DE4004770C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Meßvorrichtung gemäß dem Ober
begriff des Anspruches 1, die vorteilhaft beispielsweise
zum Erfassen des Kurbelwinkels in einer Zündzeitpunkt-
Steuervorrichtung von Brennkraftmaschinen einsetzbar ist.
Unterschiedliche Bauarten von Halleffekt-Meßvorrichtungen
werden weithin angewendet, zum Beispiel als Positionsgeber,
Winkelgeber und Geschwindigkeitsgeber.
Es ist ein Hall-IC
bekannt, der durch Integrieren und Packen eines Hallgeber
elementes für solch eine Meßvorrichtung gebildet ist. Ferner
ist eine Halleffekt-Meßvorrichtung
für den Einsatz im Automobilbau, beispielsweise zum Steuern des Zündzeit
punktes bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung
bekannt, wobei der Hall-IC und ein Magnetkreis mittels
eines Harzes zu einer Einheit vergossen sind (Lachmann, U.: "Funktion
und Anwendung der Hall-Magnet-Gabelschranke HKZ101", DE-Z. Siemens Components
20 (1982), Heft 3, S. 73-75).
Um eine derartige Halleffekt-Meßvorrichtung zusammenzubauen,
müssen die Positionen der Bauteile, wie des Hall-IC und der
Bauteile des magnetischen Kreises unter Verwendung von
Aufspann- oder Setzvorrichtungen für die betreffenden Bau
teile aufgesucht werden, worauf ein wärmeaushärtendes Harz
um die so positionierten Bauteile vergossen wird und das
Harz in einem Ofen ausgehärtet wird. Das Festlegen der
Positionen der Bauteile erforderte unterschiedliche Arten
von Setz- oder Aufspannvorrichtungen, wobei die Positionier
genauigkeit schlecht ist. Infolgedessen schafft die konven
tionelle Halleffekt-Meßvorrichtung Schwierigkeiten insofern,
als sie sich nicht für eine Großserienherstellung eignet
und Signale nur geringer Genauigkeit abgibt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die erörterten Schwierigkeiten
der konventionellen Halleffekt-Meßvorrichtung zu beseitigen
und eine Halleffekt-Meßvorrichtung zu schaffen, bei der
leicht die Positionen der Bauteile bestimmt werden können,
bei der ferner die Signalgenauigkeit groß ist und bei der
schließlich die Montage in einer automatisierten Produk
tionslinie erleichtert ist.
Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Rahmenkörper nach der Erfindung kann die Bauteile des
Magnetkreises und das Hallgeberelement mittels des Halters
positionieren und halten und dadurch die Montage der ge
samten Meßvorrichtung unter Vermeiden von Setzvorrichtungen
zum Positionieren dieser Bauteile erleichtern. Ferner stellt
die Erfindung eine Halleffekt-Meßvorrichtung bereit, bei
der das Positionieren der Bauteile verbessert, die Signal
genauigkeit erhöht und die Automatisierung bei der Montage
begünstigt ist.
Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeich
nungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführung der
Halleffekt-Meßvorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 eine Seitenansicht der Ausführung nach Fig. 1;
Fig. 4 einen Schnitt durch die Geberanordnung gemäß
Fig. 2;
Fig. 5 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 2 einer zweiten
Ausführung einer Meßvorrichtung gemäß der Erfin
dung;
Fig. 6 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführung einer
Meßvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 7 eine vierte Ausführung der Meßvorrichtung nach
der Erfindung;
Fig. 8 eine teilweise geschnittene Ansicht nach der Linie
VIII-VIII in Fig. 7;
Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX in Fig. 10
durch eine fünfte Ausführung einer Meßvorrichtung
nach der Erfindung; und
Fig. 10 einen Schnitt nach der Linie X-X in Fig. 9.
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine erste Ausführung einer
Halleffekt-Meßvorrichtung nach der Erfindung. Fig. 2 ist
ein Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1. Fig. 3 ist
eine Seitenansicht der ersten Ausführung. Die Meßvorrichtung
der ersten Ausführung eignet sich zum Messen des Kurbelwin
kels einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung.
