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Impulsgeber
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Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Impulsgeber mit einem Sensor,
der auf einem Kern eine Hochfrequenz-Erregerspule zur Erzeugung eines Magnetfeldes
aufweist und einem bewegbaren Glied gegenübersteht, das Elemente verschiedener magnetischer
Leitfähigkeit trägt, mit einem Hochfrequenzgenerator für die Erregerspule und mit
einem Demodulator, der die durch das Material der Zähne in dem Sensor erzeugte Modulation
des flochfrequenzfeldes nachweist.
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Ein derartiger Impulsgeber ist z.B. auf den Zahnkranz der Schwungscheibe
eines Verbrennungsmotors ausgerichtet und erzeugt Impulse in Abhängigkeit von der
Drehung der Schwungscheibe bzw. der Kurbelwelle. Der Impulsgeber liefert folglich
eine Impulsfolge, die den Nachweis der jeweiligen Phase und auch Drehzahl der Kurbelwelle
ermöglieht. Das Hochfrequenzfeld des Hochfrequenzoszillators erzeugt im Kern des
Sensors ein Hochfrequenzmagnetfeld. Dieses spricht auf den Vorübergang eines Zahnes
an. Wenn die Zähne aus Werkstoffen unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit
bestehen, ergibt sich eine unterschiedliche Rückwirkung und damit eine Änderung
der Modulation, die zu einer Phasenänderung führt. Zur Messung dieser Phasenänderung
benötigt man eine genaue Ausrichtung und Anpassung mehrerer Spulen des Sensors hinsichtlich
Wicklungszahl und Wicklungsrichtung. Infolgedessen ist ein derartiger Impulsgeber
in seiner Auslegung sehr empfindlich Aufgabe der Erfindung ist eine solche Ausbildung
eines Impulsgebers der Senannten Art, daß der Nachweis der Modulation des Hochfrequenzfeldes
auf möglichst einfache, sichere und temperaturunabhängige Weise möglich ist.
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Diene Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine
Meßspule
ein amplitudenmoduliertes Hochfrequenzsignal aufnimmt und daß der Demodulator als
Amplitudendemodulator ausgebildet ist.
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Die Erfindung unterscheidet sich dadurch in nichtnaheliegender Weise
vom Stand der Technik, daß eine einzige Meßspule ein amplitudenmoduliertes Hachfrequenzsignal
aufnimmt. Es hat sich gezeigt, daß dieses amplitudenmodulierte Hochfrequenzsignal
einen hohen Modulationsgrad aufweist, so daß in einem Amplitudendemodulator eine
sichere Signalauswertung möglich ist. Bereiche unterschiedlicher magnetischer Leitfähigkeit,
also z.B. ein Bereich aus einem Werkstoff mit hohen Wirbelstromverlusten und aus
einem Werkstoff mit niedrigen Wirbelstromverlusten führen zu einem Signal mit wesentlich
unterschiedlichem Signalpegel innerhalb der Meßspule bzw. des Meßkreises, so daß
diese Signale eine hohe Amplitudenmodulation aufweisen. Es ist infolgedessen eine
sichere Signalerkennung möglich. Der Sensor arbeitet in einem Temperaturbereich
zwischen -80 und +250 "C im wesentlichen temperaturunabhängig, so daß innerhalb
des gesammten Betriebstemperaturbereiches eines Verbrennungsmotors ein einwandfreier
Betrieb gewährleistet ist.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kern
mehrere Schenkel mit gegenseitiger schwacher Kopplung aufweist.
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und daß die Meßspule auf einem Kernschenkel angeordnet ist, der mit
dem die Erregerspule tragenden Schenkel eine schwache Kopplung aufweist. Die schwache
Kopplung führt zu Signalen wesentlich unterschiedlichen Pegels innerhalb der Meßspule.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Meßspule zusammen
mit einem Kondensator einen Hilfsschwingkreis-bildet, dessen Resonanzkurve so festgelegt
ist, daß die Erregerfrequenz des Hochfrequenzgenerators auf einer Flanke der Resonanzkurve
liegt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird durch die unterschiedliche
Rückwirkung aufgrund des Materials mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften
die Hochfrequenzschwingung beeinflußt, so daß sich innerhalb des Hilfsschwingkreises
eine amplitudenmodulierte Schwingung ergibt, die durch Amplitudendemodulation ausgewertet
werden kann.
