DE19755575A1 - Inkrementensystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Inkrementensystem zur Erfassung der Winkellage einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle, insbesondere beim Start.

Als Inkrement im mathematischen Sinne wird das Erhöhen eines Speicherwerts um einen geringen Zuwachs, z. B. um Eins, angesehen. In der Meßtechnik kann der Verlauf einer sich mit der Zeit verändernden physikalischen Größe dadurch aufgenommen werden, daß ein erster Wert der Größe ermittelt und gespeichert wird, und dann Veränderungen der Größe mitverfolgt werden. Das Mitverfolgen der Veränderungen kann inkrementell erfolgen, d. h. eine Veränderung der physikalischen Größe um einen geringen Zuwachs oder eine geringe Minderung wird detektiert und der Speicherwert wird entsprechend um ein Inkrement erhöht bzw. um ein Dekrement gesenkt.

Bei der Aufnahme der Lage eines Bauteilen kann das Detektieren einer geringfügigen Veränderung der Lage, d. h. einer Weglänge oder eines Winkels, über in regelmäßigen Abständen angeordnete diskrete Markierungen und einen Sensor zum Abtasten der Markierungen erfolgen. Auf jedes Vorbeilaufen einer Markierung an dem Sensor wird eine inkrementelle Veränderung des Speicherwertes vorgenommen. Da bei solchen Inkrementensystemen jedes Abtasten einer Markierung mit dem Sensor zu einer inkrementellen Veränderung des Speicherwertes führt, werden derartige Markierungen allgemein auch als Inkremente bezeichnet.

In der vorliegenden Anmeldung werden in regelmäßigen Abständen in einer geraden oder bogenförmigen Reihe angeordnete diskrete Markierungen, die vorgesehen sind, auf die Detektion der einzelnen Markierungen mit einem Sensor eine inkrementelle Veränderung eines Speicherwerts zu bewirken, als Inkrementalmarkierungen bezeichnet.

Dabei wird unter Inkrementalmarkierung im Sinne dieser Anmeldung der Komplex aus der diskreten Markierung und dem auf der einen Seite der diskreten Markierung angeordneten zwischen zwei aufeinanderfolgenden diskreten Markierungen ausgebildeten Gebilde verstanden. Die diskrete Markierung selbst wird in dieser Anmeldung als Pulsbereich bezeichnet und das zwischen zwei aufeinanderfolgenden diskreten Markierungen ausgebildeten Gebilde als Pausenbereich. Die diskrete Markierung und das Gebilde bzw. der Pulsbereich und der Pausenbereich unterscheiden sich dadurch voneinander, daß ein geeigneter Sensor sie als unterschiedlich erkennt.

Als Inkrementenrad wird im Sinne dieser Anmeldung ein mit einer Welle verbundenes Bauteil verstanden, an dem auf einer zu dessen Achse konzentrischen Kreislinie in regelmäßigen Abständen Inkrementalmarkierungen angeordnet sind. Als Inkrementensystem wird das System mit Inkrementenrad und Sensor bezeichnet.

Mit Hilfe von Inkrementenrädern an der Kurbelwelle oder Nockenwelle eines Verbrennungsmotors kann ein Erfassen der Winkellage der Welle und damit der aktuellen Phase im Motorzyklus erfolgen. Das Inkrementenrad mit z. B. am Umfang oder an der Stirnseite vorgesehenen Inkrementalmarkierungen wird zusammen mit der Kurbelwelle oder Nockenwelle gedreht. Ein relativ zu der Welle fest stehend angeordneter Sensor tastet die vorbeilaufenden Inkrementalmarkierungen ab. Auf das Detektieren der Inkrementalmarkierungen hin wird durch inkrementelle Veränderung eines Speicherwerts die Veränderung der Winkellage der Nockenwelle bzw. der Kurbelwelle ermittelt.

Um auf diese Weise, insbesondere beim Start, die absolute Winkellage der Nockenwelle bzw. der Kurbelwelle zu ermitteln, wird außerdem die gezählte Anzahl von Inkrementalmarkierungen, bzw. der aktuelle Speicherwert einer bestimmten absoluten Winkellage zugeordnet (Synchronisation). Eine solche Synchronisation wird, außer nach dem Start, in regelmäßigen Abständen durchgeführt, um Fehler infolge von Störeinflüssen zu korrigieren.

