DE3031357C2

DE3031357C2 -

Info

Publication number: DE3031357C2
Application number: DE3031357A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe De Hauler; Manfred Dipl.-Ing. 7527 Kraichtal De Rothley; Erich Dipl.-Ing. Dr. 7500 Karlsruhe De Zabler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-08-20
Filing date: 1980-08-20
Publication date: 1990-06-07
Also published as: DE3031357A1; FR2488997B3; IT8123400A0; JPS5746117A; IT1137815B; FR2488997A3

Description

Aus der DE-OS 26 41 592 ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines in der Amplitude drehzahlunabhängigen Signales bekannt, die ein mit einer Welle umlaufendes Zahnrad enthält, dem eine Sensoranordnung mit einem Hall-Element, einem Per manentmagneten und mit einem Flußleitstück zugeordnet ist, wobei das Hall-Element, der Permanentmagnet und das Flußleitstück eine U-förmige Anordnung bilden, deren einer Schenkel einem ersten Zahn und deren zweiter Schenkel einem zweiten Zahn des Zahnrades abwechslungsweise gegenübertre ten, wobei die beiden Zähne einen magnetisch hochwirk samen Rückschluß für das vom Permanentmagneten ausgehende Magnetfeld bilden. Dort entstehen bei jedem Umlauf des Zahnrades gleichsinnige Impulse, deren Anzahl der Zähne zahl entspricht. Diese Impulse können zur Inkrement erkennung ausgewertet werden. Zur Verwendung der bekann ten Anordnung beim Betrieb von Brennkraftmaschinen ist ein achsparallel von der Zahnscheibe abstehender Stift vorgesehen, welcher eine zur Auslösung von Einspritz- oder Zündvorgängen dienende Bezugsmarke bildet. Zur Erfassung dieser Bezugsmarke ist in der bekannten Anord nung ein zweiter, bevorzugt induktiv arbeitender Sen sor vorgesehen.

Aus der Druckschrift DE-OS 26 14 328 ist ein Gebersystem bekannt, das auf der Geberscheibe zwei verschiedene Umfangsoberflächen aufweist, die als Inkrementspur und als Bezugsmarkenspur dienen. Die Inkrement spur besteht aus einer Folge von Permanentmagneten mit wechselnder Polarität. wobei die Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Achse der Scheibe liegt und die Bezugsmarkenspur aus einem einzigen Permanent magneten besteht, dessen Magnetisierungsrichtung parallel zur Achse der Scheibe verläuft. Jeder der beiden Spulen ist ein eigener Aufneh mer zugeordnet, die voneinander magnetisch isoliert sind. Eine Eli minierung von Störeinflüssen während der Messung ist nicht möglich.

In der älteren, nachveröffentlichten Schrift DE-OS 30 11 822 wird eine Sensoranordnung beschrieben, bei der ein Zahn eines Zahnkranzes teil weise eine unterschiedliche Höhe aufweist. Dieser besonders ausgebil dete Zahn dient als Bezugsmarke. Der Zahnkranz wird von einem magne tischen Aufnehmer abgegriffen. Mit Hilfe des Aufnehmers wird ein Si gnalverlauf erzeugt, der an einer Stelle einen Bezugsmarkenimpuls auf weist. Das Meßsignal ist störanfällig.

Ferner wird in der GB-PS 13 82 626 ein Geber nach der Gattung des Hauptanspruchs beschrieben, bei dem auf einem Rotor magnetisch hoch wirksame Zähne zur Erzeugung von Drehzahl- und Bezugssignalen angeordnet sind. Der Rotor wird mit Hilfe zweier Hall- Sensoren abgegriffen, die im Abstand zueinander ange ordnet sind. Der Geber benötigt mehrere Polscheiben und baut dadurch kompliziert und ist für einen Serieneinsatz wenig geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Geber zu schaffen, der mit geringem Aufwand herzustellen ist. Er soll für eine Serienproduk tion geeignet sein und Störsignale eliminieren.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Die mit der Erfindung erzielten Vorteil bestehen insbesondere darin, daß die Signale der Inkrement- bzw. der Bezugsmarkenspur dreh zahlunabhängig sind. Störeinflüsse können weitgehend eliminiert wer den, so daß die nachfolgende Signalverwertung stark vereinfacht wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In Verbindung mit den nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispielen wird die Erfindung erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 als Prinzipanordnung einen Anlasserzahnkranz, bei welchem die magnetisch hoch wirksamen Zonen durch je einen Zahn und die magnetisch schwach wirksamen Zonen durch je eine zwischen zwei Zähnen liegende Zahnlücke gebildet ist,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus diesem Zahnrad, ebenfalls in perspektivischer Darstellung und eine Sensoreinrichtung mit vierhöckriger Leitplatte mit vier als magnetfeld abhängige Widerstände dienenden Feldplatten,

