DE4028969A1 - Drehstellungsgebereinrichtung und darin verwendbarer signalerzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehstellungsgebereinrichtung mit einem Signalerzeuger, z. B. eine Kurbelwinkelgeberein­ richtung für eine Brennkraftmaschine, wobei das Ausgangs­ signal des Signalerzeugers, das synchron mit der Rotation einer Welle wie etwa der Kurbelwelle der Maschine erzeugt wird, zu einem Rechtecksignalimpuls umgeformt bzw. wellen­ geformt wird, der eine vorbestimmte Drehstellung der Welle bezeichnet. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Dreh­ stellungsgebereinrichtung, wobei der Wirkungsgrad der Um­ formung des Ausgangssignals bzw. des Signalerzeugers so verbessert ist, daß die Erfassungsgenauigkeit und -zuver­ lässigkeit verbessert werden.

Allgemein werden verschiedene Vorgänge wie die Zündung, die Kraftstoffeinspritzung usw. einer Brennkraftmaschine für Fahrzeuge auf der Basis der Drehstellung bzw. des Kurbel­ winkels der Kurbelwelle der Maschine gesteuert. Beispiels­ weise wird der Zündzeitpunkt so gesteuert, daß die Zündung bei einer bestimmten Drehstellung der Kurbelwelle statt­ findet. Dazu wird eine Drehstellungsgebereinrichtung ver­ wendet, die die Drehstellung oder den Kurbelwinkel der Kurbelwelle präzise erfaßt.

Ein typisches Beispiel einer solchen Drehstellungsgeber­ einrichtung ist in den Fig. 6-11 gezeigt. Nach Fig. 6 ist eine Welle 1, die mit der Kurbelwelle (nicht gezeigt) einer Brennkraftmaschine betriebsmäßig verbunden ist, in einem Gehäuse 9 über ein Lager 9a drehbar gelagert. Eine Scheibe 2 ist auf der Welle 1 drehfest angeordnet. Wie Fig. 7 zeigt, weist die umlaufende Scheibe 2 eine Vielzahl von bogen- oder sektorförmigen Schlitzen 10 auf. Die Schlitze 10, deren Anzahl der Anzahl Zylinder der Maschine ent­ spricht, sind auf einem Kreis um die Achse der Welle 1 an Stellen angeordnet, die voneinander in Umfangsrichtung im wesentlichen gleichbeabstandet sind. Bei dem gezeigten Bei­ spiel sind vier Schlitze 10 für eine Vierzylinder-Brenn­ kraftmaschine vorgesehen.

Eine lichtemittierende Diode 3 und ein Lichtsensor 4 in Form einer Fotodiode sind auf entgegengesetzten Seiten der Scheibe 2 in Ausrichtung miteinander auf dem Kreis ange­ ordnet, auf dem die Schlitze 10 der Scheibe 2 liegen. Die lichtemittierende Diode 3 und der Lichtsensor 4 sind von einem aus Kunststoff geformten Haltekörper 5 gehaltert.

Wie die Fig. 8 und 9 deutlich zeigen, hat der Haltekörper 5 ein Paar von Stützteilen 5a, die einander gegenüberstehend angeordnet und miteinander integral verbunden sind, wobei zwischen ihnen ein Zwischenraum vorhanden ist, in den ein Teil der Scheibe 2 eingesetzt ist. In jedem Stützteil 5a ist eine allgemein zylindrische Ausnehmung 5b gebildet, die eine entsprechende lichtemittierende Diode 3 bzw. einen entsprechenden Lichtsensor 4 aufnimt. Jede Ausnehmung 5b ist zylinderförmig oder im Vertikalschnitt viereckig. Wie die Fig. 8 und 10 zeigen, ist den Boden jeder zylindrischen Ausnehmung 5b durchsetzend ein viereckiges Fenster 11 ge­ bildet, so daß das von der lichtemittierenden Diode 3 aus­ gesandte Licht den Lichtsensor 4 durch das Fenster errei­ chen kann.

Auf einer ringförmigen Befestigungsplatte 7a im Gehäuse 9 ist eine Leiterplatte 7 befestigt, die eine elektronische Schaltung trägt, die über Leiter mit der lichtemittierenden Diode 3 und dem Lichtsensor 4 verbunden ist und die licht­ emittierende Diode 3 ansteuert und vom Lichtsensor 4 ein elektrisches Signal E empfängt. Die elektronische Schaltung der Leiterplatte 7 bewirkt die Formung des elektrischen Signals E vom Lichtsensor 4 zu einem geeigneten Impuls­ signal P.

Die Leiterplatte 7, die Befestigungsplatte 7a und ein Teil des Haltekörpers 5 sind in einem Schutzgehäuse 8 aufge­ nommen, das im Gehäuse 9 angeordnet und befestigt ist.

Gemäß Fig. 11 hat die elektronische Schaltung der Leiter­ platte 7 einen Wellenformer mit einem Vergleicher 20, der das elektrische Signal E vom Lichtsensor 4 mit einer Be­ zugsspannung ER vergleicht und ein Impulssignal P erzeugt. Der Wellenformer hat einen Widerstand 12, der mit der lichtemittierenden Diode 3 und Erde in Reihe geschaltet ist, einen Widerstand 13, der mit dem Lichtsensor 4 und Erde in Reihe geschaltet ist, wobei ein Verbindungspunkt zwischen dem Lichtsensor 4 und dem Widerstand 13 an den positiven Eingang des Vergleichers 20 angeschlossen ist, ein Paar von reihengeschalteten Nebenschlußwiderständen 14, 15, die zwischen die Stromversorgung und Erde geschaltet sind und deren Verbindungspunkt mit dem negativen Eingang des Vergleichers 20 gekoppelt ist, um diesem die Bezugs­ spannung ER zuzuführen, und einen Widerstand 16, der mit dem Ausgang 21 des Vergleichers verbunden ist.