Mittels eines Inkrementensystems an der Nockenwelle kann die Phase des Motors ermittelt werden, also ob hinsichtlich eines der Zylinder gerade ein Ansaug- oder Auspufftakt im Gange ist, bzw. das eine oder andere Ventil geöffnet ist. Mittels eines Inkrementenrades an der Kurbelwelle kann deren aktuelle Winkellage und damit die aktuelle Phase im Zyklus des Motors ermittelt werden.

Bei einer Ausführungsform eines herkömmlichen Inkrementensystems für eine Kurbelwelle oder Nockenwelle weist das Inkrementenrad gleichmäßig auf dem Umfang des Inkrementenrades verteilte Inkrementalmarkierungen auf, wobei z. B. alle sechs Winkelgrad eine Inkrementalmarkierung angeordnet ist. D.h., es wären eigentlich 60 Inkrementalmarkierungen erforderlich, um den gesamten Umfang des Inkrementenrads zu füllen. An unmittelbar nebeneinander angeordneten Umfangspositionen sind jedoch zwei Inkrementalmarkierungen weggelassen. Das Inkrementenrad weist also z. B. 60 minus 2 Inkrementalmarkierungen, also nur 58 Inkrementalmarkierungen auf.

Bei einer Ausführungsform eines herkömmlichen Inkrementensystems für eine Kurbelwelle oder Nockenwelle sind die Inkrementalmarkierungen mit Zähnen als Pulsbereiche und zwischen den Zähnen gebildete Lücken als Pausenbereiche ausgeführt, das Inkrementenrad stellt also ein Zahnrad dar, wobei Zähne und Zahnlücken jeweils etwa drei Winkelgrad, also das gleiche Bogenmaß einnehmen. In dem Bereich, in dem die zwei Inkrementalmarkierungen, also zwei Zähne mitsamt dazugehörenden Lücken weggelassen sind, ist eine größere Lücke gebildet, die Synchronisationslücke.

Die durch die entfallenen Inkrementalmarkierungen entstandene Synchronisationslücke dient dazu, daß bei jeder Umdrehung des Inkrementenrades eine Synchronisation erfolgen kann, indem der Sensor die Synchronisationslücke erfaßt und dem aktuellen Zählerwert der Inkrementalmarkierungen bzw. dem Speicherwert für die Winkellage die Position der Synchronisationslücke zugeordnet wird.

Nachteil eines solchen Inkrementenrades mit einer einzigen Synchronisationsstelle ist es, daß der Motor beim Starten durch Antrieb von einem Anlasser bis zu einer vollen Umdrehung rotieren muß, bis die absolute Winkellage der Welle ermittelt werden kann und mit gezielter zylinderselektiver Zündung begonnen werden kann.

Auch bei einer unabhängig vom Starten des Motors erfolgenden Synchronisation zum Korrigieren von Fehlern infolge von Störeinflüssen zeigen die herkömmlichen Inkrementensysteme Nachteile. Kommt es z. B. beim Einsatz von magnetisch induktiven Sensoren infolge von einstrahlenden Magnetfeldern, Problemen mit der EMV oder ähnlichem zur fehlerhaften Zählung der Inkrementalmarkierungen, z. B. der fälschlichen Zählung überschüssiger Impulse, wird dieser Fehler erst um bis zu einer vollständigen Umdrehung später korrigiert. Infolgedessen läuft der Motor dann z. B. mit einer gegenüber dem optimalen Ablauf zeitlich verschobenen Zündfolge.

Bei einer anderen Ausführungsform von herkömmlichen Inkrementensystemen für eine Kurbelwelle oder Nockenwelle sind weitere Synchronisationslücken vorgesehen, so daß eine Synchronisation während einer Umdrehung der Kurbel- oder Nockenwelle mehrmals erfolgen kann. Der Motor braucht also beim Starten von dem Anlasser um nur eine halbe Drehung oder weniger gedreht zu werden, bis die absolute Winkellage erfaßt wird.