Wie gezeigt weist die Halleffekt-Meßvorrichtung 1 einen
Meßteil 2, einen Anschlußteil 3, einen Magnetteil 4, einen
Spalt 5 und Montageteile 6 auf. Ein Rahmenkörper 10, der
durch Spritzgießen aus einem Kunstharz in einem primären
Formvorgang hergestellt ist, bildet den Anschlußteil 3 und
die Montageteile 6 und weist Halter 11 und 12 sowie einge
setzte Leiter 31 auf, die einstückig in ihn eingebettet
sind. Die eingesetzten Leiter 31 dienen zum Herausführen
von Ausgangssignalen aus dem Meßteil und haben ausgesetzte
Teile 31a, die nicht vom Rahmenkörper 10 umschlossen sind.
Die eingesetzten Leiter 31 haben Enden, welche Anschluß
stücke 31b des Anschlußteils 3 bilden. Der Halter 11 des
Rahmenkörpers hält eine Geberanordnung 26, welche den Meß
teil bildet. Die Geberanordnung 26 ist von einem Hall-IC 21,
einem Magnetflußleiter 22, einer Schutzplatte 23, einem
Halteelement 24 zum Halten dieser Bauteile und Dichtmaterial
25 gebildet. Die Geberanordnung 26 kann in einem getrennten
Prozeß vorgefertigt werden. In diesem getrennten Prozeß
sind der Magnetflußleiter 22, der Hall-IC 21 und die Schutz
platte 23 aus nicht magnetischem Werkstoff, wie rostfreiem
Stahl, vom Halteelement 24 gehalten (ein Haltemechanismus
ist nicht dargestellt). Dann wird die so vorgefertigte
Anordnung gemäß Fig. 4 umgekehrt und die durch das Halte
element 24 und die Schutzplatte 23 gebildete Aussparung mit
dem Dichtmaterial 25, wie einem Silikongel, gefüllt, um die
Anordnung fertigzustellen. Der Hall-IC 21 hat Anschlußdrähte
21a, die aus seinem Hauptkörper herausragen. Die Anschluß
drähte sind elektrisch mit den ausgesetzten Teilen 31a des
eingesetzten Leiters 31 zum Beispiel durch Punktschweißen
bei J in Fig. 2 verbunden.
Der am Rahmenkörper 10 geformte Halter 12 hält einen Magnet
flußleiter 42, welcher seinerseits einen Magnet 41 bei
spielsweise mittels Klebstoff hält. Ein Vergußkörper 7
wird dazu verwendet, die gesamte Oberfläche des Anschluß
bereichs J, der Sensoranordnung 26 und des Rahmenkörpers 10
als Ganzes zu umgeben. Der Vergußkörper 7 kann aus einem
wärmeaushärtenden Kunstharz oder aus einem thermoplastischen
Harz durch sekundäres Formen unter Verwendung beispielsweise
von Formen hergestellt werden, die in Fig. 2 mit 8a und 8b
bezeichnet sind.
Da der Rahmenkörper 10 wie vorher erläutert mit den Haltern
11 und 12 ausgestattet ist, können die Bauteile (der Hall-
IC 21, der Magnetflußleiter 22, der Magnet 41, der Magnet
flußleiter 41 usw.) mittels der Halter 11 und 12 gehalten
werden, um eine zum Positionieren der Bauteile beim Durch
führen des sekundären Formens mittels der Formen 8a und 8b
erforderliche Einsetzvorrichtung zu vermeiden und so die
Montage der Meßvorrichtung zu erleichtern. Zusätzlich kann
die Positionierungsgenauigkeit der Bauteile leicht erhöht
werden, was zu einer Meßvorrichtung hoher Genauigkeit führt.
Ferner umgibt der durch das sekundäre Formen gebildete
Vergußkörper 7 den Anschlußteil J, die Magnetkreisbau
teile 22, 41 und 42 usw. und führt so zu den Vorteilen, daß
die Meßvorrichtung hohe Korrosionsfestigkeit und mecha
nische Steifigkeit aufweist.
