DE19581628C2 - Winkelpositionssensor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Winkelpositionssensor, wie er beispielsweise aus der EP 0 496 918 A1 bekannt ist, wobei zwei komplementäre Targets durch zwei gezahnte, nebeneinanderliegende Scheiben vorgegeben werden, welche durch zwei nebeneinanderliegende Sensoren bei ihrer Drehung abgetastet werden Die beiden gezahnten Scheiben können z. B. mit einer Nockenwelle verbunden sein.

Viele unterschiedliche Arten von Zahnradsensoren sind dem Fachmann bekannt. Einige Zahnradsensoren verwenden ein Halleffekt-Element, dem ein Vorspann-Permanentmagnet zugeordnet ist. Andere enthalten ein magnetoresistives Element, wie beispielsweise Permalloy kombiniert mit einem Permanentmagneten, der ein Vorspannfeld liefert. In bestimmten Anwendungsfällen umfaßt ein einzelnes drehendes Target mehrere Zähne und Zwischenschlitze. Ein Nachteil vieler Einzeltarget-Zahnradsensoren liegt darin, daß die Einrichtung Änderungen in einem magnetischen Feld erfaßt und nicht in der Lage ist, genau festzustellen, ob ein Zahn oder ein Schlitz sich beim Anlauf in der Nähe des Sensors befindet. Um diesen Nachteil zu vermeiden, enthalten einige Zahnradsensoren zwei drehbare Targets, wobei jedes Target mehrere Zähne und Schlitze umfaßt. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die zwei Targets ihrer Natur nach zueinander komplementär sind. In dieser Bechreibung werden Targets als komplementär beschrieben, wenn die Zähne eines Targets in Umfangsausrichtung auf die Schlitze des anderen Targets und umgekehrt ausgerichtet sind. In einer Anordnung dieses Typs beeinflussen die komplementären Targets den Zahnradsensor in entgegengesetzter Weise, so daß der Zahn eines Targets das magnetische Feld des Vorspannmagneten in einer speziellen Weise stört, welche im allgemeinen entgegengesetzt zu der Störung ist, wenn sich der Zahn des anderen Targets in eine Position in der Nähe des Sensors bewegt. Diese komplementäre Natur der Targets gestattet ihre Erkennung bei der Spannungseinschaltung und erleichtert die genaue Bestimmung der Winkelposition einer drehbaren Welle, mit der die komplementären Targets befestigt sind.

US-Patent 4 789 826 offenbart ein System zur Erfassung der Winkelposition eines drehbaren Elementes unter Verwendung eines Halleffekt-Wandlers Die Winkelposition des Elementes, wie beispielsweise die Welle einer Spannungsarmanordnung wird erfaßt durch die Kombination eines kreisförmigen Magneten, der mit dem drehbaren Element befestigt ist und selektiv in Bezug auf seinen Durchmesser polarisiert ist, um ein magnetisches Nord/Südpol-Paar zu definieren und eine stationäre Halleffekt- Wandlereinrichtung, die in enger und konstanter Nachbarschaft zu dem Ringmagneten angeordnet ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Einrichtung ist die Halleffekt-Wandlereinrichtung im Bereich eines magnetischen Nulldurchganges des Feldes angeordnet, das durch die magnetischen Pole erzeugt wird, wenn sich das drehbare Element in einer ausgewählten Winkelposition befindet.

US-Patent 4 785 242 offenbart eine Positions-Feststellvorrichtung, welche mehrfache magnetische Sensoren für die Bestimmung der relativen und absoluten Winkelposition einer rotierenden Welle verwendet. Eine Positions-Feststellvorrichtung verwendet eine erste magnetische Sensoreinrichtung für die genaue Bestimmung der Winkelposition eines Rotors und eine zweite magnetische Sensoreinrichtung für die absolute Bestimmung der Winkelposition des Rotors. Die erste Sensoreinrichtung umfaßt ein erstes Target, das operativ dem Rotor zugeordnet ist, um mit diesem zu rotieren und sie umfaßt ebenfalls einen ersten Sensor, der in einem festen Abstand von dem ersten Target unabhängig von der absoluten Winkelposition des Rotors angeordnet ist, um einen ersten Luftspalt dazwischen zu definieren, und ein erster Magnet ist in Nachbarschaft zu dem ersten Target angeordnet, um ein erstes magnetisches Feld in dem ersten Luftspalt zu bilden.

