DE3837390A1

DE3837390A1 - Stillstandssensor

Info

Publication number: DE3837390A1
Application number: DE19883837390
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing Bek; Erhard Ing Grad Kobinger
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1988-11-03
Filing date: 1988-11-03
Publication date: 1990-05-10

Description

Die Erfindung betrifft einen Stillstandssensor mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Aus dem Siemens Datenbuch 1982/83 Teil 1, "Sensoren Magnet feldhalbleiter" sind mit Feldplatten arbeitende Differential-Fühler zur Drehsinnerfassung rotierender Elemente bekannt. Hierbei wird die Drehung des zu beobachtenden Elementes auf ein Zahnrad mit unsymmetrischem Zahn-Zahnlücke-Verhältnis übertragen, das von dem Fühler abgetastet wird. Die Fühler liefern ein impulsförmiges Ausgangssignal, aus dessen Mittel wert die Drehrichtung bestimmt werden kann. Anstelle von Feldplattensensoren sind auch Hallsensoren oder Induktivgeber üblich.

Verwendet man solche Sensoren als Stillstandsindikatoren, auch Stillstandsgeber genannt, in Fällen, wo als Antriebsma schine ein Verbrennungsmotor dient, dann treten auch bei Stillstand der vom Motor abgekuppelten zu überwachenden Welle Vibrationen des Geberzahnrades auf, die ein Ausgangssignal des Sensors verursachen, das fälschlicherweise als Bewegungs signal gewertet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Auftreten sol cher Ausgangssignale bei Stillstand eines auf Rotation zu überwachenden Elementes zu verhindern. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiter bildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn zeichnet.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die durch die unvermeidlichen Vibrationsdrehschwingungen verursachten fal schen Ausgangssignale des Stillstandsgebers unterdrückt und nur echte Signale, die von einer tatsächlichen Drehbewegung herrühren, an die nachfolgende Auswertschaltung abgegeben. Falsche Befehle oder Schaltvorgänge aufgrund falscher Bewe gungsmeldungen lassen sich auf diese Weise vermeiden. Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung liegt bei der Ge triebesteuerung von Schwerfahrzeugen, wo der Stillstand um laufender Wellen zur Durchführung bestimmter Steuerbefehle Voraussetzung ist.

Eine fertigungstechnisch besonders günstige Form des Geberra des besteht in dessen Ausbildung als Quadrat mit abgerundeten Ecken, also einer Sonderform eines Zahnrades mit vier Zähnen.

Die Erfindung sei nachfolgend anhand der Darstellungen eines Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schemazeichnung einer Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Stillstandsgebers;

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Schwellwertschalters des Gebers nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Schwellwertschalters und

Fig. 4 ein Anwendungsbeispiel in Verbindung mit einem Tacho meterwellenantrieb.

In Fig. 1 erkennt man links ein Meßzahnrad 1 in Form eines Quadrates mit abgerundeten Ecken, welches um eine Welle 2 drehbar ist. Rechts daneben erkennt man einen Fühler 3, der den Abstand zur Zahnradoberfläche abfühlt. Sein Ausgangssig nal wird über eine Leitung 4 einem Schwellwertschalter 5 zugeführt, der zwei Schwellwerte, nämlich einen Einschaltwert und einen Ausschaltwert hat, wie durch das symbolische Dia gramm 6 angedeutet ist. Übersteigt seine vom Fühler 3 gelie ferte Eingangsspannung den im Diagramm mit 7 bezeichnete Einschaltwert, dann liefert er beispielsweise ein Ausgangs signal U _a von hohem Pegel 8, und wenn seine Eingangsspannung danach den Ausschaltwert 9 wieder unterschreitet, dann fällt sein Ausgangssignal U _a wieder auf einen niedrigen Pegel 10. Dreht sich das Meßzahnrad 1 um seine Welle 2, dann erscheint am Ausgang des Schwellwertschalters 5 ein impulsförmiges Ausgangssignal U _a, wie es in Fig. 1 rechts veranschaulicht ist.