Die Meßvorrichtung des oben beschriebenen Aufbaus kann so
ausgebildet sein, daß ein Verschlußteil des Magnetflußunter
brechers zylindrischer oder scheibenförmiger Gestalt in den
Spalt 5 bewegbar ist. Wenn der Magnetflußunterbrecher ver
dreht wird, wird die Änderung des Magnetflusses, welche
von der Drehung des Magnetflußunterbrechers abhängt, zum
Hall-IC 21 gemeldet. Der Hall-IC 21 gibt ein elektrisches
Signal ab, das von der Drehung des Magnetflußunterbrechers
basierend auf dem wohlbekannten Halleffekt abhängt. Das
elektrische Signal wird über den Anschlußteil 3 nach außen
übertragen und beispielsweise durch einen Signalwellenformer
in einer nicht gezeigten Verarbeitungsschaltung weiterver
arbeitet. Wenn die Halleffekt-Meßvorrichtung 1 beispiels
weise in einer Zündzeitpunkt-Steuervorrichtung für eine
Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung eingesetzt wird,
ist sie beispielsweise im Verteilergehäuse (der Verteiler
und sein Gehäuse sind zur größeren Klarheit nicht darge
stellt) untergebracht. Der Magnetflußunterbrecher kann
synchron mit der Maschine gedreht werden, um beispielsweise
einen Kurbelwinkel zu erfassen, was die Steuerung des
Zündzeitpunktes basierend auf dem gemessenen Kurbelwinkel
ermöglicht.
Fig. 5 ist ein Schnitt durch die wesentlichen Teile einer
zweiten Ausführung der Meßvorrichtung nach der Erfindung.
Der Anschlußteil 3 wird bei dieser zweiten Ausführung erfin
dungsgemäß durch den Vergußkörper 7 gebildet.
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf eine dritte Ausführung der
Meßvorrichtung nach der Erfindung. Bei dieser dritten Aus
führung sind zwei Magnetflußunterbrecher 9 zur Drehung um
eine Welle O vorgesehen. Ferner sind zwei Meßvorrichtungen
den entsprechenden Magnetflußunterbrechern zugeordnet.
Bezugszahlen 2a und 2b bezeichnen Meßteile, Bezugszahlen 4a
und 4b bezeichnen Magnetkreis-Bauteile und Bezugszahlen 5a
und 5b bezeichnen Spalte. Die Meßvorrichtung kann derart
eingesetzt werden, daß eine der beiden Meßvorrichtungen
Referenz-Winkelstellungen und die andere Drehwinkel mißt.
Wenngleich die Meßvorrichtung nach den beschriebenen drei
Ausführungen so ausgebildet ist, daß der Hall-IC 21 und der
Magnetflußleiter 22 durch die Halter 11 des Rahmenkörpers
10 mittels des Halteelementes 24 positioniert und gehalten
sind, ist die Erfindung hierauf nicht notwendig beschränkt.
Der Hall-IC und der Magnetflußleiter können unmittelbar von
dem Halter 11 positioniert und gehalten sein. Ferner sind
bei den Meßvorrichtungen nach den beschriebenen drei Aus
führungen Abwandlungen insoweit möglich, als die Positionen
des Hall-IC 21 und des Magnets 22 vertauschbar sind oder daß
der Magnet 41 und der Hall-IC 21 mittels des Halteelementes
24 zusammenhaltbar sind. Ferner sind die Positionen, die
Formen und die Anzahl der Halter 11 und 12 nicht auf die
jenigen nach den beschriebenen drei Ausführungen beschränkt.
Eine vierte Ausführung der Erfindung wird nun im einzelnen
anhand der Zeichnungen beschrieben. Fig. 7 zeigt einen
Schnitt durch eine vierte Ausführung der Halleffekt-Meßvor
richtung nach der Erfindung. Fig. 8 ist eine teilweise
geschnittene Ansicht nach der Linie VIII-VIII in Fig. 7.