US-Patent 4 506 217 beschreibt einen Getriebezahn-Positions- und Geschwindigkeits­ sensor mit vier in einem Brückenschaltkreis verbundenen magnetischen Widerstandsspuren. Vier mäanderförmig angeordnete Permalloy-Widerstandsspuren sind auf einem Substrat in den Ecken eines Rechteckes angeordnet. Sie sind in einer Umfangsrichtung um ungefähr die Hälfte des Teilungsabstandes der Zähne eines Start- Zahnrades beabstandet. Die Widerstände sind in einer Spannungsteilerkonfiguration oder in der Form eines Brückenschaltkreises miteinander verbunden, der aus einer Konstantstromquelle gespeist wird.

US-Patent 4 570 118 offenbart einen Winkelpositions-Wandler, welcher Permanentmagnete und eine Halleffekt-einrichtung umfaßt. Der Wandler zur Bildung eines elektrischen Signales proportional zu der Winkelposition eines auf einer vorgegebenen Achse schwenkbar gelagerten Elementes umfaßt ein Element, das direkt durch das Element geschwenkt wird und enthält eine Einrichtung zur Bildung eines Feldflusses der liniear in der Intensität entlang einer vorgegebenen Betätigungslinie variiert, die sich in einem Luftspalt zwischen beabstandeten Teilen erstreckt und eine vorgewählte Bogenform besitzt. Eine lineare Halleffekt-Einrichtung mit einer Ausgangsspannung proportional zu der Intensität des Feldflusses, in welchem die Einrichtung angeordnet ist, ist in einer festen Position auf der Betriebslinie und in dem Luftspalt angeordnet. Wenn demzufolge das Element durch das überwachte Element geschwenkt wird, variiert die Ausgangsspannung der Halleffekt-Einrichtung proportional zu der Position der Halleffekt-Einrichtung entlang der Betriebslinie.

US-Patent 5 041 784 beschreibt einen magnetischen Sensor mit einer rechteckförmigen, das Feld störenden Flußstange. Der Sensor dient der Messung der Position, Geschwindigkeit oder Bewegungsrichtung eines Objektes mit abwechselnden Zonen magnetischer Leitfähigkeit, wobei ein Permanentmagnetglied eine Polfläche gegenüber dem beweglichen Objekt und einer Achse besitzt, die quer zu der Bewegungsrichtung steht. Ein ferromagnetischer Streifen hoher Permeabilität ist auf der Fläche des Magneten koaxial zu diesem angeordnet und besitzt eine Längenabmessung in Bewegungsrichtung des Objektes größer als die Breitenabmessung senkrecht zu der Bewegungsrichtung. Der ferromagnetische Streifen stört das Feld des Permanentmagnetelementes im Bereich eines Paares der Sensorelemente, so daß die Flußlinien im Bereich eines jeden Sensors in eine Querrichtung relativ zu der Bewegungsrichtung des Objektes gezwungen werden, wobei der Feldfluß im Bereich eines jeden Sensors gleichförmig ist.

In der DE 44 26 267 A1 wird ein magnetoresistives Element zusammen mit einer komplementären Targetanordnung verwendet, um eine Erkennung bei der Spannungseinschaltung in einem Winkelpositionssensor vorzugeben. Fig. 2A und 2B, die in näheren Einzelheiten unten beschrieben werden, veranschaulichen diese Anordnung, welche zwei drehbare Targets umfaßt, die voneinander beabstandet sind, um eine Lücke dazwischen zu definieren. Die drehbaren Targets sind geeignet für die Befestigung mit einer drehbaren Welle, so daß sie um eine zentrale Achse zusammen mit der Welle rotieren. Die Anwendung von magnetoresistiven Getriebezahn-Sensoren gestattet die Überwachung der Winkelposition der Welle. Wenn die zwei drehbaren Targets sich um die zentrale Achse drehen, so läuft ein Zahn eines Targets des magnetoresistiven Sensorelements gleichzeitig mit einem Schlitz des anderen Targets und umgekehrt vorbei. Diese koordinierte Bewegung der Zähne eines Targets mit den Schlitzen des anderen Targets stört vorteilhaft das magnetische Feld eines Vorspannmagneten, um die genaue Bestimmung der Position beider drehbaren Targets zu erleichtern. Die Zähne bilden ferromagnetische Segmente, welche das magnetische Feld stören und dem magnetoresistiven Element gestatten, die Bewegung der Targets festzustellen.

