DE4011527C2 - Vorrichtung zur Bezugsmarkenerkennung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Bezugsmarkenerken­ nung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, zur Erfassung einer bestimmten Stellung einer Welle, beispielsweise der Kurbelwelle oder der Nockenwelle einer Brenn­ kraftmaschine, eine Geberscheibe, an deren Oberfläche Markierungen angebracht sind, an einer der Wellen der Brennkraftmaschine zu befe­ stigen und die Markierungen mit einem feststehenden Sensor abzuta­ sten. Dabei werden im Sensor von den vorbeilaufenden Markierungen Spannungsimpulse induziert, die in einer nachfolgenden Auswerte­ schaltung verarbeitet werden.

Die üblicherweise verwendeten Geberscheiben weisen an ihrer Ober­ fläche eine Vielzahl von gleichförmigen Markierungen auf, wobei we­ nigstens eine dieser Markierungen unterschiedlich ausgebildet ist, beispielsweise als fehlende Marke, als breitere oder schmalere Marke oder als abgeschrägte, halbierte oder angefräste Marke. Diese Marke dient dann als Bezugsmarke, deren Erkennung eine eindeutige Erken­ nung der Stellung der Welle ermöglicht. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 188 433 B1 bekannt.

Die bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß beim Vorbei­ lauf der Bezugsmarke am Sensor eine höherer Amplitude auftritt als beim Vorbeilauf der gleichförmigen Winkelmarken, dies führt zu Pro­ blemen bei der Auswertung.

Da die Zahl der gleichförmigen Winkelmarken üblicherweise zwischen 50 und 180 liegen soll, werden sowohl an den Durchmesser der Geber­ scheibe als auch an den Abstand zwischen Sensor und Winkelmarken be­ stimmte Forderungen gestellt. Der Durchmesser der Geberscheibe kann demnach einen bestimmten Wert nicht unterschreiten.

Aus der FR 25 26 953 A1 ist eine Vorrichtung zur Bezugsmarkenerkennung bekannt, bei der zur Verbesserung der Signalqualität die durch eine fehlende Winkelmarke gebildete Bezugsmarke mit einem zusätzlichen Metallteil zumindest teilweise aufgefüllt wird.

Die EP 0 190 513 A1 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Bezugsmarkenerkennung, bei der die Bezugsmarke als Winkelmarke ausgestaltet ist, die sich über zwei reguläre Winkelmarken sowie drei Zwischenräume erstreckt und trichterförmig ausgestaltet ist. Die der Bezugsmarke benachbarten Winkelmarken sind dabei unverändert.

In der DE 30 11 822 A1 werden mehrere Möglichkeiten für die Ausgestaltung einer Bezugsmarke beschrieben. Unter anderem weist eine der Bezugsmarken eine geringere Höhe auf als die regulären Winkelmarken und die Winkelmarke, die der Bezugsmarke benachbart ist, ist gegenüber den regulären Winkelmarken leicht geschwächt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Geberscheibe so abzuwandeln, daß unter sonst gleichen Bedingungen eine Bezugsmarke eindeutig erfaßt werden kann und der Durchmesser der Geberscheibe kleiner gewählt werden kann als bei bekannten Geberscheiben.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch eine geeignete Ausbildung der Winkelmarke sowie der dieser Marke vorausgehenden Winkelmarken bzw. nachfolgenden Winkelmarken eine eindeutige Bezugsmarkenerken­ nung möglich ist und der Durchmesser der Geberscheibe kleiner ge­ wählt werden kann als bei herkömmlichen Vorrichtungen.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau der Geberscheibe sowie den Sensor mit der nachfolgenden Auswerteschaltung, die Fig. 2a und 2b zeigen mögliche Ausgestaltungen der Bezugsmarke sowie der vorhergehenden und nachfolgenden Marken und in Fig. 3 ist der Verlauf der Sensorspannung U_s für eine Bezugsmarke nach dem Stand der Technik und für eine Bezugsmarke nach Fig. 2a angegeben.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Geberscheibe 10 abgebildet, die an ihrer Oberfläche eine Vielzahl von regelmäßigen Winkelmarken 11, die als rechteckige Zähne ausgebildet sind, aufweist. Mit 12 ist eine Bezugsmarke bezeichnet, die als fehlender Zahn dargestellt ist, wobei die Tiefe der Bezugsmarkenlücke geringer ist als die Tiefe der Lücken zwischen den übrigen Winkelmarken.

Die Geberscheibe 10 ist mit einer Welle 13, die entweder die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine oder die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine darstelle, verbunden.

Abgetastet wird die Geberscheibe 10 mittels eines Sensors 14, der beispielsweise ein Induktivsensor ist. An den Sensor schließt sich eine Auswerteschaltung 15, in der die im Sensor induzierten Spannungsimpulse in Rechteckimpulse umgewandelt werden, an. Die Verarbeitung dieser Rechteckimpulse erfolgt in einem Mikrocomputer 16 bzw. in einem Steuergerät.

