DE2922181A1

DE2922181A1 - Induktiver geschwindigkeitsgeber

Info

Publication number: DE2922181A1
Application number: DE19792922181
Authority: DE
Inventors: Guenter Gerlach; Walter Jansche; Konrad Dipl Ing Wolf; Erich Dipl Ing Dr Zabler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-05-31
Filing date: 1979-05-31
Publication date: 1980-12-18
Also published as: IT8022404A0; IT1130690B; FR2458075A1; FR2458075B3

Description

I55U

.5. 1979 Lr/Sm

BERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

auktiver Geschwindigkeitsgeber

Erfindung betrifft einen induktiven Geschwindigkeitser zur Erfassung der Bewegung, des Bewegungsbeginnes und/ r des Bewegungsendes eines Bauteils, mit einem wenigstens i Schenkel aufweisenden Eisenkern und mit einer auf dem enkern sitzenden Induktionswicklung, von welcher die im snkern verlaufenden und sich außerhalb der Induktionsilung über einen Luftspalt sich schließenden Kraftlinien ißt werden, und mit einem in den Luftspalt eintauchenden Leber, der mit dem Bauteil gekuppelt und aus metallischem, rtrisch leitendem Werkstoff hergestellt ist.

ind bereits induktive Weggeber dieser Art bekanntgeworden, denen der Eisenkern U-förmig ausgebildet ist und einer der en parallel zueinander verlaufenden Schenkel des Eisen- ~~ s von einem den Schieber bildenden Kurzschlußring umfaßt 3"—d'gr" entlang diesem Schenkel durch das Bauteil verschoben

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wird und dann die Induktivität der jochseitig aufgewickelten Spule verändert, welche mit Wechselstrom gespeist wird. Die Induktivität der Spule ändert sich im allgemeinen linear mit der Stellung des Kurzschlußringes.

Um mit einem induktiven Weggeber der eingangs beschriebenen Art die Bewegung, den Bewegungsbeginn und/oder das Bewegungsende eines Bauteiles, beispielsweise einer Düsennadel in einem Dieseleinspritzventil erfassen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß für den Eisenkern eine Gleichfeldmagnetisierung vorgesehen ist. Eine solche Gleichfeldmagnetisierung kann entweder dadurch erreicht werden, daß die Induktionswicklung mit Gleichstrom gespeist wird oder dadurch, daß im Eisenkern, vorzugsweise an der Stelle des zwischen' zwei Schenkeln liegenden Joches ein Permanentmagnet angeordnet wird.

Die Erfindung ist nachstehend an verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Der in Figur 1 schematisch wiedergegebene Kurzschlußring-Geschwinäigkeitsgeber hat einen aus U-förmigen Lamellen geschichteten Eisenkern 1 mit zwei zueinander parallelen Schenkeln 2 und 3 sowie einem die Schenkel einseitig miteinander verbindenden Jochstück H. Auf dem Jochstück H sitzt eine mit zahlreichen Windungen ausgeführte Induktionswicklung 5, deren Induktivität zwischen Werten von 30 mH bis 130 mH verändert werden kann, mit Hilfe eines von einem Blech 7 gebildeten KurζSchlußringes. Dieser enthält zwei Durchbrüche 8 und S, durch welche die beiden vom Kurzschlußring umfaßten Schenkel 2 und 3 mit allseitigem Spiel hin- ·

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rchragen. Der Kurzschlußring ist mit einem Bauteil, beiielsweise der Düsennadel eines nicht dargestellten Dieselnspritzventils mechanisch verbunden, derart, daß bei der wegung dieses Bauteils der Kurzschlußring 7 über die Wegrecke s gegen die Wicklung 5 geschoben werden kann.

? Erzielung einer Gleichfeldmagnetisierung wird die Wicklung von einem Gleichstrom I durchflossen.