Jedoch werden auf diese Weise mit dem Vorbeilaufen der Synchronisationslücken am Sensor verbundene Nachteile verstärkt.

Zum einen können in der Synchronisationslücke keinerlei Informationen vom Inkrementenrad abgegriffen werden. D.h., wenn z. B. über die Frequenz des Detektierens der Inkrementalmarkierungen laufend die Drehzahl der Welle ermittelt wird, kommt es dabei an der Synchronisationslücke zu einer Unterbrechung.

Darüber hinaus kommt es beim Einsatz von magnetisch induktiven Sensoren zum Abtasten der Inkrementalmarkierungen des Inkrementenrades nach dem Durchlauf der Synchronisationslücke zu einem magnetischen Überschwingeffekt. Der Sensor ist üblicherweise derart abgestimmt, daß nicht allein der jeweils nächstliegende Teil des Inkrementenrades, also z. B. Zahn oder Lücke, das momentane Magnetfeld und damit die momentan induzierte Spannung bestimmt, sondern auch die vor bzw. hinter diesem Teil am Sensor vorbeilaufenden Zähne bzw. Lücken. Infolgedessen schwankt die aktuell vorhandene Feldstärke stets nur leicht um einen Mittelwert, der je nach der durchschnittlichen Verteilung von Zähnen bzw. Lücken z. B. einem Anteil von 50% Zahn und 50% Lücke entspricht. Entsprechend gering ist die induzierte Spannung. Fehlen nun mehrere Zähne, entspricht das Magnetfeld kurzfristig dem Vorhandensein von 0% Zahn und 100% Lücke. Beim Vorbeilaufen des ersten Zahnes nach der Synchronisationslücke kommt es dadurch zu einer extrem starken Veränderung und einer sehr hohen induzierten Spannung, die weitaus höher ist als die sonst induzierte Spannung. Diese Überschwingspannung läßt sich nur sehr schwierig bzw. sehr aufwendig auswerten.

Da die Überschwingspannung nur sehr aufwendig mittels nachgeschalteter Signalverarbeitungssoftware zu verarbeiten ist, wird bei herkömmlichen Systemen das Signal beim Abtasten erst der zweiten Inkrementalmarkierung nach der Synchronisationslücke ausgewertet. Dies führt dazu, das der Sektor des Inkrementenrades, in dem keine Informationen abgegriffen werden können, weiter vergrößert wird.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, ein Inkrementensystem zur Erfassung der Winkellage einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle zu schaffen, mit dem bei mehrmals pro Umdrehung erfolgender Synchronisation die Winkellage der Welle festgestellt werden kann, aber keine Informationslücken entstehen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Inkrementensystem, das aufweist: einen relativ zu einer Kurbelwelle, einer Nockenwelle oder einer damit verbundenen Getriebewelle feststehend angebrachten Sensor; und ein mit der Welle verbundenes Inkrementenrad, an dem auf einer zu dessen Achse konzentrischen Kreislinie in regelmäßigen Abständen Inkrementalmarkierungen angeordnet sind, wobei jede Inkrementalmarkierung ein einheitliches Bogenmaß einnimmt, in einheitlicher Reihenfolge einen Pulsbereich und einen Pausenbereich aufweist, wobei sich der Puls- und der Pausenbereich dadurch voneinander unterscheiden, daß der Sensor bei deren Vorbeilaufen voneinander unterschiedliche Zustände detektiert, und ein Puls/Pausen-Verhältnis des von dem Pulsbereich eingenommenen Bogenmaßes zu dem von dem Pausenbereich eingenommenen Bogenmaß aufweist, auf der konzentrischen Kreislinie die Inkrementalmarkierungen in regelmäßigen Abständen auf deren gesamtem Umfang angeordnet sind, und der von der Kreislinie beschriebene Kreis in eine Mehrzahl von Sektoren unterteilt ist, die jeweils eine ganzzahlige Menge von Inkrementalmarkierungen mit einem einheitlichen Puls/Pausen-Verhältnis aufweisen, wobei mindestens zwei Sektoren mit voneinander unterschiedlichen Puls/Pausen-Verhältnissen vorhanden sind.