Der Betrieb der vorstehend beschriebenen Drehstellungsge­ bereinrichtung wird unter spezieller Bezugnahme auf das Impulsdiagramm von Fig. 12 sowie das Diagramm von Fig. 13 erläutert.

Die lichtemittierende Diode 3 wird von der elektronischen Schaltung der Leiterplatte 7 gespeist und aktiviert, um zum Lichtsensor 4 gerichtetes Licht zu erzeugen. Das Licht von der lichtemittierenden Diode 3 durchsetzt die umlaufende Scheibe 2 intermittierend bzw. wird von dieser unterbro­ chen, so daß der Lichtsensor 4 dieses Licht zu Zeitpunkten empfängt, zu denen einer der Schlitze 10 zwischen der lichtemittierenden Diode 3 und dem Lichtsensor 4 durchläuft bzw. mit diesem Paar von Elementen fluchtet. Der Lichtsen­ sor 4 wandelt das so intermittierend von der lichtemittie­ renden Diode 3 empfangene Licht in ein elektrisches Signal E um, dessen Größe der Stärke des empfangenen Lichts pro­ portional ist. Der Lichtsensor 4 liefert das so erzeugte elektrische Signal E an die elektronische Schaltung der Leiterplatte 7.

Die durch einen der Schlitze 10, der mit der lichtemittie­ renden Diode 3 und dem Lichtsensor 4 in Ausrichtung ge­ langt, durchgelassene Lichtmenge ändert sich dabei jedoch im wesentlichen trapezförmig nach Maßgabe des Rotations­ winkels R der umlaufenden Scheibe 2 und der Flächenkon­ figurationen der Schlitze 10 und der Fenster 11 in den Stützteilen 5a des Haltekörpers 5, so daß sich das vom Lichtsensor 4 erzeugte elektrische Signal ebenfalls im wesentlichen trapezförmig ändert, wie die Vollinie in Fig. 12 zeigt. Da die Menge des einen der Schlitze 10 passie­ renden Lichts sich allmählich ändert, wenn die radial ver­ laufenden Ränder jedes bogenförmigen Schlitzes 10 die Rän­ der jedes Fensters 5b in Umfangs- oder Rotationsrichtung der umlaufenden Scheibe 2 kreuzen bzw. überlagern (d. h. beim Öffnen und Schließen jedes Schlitzes 10 in bezug auf die Fenster 11), wie Fig. 10 zeigt, ändern sich die Vorder­ und Hinterflanken jedes trapezförmigen Impulses des Aus­ gangssignals E des Lichtsensors bogenförmig, wie die Strich-Zweipunkt-Linien in Fig. 12 zeigen, und somit wird die Änderungsrate des elektrischen Signals E insbesondere im Bereich der Bezugsspannung ER klein.

Andererseits ändert sich die Menge des vom Lichtsensor 4 empfangenen Lichts entsprechend der Länge bzw. der Weite eines Spalts G zwischen der lichtemittierenden Diode 3 und dem Lichtsensor 4 (Fig. 9) in der in Fig. 13 gezeigten Weise, d. h. im wesentlichen umgekehrt proportional zu der Spaltweite G. Somit wird die vom Lichtsensor 4 empfangene Lichtmenge 4 mit abnehmender Spaltweite G größer. In diesem Zusammenhang ist jedoch zu sagen, daß der Haltekörper 5 aus Formkunststoff besteht, so daß es aus fertigungstechnischen Gründen und im Hinblick auf die mechanische Festigkeit schwierig ist, die Dicke jedes Fensters 11 (d. h. die Dicke des Bodenteils jeder Ausnehmung 5b) zu reduzieren. Bei der Verringerung der Spaltweite G besteht also eine gewisse Einschränkung.

Der Vergleicher 20 in dem Schaltkreis 7 vergleicht das elektrische Signal E vom Lichtsensor 4 mit der vorbestimm­ ten Bezugsspannung ER und erzeugt ein Impulssignal P, das den Hochpegel annimmt, wenn das Signal E die Bezugsspannung ER übersteigt, wie Fig. 12 zeigt. Somit bezeichnet das Im­ pulssignal P den Drehwinkel (die Drehstellung) R der um­ laufenden Scheibe 2.

Bei der so aufgebauten konventionellen Drehstellungsgeber­ einrichtung ist jedoch die Weite G des Spalts zwischen der lichtemittierenden Diode 3 und dem Lichtsensor 4 relativ groß, und daher ist die Größe des vom Lichtsensor 4 erzeug­ ten elektrischen Signals E begrenzt, was in einem geringen Wirkungsgrad der lichtelektrischen Umwandlung resultiert. Außerdem ist aufgrund einer Inkonsistenz der Ausbildung zwischen den Randteilen des Fensters 11 und denen der Schlitze 10 die Änderungsrate des elektrischen Signals E an den Vorder- und Hinterflanken im Bereich der Bezugsspannung ER relativ klein, d. h. das elektrische Signal E zeigt im Bereich der Bezugsspannung ER keinen scharfen Anstieg oder Abfall. Wenn daher die Menge des von der lichtemittierenden Diode 3 ausgesandten Lichts sich z. B. aufgrund von Ände­ rungen der Umgebungstemperatur, Änderungen der der licht­ emittierenden Diode 3 zugeführten Spannung usw. ändert oder wenn dem elektrischen Signal E des Lichtsensors 4 Störungen überlagert sind, besteht die Gefahr, daß das vom Wellen­ former von Fig. 11 erzeugte Impulssignal P beeinträchtigt wird, was eine Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit zur Folge hat. Insbesondere in einem Fall, in dem dem posi­ tiven Eingang des Vergleichers 20 ein Störsignal zugeführt wird, kann eine Fehlfunktion des Vergleichers 20 auftreten, und der Moment bzw. Zeitpunkt, zu dem das Impulssignal P ansteigt oder abfällt, kann stark schwanken, was zu einem Fehler bei der Erfassung des Drehwinkels bzw. der Drehstel­ lung der Kurbelwlle führt.

