DE4034991A1 - Messeinrichtung zum elektrischen erfassen eines stellwinkels - Google Patents
Messeinrichtung zum elektrischen erfassen eines stellwinkelsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zum
elektrischen Erfassen eines Stellwinkels eines um eine
Drehachse drehbaren Stellorgans, insbesondere einer
Drosselklappe eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors,
wobei in einem Gehäuse eine mit dem Stellorgan
mitdrehbare Drehscheibe und ein dieser gegenüber
feststehender Träger vorgesehen sind.
Eine derartige Meßeinrichtung ist in der DE 36 40 110 C2
beschrieben. Dort sind auf dem Träger im
Stellwinkelbereich zur Drehachse konzentrische Bahnen
vorgesehen, von denen die eine eine Leiterbahn und die
andere eine Widerstandsbahn ist. An der Drehscheibe ist
ein über die Bahnen gleitbarer Kontakt angeordnet. Damit
ist an der Leiterbahn eine dem jeweiligen Stellwinkel
entsprechende elektrische Spannung abgreifbar. Da der
Kontakt auf den Bahnen schleift, ist bei längerem Betrieb
ein Verschleiß nicht ausgeschlossen. Dieser
beeinträchtigt die Meßgenauigkeit. Die abgegriffene
Spannung ist als Analogwert weiterzuverarbeiten. Auf
Dauer ist dabei die geforderte Genauigkeit nicht zu
gewährleisten.
In der DE 37 42 592 A1 ist ebenfalls eine Meßeinrichtung
an einer Drosselklappe beschrieben. Auch hier sind
Potentiometer vorgesehen. Diese haben die oben genannten
Nachteile.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung der
eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit der der
jeweilige Stellwinkel berührungslos und digital zu
erfassen ist.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer
Meßeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
daß am Träger eine erste kapazitive Elektrodenanordnung
angebracht ist, die im Stellwinkelbereich mehrere um die
Drehachse verteilte Winkelelektroden und eine zur
Drehachse konzentrische, teilkreisförmige Leseelektrode
aufweist, daß an der Drehscheibe eine zweite kapazitive
Elektrodenanordnung angebracht ist, die einen ersten
Bereich aufweist, der je nach dem Stellwinkel
unterschiedlichen Winkelelektroden gegenübersteht, und
die einen zweiten Bereich aufweist, der bei jedem
Stellwinkel der Leseelektrode gegenübersteht, wobei die
zweite Elektrodenanordnung die jeweilige Winkelelektrode
mit der Leseelektrode kapazitiv koppelt, und daß eine
Auswerteschaltung an die Winkelelektroden nacheinander
zyklisch ein Signal legt und an der Leseelektrode die
vorhandene oder nicht vorhandene kapazitive Kopplung
dieses Signals zyklisch erfaßt.
Bei jedem Meßvorgang legt die Auswerteschaltung
nacheinander das Signal an alle Winkelelektroden. Nur bei
derjenigen Winkelelektrode, der im jeweiligen Fall der
erste Bereich der Elektrodenanordnung der Drehscheibe
gegenübersteht, wird das Signal über den zweiten Bereich
kapazitiv auf die Leseelektrode gekoppelt. Bei den
anderen Winkelelektroden stellt sich keine kapazitive
Kopplung des Signals ein. Damit ist auf einfache Weise
eine digitale Auswertung des Meßvorgangs erreicht. Es
läßt sich dadurch eine hohe Genauigkeit der Auflösung
gewährleisten.
Da zwischen der Drehscheibe und dem Träger keine
Berührung stattfindet, ist nicht mit einem Verschleiß zu
rechnen, der auf Dauer die Genauigkeit beeinträchtigen
könnte. Günstig ist auch, daß die Meßeinrichtung in einem
weiten Temperaturbereich, beispielsweise -40°C bis
+140°C, sicher arbeitet.