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Ferner sieht die Erfindung vor, daß die Meßspule auf einem Kernteil
angeordnet ist, der mit der Erregerspule eine lose Kopplung aufweist und daß der
Kondensator des Hilfsschwingkreises innerhalb des Sensors angeordnet ist. Mit dieser
Ausführungsform erreicht man, daß die Meßspule und der Kondensator des Hilfsschwingkreises
den gleichen Temperatureinflüssen wie der Sensor unterliegen. Dadurch kann insge-
samt
die TenperatútabhEngigkeit sehr gering gehalten werden.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Hilfsschwingkreis
parallel zu der Erregerspule des Sensors an den Oszillator angekoppelt ist. Bei
dieser Ausführungsform ist der Hilfsschwingkreis gesondert ausgebildet.
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Wenn man mit einem Rilfsschwingkreis arbeitet, ist die Erregerspule
zweckmäDigerweise ein Teil der frequenzbestimmenden Elemente des Hochfrequenzgenerators.
In Abhängigkeit von dem der Erregerspule gegenüberstehenden Werkstoff ergibt sich
eine Änderung der Resonanzfrequenz des Hochfrequenzgenerators. Der Hilfsschwingkreis
dient als Meßkreis, in dem eine amplitudenmodulierte Schwingung erzeugt wird, indem
an der Flanke der Resonanzkurve dieses Meßkreises eine Amplitudenmodulation erfolgt.
Diese amplitudenmodulierte Schwingung wird anschließend demoduliert.
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Das bewegbare Glied kann eine in gerader Richtung bewegte Stange,
z.B. eines Schlittens oder einer Schlittenführung oder ein Rotor einer Maschine,
z*B. eines Verbrennungsmotors, sein.
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Ausführungsformeh der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme
auf die anliegenden Zeichnungen erläutert, in denen darstellen: Fig. 1 eine schematische
Gesamtansicht eines Impulsgebers mit einem Rotor Fig. 2 bis 10 unterschiedliche
Ausführungsformen des Sensors, Fig. 11 die Schaltungsanordnung einer ersten Ausführungsform
des Impulsgebers und Fig. 12 und 13 Schaltungsanordnungen weiterer Ausführungsformen
des Impulsgebers.
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Fig, 1 zeigt einen Rotor 1, der z.B. das Schwungrad eines Verbrenntingsmotors
sein kann und der einen äußeren Zahnkranz 2 aufweist.
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Die Zähne des Zahnkranzes 2 bestehen normalerweise aus einem Werkstoff,
der mit hohen Wirbelstromverlusten behaftet ist. Die Zähne kennen mindestens teilweise
süf ihrer Oberseite mit einem Werkstoff belegt sein, der geringe Wirbelstromverluste
aufweist. Diese Werkstoffe haben also unterschiedliche magnetische Leitfähigkeit.
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Dem Umfang des Zahnkranzes steht ein Sensor 3 gegenüber, der in Fig.
1 nur schematisch datgestellt ist. Dieser Sensor 3 enthält einen in Flug, 1 Im einzelnen
nicht dargestellten Kern sowie eine Erregerspule 4 und gegebenenfalls eine nicht
dargestellte Meßspule. Die Erregerspule 4 ist an einen Mochfrequenzgenerator 5 angeschlossen.
Außerdem führt eine Verbindung von der Erregerspule 4 bzw. der Meßspule zu
einem
Amplitudendemodulator 6, dessen Demodulationssignai in einem Impulsformer 7 zu Impulsen
geformt wird.
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Der Sensor 3 kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein.
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Die Fig. 2 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Topfkernen.