ι einer konstanten Geschwindigkeit des Kurzschlußrings 7 ;ibt sich dann eine über die gesamte Wegstrecke s konstante Innung U zwischen den Klemmen 11 und 12 der Wicklung 5· Die ie dieser Spannung ist von der Geschwindigkeit ν = ds/dt , Kurzschlußrings bzw. des mit ihm gekuppelten Bauteils abigig und ist umso höher je größer die Geschwindigkeit ist. eils am Anfang und Ende der Bewegung ergibt sich im tpunkt ti bzw. t2 ein Spannungssprung mit entgegengesetzter arität entsprechend dem Vorzeichen des Differentialtienten ds/dt.

besondere Vorteil beim erfindungsgemäßen Betrieb der uktionswicklung 5 mit einem konstanten Gleichstrom I beat darin, daß die gesamte Anordnung besser gegen äußere Flüsse (Eisenteile, Störfelder u.dgl.) abgeschirmt ist als bekannten Anordnungen, welche mit Wechselstrom betrieben len. Als Geschwindigkeitsgeber besitzt die Anordnung hohe ;arität über einen großen Teil der Baulänge, wobei die den igungsbeginn und das Bewegungsende kennzeichnenden Span- ;ssprünge stark ausgeprägt sind, beispielsweise in der ienordnung von 0,1 Volt liegen-und daher leicht ausgewertet len können.

igur 3 ist ein zweites Ausführungsbeispie'l dargestellt, hes sich von dem-Ausführungs^b-ei-s-piel--na-cii-Pigur.-l- nur da- _ h unterscheidet, daß anstelle des in Figur 1 mit *l be-

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zeichneten Jochstückes ein Permanentmagnet IH vorgesehen ist, welcher zur besseren Deutlichkeit mit einer Schrägschraffur versehen ist. Der Dauermagnet Ik ergibt eine Gleichfeldmagnetisierung im Eisenkern 1, deren Stärke sich linear ändert, wenn der Kurzschlußring 7 mit konstanter Geschwindigkeit ν = ds/dt gegen die Spule 5 bewegt wird. Bei dieser Bewegung wird in der Wicklung 5 eine Spannung U induziert, welche ebenfalls den in Figur 2 dargestellten zeitlichen Verlauf aufweist.

Während die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 1 und 3 nur zur Erfassung von translatorischen Bewegungen von Bauteilen verwendet werden können, sind die Ausführungsbeispiele nach den Figuren H und 5 zur Erfassung des Drehwinkels οζ einer Welle 15> beispielsweise der Drosselklappenwelle einer nichtdargestellten Brennkraftmaschine vorgesehen.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur k enthält zwei dreischenklige Eisenkerne 16 und 17, welche diametral zur Welle 15 so angeordnet sind, daß sich jeweils in gemeinsamen, zur Welle 15 senkrecht stehenden Ebenen die oberen Außenschenkel 18, 19 der beiden Eisenkerne 16 bzw. 17, die Mittelschenkel 20 und sowie die unteren Außenschenkel 22 und 23 mit gleichem Abstand von der Welle 15 gegenüberstehen.

Auf dem Mittelschenkel 20 des rechten Eisenkerns 16 ist eine Induktionswicklung 2k angeordnet, während auf dem Mittelschenkel 21 eine zweite Induktionswicklung 25 angeordnet ist. In die jeweiligen Zwischenräume zwischen den Mittelschenkeln 20 und 21 und den Außenschenkeln 18, 19 bzw. 22, 23 ragen zwei untereinander formgleiche Dämpfungsscheiben 2β und 27 hinein, welche auf der Welle 15 in axialem Abstand voneinander befestigt sind. Sie haben eine Randkontur 28, die zu einer in der Achse A der Welle 15 liegenden, in der Zeichnung nicht dargestellten Ebene symmetrisch verläuft. Der Abstand r des Randes "28"nimmt -von-einem Minimalwert r bei C( = 0 überfeinen

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'ehwinkel von l80° linear bis zu einem Maximum r = r + l80° linear zu und fällt beim Weiterdrehen der Welle 15 .near ab.

. der in Figur k dargestellten Winkelstellung cC = l8O° ragen e beiden Dämpfungsscheiben 26 und 27 am tiefsten in den chten Kern 16 hinein und am wenigsten tief in den linken rn 17 j dessen Induktionswicklung 25 demgemäß. in dieser Wir.-lstellung die 'kleinste Induktivität aufweist, während die duktivität der rechten Wicklung 2k ein Maximum aufweist.

nn die beiden Wicklungen 2k und 25 in der in Figur 1 angeuteten Weise mit einem konstanten Gleichstrom gespeist rden und sich die Welle 15 samt den Dämpfungsscheiben 26 d 27 dreht, werden in den Wicklungen 2k und 25 Spannungen äuziert, die von der Drehgeschwindigkeit abhängen und jeils nach einem Drehwinkel von maximal l80° ihre Polarität chseln.

