DE19533385A1 - Sensoreinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht von einer entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruches konzipierten Sensoreinrichtung aus.

Solche Sensoreinrichtungen sind dafür vorgesehen, um ein von der Drehzahl- bzw. Geschwindigkeit eines Objektes abhängiges analoges Spannungssignal zu erzeugen. Dieses erzeugte elektrische Signal kann für die verschiedensten Zwecke, wie z. B. zur Steuerung eines Tachometers und/oder für die Regelung der Drehzahl, sowie zur Regelung des Fahrverhaltens bzw. zur Beeinflussung einer Antiblockier- oder Bremsschlupfanlage verwendet werden.

Durch EP 0 438 624 B1 ist eine zur Erfassung der Drehzahl eines in einem Gehäuse gelagerten Bauteils vorgesehene Sensoreinrichtung bekanntgeworden, bei der ein konzentrisch zur Bauteil-Drehachse angeordneter Magnetring vorhanden ist, der Segmente alternierender Polarität aufweist, wobei dem Magnetring eine ringförmig ausgebildete, ebenfalls konzentrisch zur Bauteil-Drehachse angeordnete elektrische Ringspule zugeordnet ist, wobei die Ringspule und der Magnetring mit einer der Bauteil-Drehzahl entsprechenden Relativgeschwindigkeit gegeneinander verdrehbar sind und wobei die Ringspule partiell von einer ringförmig ausgebildeten metallischen Magnetfluß-Leitanordnung umgeben ist, die mehrere vorzugsweise gleichmäßig über ihren Umfang verteilte lappenförmige Magnetfluß-Leitstücke aufweist.

Außerdem ist durch die US-PS 4,988,220 eine zur Erfassung der Drehzahl eines in einem Gehäuse gelagerten Bauteils vorgesehene Sensoreinrichtung bekanntgeworden, bei der ein konzentrisch zur Bauteil-Drehachse angeordneter Magnetring vorhanden ist, dem eine ebenfalls konzentrisch zur Bauteil-Drehachse angeordnete elektrische Ringspule zugeordnet ist, wobei die Ringspule und der Magnetring an dem das Bauteil aufnehmenden Gehäuse befestigt sind und wobei die Ringspule und der Magnetring partiell von einer ringförmig ausgebildeten metallischen Magnetfluß-Leitanordnung umgeben ist, die mehrere vorzugsweise gleichmäßig über ihren Umfang verteilte Magnetfluß-Leitstücke aufweist.

Bei diesen beiden vorbekannten Ausführungsformen besteht das Problem, daß das damit erzeugbare analoge Spannungssignal aufgrund seines nicht besonders (hoch) ausgeprägten Pegels durch Störsignale leicht zu beeinflussen ist.

Aus diesem Grunde liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruches vorausgesetzten Art derart weiterzubilden, daß mit relativ einfachen Mitteln eine optimale Energieausbeute bei der Signalerzeugung gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhaft bei einem solchen Aufbau einer solchen Sensoreinrichtung ist, daß mit recht einfach herzustellenden und anzuordnenden Bauelementen ein drehzahlabhängiges analoges Spannungssignal mit relativ hohem Spannungspegel erzeugt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine in einem Gehäuse gehaltene, im wesentlichen ringförmig ausgebildete Sensoreinrichtung im Vollschnitt,

Fig. 2 das der Sensoreinrichtung nach Fig. 1 zugehörige, drehbar gelagerte ringförmige Bauteil im Schnitt,

Fig. 3 wesentliche Bauelemente der Sensoreinrichtung in Ansicht,

Fig. 4 eines der Bauelemente nach Fig. 3 in Seitenansicht.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist einem Gehäuseteil G eine Sensoreinrichtung zugeordnet, die mit einem zahnradartig ausgeführten, z. B. auf einer im Gehäuse gelagerten, der Einfachheit halber nicht dargestellten Antriebswelle befestigten Bauteil 2 kooperiert.