Fig. 3 eine zur Gewinnung einer drehzahlsynchronen Folge von Inkrementimpulsen und zur Gewinnung der Bezugsmarke (BM) dienende Schaltungsanordnung für die Feldplatten (FP),

Fig. 4 eine Abwicklung der Umfangszone des Zahnrades nach Fig. 1 mit einer Darstellung der an den Verbindungspunkten AB in der Auswerteschaltung nach Fig. 3 gewonnen Spannun gen, die beim Umlauf des Zahnrades auftreten,

Fig. 5 einen anderen Geber mit einer Abtasteinrichtung, welche für jede der beiden Spuren nur eine von zwei Feldplatten und einen gemeinsamen Permanent magnet aufweist,

Fig. 6 eine Auswerteschaltung für die Anordnung nach Fig. 5 zur Ermittlung der Drehzahl n und der Bezugsmarke BM,

Fig. 7 einen anderen Geber mit einer dreihöckeri gen Polplatte mit drei Feldplatten, nämlich zwei Feldplat ten FP 1 und FP 2 zum Abtasten der Inkrementspur und einer dritten Feldplatte FP 3 zum Abtasten der Bezugsmarkenspur und

Fig. 8 eine Auswerteschaltung für die an den Anschluß stellen A, B, C entstehenden, durch eingeprägte Ströme erzeugten Spannungen, deren zeitlicher Verlauf unterhalb der Schaltungsanordnung wiedergegeben ist. Ferner zeigt

Fig. 9 eine Abtasteinrichtung mit einer zweihöckerigen Polplatte mit zwei Feldplatten FP 1 und FP 2, die nur die Bezugsmarkenspur abtasten und

Fig. 10 eine Auswerteschaltung hierfür sowie

Fig. 11 die in diesen Feldplatten erzeugten Spannungen in ihrem zeitlichen Ablauf.

Bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist in allen Fällen die Verwendung des mit der Kurbelwelle einer nicht dargestellten Brennkraftmaschinen umlaufenden, zum Starten der Brennkraftmaschine dienenden Anlasserzahn kranzes vorgesehen, der an seinem Umfang mehrere, in Dreh richtung hintereinanderliegende, aus je einer magnetisch hochwirksamen Zone und einer magnetisch schwach wirksa men Zone bestehende Inkremente s aufweist. Jedes die ser Inkremente s enthält einen als magnetisch hoch wirksame Zone dienenden Zahn 11, der parallel zur Dreh achse 12 der Anlasserscheibe verläuft und von den nächst folgenden, zum nächsten Inkrement gehörenden Zahn 11 durch eine Zahnlücke 13 getrennt ist, welche als magnetisch schwach wirksame Zone dient.

Um eine kombinierte Inkrement- und Bezugsmarkenerkennung zu erzielen, ist die Umfangsfläche des Zahnrades 10 durch eine in der Zeichnung mit unterbrochenen Linie angedeutete, auf der Drehachse 12 senkrecht stehende Ebene 14 in zwei Spuren unterteilt, nämlich eine Inkrementspur 15 und eine Bezugsmarkenspur 16. In der Bezugsmarkenspur ist eine Be zugsmarke BM in der Weise erzeugt, daß ein in Fig. 1 durch das Bezugszeichen 17 hervorgehobener Zahn auf die Hälfte seiner axialen Länge verkürzt ist. Dadurch ergibt sich in der Inkrementspur 15 eine ununterbrochene Zahnfolge, während in der Bezugsmarkenspur die Zahnfolge von der Be zugsmarke BM unterbrochen ist. Die Ausbildung der Bezugs marke kann modifiziert und optimiert werden, z. B. dadurch, daß ein gewisser Rest des abgetragenen Zahnes noch stehen bleibt oder ein schräger Übergang zwischen dem unversehr ten Zahn 17 und dem abgetragenen Teil vorgesehen ist. Da beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Einspurweg des nicht wiedergegebenen Einspurritzels eines Anlassers sich nur über die halbe axiale Länge der Zähne 11 erstreckt, wird der Anlaßvorgang durch die Bezugsmarke BM nicht behindert.