;nso wie bei dem Winkelgeber nach Figur k ist bei dem Winkel-3er nach Figur 5 eine Differentialanordnung vorgesehen, bei Lcher auf der gemeinsamen Welle 15 vier paarweise ange-Inete Dämp fungs scheiben 31 bis J>k vorgesehen sind. Alle vier, npfungsscheiben sind untereinander kongruent ausgebildet, loch paarweise gegeneinander versetzt derart auf der Welle angeordnet, daß bei der angegebenen Drehung der Welle 15 den Drehwinkel cC die oberen beiden Dämpfungsscheiben 31 I 32 von der dargestellten größten Eingriffstiefe in den iren Kern 16 fortschreitend weniger weit eingreifen, während ' unteren beiden Dämpfungsscheiben 33 und 3k eine vom dargellten Nullwert fortschreitend sich erhöhende Eingriffsfe in den zweiten Eisenkern 17 haben. Die Induktivität der__. klungen 2k und 25 nimmt daher bei der einen Wicklung ab, rend sie bei der anderen Wicklung steigt.

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Während beim Ausführungsbeispiel nach Figur k die beiden E-Eisenkerne 2k diametral zueinander stehen, liegen sie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 einseitig zu der Welle 15 in einer gemeinsamen, in der Achse der Welle 15 liegenden Ebene und erlauben es, daß über einen Drehbereich von 360° die jeweilige Winkelstellung und Drehgeschwindigkeit der Welle 15 erfaßt werden kann.

Sowohl beim Ausführungsbeispiel nach Figur k wie auch bei demjenigen nach Figur 5 kann die Gleichfeldmagnetisierung in den Eisenkernen statt durch einen die Wicklungen speisenden konstanten Gleichstrom durch einen Dauermagneten erreicht; werden, der im Mittelschenkel oder anstelle des Mittelschenkels 20, 21 der beiden Eisenkerne 2²J bzw. 25 angeordnet ist.

Mit dem Ausführungsbeispiel nach Figur 6 können sowohl zwei zueinander senkrechte Transla^ionsbewegungen als auch Drehbewegungen erfaßt werden. Dieser Weg- bzw. Winkelgeber weist einen aus Lamellen geschichteten, U-förmigen Eisenkern 36 auf, zwischen dessen Schenkeln 37 und 38 ein ebenfalls in Längsrichtung lameliierter Eisenanker 39 derart angeordnet ist, daß zwischen den Stirnseiten des Ankers und den Endabschnitten der Schenkel 37 bzw. 38 je einer von zwei gleichgroßen Luftspalten kO bzw. kl verbleibt. Auf dem Anker 39 sitzt eine mit vielen Windungen ausgeführte Induktionswicklung k2 _} die zur Erzielung einer im Eisenkern 36 und im Anker 39 wirksamen Gleichfeldmagnetisierung durch konstanten Gleichstrom gespeist werden kann. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 statt eines elektromagnetischen Feldes ein Dauermagnet k~5 zur Erzeugung des magnetischen Gleichfeldes vorgesehen. Dieses durchsetzt die Ankerwicklung k2 mit einer Stärke, welche davon abhängt, wie tief die be_ide_n__.Schenkelenden kk und 45 eines Kurzschlußbügels

kS in die Luftspalte kO und kl eintauchen. Der Kurzschluß-

bügel k6 ist aus eine'nfKüpferblechstreifen gebogen und mit

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nem nichtdargestellten Bauteil gekuppelt, dessen Bewegungen f den Kurzschlußbügel 46 übertragen werden und diesem zwei anslatorische zueinander senkrechte Bewegungen vl und v2 und ne Dreh- oder Schwenkbewegung v3 erteilt. Von der jeweiligen ntauchtiefe der Schenkel 44 und 45 hängt die Größe des die cklung 42 durchsetzenden magnetischen Flusses ab und von r Größe der Plußänderungen in der Zeiteinheit die Größe der der Wicklung induzierten Spannungj die ein Maß für die Begungsgeschwindigkeit des Kurzschlußbügels 46 bzw. des mit esem gekuppelten Bauteils ist.

iia Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist an. der Innenseite s ü-förmigen Eisenkerns 36 ein bügeiförmiges Kupferblech 47 rgesehen, welches verhindert, daß die Feldlinien gegenüber m Kurzschlußbügel 46 seitlich ausweichen können.