Obgleich die zuvor beschriebenen Zahn-Sensoren eine Einrichtung für die Überwachung der Winkelposition einer drehbaren Welle vorgeben, besitzen sie in bestimmten Anwendungsfällen einen Nachteil. Die drehbaren Targets sind individuell bearbeitbar, um die Zähne und Schlitze zu definieren und sie werden nachfolgend miteinander und mit der Welle befestigt, um die Drehung der Welle mit der Drehung der zwei Targets zu koordinieren. In bestimmten Anwendungsfällen ist es jedoch nachteilig, die Targets individuell herstellen zu müssen und zusätzlich die Targets miteinander und mit der Welle zu befestigen. Es wäre daher von ökonomischem Nutzen, wenn ein komplementäres Target als ein integraler Teil der drehbaren Welle hergestellt werden könnte.

Ein Winkelpositionssensor gemäß der Erfindung weist diesen ökonomischen Nutzen auf und ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.

Die vorliegende Erfindung gibt einen Winkelpositionssensor vor, der ein integral gebildetes komplementäres Target einschließt, das Teil einer Welle ist, dessen Winkelposition zu überwachen ist. Die Winkelpositions-Sensoranordnung der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Welle mit einer zentralen Achse, um welche die Welle rotiert. Sie umfaßt ebenfalls einen ersten radial vergrößerten integralen Teil der Welle, welcher ein erstes Segment und ein zweites Segment besitzt. Das erste Segment besitzt eine erste Oberfläche, die in einem ersten radialen Abstand von der zentralen Achse der Welle angeordnet ist und das zweite Segment besitzt eine zweite Oberfläche in einem zweiten radialen Abstand von der zentralen Achse der Welle. In einem speziellen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung repräsentiert das erste Segment einen Zahn, welcher sich ungefähr über die Hälfte der Umfangsabmessung des ersten radial vergrößerten integralen Teiles der Welle erstreckt und das zweite Segment repräsentiert einen Schlitz. Obgleich ein spezielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein drehbares Target mit einem einzigen Zahn umfaßt, versteht es sich, daß die Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung leicht erweitert werden können, um ein drehbares Target mit mehrfachen Zähnen und mehrfachen Schlitzen zu definieren.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner einen zweiten radial vergrößerten integralen Teil der Welle, der ein drittes Segment und ein viertes Segment besitzt. Das dritte Segment besitzt eine dritte Oberfläche in einem dritten radialen Abstand von der zentralen Achse der Welle und das vierte Segment besitzt eine vierte Oberfläche in einem vierten radialen Abstand von der zentralen Achse der Welle.

Die ersten und zweiten radial vergrößerten integralen Teile der Welle sind in axialer Nachbarschaftsbeziehung zueinander angeordnet und sind in einem höchst bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einen einzigen radial vergrößerten Teil der Welle eingearbeitet. Die ersten und zweiten radial vergrößerten integralen Teile der Welle umfassen jeweils ferromagnetisches Material und die zwei radial vergrößerten integralen Teile der Welle sind so angeordnet, daß die größeren radialen Abmessungen eines Teiles den geringeren radialen Abmessungen des anderen Teiles benachbart sind und umgekehrt. In seiner Grundform umfaßt jeder Teil einen einzigen Zahn und einen einzigen Schlitz, wobei der einzige Zahn eines Teiles in Umfangsrichtung auf den einzigen Schlitz des anderen Teiles ausgerichtet ist und umgekehrt. Wie zuvor beschrieben, sollte es jedoch klar sein, daß die vorliegende Erfindung leicht erweitert werden kann, um mehrere Zähne und Schlitze in beiden radial erweiterten integralen Teilen zu umfassen, wobei die Zähne eines Teils in Umfangsrichtung auf die Schlitze des anderen Teils und umgekehrt ausgerichtet sind, um ein komplementäres Target zu bilden.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner eine magnetisch empfindliche Einrichtung, die in der Nähe der ersten und zweiten radial vergrößerten integralen Teile der Welle angeordnet ist und allgemein auf eine Ebene ausgerichtet ist, welche sich zwischen den ersten und zweiten radial erweiterten integralen Teilen der Welle erstreckt, wobei die Ebene im allgemeinen senkrecht zu der zentralen Achse der Welle steht.