Dadurch, daß Inkrementalmarkierungen auf dem gesamten Umfang des Inkrementenrades vorgesehen sind, werden die mit Synchronisationslücken in dem Inkrementalmarkierungssystem verbundenen Informationslücken sowie Überschwingeffekte vermieden. Die Erfassung der Inkrementalmarkierungen, insbesondere zum Ermitteln von deren Durchlaufgeschwindigkeit, kann über den gesamten Umfang hin erfolgen, da keine Synchronisationslücke vorhanden ist. Überschwingeffekte treten nicht oder nur abgeschwächt auf, wenn sich das Puls/Pausen- Verhältnis ändert.

Dadurch daß der von der Kreislinie beschriebene Kreis in eine Mehrzahl von Sektoren unterteilt ist, die jeweils eine Menge von Inkrementalmarkierungen mit einem einheitlichen Puls/Pausen-Verhältnis aufweisen, wobei mindestens zwei Sektoren mit voneinander unterschiedlichen Puls/Pausen- Verhältnissen vorhanden sind, sind Übergangsstellen vorgesehen, an denen sich das Puls/Pausen-Verhältnis ändert. Mit diesen Übergangsstellen sind von dem Sensor detektierbare charakteristische Winkellagen definiert, über die die Synchronisation erfolgen kann. Da mindestens zwei Sektoren unterschiedlicher Puls/Pausen-Verhältnisse vorgesehen sind, bestehen auch mindestens zwei Übergangsstellen, so daß eine Synchronisation mindestens zweimal pro Umdrehung möglich ist. Nach dem Start braucht also nur weniger als eine Umdrehung des Motors abgewartet zu werden, um die genaue Winkellage des Motors feststellen zu können.

Dadurch daß jeder der Sektoren eine ganzzahlige Menge von Inkrementalmarkierungen mit einem einheitlichen Puls/Pausen- Verhältnis aufweist, kann es an der Übergangsstelle auch nicht zu Informationslücken aufgrund unvollständiger und damit nicht von dem Sensor detektierbarer Inkrementalmarkierungen kommen.

Erfindungsgemäß ist es möglich, daß jeder der Sektoren sich über ein gleiches Bogenmaß erstreckt. Dabei beträgt der Öffnungswinkel eines Sektors maximal 180 Winkelgrad, wenn nur zwei Sektoren vorgesehen sind. Wird eine besonders häufige Synchronisation pro Umdrehung angestrebt, erweisen sich Öffnungswinkel von zum Beispiel 30, 20 oder 15 Grad als sinnvoll. Beim Start kann die Verzögerung des Beginnens mit einer zylinderselektiven Zündung dann sehr gering gehalten werden. Nach unten ist der Öffnungswinkel durch das Bogenmaß der kleinsten realisierbaren Breite einer Inkrementalmarkierung begrenzt.

So ist es erfindungsgemäß möglich, daß die Sektoren jeweils nur ein, zwei oder drei Inkremente aufweisen. Beim Vorsehen nur eines Inkrements pro Sektor kann dann jedes Inkrement ein individuelles Puls/Pausen-Verhältnis aufweisen, so daß eine direkte nahezu stufenlose Detektion der Winkellage über die Analyse des Puls/Pausen-Verhältnisses möglich wird. Das Zählen der Inkrementalmarkierungen bzw. das Aktualisieren eines Speicherwertes wird dadurch überflüssig. Eine annähernd ebenso stufenlose direkte Detektion der Winkellage ist beim Vorsehen von zwei bzw. drei Inkrementen pro Sektor ermöglicht. Dabei besteht jedoch gleichzeitig der Vorteil, daß der Sensor zwei oder drei Inkrementalmarkierungen abtasten kann, um das exakte Puls/Pausen-Verhältnis festzustellen. Damit wird die Arbeitsgenauigkeit des Systems erhöht und die Störanfälligkeit verringert.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich daß die Sektoren sich über voneinander unterschiedliche Bogenmaße erstreckt. Ein Sektor kann sich zum Beispiel über nahezu den gesamten Umfang der Kreislinie erstrecken, z. B. 355 Grad, ein zweiter Sektor über den verbleibenden Winkelbereich. Dabei kann der minimale Öffnungswinkel eines Sektors dem Bogenmaß der Breite einer einzigen Inkrementalmarkierung entsprechen. Entsprechend kann der maximale Öffnungswinkel 360 Winkelgrad abzüglich dem von einer einzigen Inkrementalmarkierung eingenommenen Bogenmaß betragen. Z.B. können zwei Sektoren vorgesehen sein, von denen der eine einen der Breite von zwei Inkrementen entsprechenden Öffnungswinkel, der andere einen Öffnungswinkel von 360 Winkelgrad abzüglich dem erstgenannten Öffnungswinkel aufweist.