Abwandlung des "dargestellten Ausführungsbeispieles ist es glich, den Anker 39 einseitig an einen der beiden Schenkel

oder 38 des Eisenkerns 36 anzuschließen, so daß eine Anordng mit nur einem einzigen Luftspalt entsteht. Eine solche Ordnung bringt den Vorteil mit sich, daß der die Wicklung agende Anker 39 leichter befestigt, insbesondere mittels des ststehenden Kurzschlußbleches 47 befestigt werden kann, wenn eses bis zur Anlage am Anker verlängert wird.

s Ausführungsbeispiel nach Figur 7 stellt eine Verdoppelung s Gebers nach Figur 6 in einer Differentialanordnung dar. eh- und spiegelsymmetrisch zu einer durch eine strichpunksrte Linie angedeuteten Achse B sind hier ein zweiter Eisencn 50 mit zugehörigem Anker 51 samt Wicklung 52 angeordnet, Dei diese Teile denjenigen nach Figur 6 entsprechen, die in c Figur 7 links von'der Symmetrieachse angeordnet und mit sieben Bezugs zeichen, wie in Figur 6 versehen sind. Zwischen η beiden Eisenkernen 36 und 50 ist ein gemeinsamer, doppeiförmiger Kurzschlußbtigel~54 vorgesehen,- der - aus

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Kupfer-Blech besteht und einen senkrechten, im Abstand parallel zur Achse B verlaufenden Längssteg 55 hat. Von diesem stehen am oberen Ende zwei waagrechte Arme 56 und 57 und am unteren ' ;'.".'.." Ende zwei Arme 58 und 59 waagerecht ab. Die beiden Arme 57 und 59 tauchen in der dargestellten Lage des Kurzschlußbügels 5k zwischen die beiden Luftspalte des linken Eisenkerns tief ein und überdecken dabei die gesamte Stirnfläche des linken Ankers 39, wohingegen die rechten Arme 56 und 58 in der dargestellten Stellung außerhalb der entsprechenden Luftspalte des rechten Eisenkerns 50 verbleiben. Der dargestellte Kurzschlußbügel kann bezogen auf die Achse B eine durch einen Pfeil vl angedeutete Translationsbewegung ausführen oder eine Drehbewegung ,.^_Si:f, v3 um die Achse B, wobei in beiden Fällen die Induktivität ·—'*-

der einen der beiden Wicklungen, beispielsweise der Wicklung k2 vergrößert und gleichzeitig die Induktivität der zweiten Wicklung 52 verkleinert wird.

Figur 8 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel für einen Kurzschlußbügel, der anstelle des Kurzschlußbügels 5k in der in Figur 7 dargestellten Anordnung Verwendung finden kann.

Der Kurzschlußbügel nach Figur 8 ist aus einem Kupfer-Blechstreifen gebogen und hat einen Mittelsteg 6C, von welchem zwei obere Arme 62 und 63 nach zwei verschiedenen Seiten hin rechtwinklig abgebogen sind, während beide nur jeweils die Hälfte der Breite des Mittelste-ges ausmachen. Dem unteren Arm 59 der Anordnung nach Figur 7 entspricht im abgewandelten Ausführungsbeispiel nach Figur 8 der untere Lappen 65, der in entgegengesetzter Richtung zum zweiten unteren Lappen Sk von dem Mittelsteg 60 abgebogen ist. Die beiden rechten Lappenpaare -,.,... bilden zusammen mit dem Mittelsteg 60 einen von zwei Kurzschlußbügeln, von denen der eine bei der durch den Pfeil v2 angegebenen Translationsbewegung die Induktivität der rechten Wicklung 52 vergrößert und diejenige der linken Wicklung k2 verkleinert,__je. nachdem in welcher Richtung der Kurzschlußbügel verschoben wird.