In einem speziell bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt die magnetisch empfindliche Einrichtung eine magnetoresistive Komponente, die aus einem Permalloymaterial hergestellt ist. Die Welle kann mehrere auf ihr gebildete Nocken aufweisen Obgleich andere Anwendungsbeispiele möglich sind, liegt eine spezielle Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einem Automobilmotor, wobei die Welle eine Nockenwelle des Automobilmotors ist.

Die vorliegende Erfindung wird besser und vollständig verständlich beim Lesen der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den Zeichnungen, in welchen:

Fig. 1 zwei komplementäre Targets veranschaulicht, die relativ zueinander mit einer Lücke dazwischen angeordnet sind;

Fig. 2 eine alternative Ansicht von Fig. 2 ist;

Fig. 3 eine Nockenwelle zeigt, die einem Zahnrad-Sensor zugeordnet ist;

Fig. 4, 5 und 6 drei Ansichten eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 7, 8 und 9 drei Ansichten eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 10, 11 und 12 ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen;

Fig. 13, 14 und 15 ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen; und

Fig. 16 und 17 die Charakteristik der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die negativen und positiven Kantenwinkelverschiebungen zeigen, die in Abhängigkeit des Auslaufs gemessen werden.

Während der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles werden gleiche Komponenten mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Fig. 1 veranschaulicht ein Paar von komplementären drehbaren Targets, wie beispielsweise jene, die in der Patentanmeldung mit DE 44 26 367 A1 beschrieben sind, die zuvor beschrieben wurde.

Die komplementäre Targetanordnung umfaßt ein erstes drehbares Target 10 und ein zweites drehbares Target 12. Das erste drehbare Target 10 umfaßt mehrere Zähne 14 und Schlitze 16, die zwischen den Zähnen 14 angeordnet sind. Das zweite drehbare Target 12 umfaßt in gleicher Weise mehrere Zähne 18 und Schlitze 20. Wie aus Fig. 1 erkennbar, sind die Zähne 14 des ersten drehbaren Targets 10 in Umfangsrichtung auf die Schlitze 20 des zweiten drehbaren Targets 12 ausgerichtet. Mit anderen Worten ist jeder Zahn eines der zwei drehbaren Targets in Umfangsrichtung auf einen Schlitz des anderen drehbaren Targets ausgerichtet. Die zwei Targets sind um eine Lücke 24 beabstandet und beide Targets sind starr mit einer drehbaren Welle 28 befestigt. Wenn sich die Welle 28 um ihre zentrale Achse 30 dreht, so drehen die zwei drehbaren Targets zusammen mit der Welle.

Die Fig. 1 und 2A zeigen die ersten und zweiten drehbaren Targets 10 und 12 in Zuordnung zu einem magnetoresistiven Sensor 36. Die Arbeitsweise des magnetoresistiven Sensors 36 mit den zwei komplementären Targets 10 und 12 ist in Einzelheiten in der angezogenen Patentanmeldung beschrieben und wird von dem Fachmann auf dem Gebiet der magnetoresistiven Sensoren wohlverstanden. Fig. 2A ist eine Seitenansicht von Fig. 2B. Ein Substrat 37 wird verwendet, um die magnetoresistiven Elemente 39 abzustützen.

Wie zuvor erläutert, bieten doppelte komplementäre drehbare Targets einen beträchtlichen Vorteil gegenüber Einzeltargets, indem sie dem Sensor gestatten, die Winkelposition einer Welle bei der Spannungseinschaltung festzustellen. Viele Anwendungen von komplementären Targets gestatten jedoch nicht die mechanische Befestigung der drehbaren Targets mit der Welle. Wenn beispielsweise die komplementären Targets im Zusammenhang mit einer Nockenwelle eines Automobilmotors benutzt werden sollen, ist es nachteilig, wenn die komplementären Targets mechanisch mit der Welle befestigt werden. Wenn die Targets außerhalb des Motorgehäuses angeordnet sind, so erfordert eine nachfolgende Befestigung der Targets zusätzliche Operationen, die die Gesamtkosten der Einrichtung erhöhen. Wenn andererseits die komplementären Targets innerhalb des Motorgehäuses anzuordnen sind, so ist es nachteilig, einen befestigten Teil mit der Nockenwelle rotieren zu lassen. Statt dessen ist es höchst bevorzugt, die Nockenwelle und alle ihre rotierenden Komponenten in einer einzigen Welle zu bilden.