Die vierte Ausführung ist ebenfalls so ausgebildet, daß sie
als Meßvorrichtung zum Messen des Kurbelwinkels einer Brenn
kraftmaschine mit innerer Verbrennung einsetzbar ist.
Wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt, hat die Halleffekt-
Meßvorrichtung 101 gemäß der Erfindung einen Magnetkreis
former 102 mit einem Spalt 120 und einem in den Magnetkreis
eingeschalteten Hall-IC 103. Der Magnetkreisformer 102 weist
einen Magneten 121, einen ersten Magnetflußleiter 122 und
einen zweiten Magnetflußleiter 123 auf. Ein Rahmenkörper
104, der aus einem wärmeaushärtenden Kunstharz oder einem
thermoplastischen Kunstharz durch primäres Formen herge
stellt ist, hat darin eingebettete Leiter 105. Der Rahmen
körper 104 weist Halter 141a und 141b zum Positionieren und
Halten des Magnetkreisformers 102, einen Halter 142 zum
Positionieren und Halten des Hall-IC 103 sowie Halter 143
zum Halten einer Platte 106 auf, die aus unmagnetischem
Werkstoff besteht und die zum Spalt 120 hinweisende Ober
fläche des Hall-IC 103 schützt. Der Hall-IC 103 hat Lei
tungsdrähte 131, die elektrisch mit den Enden 151 der einge
setzten Leiter 105 zum Beispiel durch Punktschweißen am
Anschlußteil J angeschlossen sind. Der Raum zum Positionie
ren und Halten des Hall-IC 103 und des zweiten Magnetfluß
leiters 123 zwischen Rahmenkörper 104 und Platte 106 ist mit
thixotropischem Silikongel 107 geringer Kriechfähigkeit
ausgefüllt. Ein Vergußkörper 108 umgibt den Rahmenkörper
104 und den Magnetkreisformer 102 sowie den von dem Rahmen
körper 104 gehaltenen Hall-IC 103 und bildet einen Anschluß
181 an den anderen Enden 152 des eingesetzten Leiters 105.
Der Vergußkörper 108 kann aus gleichem oder unterschied
lichem Werkstoff wie der Rahmenkörper 104 unter Verwendung
von beispielsweise einer Form mit einer oberen Formhälfte
109a und einer unteren Formhälfte 109b geformt werden. Der
Magnet 121 wird vorher mittels eines Klebstoffes mit dem
ersten Magnetflußleiter 122 verklebt.
Da die Meßvorrichtung der vierten Ausführung so ausgebildet
ist, daß der Rahmenkörper 104 den Hall-IC 103 und den Ma
gnetkreisformer 102 positionieren und halten kann, und daß
der Rahmenkörper 104, der Hall-IC 103 und der Magnetkreis
former 102 zur Bildung einer Einheit von dem Vergußkörper
108 umgeben ist, ist eine Einsetzvorrichtung zum Fixieren
des Hall-IC Magnetkreisformers usw. vermieden, wodurch die
Positioniergenauigkeit der entsprechenden Bauteile leicht
erhöht werden kann. Außerdem können die Bauteile positio
niert und in vorbestimmten Positionen eingepaßt bei der
Montage der Meßvorrichtung gehalten werden, wodurch die
Automatisierung bei der Montage begünstigt wird. Der Aufbau
der Meßvorrichtung eliminiert ausgesetzte Bereiche der
Bauteile, so daß die Meßvorrichtung hohe Korrosionsfestig
keit aufweist. Ferner erhöht der feste Sitz der Bauteile
die Widerstandsfähigkeit der Vorrichtung, und die erhöhte
Positioniergenauigkeit schafft eine Meßvorrichtung hoher
Genauigkeit.
Die Fig. 9 und 10 zeigen die wesentlichen Teile der
Meßvorrichtung einer fünften Ausführung gemäß der Erfindung.