Fig. 2 zeigt die umfassendste, allgemeinste Anordnung zum Abtasten der Inkremente (der Drehzahl n) und der Be zugsmarke BM des Zahnrades 10. Diese umfaßt insgesamt vier Feldplatten FP 1, FP 2, FP 3 und FP 4, welche jeweils an ihren nicht näher bezeichneten Ausgangsklemmen eine Spannung aufweisen, die von einem die Feldplatten durch setzenden Magnetfeld erzeugt werden und von der Größe dieses Magnetfeldes abhängig ist. Die Feldplatten FP 1 bis FP 4 sitzen unmittelbar an der Stirnseite je eines der vier Höcker 21 bis 24 einer weichmagnetischen Höc kerplatte 20, die an ihrer Unterseite großflächig auf einem Pol, z. B. Nordpol N, eines Permanentmagneten 25 aufliegt. Die beiden Feldplatten FP 1 und FP 2 tasten nur die Inkrementspur 15 ab, während die beiden anderen Feldplatten FP 3 und FP 4 der Bezugsmarkenspur 16 zugeordnet sind. Wenn die vier Feldplatten in der Auswerteschaltung nach Fig. 3 betrieben werden, liefern die Feldplatten FP 1, FP 2 am Spannungsteilerabgriff A ein ununterbrochenes, periodisches Signal gemäß dem in Fig. 4 bei A wiedergegebenen Linien zug. Das am Punkt B abgegriffene Ausgangssignal des in der Bezugsmarkenspur 16 angeordneten Feldplattenpaares FP 3, FP 4 unterscheidet sich von dem gleichförmigen perio dischen Signal A durch einen ausgeprägten Spannungseinbruch beim Vorbeilaufen der Bezugsmarke BM. Bei idealer Gleich heit der vier Feldplatten ergibt die Spannungsdifferenz zwischen den Anschlußpunkten A und B gemäß Fig. 4 ein sehr scharf ausgeprägtes Bezugsmarkensignal Us.

Während in der Anordnung nach Fig. 2 der in Umfangsrich tung des Zahnrades 10 gemessene Abstand b der Polhöcker 21 bis 24 durch den gegenseitigen Abstand c der Zähne 11 bzw. 17 bestimmt wird und optimal gleich der Hälfte des Zahnab standes c gewählt wird, bestimmt sich der in axialer Rich tung gemessene Abstand a der Polhöcker in Fig. 2 nach anderen Gesichtspunkten. Er wird zweckmäßig so gewählt, daß selbst bei dem maximal möglichen Axialspiel des Zahn rades 10 das Feldplattenpaar FP 3, FP 4 noch ausreichend weit in der Bezugsmarkenspur liegt und von dieser über deckt wird, wobei das Feldplattenpaar FP 1, FP 2 noch aus reichend weit in der Inkrementspur 15 liegt. Bei nicht zu breitem Zahnrad kann der Abstand a zweckmäßig als halbe axiale Zahnbreite gewählt werden.

Daß man auch mit nur drei Feldplatten bereits eine Abtast anordnung für die Inkrementspur und für die Bezugsmarken spur schaffen kann, zeigen die Fig. 7 und 8. Im Gegen satz zu der mit einer Spannungsteileranordnung arbeitenden Auswerteschaltung nach Fig. 3 ist in der Auswerteschaltung nach Fig. 8 vorgesehen, daß jeder der drei Feldplatten ein Gleichstrom I eingeprägt wird, so daß an den Punkten A und B und C eine dem jeweiligen Feldplatten-Widerstand proportio nale Spannung I · R 1, I · R 2 und I · R 3 abgegriffen werden kann, wenn mit R 1 bis R 3 die von dem jeweils herrschenden Magnetfluß abhängigen Widerstände der Feldplatten bezeichnet werden. Die Differenzbildung der im Gegentakt verlaufenden Signale A und B liefert dann das reine Inkrementsignal, wäh rend die Differenz der Signale A und C nur an der jeweiligen Bezugsmarke einen von Null verschiedenen Wert aufweist.

Fig. 9 zeigt eine besonders vorteilhafte Anordnung aus nur zwei handelsüblichen Feldplatten FP 1 und FP 2, deren Pol höckerabstand b jedoch möglichst exakt gleich dem halben Zahnabstand c gewählt werden soll. Wenn diese beiden Feld platten in der Bezugsmarkenspur 16 angeordnet sind, können sie gleichzeitig zur Inkrement- und Bezugsmarkenerkennung dienen, wie die Fig. 10 und 11 zeigen. Prägt man nämlich auf jede der beiden Feldplatten je einen Strom I ein und greift man an den Punkten A und B zwei Signalspannungen ab, so erhält man als deren Differenz A - B ein der Drehzahl n entsprechendes Inkrementsignal, das das Bezugsmarken- Signal in Form einer doppelten Impulslänge infolge der Zeit diskrimination enthält, während die Summe A + B ein reines Bezugsmarken-Signal liefert.