Fig. 3 veranschaulicht eine beispielhafte Nockenwelle 50, die einem magnetoresistiven Getriebezahn-Sensor 52 zugeordnet ist. Die Nockenwelle 50 ist zur Drehung um eine zentrale Achse 56 angeordnet. Zwei Lagerflächen 60 und 62 sind vorgesehen, um eine adäquate Abstützung der Nockenwelle 50 innerhalb der Struktur eines Automobilmotors zu gestatten. Mehrere Nocken 70, 72, 74 und 76 sind als Teil der Nockenwelle 50 gebildet. Ein erster radial vergrößerter integraler Teil 80 und ein zweiter radial vergrößerter integraler Teil 82 der Nockenwelle 50 sind in Fig. 3 in Nachbarschaft zu dem operativen Ende des Getriebezahn-Sensors 52 angeordnet. Die spezielle Struktur der ersten und zweiten radial vergrößerten integralen Teile der Welle wird unten in näheren Einzelheiten beschrieben.

Fig. 3 zeigt die allgemeine Konfiguration der Nockenwelle gemäß der vorliegenden Erfindung und veranschaulicht ebenfalls einen ihrer signifikantesten Vorteile. Auf Grund der axialen Position der komplementären Targets zwischen den Lagerabstützungen der Welle ist es nahezu unmöglich, die ersten und zweiten drehbaren Targets getrennt herzustellen und sodann mit den anderen Teilen der Nockenwelle 50 zu befestigen. Die strukturelle Integrität des gesamten Nockenwellenentwurfs wird beträchtlich beeinträchtigt und die erforderliche Operation, die benötigt wird, um die zwei drehbaren Targets mit den anderen Komponenten der Welle zu verbinden, würde nachteilig die Kosten der Welle und des Automobilmotors erhöhen.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen drei Ansichten der ersten und zweiten radial vergrößerten integralen Teile der Welle 80 und 82, die in Fig. 3 veranschaulicht sind. Der erste radial vergrößerte integrale Teil 80 der Welle umfaßt ein erstes Segment 90 und ein zweites Segment 92. Das erste Segment 90 besitzt eine erste Oberfläche 100, die in einem ersten radialen Abstand von der zentralen Achse 56 angeordnet ist und eine zweite Oberfläche 102, die in einem zweiten radialen Abstand von der zentralen Achse 56 angeordnet ist. Der zweite radial vergrößerte integrale Teil 82 der Welle umfaßt ein drittes Segment 110 und ein viertes Segment 112. Das dritte Segment 110 umfaßt eine dritte Oberfläche 114, die in einem dritten Abstand von der zentralen Achse 56 angeordnet ist. Zusätzlich umfaßt das vierte Segment 112 eine vierte Oberfläche 118, die in einem vierten Abstand von der zentralen Achse 56 angeordnet ist. Ein magnetoresistives Element 120, wie beispielsweise das das durch die obigen Bezugsziffern 37 und 39 bezeichnet ist, ist einem Permanentmagneten 124 zugeordnet, um einen Getriebezahnsensor zu definieren, wie er durch die Bezugsziffer 52 in Fig. 3 bezeichnet ist. Die Segmente der ersten und zweiten radial vergrößerten integralen Teile der Welle sind einander in einer komplementären Weise zugeordnet, so daß das zweite Segment 92 sich in Nachbarschaft der magnetoresistiven Komponente 120 gleichzeitig mit dem dritten Segment 110 bewegt. Wenn die Welle um ihre zentrale Achse 56 rotiert, so bewegt sich in gleicher Weise das erste Segment 90 gleichzeitig mit dem vierten Segment 112 in der Nähe der magnetoresistiven Elemente.