Die Breite einer der Inkrementalmarkierungen kann zwischen wenigen Winkelminuten und einigen Winkelgraden betragen, z. B. 15 Winkelminuten, 1 Grad, 3 Grad oder bis zu 15 Grad. Bei einer Breite von 6 Winkelgrad für eine Inkrementalmarkierung, d. h. 60 Inkrementalmarkierungen auf dem Inkrementenrad, ist für die Drehzahl herkömmlicher Motoren einerseits eine gute Detektierbarkeit sowohl der einzelnen Inkrementalmarkierungen, als auch des Puls/Pausen-Verhältnisses mit einem herkömmlichen Sensor gewährleistet, andererseits ist eine gute Auflösung der Winkelstellungen der Welle gewährleistet.

Bevorzugt ist jeder der Sektoren einem oder mehreren der mit der Welle verbundenen Zylinder eines Motors zugeordnet. Dabei ist es zum Beispiel möglich, daß der Anfangspunkt jedes Sektors jeweils einer bestimmten Phase eines bzw. mehrerer von diesem zugeordneten Zylindern entspricht. Z.B. kann dieser Anfangspunkt einen definierten Motordrehwinkel vor dem Zündzeitpunkt eines zugeordneten Zylinders liegen. Dadurch wird sichergestellt, daß nach dem Start des Motors die erste Synchronisation zu einem auf die Zünderfordernisse des jeweiligen Motors abgestimmten Zeitpunkt stattfindet.

Wenn die Sektorenanfangspunkte, d. h. die Synchronisationspunkte, jeweils um einen vorbestimmten Winkel vor den Zündwinkellagen eines zugeordneten Zylinders angeordnet sind, kann die Zündung punktgenau realisiert werden, wenn das Einleiten der Zündmaßnahmen unmittelbar nach der Synchronisation erfolgt und eine definierte Verzögerung in Anspruch nimmt. Damit wird erreicht, daß die erste Zündung dann erfolgt, wenn der Motor das erste Mal eine Zündposition erreicht. Gleichzeitig wird aber auch die Unterteilung des Inkrementenrades in Sektoren in Grenzen gehalten. Es ist lediglich eine Unterteilung in so viele Sektoren erforderlich wie unterschiedliche Zündzeitpunkte vorhanden sind. Meistens entspricht die Anzahl der Zündzeitpunkte der halben Anzahl der vorhandenen Zylinder. Die Unterteilung in Sektoren wird somit nicht übermäßig fein vorgenommen. Damit wird bei optimaler Wirkung der Aufwand so gering wie möglich gehalten.

Je nach Verteilung der Zündzeitpunkte der Zylinder über eine Umdrehung des Motors, wird dabei das Inkrementenrad in Sektoren mit im wesentlichen gleichen Öffnungswinkeln unterteilt.

Weiter bevorzugt erstreckt sich einer der Sektoren zwischen zwei Umfangslagen, die den Zylinderkulminationspunkten zweier mit der Welle verbundener Zylinder entsprechen, wobei es sich bei den Zylinderkulminationspunkten um zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Zylinderkulminationspunkte der mit der Welle verbundenen Zylinder handelt.