Die Sensoreinrichtung besteht dabei im wesentlichen aus einem zwei umlaufende Magnetpole N/S aufweisenden, d. h. axial zwischen seinen Stirnflächen aufmagnetisierten Magnetring 1 und einer mit dem Magnetring verbundenen elektrischen Ringspule 4 sowie zwei den vorerwähnten Bauelementen zugeordneten, ringförmig ausgeführten, eine Magnetfluß-Leitanordnung bildenden Blechteilen 6, 7. Die Ringspule und der z. B. spritztechnisch hergestellte, aus isotropem oder anistropem Magnetwerkstoff bestehende, dauermagnetisch ausgeführte Magnetring als auch die beiden zugeordneten Blechteile sind ortsfest im Gehäuseteil G derart gehalten, daß durch das zahnradartig ausgeführte Bauteil 2 der magnetische Kreis geschlossen und durch die Drehbewegung desselben ein analoges Spannungssignal von der Ringspule 4 hervorgerufen wird.

Die Ringspule 4 ist dabei in einem ringförmigen Spulenkörper 5 gehalten, der zu diesem Zweck mit einer zu seiner äußeren Oberfläche hin offenen Ausnehmung 5′ versehen ist. Wie aus den Fig. 1 und 4 hervorgeht, bestehen die beiden identisch ausgeführten, aus Weicheisen hergestellten ringförmigen Blechteile 6, 7 aus einem sich senkrecht zur Drehachse A ausgerichteten flachen Ringteil 6, 7 und einer Vielzahl von an dem inneren Rand des Ringteils angeformten, über den Umfang desselben gleichmäßig verteilten lappenförmigen Magnetfluß-Leitstücken 6b, 7b. Diese Magnetfluß-Leitstücke weisen dabei jeweils einen in Richtung auf die Drehachse A hin ausgerichteten, am Ringteil angeformten Abschnitt 6*, 7b* und einen dagegenüber um 90° abgewinkelten, sich parallel zur Drehachse erstreckenden Endabschnitt 6b**, 7b** auf, dessen freies Ende in dem zwischen dem Bauteil 2 und der Ringspule 4 bzw. dem Spulenkörper 5 vorhandenen Zwischenraum liegt. Die Breite der Magnetfluß-Leitstücke (6b, 7b) ist kleiner gewählt als die Breite der Zahnlücken des Bauteils 2. Dadurch ist gewährleistet, daß der in den Magnetfluß-Leitstücken latent vorhandene magnetische Fluß nicht ständig auf das Bauteil 2 übertragen wird. Die Anzahl der Magnetfluß-Leitstücke ist abhängig von dem pro Zeiteinheit zu übertragenden Energiequantum.

Die sich gegenüberliegenden freien Enden der Endabschnitte 6b**, 7b** sind im Abstand voneinander so angeordnet, daß durch das zugeordnete, zahnradartige Bauteil 2 eine gute Magnetfluß-Leitung zustande kommt.

Um eine Optimierung in diesem Zusammenhang zu erzielen, werden die den abgewinkelten Endabschnitten 6b**, 7b** der Magnetfluß-Leitstücke zugeordneten Kopfzonen 2a′ der zahnförmigen Gebilde 2a des zahnradartigen Bauteils 2 jeweils mit einem mittig angeordneten vorspringenden Ansatz versehen, der in den zwischen den freien Enden der abgewinkelten Endabschnitte befindlichen Zwischenraum a mit geringem Spiel eingreift.

Damit verläuft der magnetische Fluß auf kürzestem Wege und über die Magnetfluß-Leitstücke und die zugeordneten Ansätze der Kopfzonen.

Die Sensoreinrichtung ist selbst bei den hohen erzielten Leistungswerten preisgünstig zu realisieren, weil ein großer Teil der magnetischen Energie genutzt wird. Aus diesem Grund können z. B. preiswerte gespritzte Hartferrite als Magnetwerkstoff eingesetzt werden, die im Gegensatz zu den gesinterten Ausführformen hohe Fertigungsgenauigkeiten ohne Nacharbeit möglich machen. Durch den Einsatz von Magnetfluß-Leitstücken 6, 7, deren Teilung mit der des zahnradartigen Bauteils 2 übereinstimmt, ist es möglich, ein von Standard-Sensoreinrichtungen her bekanntes sogenanntes Geberrad als Bauteil 2 zu verwenden. Über die Anzahl der Magnetfluß-Leitstücke kann man die Leistung den Erfordernissen anpassen. Da die Sensoreinrichtung vorzugsweise für den Einsatz an Radnaben vorgesehen ist, ist durch die zentrische Anordnung lediglich eine geringe Toleranz zu überbrücken. Prinzipiell ist mit keiner Luftspalttoleranz durch Exzentrizität zu rechnen, weil vorhandene Toleranzen sich gegenseitig aufheben. Die Schwankungen des Innendurchmessers der Sensoreinrichtung und des Außendurchmessers des Bauteils (Geberrad) sowie die der Ausrichtung (Schiefstellung) der Sensoreinrichtung zur Mittelachse des Geberrades sind die einzigen zu berücksichtigenden Toleranzen.