Die Fig. 4, 5 und 6 veranschaulichen, wie die verschiedenen Oberflächen 100, 102, 114 und 118 in komplementärer Weise einander zugeordnet sind, um sicherzustellen, daß die Oberflächen der ersten und zweiten radial vergrößerten integralen Teile der Welle in einer komplementären Weise an dem magnetoresistiven Element 120 vorbeilaufen. Wenn mit anderen Worten die radial größer dimensionierte Oberfläche eines Teils sich an dem Sensor vorbeibewegt, so bewegt sich die radial geringer dimensionierte Oberfläche des anderen Teils an dem Sensor vorbei und umgekehrt. Diese komplementäre Zuordnung der zwei drehbaren Targets stellt sicher, daß das magnetische Feld des Permanentmagneten 124 immer in einer vorteilhaften Weise gestört wird, um eine genaue Festlegung der Position der Welle zu gestatten. Obgleich das in den Fig. 4, 5 und 6 gezeigte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen einzigen Zahn und einen einzigen Schlitz in beiden radial erweiterten integralen Teilen der Welle umfaßt, versteht es sich, daß mehrere Zähne und Schlitze durch die grundlegenden Konzepte der zuvor beschriebenen vorliegenden Erfindung vorgesehen werden können.

Wenn eine Einrichtung, wie sie in den Fig. 3, 4, 5 und 6 veranschaulicht ist, herzustellen ist, ohne daß eine im voraus hergestellte Komponente mit einer anderen im voraus hergestellten Komponente befestigt werden muß, muß irgendein Verfahren vorgesehen sein, welches die Bearbeitung einer einzelnen Welle in einer Weise gestattet, die die erforderlichen Formen definiert, welche erforderlich sind, um die komplementären Targets zu erzeugen, wie sie in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellt sind. Bekannte Bearbeitungstechniken gestatten nicht die leichte Bearbeitung der in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellten Einrichtung in einer ökonomischen Weise. Obgleich die scharfen Ecken und flachen Oberflächen, die in den Fig. 4, 5 und 6 veranschaulicht sind, von beträchtlichem Vorteil beim Betrieb eines komplementären Targets sind, können diese scharfen Ecken und flachen Oberflächen nur extrem schwierig hergestellt werden und erhöhen nachteilig die Kosten der Welle. Die vorliegende Erfindung gibt eine komplementäre Targetanordnung vor, die leichter herstellbar ist, während sie die anhaftende Herabminderung des Getriebezahnsensors vermeidet, die normalerweise erwartet werden kann, wenn komplementäre Targets aus einer einzigen Welle heraus bearbeitet werden. Drei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung seien unten im Zusammenhang mit ihren Herstellverfahren beschrieben.

Fig. 7 veranschaulicht eine Welle 130 mit einem Paar von radial vergrößerten integralen Teilen, die sich von dieser erstrecken. Die Segmente werden durch mit Strichen versehene Bezugsziffern bezeichnet, die allgemein gleichbedeutend mit jenen sind, die zuvor in den Fig. 4, 5 und 6 verwendet wurden. Fig. 8 ist eine Seitenansicht der perspektivischen Darstellung von Fig. 7. Wie aus der Form der bearbeiteten Oberflächen in Fig. 7 erkennbar, kann die zweite Oberfläche 102 durch einen Endfräser gebildet werden, der durch gestrichelte Linien in Fig. 8 repräsentiert ist. Ein Fräser 140 mit flachem Bodenende kann positioniert werden, um um seine Rotationsachse 140 zu rotieren und sodann relativ zu der Welle 130 in Richtung des Pfeiles A in Fig. 8 bewegt werden. Diese Bearbeitung führt zu der Form der Oberflächen, wie sie in der perspektivischen Ansicht von Fig. 7 veranschaulicht ist. Fig. 9 ist eine Endansicht von Fig. 8 und zeigt die Alt und Weise wie die Schneidfräse 140 mit flachem Boden bzw. flachem Ende zu der Form der Oberflächen führt, wie sie in den Fig. 7 und 8 dargestellt sind.