Erfindungsgemäß ist es möglich, daß die Puls/Pausen- Verhältnisse der Inkrementalmarkierungen verwirklichten sehr klein, z. B. 1 : 10 oder z. B. 1 : 5, oder sehr groß, z. B. bis 10 : 1 oder 5 : 1, sind. Bevorzugt liegt jedoch jedes der Puls/Pausen- Verhältnisse zwischen 1 : 2 und 2 : 1. Auf diese Weise ist eine besonders gute Detektierbarkeit mit herkömmlichen Sensoren möglich. Mit Puls/Pausen-Verhältnissen in diesem Bereich kann die Gefahr eines fehlerhaften Zählens der Inkrementalmarkierungen minimiert werden.

Wenn das Inkrementenrad in vier oder mehr Sektoren unterteilt ist, ist es erfindungsgemäß möglich, daß jeder der Sektoren Inkrementalmarkierungen mit einem gegenüber den Inkrementalmarkierungen aller anderen Sektoren unterschiedlichen Puls/Pausen-Verhältnis aufweist. Bevorzugt weisen jedoch mehrere nicht aneinander angrenzende Sektoren Inkrementalmarkierungen mit demselben Puls/Pausen-Verhältnis auf. Diese Sektoren bleiben dadurch unterscheidbar, daß es beim Vorbeilaufen einer Übergangsstelle an dem Sensor durch Detektieren des Puls/Pausen-Verhältnisses der Inkrementalmarkierungen des benachbarten Sektors möglich ist, festzustellen, um welchen von mehreren Sektoren mit gleichem Puls/Pausenverhältnis der Inkrementalmarkierungen es sich handelt.

Auf diese Weise wird die Anzahl der erforderlichen unterschiedlichen Puls/Pausen-Verhältnisse gering gehalten. Damit werden auch die Anforderungen an die Empfindlichkeit des Sensors hinsichtlich der Unterscheidbarkeit von Puls/Pausen- Verhältnissen gering gehalten. Es lassen sich dadurch Kosten einsparen.

Erfindungsgemäß ist es möglich, daß die Inkrementalmarkierungen des Inkrementenrades an einer axialen Stirnfläche des Rades angebracht sind, oder an einer Umfangsfläche des Rades angebracht sind.

Erfindungsgemäß ist es möglich, daß die Inkrementalmarkierungen als in einer Lochscheibe vorgesehene Löchern und zwischen den Löchern gebildeten Stegen ausgebildet sind. Dabei ist es z. B. möglich, daß ein optischer Sensor verwendet wird. Ebenso ist es erfindungsgemäß möglich, daß die Inkrementalmarkierungen des Inkrementenrades als Strichmarkierungen bzw. hell/dunkel- Streifenmuster ausgebildet sind. Bevorzugt sind die Inkrementalmarkierungen als Zähne und zwischen den Zähnen gebildete Lücken ausgebildet sind. Dabei kann das Inkrementenrad aus einem ferromagnetischen Material sein. Als Sensor kann ein Hall-Sensor oder ein induktiver Sensor oder ein anderer zum Abtasten von Inkrementalmarkierungen geeigneter Sensor verwendet werden.

Erfindungsgemäß ist es möglich, daß das Inkrementenrad am letzten Ausgleichsgewicht zum Getriebe hin an einer Kurbelwelle angebracht ist. Das Inkrementenrad kann ebenso am Anlasserzahnkranz angebracht sein. Ebenso ist es möglich, daß das Inkrementenrad an einer Riemenscheibe auf der Kurbelwelle angebracht ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 schematisch den abgewickelten Puls/Pausen-Verlauf der Inkrementalmarkierungen zweier Inkrementenräder, wobei in Fig. 1A ein Inkrementenrad eines Inkrementensystems nach dem Stand der Technik und in Fig. 1B eine Ausführungsform eines Inkrementenrades eines erfindungsgemäßen Inkrementensystems dargestellt ist;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt einer Übergangsstelle des abgewickelten Puls/Pausen-Verlaufs der Inkrementalmarkierungen der zwei Inkrementenräder aus Fig. 1, wobei in Fig. 2A das Inkrementenrad des Inkrementensystems nach dem Stand der Technik und in Fig. 2B die Ausführungsform eines Inkrementenrads eines erfindungsgemäßen Inkrementensystems dargestellt ist; und

Fig. 3 unterschiedliche abgewickelte Verläufe von Inkrementalmarkierungen von Inkrementensystemen gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung.