Bei der oben beschriebenen konventionellen Drehstellungs­ gebereinrichtung wird ferner Licht von der lichtemittie­ renden Diode 3 zu dem Lichtsensor 4 durch die viereckigen Fenster 11 und die bogen- oder sektorförmigen Schlitze 10 übertragen, und die Vorder- und Hinterflanken des vom Lichtsensor 4 erzeugten elektrischen Signals E haben im Bereich des wellenformenden Spannungspegels ER eine be­ grenzte Änderungsrate. Infolgedessen besteht das Problem, daß eine geringfügige Änderung der Lichtmenge aufgrund von Störungen, Schwankungen der Temperatur und dergleichen ohne weiteres zu Erfassungsfehlern führen kann.

Da ferner die Ausbildung jeder Ausnehmung 5a zylindrisch oder viereckig im Vertikalschnitt ist, gibt es eine be­ stimmte Mindestanforderung für die Dicke des Bodens der Ausnehmung 5a jedes Stützteils 5 im Hinblick auf mechani­ sche Festigkeit, so daß eine Verminderung der Spaltweite G zwischen der lichtemittierenden Diode 3 und dem Lichtsensor 4 schwierig ist und eine ausreichende Lichtmenge zur Er­ fassung kaum zum Lichtsensor gelangen kann. Dies führt zu einem geringen Wirkungsgrad der Umwandlung des Lichts, das einen Schlitz 10 durchsetzt hat, in ein elektrisches Signal E, was zu dem Problem führt, daß der Rauschabstand ver­ schlechtert und die Erfassung des Kurbelwinkels bzw. der Drehstellung R der Kurbelwlle mit hoher Genauigkeit ver­ hindert wird.

Die Erfindung dient dem Zweck, die vorstehend erörterten Probleme der konventionellen Drehstellungsgebereinrichtung zu beseitigen.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines neuen und verbesserten Signalerzeugers, der ein elektrisches Si­ gnal mit relativ großer Änderungsrate erzeugt, so daß ein Impuls geliefert wird, dessen Vorder- und Hinterflanke sich insbesondere im Bereich eines wellenformenden Spannungs­ pegels, d. h. eines niedrigen Spannungspegels, ausgeprägt ändern.

Ein Vorteil der Erfindung liegt in der Bereitstellung einer Drehstellungsgebereinrichtung, die einen verbesserten Si­ gnalerzeuger verwendet, der in der Lage ist, die aus Stör­ signalen, Temperaturänderungen oder dergleichen resultie­ renden Erfassungsfehler erheblich zu vermindern und dadurch die Genauigkeit der Erfassung der Drehstellungen der Kur­ belwelle einer Brennkraftmaschine in einer für die Praxis geeigneten Weise zu verbessern.

Zur Lösung der angegebenen Aufgabe ist gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Signalerzeuger vorgesehen, der umfaßt: eine Welle; eine drehfest auf der Welle angeordnete Schei­ be, in der ein allgemein umfangsmäßiger Schlitz gebildet ist, der ein Paar von Rändern hat, die entlang Radiallinien verlaufen, die durch den Rotationsmittelpunkt der Scheibe gehen; einen Haltekörper mit einem Paar von Stützteilen, die so angeordnet sind, daß zwischen ihnen ein Zwischenraum zur Aufnahme eines Teils der umlaufenden Scheibe gebildet ist, wobei das erste und das zweite Stützteil jeweils eine Ausnehmung und an diese angrenzend ein Fenster aufweisen und die Fenster in den beiden Stützteilen bei umlaufender Scheibe an Stellen auf einer durch den Schlitz gebildeten kreisförmigen Umlaufbahn des Schlitzes miteinander fluch­ tend angeordnet sind und das Fenster des zweiten Stützteils ein Paar von Rändern hat, die entlang Radiallinien verlau­ fen, die durch den Rotationsmittelpunkt der umlaufenden Scheibe gehen; ein in der Ausnehmung des ersten Stützteils angeordnetes lichtemittierendes Element, das Licht zu einem Lichtsensor durch das Fenster im ersten Stützteil emit­ tiert; und einen in der Ausnehmung des zweiten Stützteils angeordneten Lichtsensor, der bei Empfang des Lichts vom lichtemittierenden Element durch den Schlitz in der umlau­ fenden Scheibe und das Fenster im zweiten Stützteil ein elektrisches Signal erzeugt.

Bevorzugt ist vorgesehen, daß das Fenster im ersten Stütz­ teil die gleiche Flächenkonfiguration wie das Fenster im zweiten Stützteil hat.

Ferner ist bevorzugt vorgesehen, daß jedes Fenster in den beiden Stützteilen allgemein sektorförmig ist und ein Paar von Rändern hat, die in Umfangsrichtung der umlaufenden Scheibe konzentrisch zueinander verlaufen.

Bevorzugt ist ferner vorgesehen, daß die Ausnehmung im ersten Stützteil so geformt ist, daß sie der äußeren Form des lichtemittierenden Elements vollständig angepaßt ist, und die Ausnehmung im zweiten Stützteil so geformt ist, daß sie der äußeren Form des Lichtsensors angepaßt ist, so daß diejenigen Teile des ersten und des zweiten Stützteils, die die Fenster umgeben, so verstärkt sein können, daß ihre Dicke und damit der Abstand zwischen dem lichtemittierenden Element und dem Lichtsensor verringert ist.