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dm Ausführungsbeispiel nach Figur 9 ist ein zweischenkliger, ■förmiger Eisenkern 70 vorgesehen, bei welchem der mit 71 be- ^-/-.-.-·-■ dchnete Schenkel eine Spule 72 trägt, deren Induktivität mit ""'.." Ife eines halbzylindrischen Dämpfungsbleches 73 veränderbar t, welches den anderen Schenkel 7H des Eisenkerns etwa auf r Hälfte seines Umfangs umgibt. Das Dämpfungsblech 73 bildet nen Teil einer Kupfer-Hülse 75, welche zur Bildung des halblindrischen Dämpfungsbleches 73 etwa über die Hälfte ihrer ialen Länge aufgeschnitten und durch eine quer zu ihrer ehachse C verlaufende Schnittfläche 76 begrenzt ist. Bei ehung der Hülse 75 um einen bei ψ angedeuteten Drehv.'inkel _

die Drehachse C kann das Dämpfungsblech 73 die in Figur IC _: .'.. _'. ; nks wiedergegebene Stellung für ψ - Null einnehmen, bei lchem das Dämpfungsblech 73 die vom Schenkel T'4 zum Schenkel oder umgekehrt laufenden Feldlinien des im Eisenkerns 70 seugten Magnetfeldes nicht behindert, so daß die induktivität ler Spule 72 einen Maximalwert auf v/eist, welcher bei einer shung des Dämpfungsbleches 73 in die in Figur 10 rechts darstellte Stellung auf einen Minimalwert abnimmt. Nach der :hung um Y = l80° steht nämlich das Dämpfungsblech 73 voll- ;·:■-"■:-..-. Lndig zwischen den beiden Schenkeln 7^ und 71·

ϊ in Figur.11 in stirnseitiger Draufsicht dargestellte 'ferentxalanordnung stellt praktisch eine Verdopplung des .

führungsbeispiels nach Figur 9 dar. Es ist nämlich jeweils ' den Außenschenkeln 8l und 82 eines E-förmigen Eisenkernes ■ " je eine von zwei Spulen 83 bzw. 84 angeordnet, wobei wie Ausführungsbeispiel nach Figur 9 ein halbzylindrisches pfungsblech 73 vorgesehen ist, welches den Mittelschenkel -. .;.

des Eisenkerns 80 jeweils auf der Hälfte seines Umfanges um- ·-,.,.,.,:..,...,..-; t und dabei je nach seiner Drehstellung den Mittelschenkel gegen die beiden Außenschenkel 8l und 82 verschieden stark

chirmt. In der'in Figur 11 dargestellten" Stellung des

pfungsbleches 73 ist die Induktivität Ll der Spule 83- -, _-:τζζ

entlich kleiner als die Induktivität L2 der Spule 84, in ;her sich das im Eisenkern 80 erzeugte Magnetfeld voll aus- COPY-

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Claims

9-5.1979 Lr/Sm ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1 Ansprüche

1. Induktiver Geschwindigkeitsgeber zur Erfassung der Bewegung, •des Bewegungsbeginnes und/oder dkte Bevegungsendes eines Bauteils, mit einem wenigstens zwei Schenkel aufweisenden Eisenkern und mit einer auf dem Eisenkern sitzenden Induktionswicklung, von welcher die im Eisenkern verlaufenden und außerhalb der Induktionswicklung über einen Luftspalt sich schließenden Kraftlinien umfaßt werden, und mit einem in den Luftspalt eintauchenden Schieber, der mit dem Bauteil gekuppelt und aus metallischem, elektrisch leitendem Werkstoff hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß für den Eisenkern eine Gleichfeldmagnetisierung vorgesehen ist.

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2. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Gleichfeldmagnetisierung .im Eisenkern (1) - vorzugsweise im Bereich seines Jochstückes (k) - ein Perma nentmagnet angeordnet ist.

J). Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionswicklung (5) mit Gleichstrom (I) gespeist ist.

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