Wenn man die aus nur zwei Feldplatten bestehende Abtastein richtung gemäß Fig. 5 um 90° gegenüber Fig. 9 so dreht, daß die Feldplatte FP 1 in der Inkrementspur 15, die Feld platte FP 2 in der Bezugsmarkenspur 16 liegt, so erzeugt die Bezugsmarke ein Bezugsmarkensignal als Differenz der Span nungen an den Punkten A und B. Hierdurch ist es ebenfalls möglich, eine einfache, nur einen Geber umfassende Anord nung zu schaffen, wobei das Inkrementsignal alleine über die Feldplatte FP 1 am Punkt A abgegriffen wird.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt insbe sondere darin, daß sowohl die Inkrement- als auch die Be zugsmarken-Signale drehzahlunabhängig gewonnen werden kön nen, und vor allem die Bezugsmarken-Erkennung - basierend auf einer Amplitudendiskriminierung - keinerlei Anforde rungen an den Gleichförmigkeitsgrad der Rotationsbewegung des Zahnrades 10 stellt. Diese Art der Bezugsmarken-Erken nung erfordert einen wesentlich geringen Softwareaufwand, der für die Signalverarbeitung vorgesehenen Mikro-(C)-Steu ereinheit und bietet darüber hinaus bei Ausfall dieser Steuereinheit Notbetriebsmöglichkeiten.

Claims

1. Geber zur Erfassung der Drehzahl und eines durch die Stellung ei ner Bezugsmarke gegenüber einem stationären Teil festgelegten Dreh winkels einer Welle mit Hilfe eines mit der Welle umlaufenden zylin drischen Körpers, auf dessen Mantelfläche die magnetisch wirksame Bezugsmarke sowie mehrere in Drehrichtung hintereinander liegende, aus je einer magnetisch hoch wirksamen Zone und einer magnetisch schwach wirksamen Zone bestehende gleich ausgebildete Inkremente an geordnet sind, mit mindestens zwei am stationären Teil angebrachten magnetfeldabhängigen Sensorelementen, deren elektrische Ausgangssig nale eine die Drehzahl und den Drehwinkel ermittelnde Auswerteschal tung speisen, wobei ferner die in Drehrichtung zwischen zwei Inkre menten liegende Bezugsmarke anders als diese Inkremente ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsmarke eine magnetisch nicht hoch wirksame Zone ist, die sich auf die Drehrichtung bezogen unmittelbar zwischen den magnetisch schwach wirksamen Zonen zweier Inkremente befindet und daß die mindestens zwei magnetfeldabhängigen Sensorelemente Feldplatten (FP 1, FP 2) sind, die auf der dem zylin drischen Körper zugekehrten Oberseite einer weichmagnetischen Trä gerplatte (20) sitzen, an deren Rückseite ein Dauermagnet angeordnet ist.

2. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Zäh ne und Lücken definierten Inkremente entlang einer Inkrementspur (15) und die Bezugsmarke (BM) auf einer axial von der Inkrementspur beabstandeten Bezugsmarkenspur (16) angeordnet sind.

3. Geber nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch nicht hoch wirksame Zone so axial neben einer magne tisch hoch wirksamen Zone ausgebildet ist, daß eine Inkrementspur und eine Bezugsmarkenspur nebeneinander auf der Mantelfläche des Körpers entsteht.

4. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (20) gegen den zylindrischen Körper vorspringende Höcker (21, 22 bzw. 23, 24) aufweist, an deren freien Endabschnitten die Feldplatten (FP 1 bis FP 4) angeordnet sind.

5. Geber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die reckteckför mige Grundfläche der Trägerplatte (20) sich tangential zum Umfang (11) des zylindrischen Körpers in Form einer Zahnscheibe (10) erstreckt und mit einer ihrer Feldplatten ausschließlich bei der Bezugsmarkenspur (16) liegt, und mit ihrer zweiten Feldplatte (FP 2) der Inkrementspur (15) gegenübersteht.

6. Geber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in Umfangs richtung der Zahnscheibe (10) gemessene Mitten-Abstand (b) ihrer Pol höcker (21, 22) der Hälfte des Abstands (c) der Zähne (11) entspricht.

7. Geber nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (20) drei Höcker (21, 22, 23) mit je einer von drei Feldplatten (FP 1 bis FP 3) aufweist, wobei zwei (FP 1 und FP 2) der Feld platten der Inkrementspur (15) zugeordnet sind und einen Mittenabstand (b) haben, der wenigstens annähernd gleich der Hälfte des Abstands (c) der Zähne (11) ist, und die dritte Feldplatte (FP 3) die Bezugsmarken spur (16) abtastet.

8. Geber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (20) vier Höcker (21 bis 24) mit je einer von vier Feldplatten (FP 1 bis FP 4) hat, von denen jeweils zwei der Inkrementspur (15), die ande ren beiden der Bezugsmarkenspur (16) zugeordnet sind.

9. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche zwei axial nebeneinander liegende Spuren (15, 16) aufweist, daß die Inkremente sich über zwei Spuren (15, 16) erstrec ken, und daß die Bezugsmarke (BM) die Breite derjenigen der beiden Spuren (16) aufweist, welche zugleich die Bezugsmarke aufnimmt.