In Fällen, in denen das lichtemittierende Element bzw. der Lichtsensor einen teilkugelförmigen Kopf zur Lichtemission bzw. einen teilkugelförmigen Kopf zum Lichtempfang haben, ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, daß die Aus­ nehmungen im ersten und zweiten Stützteil innere Bodenab­ schnitte angrenzend an die Fenster haben, die teilkugel­ förmig ausgebildet und an die entsprechenden teilkugelför­ migen Köpfe angepaßt sind. Gemäß einer anderen Ausführungs­ form ist vorgesehen, daß die Ausnehmungen im ersten und zweiten Stützteil nichtkugelförmige Bodenabschnitte angren­ zend an die Fenster zur Aufnahme der jeweiligen Köpfe ha­ ben, wobei die Bodenabschnitte an ihrer Innenseite mit Ver­ stärkungsrippen versehen sind, deren Randabschnitte den jeweiligen teilkugelförmigen Köpfen entsprechen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Dreh­ stellungsgebereinrichtung zur Erfassung der Drehstellung der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angegeben, die umfaßt: eine mit der Kurbelwelle betriebsmäßig verbundene und synchron mit deren Umlaufbewegung umlaufende Welle; eine drehfest auf der Welle angeordnete Scheibe, in der ein allgemein umfangsmäßiger Schlitz gebildet ist, der ein Paar von Rändern hat, die entlang Radiallinien verlaufen, die durch den Rotationsmittelpunkt der umlaufenden Scheibe gehen, wobei die Ränder jeweils einer ersten und einer zweiten Drehstellung der Kurbelwelle entsprechen; einen Haltekörper mit einem Paar von Stützteilen, die so ange­ ordnet sind, daß zwischen ihnen ein Zwischenraum zur Auf­ nahme eines Teils der umlaufenden Scheibe gebildet ist, wobei das erste und das zweite Stützteil jeweils eine Aus­ nehmung und an diese angrenzend ein Fenster aufweisen und die Fenster in den beiden Stützteilen bei umlaufender Scheibe an Stellen auf einer durch den Schlitz gebildeten kreisförmigen Umlaufbahn des Schlitzes miteinander fluch­ tend angeordnet sind und das Fenster des zweiten Stützteils ein Paar von Rändern hat, die entlang Radiallinien verlau­ fen, die durch den Rotationsmittelpunkt der umlaufenden Scheibe gehen; ein in der Ausnehmung des ersten Stützteils angeordnetes lichtemittierendes Element, das Licht zu einem Lichtsensor durch das Fenster im ersten Stützteil emit­ tiert; einen in der Ausnehmung des zweiten Stützteils ange­ ordneten Lichtsensor, der bei Empfang des Lichts vom licht­ emittierenden Element durch den Schlitz in der umlaufenden Scheibe und das Fenster im zweiten Stützteil ein elektri­ sches Signal erzeugt; und einen elektrischen Schaltkreis zum Ansteuern des lichtemittierenden Elements und Formen des elektrischen Ausgangssignals des Lichtsensors zu einem Impulssignal, dessen Vorderflanke für die erste Drehstel­ lung der Kurbelwelle und dessen Hinterflanke für die zweite Drehstellung der Kurbelwelle repräsentativ ist.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1A eine Perspektivansicht, die eines von zwei Stützteilen eines Haltekörpers zur Halterung einer lichtemittierenden Diode bzw. eines Lichtsensors gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 1B eine Draufsicht auf das Stützteil von Fig. 1A;

Fig. 2 eine erläuternde Darstellung, die die be­ triebsmäßige Beziehung gemäß der Erfindung zwischen einem Fenster in jedem Stützteil und einem Schlitz in einer umlaufenden Scheibe während deren Rotation zeigt;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch einen Teil des Haltekörpers von Fig. 1A, wobei die Anordnung der Stützteile sowie im Vertikalschnitt die Konfigurationen von Ausnehmungen zur Halterung der lichtemittierenden Diode und des Licht­ sensors gezeigt sind;

Fig. 4 ein Impulsdiagramm, das die Wellenform eines vom Lichtsensor von Fig. 3 erzeugten elektri­ schen Signals E (Vollinie) und die Wellenform eines von einem Wellenformer gemäß der Erfin­ dung erzeugten Impulssignals P zeigt und das ferner die Wellenformen (Strichpunkt- bzw. Strichlinien) von Impulssignalen zeigt, die von einem Lichtsensor und einem Wellenformer in einem konventionellen Signalerzeuger er­ zeugt werden;

Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch einen Teil eines Haltekörpers gemäß einem weiteren Ausführungs­ beispiel der Erfindung;

Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch eine konventionel­ le Drehwinkelgebereinrichtung;

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine umlaufende Scheibe gemäß Fig. 6;

Fig. 8 eine Perspektivansicht auf einen Teil eines Haltekörpers nach Fig. 6;

Fig. 9 eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung, die die Anordnung der Stützteile sowie im Vertikal­ schnitt die Ausbildung von Ausnehmungen von Fig. 6 zur Halterung der lichtemittierenden Diode und des Lichtsensors zeigt;

Fig. 10 eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung, die die betriebsmäßige Beziehung zwischen einem Fen­ ster in jedem Stützteil und einem Schlitz in einer umlaufenden Scheibe während deren Rota­ tion bei der konventionellen Einrichtung nach Fig. 6 zeigt;

Fig. 11 ein Schaltbild eines Wellenformers einer elektronischen Schaltung, die auf einer Lei­ terplatte nach Fig. 6 vorgesehen ist;

Fig. 12 ein der Fig. 4 ähnliches Diagramm, das die Wellenform des elektrischen Signals E und des Impulssignals P zeigt; und

Fig. 13 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der von einer lichtemittierenden Diode erzeugten Lichtmenge und der Weite eines Spalts G zwi­ schen dieser Diode und dem Lichtsensor zeigt.