In Weiterbildung der Erfindung ist an der Drehscheibe
eine weitere zweite Elektrodenanordnung angeordnet, die
einer weiteren ersten Elektrodenanordnung des Trägers
zugeordnet ist, deren Winkelelektroden enger stehen als
die Winkelelektroden der anderen ersten
Elektrodenanordnung des Trägers. Dadurch ist der
Meßbereich in einen Grobbereich und in einen Feinbereich
aufgeteilt. Dies erleichtert den Aufbau der
Elektrodenanordnungen bei der gewünschten hohen
Winkelauflösung von beispielsweise 0,5°.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung
zeigen:
Fig. 1 den mechanischen Aufbau der Meßeinrichtung im
Schnitt,
Fig. 2 eine Aufsicht der Elektrodenanordnung der
Drehscheibe,
Fig. 3 eine Aufsicht der Elektrodenanordnung des Trägers
und
Fig. 4 eine an die Elektrodenanordnung des Trägers
angeschlossene Auswerteschaltung.
Eine Meßeinrichtung weist ein Gehäuse (1) auf, an dem eine
Mitnehmerbuchse (2) drehbar gelagert ist. An eine
Aufnahme (3) der Mitnehmerbuchse (2) ist eine nicht
dargestellte Welle einer Drosselklappe eines
Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs ankoppelbar. Die
Drechachse ist mit (4) bezeichnet.
Mittels eines O-Rings (5) ist die Mitnehmerbuchse (2)
gegenüber dem Gehäuse (1) abgedichtet. An der
Mitnehmerbuchse (2) greift eine Rückholfeder (6) an, die
die Mitnehmerbuchse (2) gegen einen Anschlag (7)
zurückstellt.
An der Mitnehmerbuchse (2) ist ein Federelement (8)
angeordnet, das an einem Rotor (9) angreift. Der Rotor (9)
ist in einem metallischen Einsatz (10) des aus Kunststoff
bestehenden Gehäuses (1) um die Drehachse (4) drehbar
gelagert. Das Federelement (8) entkoppelt in Richtung der
Drehachse (4) axiale Bewegungen der Drosselklappe bzw.
deren Welle von dem Rotor (9).
An dem Rotor (9) ist eine Drehscheibe (11) mittels eines
Klebers (12) befestigt. In den Einsatz (10) ist ein
scheibenförmiger Träger (13) eingeklebt, der planparallel
zur Drehscheibe (11) liegt. Um einen notwendigen Abstand
zwischen der Drehscheibe (11) und dem Träger (13)
sicherzustellen, ist ein Distanzring (14) vorgesehen. Im
Zentrum des Trägers (13) ist eine elektronische
Auswerteschaltung (15) befestigt, die in eine
Ausnehmung (16) der Drehscheibe (11) ragt.
Zwischen dem Träger (13) und einem aus Kunststoff
bestehenden Deckel (17) des Gehäuses (1) ist ein
Gummiring (18) angeordnet. Der Deckel (17) ist mit dem
Gehäuse (1) kunststoffverschweißt. Am Deckel (17) ist eine
Steckerhülse (19) mit drei Steckerstiften (20) ausgebildet,
an die die Auswerteschaltung (15) angeschlossen ist.
Außerdem sind im Gehäuse (1) Durchbrechungen (21) zum
Druckausgleich vorgesehen. Eine Druckausgleichsbohrung
(22) innerhalb der Steckerhülse (19) ist gegenüber dem
Gehäuseinnern mit einer Filzdichtung (23) geschützt.
Die Drehscheibe (11) und der Träger (13) bestehen aus einem
ITO-Nickel-Gold-beschichteten Flachglas, wie es aus der
LCD-Technik bekannt ist, oder einem Keramiksubstrat.
Diese sind äußerst plan und unempfindlich gegen
Temperaturschocks im Bereich zwischen -40°C und +140°C.
Außerdem lassen sich diese Materialien in
Dünnschichttechnologie kostengünstig bearbeiten.
Auf den Träger (13) ist auf seiner der Drehscheibe (11)
gegenüberliegenden Seite eine kapazitive
Elektrodenanordnung (24) aufgebracht. Auf die Drehscheibe
(11) ist auf ihrer dem Träger (13) gegenüberliegenden
Seite eine kapazitive Elektrodenanordnung (25)
aufgebracht. Die Elektrodenanordnungen (24, 25) bestehen
aus Metallschichten aus Indium-Zinn-Oxid, Nickel und Gold
oder ähnlichen, geeigneten Metallfilmen. Auf die Goldschicht
ist eine Schutzschicht, beispielsweise aus Polyimid,
aufgebracht. Rückseitig kann eine gerasterte Massefläche
aus Nickel vorgesehen sein.