Durch das metallische Umschließen der Ringspule ist die Empfindlichkeit gegen Fremdeinflüsse relativ gering.

Aufgrund der relativen Toleranzunempfindlichkeit kann auch die zugeordnete Elektronik kostengünstig aufgebaut werden, da diese nur sehr kleinen Spannungsschwankungen unterworfen sein wird.

Claims (7)

1. Sensoreinrichtung zur Erfassung der Drehzahl eines in einem Gehäuse gelagerten zahnradartigen Bauteils, wobei ein konzentrisch zur Bauteil-Drehachse angeordneter, dauermagnetisch ausgebildeter Magnetring vorgesehen ist, dem eine ebenfalls konzentrisch zur Bauteil-Drehachse angeordnete elektrische Ringspule zugeordnet ist, wobei die Ringspule und der Magnetring an dem das Bauteil aufnehmenden Gehäuse befestigt sind und wobei die Ringspule und der Magnetring partiell von einer ringförmig ausgebildeten, metallischen Magnetfluß-Leitanordnung umgeben ist, die mehrere vorzugsweise gleichmäßig über ihren Umfang verteilte Magnetfluß-Leitstücke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Ringspule (4) dem inneren Oberflächenbereich (1a) des Magnetrings (1) zugeordnet ist, daß die Magnetfluß-Leitanordnung aus zwei jeweils die gleiche Anzahl von lappenförmig ausgeführten Magnetfluß-Leitstücken (6b, 7b) aufweisenden ringförmigen Blechteilen (6, 7) besteht, daß jeweils eines der beiden Blechteile (6, 7) jeweils einem der beiden Seitenbereiche (1b, 1c) des Magnetrings (1) zugeordnet ist, daß die am inneren Rand von jedem der beiden ringförmigen Blechteile (6, 7) angeformten Magnetfluß-Leitstücke (6b, 7b) etwa in der Mitte ihrer Längserstreckung rechtwinklig abgebogen und jeweils mit ihrem abgebogenen Endabschnitt (6b**, 7b**) in dem zwischen dem Bauteil (2) und der Ringspule (4) vorhandenen Zwischenraum angeordnet sind und daß die freien Enden der Endabschnitte (6b**, 7b**) der an den beiden Blechteilen (6, 7) vorhandenen Magnetfluß-Leitstücke (6b, 7b) aufeinander ausgerichtet und voneinander beabstandet sind.

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das umlaufend vorhandene Magnetpolpaar (N/S) des Magnetrings (1) parallel zur Bauteil-Drehachse (A) ausgerichtet ist.

3. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Ringspule (4) in einem aus Isolierstoff hergestellten ringförmigen Spulenkörper (5) angeordnet ist.

4. Sensoreinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Ringspule (4) in einer im Spulenkörper (5) umlaufend vorhandenen, nutartig ausgeführten, in Richtung auf den äußeren Oberflächenbereich hin offenen Ausnehmung (5) angeordnet ist.

5. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an den beiden Blechteilen (6, 7) vorhandenen, lappenartig ausgeführten Magnetfluß-Leitstücke (6b, 7b) in ihrer jeweiligen Anzahl der am Bauteil (2) vorhandenen Anzahl von zahnartigen Gebilden (2a) entsprechen.

6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das durch die Länge der abgewinkelten Endabschnitte (6b**, 7b**) und den zwischen den freien Enden derselben befindlichen Zwischenraum (a) bestimmte Gesamtmaß dem Breitenmaß der zahnartigen Gebilde (2a) des Bauteils (2) etwa entspricht und daß die den zahnartigen Gebilden (2d) zugewandten Oberflächen der Endabschnitte (6b**, 7b**) in relativ geringem Abstand von den damit kooperierenden Kopfzonen der zahnartigen Gebilde (2a) angeordnet sind.

7. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den zwischen den freien Enden der Endabschnitte (6**, 7b**) befindlichen Zwischenraum (a) ein mittig an der Kopfzone vorgesehener, vorspringender Ansatz der zahnartigen Gebilde (2a) des zahnradartigen Bauteils (2) eingreift.