Die Fig. 1A, 1B und 3 zeigen einen Haltekörper 105 zur Hal­ terung einer lichtemittierenden Diode 103 und eines Licht­ sensors 104 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Wie Fig. 3 deutlich zeigt, ist der Haltekörper 105 aus einem Kunststoff geformt und hat ein Paar von Stützteilen 105a, die miteinander über ein nicht gezeigtes Verbindungsteil wie im Fall des konventionellen Haltekörpers 5 von Fig. 6 verbunden sind. Das erste und das zweite Stützteil 105a sind parallel zueinander mit einem Spalt dazwischen ange­ ordnet, in dem ein Teil einer umlaufenden Scheibe 102 auf­ nehmbar ist, die ebenso ausgebildet ist wie die Scheibe 2 der konventionellen Einrichtung nach Fig. 7. Die umlaufende Scheibe 102 hat also eine Vielzahl von bogen- oder sektor­ förmigen Schlitzen 110, und jeder Schlitz 110 ist einem Zylinder einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine zugeordnet. Jeder sektorförmige Schlitz 110 hat (was allerdings nicht deutlich gezeigt ist) ein Paar von gegenüberstehenden inne­ ren und äußeren Seitenrändern 110a, die in Umfangsrichtung der umlaufenden Scheibe 102 verlaufen, und ein Paar von gegenüberstehenden radialen Enden oder Rändern 110b, die in Radialrichtung der umlaufenden Scheibe 102 verlaufen. Die inneren Seitenränder 110a der Schlitze 110 liegen auf einem ersten Kreis, der mit der Rotationsachse 0 der Scheibe 102 konzentrisch ist, und die äußeren Seitenränder 110a der Schlitze 110 liegen auf einem zweiten Kreis, der mit dem ersten Kreis konzentrisch ist und einen größeren Radius als dieser hat.

Jedes der beiden Stützteile 105a ist mit einer Ausnehmung 105b ausgebildet, die im wesentlichen der äußeren Form einer lichtemittierenden Diode 103 bzw. eines Lichtsensors 104 angepaßt ist. Insbesondere sind bei dem Ausführungs­ beispiel von Fig. 3 die lichtemittierende Diode 103 und der Lichtsensor 104 jeweils so geformt, daß sie einen allgemein zylindrischen Körper 103b bzw. 104b und einen teilkugel­ förmigen Kopf 103a bzw. 104a aufweisen. Somit ist also die Ausnehmung 105b in jedem Stützteil 105a in gleicher Weise mit einem zylindrischen Abschnitt und einem teilkugelför­ migen Boden ausgebildet.

Bei einer solchen Konfiguration der Ausnehmungen 105b nimmt die Dicke des teilkugelförmigen Bodens jedes Stützteils 105a von den Rändern eines entsprechenden Fensters 111, das noch erläutert wird, zum zylindrischen Teil jeder Ausneh­ mung 105b hin allmählich zu, wodurch die mechanische Fe­ stigkeit des Bodens wesentlich verbessert wird. Infolge­ dessen kann die Dicke der Fenster 111 (d. h. die Dicke des Bodens jedes Stützteils 105a insbesondere um die Ränder jedes Fensters 111 herum) wesentlich geringer als bei den konventionellen Fenstern 10 gemacht werden, so daß es also möglich ist, den Abstand G′ zwischen der lichtemittierenden Diode 103 und dem Lichtsensor 104 entsprechend zu verrin­ gern. Daher kann die Stärke des vom Lichtsensors 104 emp­ fangenen Lichts erheblich größer als bei der konventionel­ len Einrichtung gemacht werden.

Außerdem ist in jedem der beiden Stützteile 105a das Fen­ ster 111 den Boden der Stützteile durchsetzend geformt, so daß das von der lichtemittierenden Diode 103 ausgehende Licht das Fenster durchsetzen kann. Bevorzugt haben die Fenster 111 in den Stützteilen 105a gleiche Form und Größe und befinden sich in exakter Ausrichtung miteinander in einer zur Oberfläche der umlaufenden Scheibe 102, die zwi­ schen den beiden Stützteilen 105a angeordnet ist, senkrech­ ten Richtung. Die Flächenkonfiguration der Fenster 111 ist allgemein sektorförmig in bezug auf den Mittelpunkt bzw. die Rotationsachse 0 der umlaufenden Scheibe 102, wie die Fig. 1A und 2 deutlich zeigen. Insbesondere hat jedes Fen­ ster 111 ein Paar von gegenüberliegenden radialen Seiten­ rändern 111a, die radial zu der umlaufenden Scheibe, d. h. in Radialrichtungen von der Rotationsachse 0 der Scheibe 102, verlaufen, und ein Paar von gegenüberliegenden um­ fangsmäßigen Seitenrändern 111b, die in Umfangsrichtung der Scheibe 102 verlaufen. Es gibt zwar hinsichtlich der Kon­ figuration und Länge der umfangsmäßig verlaufenden Seiten­ ränder 111b sowie der radialen Länge der gegenüberliegenden radialen Seitenränder 111a keine speziellen Beschränkungen, vom Gesichtspunkt der Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Stützteile 105 besonders um ihre Fenster 111 herum und der Schaffung eines maximalen Flächenbereichs jedes Schlit­ zes 110 zum Durchtritt von Licht ist es jedoch bevorzugt, daß die radiale Länge der radialen Ränder 111a jedes Fen­ sters 111 gleich derjenigen der radialen Ränder 110a jedes Schlitzes 110 in der Scheibe 102 ist. In diesem Fall kann die umfangsmäßige Länge der in Umfangsrichtung verlaufenden Ränder 111b (oder ein davon eingeschlossener Winkel) will­ kürlich so bestimmt sein, daß sich für jedes Fenster 111 ein gewünschter Öffnungsbereich ergibt.