Es wird nun anhand der Fig. 2 und 3 der Verlauf der Aus gangsspannung U _s des Fühlers über dem Drehwinkel α des Meß zahnrades 1 betrachtet. In Fig. 2 ist der Abstand der Kontur des Meßzahnrades vom Fühler mit x bezeichnet, der minimale Radius des Meßzahnrades mit b und sein maximaler Radius mit R. Mit d₁ ist der Winkel bezeichnet, um den sich das Meßzahn rad aus der in Fig. 2 gezeichneten Null-Stellung maximalem Abstandes seiner Kontur vom Fühler drehen muß, bis der mini male Konturabstand zum Fühler erreicht ist. Im Verlauf dieser Drehung um den Winkel ϕ₁ verläuft der Abstand gemäß dem ge krümmten Teil der Fig. 3 dargestellten Kurve nach der Funk tion

wenn der Abstand für den sich anschließenden Teil konstanten Radius′ R mit 1 bezeichnet wird. Für die Darstellung gemäß Fig. 3 sind folgende Werte angenommen worden: 1 = 0,5 mm, R = 14,8 mm und b = 13 mm.

Die Ausgangsspannung U _s des Fühlers 3 steht in einer festen Beziehung zu diesem Abstand, beispielsweise in umgekehrt proportionalem oder direkt proportionalem Verhältnis, wobei hier eine direkte Proportionalität angenommen sei, so daß die Abstandskurve nach Fig. 3 gleichzeitig die Ausgangsspan nung U _s wiedergeben möge. Ferner sind in Fig. 3 der Einschaltwert 7 (obere Schaltschwelle) und der Ausschaltwert 9 (untere Schaltschwelle) des Schwellwertschalters 5 einge zeichnet, zwischen denen der Hysteresebereich dieses Schal ters liegt. Diesem Spannungsunterschied zwischen Einschalt und Ausschaltwert entspricht ein Drehwinkelbereich a _s des Meßzahnrades 1, innerhalb dessen bei der dargestellten Kon tur, auf die sich ja die Kurve nach Fig. 3 bezieht, Drehschwingungsvibrationen des Meßzahnrades bleiben müssen, damit die Ausgangsspannung U _s des Fühlers nicht beide Schalt schwellen durchläuft.

Daraus ergibt sich an die Zahnform des Meßrades die Forde rung, daß die Zahnflankensteilheit nur so groß sein darf, daß innerhalb des Vibrationswinkels die Sensorausgangsspan nung kleiner als die Hysteresebreite, also der Spannungsun terschied zwischen oberer und unterer Schaltschwelle, bleibt. Solange dieses Kriterium erfüllt ist, bewirken die Vibratio nen des Meßzahnrades keine Umschaltung des Schwellwertschal ters 5, so daß die von den Vibrationen herrührenden Schwan kungen der Sensorausgangsspannung U _s durch den Schwellwert schalter 5 ausgefiltert werden und dieser nur eine Ausgangs spannung U _a liefert, wenn sich das Meßzahnrad wirklich über diesen Vibrationsbereich hinaus dreht. Die Zahnflankensteil heit hängt damit von dem Vibrationswinkel ab, und je kleiner dieser ist, desto größer darf die Flankensteilheit sein und umgekehrt. Die Erfindung ist daher nicht auf ein Meßzahnrad quadratischer Kontur mit abgerundeten Ecken beschränkt, wie es in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht ist, sondern die Zähne des Meßzahnrades können grundsätzlich jede Form haben, solange deren Flankensteilheit dem oben genannten Kriterium genügt.

Solange sich die Welle 2 mit dem Meßzahnrad 1 nicht wirklich dreht, sondern nur um einen Winkel vibriert, der kleiner als a _s ist, so bleibt die Ausgangsspannung U _s des Fühlers innerhalb des Hysteresebereiches zwischen den Schaltschwel len 7 und 9, so daß der Schalter 5 nicht anspricht und keine Ausgangsspannung U _a liefert, welche eine Drehung der Welle 2 vortäuschen würde. Dreht sich die Welle mit dem Meßzahnrad jedoch tatsächlich, so durchläuft die Sensorspannung U _s den gesamten dargestellten Bereich, wobei beide Schwellwerte 7 und 9 durchlaufen werden und demzufolge der Schwellwert schalter 5 hin- und hergeschaltet wird und eine rechteckige Ausgangsspannung U _a liefert, wie sie in Fig. 1 angedeutet ist. Diese Ausgangsspannung ist daher ein zuverlässiges An zeichen, daß sich die Welle 2 dreht und nicht nur vibriert.

