängigkeit einer Drehstellung einer Welle (1) mit einer mit der Welle (1) ge­ koppelten Magnetanordnung (6) und mit einem der Magnetanordnung (6) unmittelbar benachbarten Sensorelement (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung (6) zumindest ein Element eines Getriebes (3) ist, wobei das Getriebe (3) von der Welle (1) antreibbar ist.

2. Einrichtung (100, 101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) ineinandergreifende Zahnräder (7, 20) und/oder Zahnseg­ mente (5) aufweist.

3. Einrichtung (100, 101) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (7, 14, 15) und/oder die Zahnsegmente (5) des Getrie­ bes gegeneinander vorgespannt sind.

4. Einrichtung (100, 101) nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Zahnräder (7, 20) oder der Zahnsegmente (5) permanentmagnetisch magnetisiert ist.

5. Einrichtung (100, 101) nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (10) über einer Achse (8) eines angetriebenen Zahnrades (7) angeordnet ist.

6. Einrichtung (100, 101) nach zumindest einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Sensorelement (10) in einer Ausnehmung (9) des angetriebenen Zahnrades (7) angeordnet ist.

7. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass Magnetpole zweier in Eingriff stehender Zahn­ räder (7, 20) magnetisch phasenversetzt zueinander angeordnet sind und dass das Sensorelement (10) über dem Eingriffsbereich der Zahnräder (7, 20) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass ein Modul (13) vorgesehen ist, wobei das Modul (13) einen Tragekörper (14) umfaßt, wobei mittels des Tragekörpers (14) zumindest das Sensorelement (10) und die elektrischen Kontakte (12) ver­ bunden sind, wobei das Modul (13) in das Gehäuse (2) einsteckbar ist.