Mit der oben angegebenen Konfiguration der Fenster 111, die radiale Ränder 111a aufweisen, die entlang Radiallinien verlaufen, die durch die Rotationsachse 0 der umlaufenden Scheibe 102 gehen, wird die Änderungsrate des Öffnungsbe­ reichs eines Schlitzes 110 der Scheibe 102 (d. h. der Über­ lappungsbereich zwischen dem Schlitz 110 und den Fenstern 111 in den beiden Stützteilen 105a) beim Kreuzen (d. h. beim Eintreten oder Verlassen) der radialen Ränder 111a der Fenster 111 bei umlaufender Scheibe 102 konstant, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe 102 konstant ist, wie Fig. 2 deutlich zeigt. Infolgedessen ist die Änderungsrate (ΔE/ΔR) des Öffnungsbereichs des sektorförmigen Schlitzes 110 am Beginn und am Ende einer solchen Änderung im Fall der sektorförmigen Fenster 111 wesentlich größer als bei den viereckigen Fenstern 11 der konventionellen Einrichtung nach den Fig. 8 und 10.

Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Elementen umfaßt die Drehstellungsgebereinrichtung sämtliche übrigen Ele­ mente der konventionellen Einrichtung gemäß den Fig. 6, 7 und 11. Aufbau und Auslegung dieses Ausführungsbeispiels sind im übrigen im wesentlichen gleich der konventionellen Einrichtung und werden daher der Klarheit halber sowie aus Gründen der Vereinfachung der Erläuterung weggelasen.

Unter spezieller Bezugnahme auf die Fig. 2, 4, 6, 7 und 11 wird nachstehend der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels erläutert.

Wenn einer der Schlitze 110 in der Scheibe 102 während deren Rotation zwischen die gegenüberliegenden Fenster der beiden Stützteile 105a bzw. in Fluchtung damit gelangt, durchsetzt das von der lichtemittierenden Diode 103 aus­ gehende Licht das Fenster 111 im ersten Stützteil 105a, den Schlitz 110 und das Fenster 111 im zweiten Stützteil 105a und erreicht den Lichtsensor 104, der daraufhin ein elek­ trisches Ausgangssignal E erzeugt.

In diesem Fall ist die Änderungsrate der Stärke des vom Lichtsensor 104 empfangenen Lichts selbst am Beginn des Öffnens und am Ende des Schließens der Fenster durch einen Schlitz 110 der umlaufenden Scheibe 102 relativ groß, weil die gegenüberliegenden radialen Ränder 111a der allgemein sektorförmigen Fenster 111 im wesentlichen gleich denen jedes Schlitzes 110 in der Scheibe 102 ausgebildet sind, so daß sie entlang radialen Linien verlaufen, die durch den Rotationsmittelpunkt bzw. die Rotationsachse 0 der umlau­ fenden Scheibe 102 verlaufen, wie Fig. 1A zeigt. Infolge­ dessen ändert sich die Vorder- und die Hinterflanke des vom Lichtsensor 104 erzeugten elektrischen Signals E sehr aus­ geprägt, wie die Vollinie in Fig. 4 zeigt. In diesem Fall ist die Änderungsrate (ΔE/ΔR) des elektrischen Signals E dieses Ausführungsbeispiels insbesondere im Bereich einer Bezugsspannung ER, die ein wellenformender Spannungspegel ist, wesentlich größer als bei der konventionellen Einrich­ tung, was durch die Strich- und Strichpunktlinien in Fig. 4 angedeutet ist.

Das elektrische Signal E wird dem positiven Eingang des Vergleichers 20 (Fig. 11) zum Vergleich mit der am nega­ tiven Eingang anliegenden Bezugsspannung ER zugeführt. Wenn das Signal E größer als die Bezugsspannung ER ist, erzeugt der Vergleicher 20 ein Ausgangssignal in Form eines Recht­ eckimpulses, der eine vertikale Anstiegsflanke hat, die bei einem Dreh- oder Kurbelwinkel R1 auftritt, bei dem die Anstiegsflanke des elektrischen Signals E die Bezugsspan­ nung ER kreuzt, und eine vertikale Abstiegsflanke hat, die bei einem Dreh- bzw. Kurbelwinkel R2 auftritt, bei dem die Abstiegsflanke des elektrischen Signals E die Bezugs­ spannung ER kreuzt, wie Fig. 4 zeigt. Somit entsprechen die Vorder- und Hinterflanken des Impulssignals P im wesent­ lichen den Anfangs- bzw. Endpunkten der Vorder- und Hinter­ flanken des elektrischen Signals E, d. h., sie entsprechen den Kurbelwinkeln bzw. Drehstellungen R1, R2 der nicht gezeigten Kurbelwelle, bei denen die Vorder- und Hinter­ kanten des einen Schlitzes 110 in der Scheibe 102 mit dem einen bzw. dem anderen der gegenüberliegenden radialen Rän­ der jedes Fensters 111 exakt fluchten.

Selbst wenn also dem elektrischen Signal E bei einem Pegel nahe der Bezugsspannung ER des Vergleichers 20 ein Stör­ signal überlagert ist, resultiert daraus keine erhebliche Änderung oder Verlagerung des Kurbelwinkels R der Vorder- und Hinterflanken des elektrischen Signals E zu Zeitpunk­ ten, zu denen die Vorder- und Hinterflanke des elektrischen Signals E die Bezugsspannung ER kreuzt, wie Fig. 4 deutlich zeigt, in der die Strichlinien die Vorder- und Hinterflanken des konventionellen elektrischen Signals E zeigen, das mit einem konventionellen viereckigen Schlitz 10 erzeugt und durch Störsignale des gleichen Spannungspegels erheblich beeinflußt wird. Somit können Änderungen der Vorder- und Hinterflanken des Impulssignals P ganz erheblich unter­ drückt werden. Wenn daher die Stärke des von der lichtemit­ tierenden Diode 103 ausgesandten Lichts aufgrund von Tem­ peraturänderungen der Diode, Schwankungen der zugeführten Spannung oder dergleichen schwankt, wird somit auf das Im­ pulssignal P kein merklicher Einfluß ausgeübt.