Zwischen den Elektrodenanordnungen (24, 25) bzw. zwischen
dem Träger (13) und der Drehscheibe (11) kann ein
Ölfilm (26) als Gleitfilm und Dielektrikum eingebracht
sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist davon ausgegangen, daß
der Stellwinkelbereich sich über einen Winkel von 110°
erstreckt und in eine digitale Information von 8 bit
gewandelt werden soll, so daß eine Auflösung von O,43°
erzielt wird. Der Meßfehler soll kleiner als 1° sein.
Die Elektrodenanordnung (24) des Trägers (13) besteht aus
einer ersten kapazitiven Elektrodenanordnung (27) und
weiteren ersten kapazitiven Elektrodenanordnung (28). Die
erste Elektrodenanordnung (27) (vgl. Fig. 3) weist eine
Mehrzahl von, im Beispielsfalle fünfzehn, segmentförmigen
Winkelelektroden (29) auf, die um die Drehachse (4) im
Stellwinkelbereich von 110° etwa gleichmäßig verteilt
sind. Außerdem weist die erste Elektrodenanordnung (27)
eine Leseelektrode (30) auf, die sich kreisringförmig,
konzentrisch zur Drehachse (4) außen um die
Winkelelektroden (29) im Stellwinkelbereich von 110°
erstreckt.
Die weitere erste kapazitive Elektrodenanordnung (28)
weist weitere, im Beispielsfalle sechzehn,
Winkelelektroden (31) sowie eine Leseelektrode (32) auf.
Die weiteren Winkelelektroden (31) sind wie die
Winkelelektroden (29) segmentförmig zur Drehachse (4)
angeordnet, sind jedoch wesentlich schmaler und enger
angeordnet als diese. Die Leseelektrode (32) erstreckt
sich konzentrisch zur Drehachse (4) teilkreisförmig bis
fast an die Leseelektrode (30) (vgl. Fig. 3).
Die Winkelelektroden (31) sind in zwei Gruppen (33, 34)
aufgeteilt, wobei jede Gruppe z. B. acht
Winkelelektroden (31) umfaßt und zwischen den
Gruppen (33, 34) ein größerer Abstand besteht als zwischen
den Winkelelektroden jeder Gruppe.
Die Elektrodenanordnung (25) weist eine zweite kapazitive
Elektrodenanordnung (35) und eine weitere zweite
kapazitive Elektrodenanordnung (36) auf. Die zweite
Elektrodenanordnung (35) bildet einen ersten Bereich (37),
der aus zwei segmentförmigen Strahlen besteht, die den
Winkelelektroden (29) zugeordnet sind. Dieser erste
Bereich (37) steht einer der Winkelelektroden (29) und/oder
der benachbarten Winkelelektrode (29) je nach der
Drehwinkelstellung gegenüber. Außerdem bildet die zweite
Elektrodenanordnung (35) einen zweiten Bereich (38), der
bei jeder Winkelstellung im Drehwinkelbereich der
Leseelektrode (30) gegenübersteht (vgl. Fig. 2). Die
Bereiche (37, 38) sind elektrisch miteinander verbunden.
Die weitere zweite Elektrodenanordnung (36) ist der
weiteren ersten Elektrodenanordnung (28) des Trägers (13)
zugeordnet. Die weitere zweite Elektrodenanordnung (36)
weist einen ersten Bereich (39) auf, der aus einer
Mehrzahl, im Beispielsfalle sechzehn, Strahlen besteht,
die den weiteren Winkelelektroden (31) zugeordnet sind.
Der Abstand zwischen zwei der Strahlen entspricht etwa
dem Abstand zwischen den Gruppen (33, 34). Außerdem weist
die weitere zweite Elektrodenanordnung (36) einen zweiten
Bereich (40) auf, der sich konzentrisch zur Drehachse (4)
erstreckt und immer der Leseelektrode (32) gegenübersteht.
Der Bereich (40) ist mit dem Bereich (39) elektrisch
leitend verbunden.
Die Auswerteschaltung (15) (vgl. Fig. 4) weist ein
Schieberegister (41) mit Ausgangsverstärkern (42) auf,
deren Ausgänge P1 bis P16 an die weiteren
Winkelelektroden (31) angeschlossen sind. Dabei sind die
ungeradzahligen Ausgänge P1 bis 15 an die Gruppe (33) und
die geradzahligen Ausgänge P2 bis P16 an die Gruppe (34)
angeschlossen. Die Ausgänge S1 bis S15 (vgl. Fig. 4)
sind an die Winkelelektroden (29) angeschlossen. An der
Leseelektrode (30) liegt ein Leseverstärker (43).