Die Fig. 10, 11 und 12 veranschaulichen das Ergebnis der Verwendung einer Schneidfräse, die so angeordnet ist, wie dies durch die gestrichelten Linien in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist. Wie ersichtlich, ist die Drehachse der Schneidfräse 140 senkrecht zu derjenigen, wie sie im Zusammenhang mit den Fig. 8 und 9 beschrieben wurde. Die Formen der Oberflächen 102' und 118' sind merkbar unterschiedlich gegenüber den entsprechenden Formen, die in Fig. 7 gezeigt sind. Es hat sich herausgestellt, daß die in Fig. 10 gezeigte Konfiguration sowohl vorteilhaft gegenüber der in Fig. 7 gezeigten, als auch gegenüber der Konfiguration ist, die unten im Zusammenhang mit Fig. 13 beschrieben wird. Die zueinander komplementären Positionen des Zahnes und des Schlitzes in Fig. 10 geben eine unterscheidbare Änderung von dem ferromagnetischen Material zu dem nicht-ferromagnetischen Material vor und diese unterscheidbare Änderung ist vorteilhaft, da sie dem magnetoresistiven Sensor gestattet, sehr genau den Übergang von einem Zahn zu einem Schlitz in der Nähe seiner wirksamen Detektionszone festzustellen.

Die Fig. 13, 14 und 15 veranschaulichen die Ergebnisse bei Verwendung eines Schneidfräsers mit einem sphärischen Endteil. Der Schneidfräser mit Kugelende wird durch die gestrichelten Linien 140 in Fig. 14 dargestellt. Fig. 13 veranschaulicht die Ergebnisse dieser Art von Bearbeitung. Das in den Fig. 13, 14 und 15 gezeigte Target kann ebenfalls hergestellt werden durch Positionieren der Achse des Fräsers mit Kugelende unter verschiedenen Winkeln zwischen der axialen und radialen Richtung.

Es versteht sich, daß, obgleich die in den Fig. 7, 10 und 13 dargestellten Ausführungsbeispiele jeweils Signale vorgeben, die geeignet sind, die Winkelposition der Welle 130 zu bestimmen, diese einen verschiedenen Grad der Genauigkeit repräsentieren. Wenn ein Schneidfräser positioniert werden kann, wie in Fig. 11 gezeigt, so erweisen sich die Oberflächenformen gemäß Fig. 10 als bevorzugt gegenüber jenen in den Fig. 7 und 13. In vielen Anwendungsfällen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch unmöglich, einen Schneidfräser mit seiner Rotationsachse parallel zu der zentralen Achse der Welle 130 zu positionieren. Die in Fig. 7 und Fig. 13 gezeigten Vorrichtungen sind Kompromisse gegenüber der am meisten bevorzugten Konfiguration gemäß Fig. 10.

Wenn ein Schneidfräser mit flacher Endfläche mit seiner Drehachse senkrecht zu der zentralen Achse der Welle positioniert werden muß, wie dies in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist, so sind die Oberflächenformen gemäß Fig. 7 geeignet, die Winkelposition der Welle zu bestimmen aber nicht so genau wie jene in Fig. 10. In gleicher Weise sind, wenn ein Spiral-Schneidfräser verwendet wird wie in Fig. 14 dargestellt, die Oberflächen­ formen von Fig. 13 zwar geeignet aber nicht so genau wie jene von Fig. 10.