Aus Fig. 1A ist in abgewickelter Darstellung ein Verlauf der Inkrementalmarkierungen eines Inkrementenrades einer herkömmlichen Ausführungsform mit 40 minus 2, d. h. 38 Inkrementalmarkierungen 10 ersichtlich. Pulsbereiche 20 und Pausenbereiche 30 stehen in einem Puls/Pausenverhältnis (Tastverhältnis) von etwa 1 : 1. Wie aus Fig. 1A in der Mitte des dargestellten Inkrementalmarkierungenverlaufes sowie in Vergrößerung aus Fig. 2A ersichtlich ist, sind zwei Pulsbereiche bzw. Zähne weggelassen, so daß zwei Inkrementalmarkierungen entfallen und eine Synchronisationslücke 40 vorhanden ist.

Aus Fig. 1B ist in abgewickelter Darstellung ein Verlauf von Inkrementalmarkierungen auf einem Inkrementenrad gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Inkrementensystems mit 40 Inkrementalmarkierungen 11, 12 ersichtlich. Dabei sind die auf der linken Seite des abgewickelten Inkrementalmarkierungenverlaufs dargestellten Inkrementalmarkierungen 11 mit einem Puls/Pausenverhältnis von etwa 1 : 2 zwischen Pulsbereichen 21 und Pausenbereichen 31 ausgebildet. Die auf der rechten Seite des abgewickelten Inkrementalmarkierungenverlaufs dargestellten Inkrementalmarkierungen 12 sind mit einem Puls/Pausenverhältnis von etwa 2 : 1 zwischen Pulsbereichen 22 und Pausenbereichen 32 ausgebildet.

Die Inkrementalmarkierungsverläufe aus Fig. 1A und 1B bzw. 2A und 2B sind jeweils unmittelbar untereinander angeordnet dargestellt, um die Unterschiede zwischen einem herkömmlichen Verlauf und einem erfindungsgemäßen Verlauf von Inkrementalmarkierungen deutlich zu machen. Wie aus den Fig. 1A und 1B in der Mitte des dargestellten Inkrementalmarkierungsverlaufs sowie in Vergrößerung aus den Fig. 2A und 2B ersichtlich ist, sind bei dem dargestellten erfindungsgemäßen Inkrementalmarkierungsverlauf anstelle der Synchronisationslücke 41 in dem herkömmlichen Verlauf zwei zusätzliche Pulsbereiche 21 von dem in dem linken Sektor vorhandenen Typ vorgesehen.

Aus Fig. 3A ist in abgewickelter Darstellung ein Inkrementalmarkierungsverlauf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, bei dem vier Sektoren vorhanden sind, wobei in dem ersten Sektor die Inkrementalmarkierungen 13 ein Puls/Pausen-Verhältnis von 2 : 1, in dem zweiten Sektor die Inkrementalmarkierungen 14 ein Puls/Pausen-Verhältnis von 5 : 4, in dem dritten Sektor die Inkrementalmarkierungen 15 ein Puls/Pausen-Verhältnis von 4 : 5 und in dem vierten Sektor die Inkrementalmarkierungen 16 ein Puls/Pausen-Verhältnis von 2 : 1 aufweisen. Dabei handelt es sich um einen Inkrementalmarkierungsverlauf für einen 8-Zylinder-Motor. Jeder der vier Sektoren ist zwei Zylindern zugeordnet, wobei während der ersten Umdrehung der Kurbelwelle oder Nockenwelle die jeweils ersten Zylinder der Zylinderpaare gezündet werden, und während der zweiten Umdrehung die jeweils zweiten Zylinder der Zylinderpaare.