In den Fig. 9 und 10 bezeichnet Bezugszahl 132 eine
Leiterplatte und Bezugszahl 133 bezeichnet einen Signalver
arbeitungs-IC auf der Leiterplatte 132, der das Ausgangs
signal des Hall-IC 103 einem Wellenformvorgang unterzieht.
Die mit den übrigen Bezugszahlen belegten Bauteile sind
gleich wie bei der Meßvorrichtung nach den Fig. 7 und 8,
und solche Bauteile sind zur Vereinfachung nicht nochmals
beschrieben. Bei der fünften Ausführung ist der Signalver
arbeitungskreis in die Meßvorrichtung integriert, um eine
Halleffekt-Meßvorrichtung zu schaffen, die kompakter und
leichter zu handhaben ist.
Wenngleich bei der vierten und der fünften Ausführung der
Hall-IC 103 und der zweite Magnetflußleiter 123 auf der
rechten Seite und der erste Magnetflußleiter 122 und der
Magnet 121 auf der linken Seite angeordnet sind, ist die
Erfindung hierauf nicht beschränkt. Eine Abwandlung ist
beispielsweise in der Form möglich, daß die Positionen des
Hall-ICs 103 und des Magneten 121 vertauscht sind oder daß
der Magnet 121 auf der gleichen Seite wie der Hall-IC 103
angeordnet sind. Weitere Abwandlungen sind möglich. Bei
spielsweise können mehrere Meßeinheiten mit Magnetkreisfor
mern 102 und Hall-ICs 103 vorgesehen sein. Ferner kann der
Hall-IC 103 in Gestalt eines reinen Chips ausgebildet sein.
Wenngleich die beschriebenen Ausführungsformen für die
Anwendung zum Messen des Kurbelwinkels einer Zündzeitpunkt
regelvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit innerer
Verbrennung beschrieben sind, ist die beschriebene Vorrich
tung auch für andere Anwendungsfälle brauchbar. Beispiels
weise kann der Magnetflußunterbrecher linear bewegt werden,
und die Meßvorrichtung kann als Positionssensor oder als
Geschwindigkeitssensor eingesetzt werden.
Claims (4)
1. Halleffekt-Meßvorrichtung mit einem Magnetkreisformer
(22, 41, 42, 102, 121, 122) und einem Hallgeberelement
(21, 103), welches in den vom Magnetkreisformer gebildeten
Magnetkreis eingeschaltet ist, und mit einem Vergußkörper
(7, 108) aus Kunstharz, der die Teile der
Meßvorrichtung einschließt, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Rahmenkörper (10, 104) vorgesehen
ist, von dem ein Teil als Halter (11, 12, 141a,
141b, 142) zum Positionieren und Halten des Magnetkreisformers
(22, 41, 42, 102, 121, 122) und des Hallgeberelementes
ausgebildet ist, daß der Rahmenkörper (10,
104) durch primäres Formen gebildet ist, und daß der
Vergußkörper (7, 108) aus Kunststoff, welcher den Magnetkreisformer
(22, 41, 42, 102, 121, 122) und das Hallgeberelement
(21, 103) zusammen mit dem Rahmenkörper
(10, 104) einschließt, durch sekundäres Formen erzeugt
ist.
2. Halleffekt-Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß in den Rahmenkörper
(10) Leiter (31) mit aus dem Rahmenkörper (10) ausgesetzten
Teilen (31a) zum Herausführen eines Ausgangssignals
zu dem darin eingebetteten Hallgeberelement (21) eingesetzt
sind.
3. Halleffekt-Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Hallgeberelement
(21) aus seinem Hauptkörper herausführende Leitungsdrähte
(21a) aufweist, die mit den ausgesetzten Teilen
(31a) elektrisch verbunden sind.
4. Halleffekt-Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verbindungsbereiche
zwischen den Leitungsdrähten (21a) des Hallgeberelementes
(21) und den ausgesetzten Teilen (31a) der eingesetzten
Leiter (31) von dem Vergußteil (7) umgeben sind.
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