DE4004770C2 - - Google Patents

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.