Fig. 4 zeigt ein spezielles Ausführungsbeispiel für einen Präzisions-Schwellwertschalter 5, bei dem zusätzlich eine Möglichkeit zur Überprüfung des Fühlers mit Hilfe einer Prüf schaltung 11 vorgesehen ist. Im Schwellwertschalter 5 sind zwei Operationsverstärker 12 und 13 vorgesehen, von denen jeweils ein Eingang mit Hilfe je eines Spannungsteilers 14 bzw. 15 auf den oberen bzw. unteren Schwellwert vorgespannt ist. Durch geeignete Bemessung der beiden Spannungsteiler lassen sich diese Schwellwerte in gewünschter Weise einstel len. Den beiden anderen zusammengeschalteten Eingängen wird die Sensorspannung U _s nach Durchlaufen einer am Eingang vor gesehenen Schutzschaltung 16 zugeführt. Die Ausgangssignale der beiden Operationsverstärker 12 und 13 werden über eine Logikschaltung 17 zur Ausgangsspannung U _a des Schwellwert schalters kombiniert.

Fig. 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stillstandssensors bei einem Tachowellenabtrieb zur Überwa chung des Stillstands oder der Bewegung eines Kraftfahrzeugs. man erkennt ein Abtriebsgehäuse 18, in welchem eine Welle 19 gelagert ist, die an einer Seite ein Zahnrad 20 trägt, das mit einem Getriebezahnrad kämmt, und die an ihrer anderen Seite mit einer Tachowelle 21 gekuppelt ist, die zum Tachome ter des Fahrzeugs führt. Auf der Welle 19 ist das Meßzahnrad 1 befestigt, und neben diesem ist der Fühler 3 am Abtriebs gehäuse 18 angeordnet. Bewegt sich das Fahrzeug, so wird über das Zahnrad 20 die Welle 19 in Drehung versetzt, und diese Drehung wird über die Tachowelle 21 zum Tachometer übertragen. Außerdem dreht sich das Meßzahnrad 1 mit der Welle 19, so daß der Fühler 3 Ausgangssignale liefert, wie oben beschrieben. Im Stillstand führen jedoch die Motorvibra tionen zu Drehwinkelvibrationen von stillstehenden Getriebe wellen, und diese Vibrationen werden auf die Welle 19 über tragen. Ohne die erfindungsgemäße Ausbildung des Stillstands gebers würden diese Vibrationen zu Ausgangssignalen des Füh lers führen, die fälschlicherweise als Drehsignale gewertet werden könnten und eine Bewegung des Fahrzeuges vortäuschen würden, obwohl dieses steht. Durch die Erfindung werden die se täuschenden Schwingungssignale jedoch ausgefiltert, so daß das Ausgangssignal des Sensors eine eindeutige Aussage über Stillstand oder Bewegung des Fahrzeugs ergibt.

Claims

1. Stillstandssensor für eine drehbare Welle, insbesondere eines Fahrzeuggetriebes mit einem mit der Welle drehfest verbundenen Geberrad, dessen Außenradius sich über seinen Umfang ändert, und mit einem gegenüber dem Geberrad fest angeordneten Abstandsfühler zur Lieferung eines Abstands änderungen zum Geberradumfang darstellenden Signals, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abstandsfühler (Fühler 3) ein hyste resebehafteter Schwellwertschalter (5) nachgeschaltet ist und daß die Hysteresebreite und die maximale Flankensteil heit der Radiusänderungen des Geberrades (Meßzahnrad 1) mit derartiger Beziehung zueinander bemessen sind, daß durch im Betrieb auftretende Wellenvibrationen bedingte Schwankun gen des Ausgangssignals (US) des Abstandsfühlers kleiner als die Hysteresebreite des Schwellwertschalters sind.

2. Stillstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangskontur des Geberrades (Meßzahnrad 1) die Form eines Quadrates mit abgerundeten Ecken hat (Fig. 2).

3. Stillstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Hysterese des Schwellwertschalters (5) durch Festlegen eines oberen und eines unteren Schwellwertes (7 bzw. 9) einstellbar ist.

4. Stillstandssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Geberrad (Meßzahnrad 1) auf der Welle (10) eines Tachoabtriebes und der Fühler (3) im Abtriebsgehäuse (18) angeordnet sind (Fig. 5).