Auf diese Weise dient die allgemein sektorförmige Flächen­ konfiguration der Fenster 111 dem Zweck, eine Verschlech­ terung der Ausgangscharakteristik des Impulssignals P auf ein Minimum zu unterdrücken. Durch möglichst weitgehende Verminderung der Weite des Spalts G′ zwischen der licht­ emittierenden Diode 103 und dem Lichtsensor 104 ergibt sich ferner eine Erhöhung der Stärke des vom Lichtsensor 104 empfangenen Lichts. Das führt zu einer Verbesserung des Rauschabstands des elektrischen Signals E, wodurch wiederum die Erfassungsgenauigkeit und -zuverlässigkeit auf der Basis des Impulssignals P verbessert werden.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel ist der Boden jeder Aus­ nehmung 105b nahe einem jeweiligen Fenster 111 teilkugel­ förmig ausgebildet, so daß er an die äußere Form des oberen Teils der lichtemittierenden Diode 103 bzw. des Lichtsen­ sors 104 vollständig angepaßt ist, um dadurch die Weite des Spalts G′ zu minimieren; der Boden kann aber auch eine an­ dere Form, z. B. eine Teilvieleckform, haben, wie in Fig. 5 bei 105b′ angedeutet ist, wobei sich im wesentlichen die gleichen Auswirkungen wie bei der Teilkugelform ergeben.

Anstelle einer zylindrischen und teilkugeligen Form, die für die Zwecke der Erfindung am meisten bevorzugt ist, kann jede Ausnehmung 105b auch allgemein zylindrische, recht­ winklig-parallelflache, vieleckig-parallelflache Form haben, wobei ihr Boden eine Vielzahl Verstärkungsrippen aufweist, die von seiner Innenfläche nach innen verlaufen, wenn vom Gesichtspunkt der mechanischen Festigkeit des Hal­ tekörpers 105 kein Problem besteht. In diesem Fall hat jede Verstärkungsrippe bevorzugt einen teilweise kreisrunden, vieleckigen oder abgestuften Umfangsrand, der der teil­ kugelförmigen Außenfläche des Kopfs der lichtemittierenden Diode 103 oder des Lichtsensors 104 angepaßt ist.

Claims (12)

1. Signalerzeuger, gekennzeichnet durch
eine Welle;
eine drehfest auf der Welle angeordnete Scheibe (102), in der ein allgemein umfangsmäßiger Schlitz (110) gebildet ist, der ein Paar von Rändern (110b) hat, die entlang Radiallinien verlaufen, die durch den Rotationsmittelpunkt der Scheibe (102) gehen;
einen Haltekörper (105) mit einem Paar von Stützteilen (105a), die so angeordnet sind, daß zwischen ihnen ein Zwischenraum (G) zur Aufnahme eines Teils der umlaufenden Scheibe (102) gebildet ist, wobei das erste und das zweite Stützteil (105a) jeweils eine Ausnehmung (105b) und an diese angrenzend ein Fenster (111) aufweisen und die Fen­ ster (111) in den beiden Stützteilen bei umlaufender Scheibe (102) an Stellen auf einer durch den Schlitz (110) gebildeten kreisförmigen Umlaufbahn des Schlitzes mitein­ ander fluchtend angeordnet sind und das Fenster des zweiten Stützteils ein Paar von Rändern (111a) hat, die entlang Radiallinien verlaufen, die durch den Rotationsmittelpunkt der umlaufenden Scheibe (102) gehen;
ein in der Ausnehmung (105b) des ersten Stützteils (105a) angeordnetes lichtemittierendes Element (103), das Licht zu einem Lichtsensor durch das Fenster (111) im ersten Stützteil emittiert; und
einen in der Ausnehmung (105b) des zweiten Stützteils (105a) angeordneten Lichtsensor (104), der bei Empfang des Lichts vom lichtemittierenden Element (103) durch den Schlitz (110) in der umlaufenden Scheibe und das Fenster (111) im zweiten Stützteil ein elektrisches Signal (E) erzeugt.

2. Signalerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (111) im ersten Stützteil (105a) die glei­ che Flächenkonfiguration wie das Fenster (111) im zweiten Stützteil (105a) hat.

3. Signalerzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Fenster (111) in den beiden Stützteilen allgemein sektorförmig ist und ein Paar von Rändern (111b) hat, die in Umfangsrichtung der umlaufenden Scheibe (102) konzen­ trisch zueinander verlaufen.

4. Signalerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (105b) im ersten Stützteil (105a) so geformt ist, daß sie der äußeren Form des lichtemittieren­ den Elements (103) vollständig angepaßt ist, und die Aus­ nehmung (105b) im zweiten Stützteil (105a) so geformt ist, daß sie der äußeren Form des Lichtsensors (104) angepaßt ist, so daß diejenigen Teile des ersten und des zweiten Stützteils (105a), die die Fenster (111) umgeben, so ver­ stärkt sein können daß ihre Dicke und damit der Abstand (G) zwischen dem lichtemittierenden Element und dem Licht­ sensor verringert ist.

5. Signalerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende Element (103) bzw. der Lichtsen­ sor (104) jeweils einen teilkugelförmigen Kopf (103a) zur Lichtemission bzw. einen teilkugelförmigen Kopf (104a) zum Lichtempfang haben und daß die Ausnehmungen (105b) im ersten und zweiten Stützteil (105a) innere Bodenabschnitte angrenzend an die Fenster (111) haben, die teilkugelförmig ausgebildet und an die entsprechenden teilkugelförmigen Köpfe angepaßt sind.

6. Signalerzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende Element (103) bzw. der Lichtsen­ sor (104) jeweils einen teilkugelförmigen Kopf (103a) zur Lichtemission bzw. einen teilkugelförmigen Kopf (104a) zum Lichtempfang haben und daß die Ausnehmungen (105b) im ersten und zweiten Stützteil (105a) nichtkugelförmige Bodenabschnitte angrenzend an die Fenster (111) zur Auf­ nahme der jeweiligen Köpfe haben, wobei die Bodenabschnitte an ihrer Innenseite mit Verstärkungsrippen versehen sind, deren Randabschnitte den jeweiligen teilkugelförmigen Köp­ fen entsprechen.

7. Drehstellungsgebereinrichtung zur Erfassung der Dreh­ stellung der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch
eine mit der Kurbelwelle betriebsmäßig verbundene und synchron mit deren Umlaufbewegung umlaufende Welle;
eine drehfest auf der Welle angeordnete Scheibe (102), in der ein allgemein umfangsmäßiger Schlitz (110) gebildet ist, der ein Paar von Rändern (110b) hat, die entlang Radiallinien verlaufen, die durch den Rotationsmittelpunkt der umlaufenden Scheibe (102) gehen, wobei die Ränder je­ weils einer ersten und einer zweiten Drehstellung der Kur­ belwelle entsprechen;
einen Haltekörper (105) mit einem Paar von Stützteilen (105a), die so angeordnet sind, daß zwischen ihnen ein Zwi­ schenraum (G) zur Aufnahme eines Teils der umlaufenden Scheibe (102) gebildet ist, wobei das erste und das zweite Stützteil (105a) jeweils eine Ausnehmung (105b) und an diese angrenzend ein Fenster (111) aufweisen und die Fen­ ster (111) in den beiden Stützteilen bei umlaufender Schei­ be (102) an Stellen auf einer durch den Schlitz (110) ge­ bildeten kreisförmigen Umlaufbahn des Schlitzes miteinander fluchtend angeordnet sind und das Fenster des zweiten Stützteils ein Paar von Rändern (111a) hat, die entlang Radiallinien verlaufen, die durch den Rotationsmittelpunkt der umlaufenden Scheibe (102) gehen;
ein in der Ausnehmung (105b) des ersten Stützteils (105a) angeordnetes lichtemittierendes Element (103), das Licht zu einem Lichtsensor durch das Fenster (111) im ersten Stützteil emittiert;
einen in der Ausnehmung (105b) des zweiten Stützteils (105a) angeordneten Lichtsensor (104), der bei Empfang des Lichts vom lichtemittierenden Element (103) durch den Schlitz (110) in der umlaufenden Scheibe und das Fenster (111) im zweiten Stützteil ein elektrisches Signal (E) erzeugt; und
einen elektrischen Schaltkreis zum Ansteuern des licht­ emittierenden Elements und Formen des elektrischen Aus­ gangssignals des Lichtsensors (104) zu einem Impulssignal, dessen Vorderflanke für die erste Drehstellung der Kurbel­ welle und dessen Hinterflanke für die zweite Drehstellung der Kurbelwelle repräsentativ ist.

8. Drehstellungsgebereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (111) im ersten Stützteil (105a) die glei­ che Flächenkonfiguration wie das Fenster (111) im zweiten Stützteil (105a) hat.

9. Drehstellungsgebereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Fenster (111) in den beiden Stützteilen allgemein sektorförmig ist und ein Paar von Rändern (111b) hat, die in Umfangsrichtung der umlaufenden Scheibe (102) konzen­ trisch zueinander verlaufen.

10. Drehstellungsgebereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (105b) im ersten Stützteil (105a) so geformt ist, daß sie der äußeren Form des lichtemittieren­ den Elements (103) vollständig angepaßt ist, und die Aus­ nehmung (105b) im zweiten Stützteil (105a) so geformt ist, daß sie der äußeren Form des Lichtsensors (104) angepaßt ist, so daß diejenigen Teile des ersten und des zweiten Stützteils (105a), die die Fenster (111) umgeben, so ver­ stärkt sein können, daß ihre Dicke und damit der Abstand (G) zwischen dem lichtemittierenden Element und dem Licht­ sensor verringert ist.

11. Drehstellungsgeber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende Element (103) bzw. der Lichtsen­ sor (104) jeweils einen teilkugelförmigen Kopf (103a) zur Lichtemission bzw. einen teilkugelförmigen Kopf (104a) zum Lichtempfang haben und daß die Ausnehmungen (105b) im ersten und zweiten Stützteil (105a) innere Bodenabschnitte angrenzend an die Fenster (111) haben, die teilkugelförmig ausgebildet und an die entsprechenden teilkugelförmigen Köpfe angepaßt sind.

12. Drehstellungsgeber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende Element (103) bzw. der Lichtsen­ sor (104) jeweils einen teilkugelförmigen Kopf (103a) zur Lichtemission bzw. einen teilkugelförmigen Kopf (104a) zum Lichtempfang haben und daß die Ausnehmungen (105b) im ersten und zweiten Stützteil (105a) nichtkugelförmige Bodenabschnitte angrenzend an die Fenster (111) zur Auf­ nahme der jeweiligen Köpfe haben, wobei die Bodenabschnitte an ihrer Innenseite mit Verstärkungsrippen versehen sind, deren Randabschnitte den jeweiligen teilkugelförmigen Köp­ fen entsprechen.