Tests sind ausgeführt worden mit Targets wie jenen, die in den Fig. 7, 10 und 13 dargestellt sind, um die Winkelverschiebung in den Signalen zu bestimmen, die von einem Getriebezahnsensor in Abhängigkeit vom Auslauf empfangen werden. Fig. 16 repräsentiert die negative Kantenwinkelverschiebung gemessen in Grad und gemessen in Abhängigkeit von dem in Zoll gemessenen Auslauf Drei Kurven sind in Fig. 16 gezeigt, welche den Targetformen entsprechen, die in den Fig. 7, 10 und 13 gezeigt sind. Die komplementären Targets gemäß Fig. 7 werden durch die Kurve 160 repräsentiert, die komplementären Targets gemäß Fig. 10 werden durch die Kurve 162 repräsentiert und die komplementären Targets gemäß Fig. 13 werden durch die Kurve 164 repräsentiert. Wie erkennbar, repräsentiert die Kurve 162 die vorteilhaftesten Resultate, da die komplementären Targets gemäß Fig. 10 zu der geringsten negativen Kantenwinkel­ verschiebung in Abhängigkeit vom Auslauf führen. In gleicher Weise zeigt Fig. 17 die positive Kantenwinkelverschiebung in Grad in Abhängigkeit von dem Auslauf in Zoll. Das komplementäre Target von Fig. 7 führt zu der Kurve 170, das komplementäre Target in Fig. 10 führt zu der Kurve 172 und das komplementäre Target in Fig. 13 führt zu der Kurve 174. Erneut ist erkennbar, daß das komplementäre Target in Fig. 10, das durch die Kurve 172 repräsentiert wird, vorteilhaft gegenüber den anderen zwei Targets ist, da es die minimale positive Kantenwinkelverschiebung in Abhängigkeit von dem Auslauf liefert. Obgleich die Fig. 16 und 17 relative Vergleiche zwischen den drei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zeigen, die in den Fig. 7, 10 und 13 gezeigt sind, versteht es sich klar, daß alle drei Ausführungsbeispiele in bestimmten Situationen anwendbar sind. Die in den Fig. 16 und 17 gezeigten Vergleiche werden nur für den Zweck gegeben, um zu zeigen, daß bestimmte Formen in bestimmten Fällen vorzuziehen sind und wie zuvor beschrieben, sind die in Fig. 10 gezeigten Formen bezüglich der Charakteristik der minimalen positiven und negativen Kantenwinkelverschiebung in Abhängigkeit vom Auslauf vorzuziehen. Alle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gestatten jedoch die Bildung eines komplementären Targets als integraler Teil einer Nockenwelle und bieten beträchtliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.

Obgleich die vorliegende Erfindung in beträchtlichen Einzelheiten beschrieben worden ist und besonders speziell veranschaulicht worden ist, um die drei bevorzugten Ausführungsbeispiele zu zeigen, versteht es sich, daß alternative Ausführungsbeispiele innerhalb des Rahmens der Erfindung liegen.

Claims (5)

1. Winkelpositionssensor, aufweisend:
eine drehbare Nockenwelle (50) mit einer zentralen Achse (56),
zwei drehbare komplementäre Targets (10, 12) auf dieser Achse; und
eine magnetisch empfindliche Einrichtung (52; 120, 124) in der Nähe der zwei drehbaren Targets und ausgerichtet zu einer Ebene, die sich zwischen den zwei drehbaren Targets erstreckt, wobei die Ebene im wesentlichen senkrecht zu dieser zentralen Achse ist und die drehbaren komplementären Targets einen integralen Teil dieser Nockenwelle (50) bilden, wobei
das erste drehbare Target einen ersten radial vergrößerten integralen Teil (80) der drehbaren Welle (50) mit einem ersten Segment (90) und einem zweiten Segment (92) umfaßt, das erste Segment eine erste Oberfläche in einem ersten radialen Abstand von der zentralen Achse und das zweite Segment eine zweite Oberfläche in einem zweiten radialen Abstand von der zentralen Achse besitzt; und
das zweite drehbare Target einen zweiten radial vergrößerten integralen Teil (82) der drehbaren Welle (50) mit einem dritten Segment (110) und einem vierten Segment (112) umfaßt, das dritte Segment eine dritte Oberfläche in einer dritten radialen Entfernung von der zentralen Achse und das vierte Segment eine vierte Oberfläche in einer vierten radialen Entfernung von der zentralen Achse besitzt, die ersten und zweiten radial vergrößerten integralen Teile der drehbaren Welle in axial benachbarter Beziehung zueinander angeordnet sind und die ersten und zweiten radial vergrößerten integralen Teile der drehbaren Welle jeweils ferromagnetisches Material umfassen.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch empfindliche Einrichtung ein magnetoresistives Element (120) umfaßt.

3. Sensor nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch mehrere Nocken (70-76), die als Teil der drehbaren Nockenwelle (50) gebildet sind.

4. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste und vierte Segmente (90, 112) auf einem Kreisumfang zueinander in komplementärer Zuordnung ausgerichtet sind.

5. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zweite und dritte Segmente (92, 110) auf einem Kreisumfang zueinander in einer komplementären Zuordnung ausgerichtet sind.