Ein Topfkern 8 nach Fig. 2 weist auf der äußeren Ringwandung die Erregerspule L1
und auf dem inneren Schwenkel des Kerns die Meßspule L2 auf. Der Topfkern 8 nach
Fig. 3 weist lediglich auf dem inneren Schenkel die Erregerspule L1 auf. Der Topfkern
8 nach Fig. 4 ist auf dem inneren Schenkel mit einer Erregerspule L1 bewickelt.
Eine Meßspule L2 ist auf der Rückseite des Topfkerns angeordnet und lose angekoppelt.
Fig. 5 zeigt einen E-Kern, dessen äußere Schenkel die Erregerwickiung L1 und dessen
mittlerer Schenkel die Meßwicklung L2 trägt.
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Fig. 6 zeigt einen U-Kern mit einer einzigen Erregerwicklung L1. Fig.
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7 zeigt einen Stabkern mit einer Erregerwicklung L1.
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Die Fig. 8 und 9 zeigen weitere Ausführungsformen von Topfkernen
oder E-Kernen.
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Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kerns. Ein Kernmantel
9 sowie ein Mittelkern 10 sind jeweils in einen Trägerkörper 11 eingesetzt. Diese
Ausführungsform des Sensors ist herstellungsmäßig besonders günstig.
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Der gesamte Impulsgeber mit seinem Schaltungsaufbau ist in verschiedenen
Ausführungsformen in den Fig. 11 bis 13 dargestellt.
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Die Schaltung nach Fig. 11 ist für solche Impulsgeber vorgesehen,
bei denen der Sensor zwei Wicklungen L1 und L2 trägt, die schwach miteinander gekoppelt
sind. Die Wicklung L1 bildet zusammen mit einem Kondensator C1 einen Schwingkreis.
Die durch die schwache Kopplung in der Meßwicklung L2 induzierte Schwingung wird
in dem Amplitudendemodulator 6 ausgewertet. Diese Schaltungsanordnung entspricht
einem Kernaufbau nach den Fig. 2 und 5.
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Eine abgewandelte Ausführungsform nach Fig. 12 umfaßt einen Erregerschwingkreis
aus der Erregerspule L1 und den Kondensator C1. Die Meßspule, die auf dem Sensorkern
mit loser Kopplung angeordnet ist, bildet zusammen mit einem Kondensator C2 einen
Hilfsschwingkreis Sch.
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Dieser Hilfsschwingkreis ist so abgestimmt, daß die Frequenz des Hochfrequenzoszillators
auf der Flanke der Resonanzkurve des Hilfsschwingkreises liegt. Entsprechend der
Rückwirkung des mit Wirbelstromverlusten behafteten Materials ändert sich die Frequenz
des Erregerschwingkreises, so daß innerhalb des Hilfsschwingkreises eine amplitudenmodulierte
Schwingung auf der Flanke der Resonanzkurve erzeugt
wird. Die Amplitudenmodulation
dieser Schwingung wird im dem Amplitudendemodulatör 6 nachgewiesen. Bei dieser Schaltungsanordnung
nach Fig. 12 befifldet sich sowohl der Erregerschwingkreis als auch der Hilfs0chwingkreis
innerhalb des Sensors, so daß die Temperatureinflüsse auf beide Schwlngkreise in
gleicher Weise wirksam sind. Dadurch erhält an eine besonders hohe Temperaturstabilisierung
der Anordnung. Die Anordnung nach Fig. 12 entspricht der Sensordarstellung nach
den Fig. 2, 4, 5, 8, 9 und 10.
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Fig. 13 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung, bei der der HilfsschwinSkreis
aus der Meßspule L2 und dem Kondensator C2 gesondert ton dem Sensorkopf angeordnet
sind. Der Sensorkopf trägt lediglich eine Erregerspule L1, die zusammen mit einem
Kondensator C1 den Schwingkreis des Hochfrequenzdszillators 5 darstellt. Der Hochfrequenzoszillator
5 ist Uber einen Kondensator C3 mit dem Hilfsschwingkreis Sch gekoppelt. Diese Schaltungsanordnung
entspricht der Sensoranordnung nach den Fig. 3, 6-und 7.