Die Erkennung der Bezugsmarken erfolgt, in bekannter Weise, beispielsweise nach einer aus der EP 0 188 433 B1 bekannten Methode, bei der der zeitliche Abstand von gleichartigen Winkelmarkenflanken gemessen wird und aus den unterschiedlichen Zeitdauern die Bezugsmarke erkannt wird. Aus dem zeitlichen Abstand zwischen den gleichartigen Winkelmarkenflanken, der dem Vielwert der Drehzahl proportional ist, läßt sich weiterhin in bekannter Weise die Drehzahl ermitteln.

In den Fig. 2a, b sind zwei erfindungsgemäße Ausführungen der Bezugsmarke dargestellt.

Die in Fig. 2a dargestellte Bezugsmarke 12 ist als fehlende Winkelmarke ausgebildet. Die vorhergehende Winkelmarke 11a sowie die nachfolgende Winkelmarke 11b weisen eine geringere Höhe als die übrigen Winkelmarken 11 auf, um etwa 5% bis 15% gegenüber den übrigen Winkelmarken verringert, wobei die Größe der Verringerung abhängig von der Zahn- bzw. Winkelmarkenbreite und vom verwendeten Material erfolgt.

In Fig. 2b ist als Bezugsmarke eine fehlende Winkelmarke vorgesehen, die vorhergehende und die nachfolgende Winkelmarke 11b weisen geringere Höhe als die übrigen Winkelmarken 11 auf und die Tiefe der Bezugsmarke 12 ist geringer als die Tiefe zwischen den übrigen Winkelmarken 11. Vorteilhafterweise ist die Bezugsmarke halb so tief wie die übrigen Winkelmarkenlücken.

Das Vorbeilaufen der Winkelmarken 11, 11a, 12, 11b erzeugt im Sensor 14 Spannungsimpulse, deren Dauer und Höhe einerseits von der Drehzahl der Geberscheibe und andererseits von der Geometrie der Winkelmarken abhängt. In Fig. 3a ist die Geberspannung über der Winkelstellung aufgetragen für eine Anordnung, bei der als Bezugsmarke eine fehlende Marke dient, wobei die Bezugsmarkentiefe der Tiefe zwischen den übrigen Marken 11 entspricht.

Für Bezugsmarken nach den Fig. 2a und 2b wird ein ähnlicher Signalverlauf erhalten wie er in Fig. 3b dargestellt ist.

Da die Amplitude der im Sensor induzierten Spannung U_s für die verschiedenen Bezugsmarken nach den Fig. 2a, b nahezu gleich ist, ist eine einfachere und sichere Auswertung auch bei Verwendung von unterschiedlichen Bezugsmarken möglich. Insbesondere kann durch Anpassung der Bezugsmarkentiefe bzw. der Markenhöhe der Winkelmarken 11a und 11b ein Spannungsverlauf erhalten werden, dessen Amplitude für Bezugs- und Winkelmarken nahezu gleich ist.

Damit ist es auch möglich, eine Bezugsmarkenerfassung mit kleineren Geberrädern durchzuführen, da der Abstand zwischen den Zähnen infolge der verbesserten Auswertemöglichkeiten verringert werden kann.

So kann der Durchmesser der Geberscheibe von bisher 160 mm auf bis zu 135 mm verkleinert werden, ohne daß Probleme bei der Auswertung und Bezugsmarkenerkennung auftreten.

Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung der Bezugsmarke besteht darin, die zu schwächenden Winkelmarken 11a, 11b oder 12 über einen Teil ihrer Ausdehnung in axialer Richtung zu schwächen, wobei die Größe der Schwächung wiederum so zu wählen ist, daß die Amplitude für Bezugs- und Winkelmarken homogen wird.

Eine weitere Verbesserung der Auswertung wird erreicht, wenn die Drehzahlabhängigkeit der im Sensor induzierten Spannung durch geeig­ nete Maßnahmen kompensiert wird.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Bezugsmarkenerkennung mit einer auf einer Welle, vorzugsweise einer Brennkraftmaschine, befestigten Geberscheibe mit einer Vielzahl von gleichartigen Winkelmarkierungen, und wenigstens einer unterscheidbaren, als Bezugsmarke dienenden Winkelmarkierung, mit einem Sensor, der ein von den vorbeilaufenden Winkelmarkierungen abhängiges Ausgangssignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge und/oder die Tiefe der wenigstens einen Bezugsmarke und die Höhe der vorangehenden und nachfolgenden Winkelmarkierungen (11a, 11b) so aneinander angepaßt sind, daß bei ihrem Vorbeilaufen am Sensor (14) ein Signal erzeugt wird, dessen Amplitude näherungsweise gleich der Amplitude der Signale ist, die beim Vorbeilaufen der gleichartigen Winkelmarkierungen (11) auftritt, wobei die Höhe der vorangehenden und nachfolgenden Winkelmarkierungen (11a, 11b) um etwa 10% gegenüber der Höhe der übrigen Winkelmarkierungen verringert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Bezugsmarke (12) wenigstens eine Winkelmarkierungslänge und zwei Winkelmarkierungszwischenräume beträgt und die Tiefe der Bezugsmarke geringer ist als die Tiefe der übrigen Winkelmarkierungszwischenräume.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Bezugsmarke (12) homogen ist und die ca. Hälfte der Tiefe der übrigen Winkelmarkierungszwischenräume beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Geberscheibe (10) etwa 130 mm beträgt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Winkelmarkierungen 50 bis 60 beträgt.