Aus Fig. 3B ist in abgewickelter Darstellung ein Inkrementalmarkierungsverlauf gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, bei dem ebenfalls vier Sektoren vorhanden sind, wobei in dem ersten Sektor die Inkrementalmarkierungen 13 in einem Puls/Pausen-Verhältnis von 2 : 1, in dem zweiten Sektor die Inkrementalmarkierungen 14 in einem Puls/Pausen-Verhältnis von 1 : 1, in dem dritten Sektor die Inkrementalmarkierungen 15 in einem Puls/Pausen-Verhältnis von 1 : 2 und in dem vierten Sektor die Inkrementalmarkierungen 16 wiederum in einem Puls/Pausen-Verhältnis von 1 : 1 stehen. Bei dieser Ausführungsform werden nur drei anstelle vier unterschiedlichen Puls/Pausen-Verhältnissen verwendet. Die Übergangsstellen zu den mit dem gleichen Puls/Pausen-Verhältnis versehenen Sektoren zwei und vier können dadurch eindeutig zugeordnet werden, daß der Sensor nicht nur den Wechsel des Puls/Pausen-Verhältnisses als solchen detektiert, sondern erkennt, ob das Puls/Pausen-Verhältnis größer oder kleiner wird. Dabei kann der Sensor auch so ausgestaltet sein, daß das Puls/Pausen-Verhältnis genau meßbar ist.

Aus Fig. 3B ist in abgewickelter Darstellung ein Inkrementalmarkierungsverlauf gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ersichtlich. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Sektoren mit unterschiedlichen Puls/Pausen-Verhältnissen vorhanden. Die Inkrementalmarkierungen mit den Pulsbereichen 20, 21, 22 und den Pausenbereichen 30, 31, 32 sind bei dieser Ausführungsform nicht als Zähne und Lücken eines Zahnrades, sondern als schwarze und weiße Streifen eines Streifencodes ausgebildet.

Claims (5)

1. Inkrementensystem, das aufweist:

• a) einen relativ zu einer Kurbelwelle, einer Nockenwelle oder einer damit verbundenen Getriebewelle feststehend angebrachten Sensor; und
• b) ein mit der Welle verbundenes Inkrementenrad, an dem auf einer zu dessen Achse konzentrischen Kreislinie in regelmäßigen Abständen Inkrementalmarkierungen (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) angeordnet sind, wobei
  • aa) jede Inkrementalmarkierung (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16)
    • aa1) ein einheitliches Bogenmaß einnimmt,
    • aa2) in einheitlicher Reihenfolge einen Pulsbereich (20, 21, 22) und einen Pausenbereich (30, 31, 32) aufweist, wobei sich der Puls- (20, 21, 22) und der Pausenbereich (30, 31, 32) dadurch voneinander unterscheiden, daß der Sensor bei deren Vorbeilaufen voneinander unterschiedliche Zustände detektiert, und
    • aa3) ein Puls/Pausen-Verhältnis des von dem Pulsbereich (20, 21, 22) eingenommenen Bogenmaßes zu dem von dem Pausenbereich (30, 31, 32) eingenommenen Bogenmaß aufweist,
  • bb) auf der konzentrischen Kreislinie die Inkrementalmarkierungen (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) in regelmäßigen Abständen auf deren gesamtem Umfang angeordnet sind, und
  • cc) der von der Kreislinie beschriebene Kreis in eine Mehrzahl von Sektoren unterteilt ist, die jeweils eine ganzzahlige Menge von Inkrementalmarkierungen (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) mit einem einheitlichen Puls/Pausen- Verhältnis aufweisen, wobei mindestens zwei Sektoren mit voneinander unterschiedlichen Puls/Pausen-Verhältnissen vorhanden sind.

2. Inkrementensystem gemäß Anspruch 1, wobei jeder der Sektoren einem oder mehreren der mit der Welle verbundenen Zylinder eines Motors zugeordnet ist.

3. Inkrementensystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei einer der Sektoren sich zwischen zwei Umfangslagen erstreckt, die den Zylinderkulminationspunkten zweier mit der Welle verbundener Zylinder entsprechen, wobei es sich bei den Zylinderkulminationspunkten um zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Zylinderkulminationspunkte der mit der Welle verbundenen Zylinder handelt.

4. Inkrementensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jedes der Puls/Pausen-Verhältnisse zwischen 1 : 2 und 2 : 1 liegt.

5. Inkrementensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Inkrementalmarkierungen (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16) als Zähne und zwischen den Zähnen gebildete Lücken ausgebildet sind, das Inkrementenrad aus einem ferromagnetischen Material ist und der Sensor ein Hall-Sensor oder ein induktiver Sensor ist.