Den D-Flip-Flops des Schieberegisters (41) sind
Latches (45) (Auffangspeicher) zugeordnet. Diese sind mit
z. B. einem 31 : 8-Enkoder (46) verbunden, der an einen
Parallel/ Seriell-Wandler (47) angeschlossen ist. Der
Wandler (47) ist an eine nicht näher dargestellte
elektronische Steuerschaltung des Verbrennungsmotors
angeschlossen und übermittelt dieser die jeweilige
Stellung der Drosselklappe.
Zur Steuerung der Auswerteschaltung (15) ist eine
Steuerelektronik (48) mit einem Oszillator (49),
beispielsweise 5 MHz-Oszillator, vorgesehen.
Die Funktionsweise der Auswerteschaltung (15) in einem
Meßzyklus ist etwa folgende:
Die Steuerelektronik (48) setzt das Schieberegister (41)
und alle Latches (45) zurück. Dann schiebt die
Steuerelektronik (48) eine "1" in das Schieberegister (41).
Diese "1" wird nun mit jedem Takt um eine Stelle im
Schieberegister (41) weitergeschoben. Immer wenn dies
erfolgt, tritt an einer der zugehörigen
Winkelelektroden (29 bzw. 31) ein Signal auf. Ist eine der
betreffenden Winkelelektroden (29 bzw. 31) über die zweite
Elektrodenanordnung (35) bzw. die weitere zweite
Elektrodenanordnung (36) - je nach der Drehwinkelstellung
- auf die Leseelektrode (30 bzw. 32) zurückgekoppelt, dann
wird über den Leseverstärker (43 bzw. 44) das Signal
kapazitiv zurückgelesen, wodurch diese "1" in das
zugeordnete Latch (45) übernommen wird.
Nachdem die "1" das gesamte Schieberegister (41)
durchlaufen hat, übernimmt der Enkoder (46) die gesamte
Information dieses Meßzyklusses und überträgt sie über
den Wandler (47) auf die Elektronik des Motors. Danach
erfolgt ein weiterer Meßzyklus.
Die Winkelelektroden (29) sind im Zusammenwirken mit dem
ersten Bereich (37) der zweiten Elektrodenanordnung (35) so
gestaltet, daß sie zu einer Grobmessung führen. Dabei
umfaßt die Grobmessung die Winkelbereiche von
1. Grobspur 1 bis 4°
2. Grobspur 4 bis 12°
3. Grobspur 12 bis 20°
4. Grobspur 20 bis 28°
5. Grobspur 28 bis 36°
6. Grobspur 36 bis 44°
7. Grobspur 44 bis 52°
8. Grobspur 52 bis 60°
9. Grobspur 60 bis 68°
10. Grobspur 68 bis 76°
11. Grobspur 76 bis 84°
12. Grobspur 84 bis 90°
13. Grobspur 90 bis 98°
14. Grobspur 98 bis 106°
15. Grobspur größer als 106°
2. Grobspur 4 bis 12°
3. Grobspur 12 bis 20°
4. Grobspur 20 bis 28°
5. Grobspur 28 bis 36°
6. Grobspur 36 bis 44°
7. Grobspur 44 bis 52°
8. Grobspur 52 bis 60°
9. Grobspur 60 bis 68°
10. Grobspur 68 bis 76°
11. Grobspur 76 bis 84°
12. Grobspur 84 bis 90°
13. Grobspur 90 bis 98°
14. Grobspur 98 bis 106°
15. Grobspur größer als 106°
Die sechzehn Winkelelektroden (31) zusammen mit den nach
Fig. 2 angeordneten sechzehn ersten Bereichen (39)
gestatten in den genannten Grobbereichen die
Feinauflösung auf 0,5°. Im ungünstigsten Fall stehen vier
der ersten Bereiche (39) den Winkelelektroden (31),
speziell deren erster, zweiter, fünfzehnter und
sechzehnter, gegenüber. Auch in diesem Fall kann über die
Winkelelektroden (29) bzw. die ersten Bereiche (37)
eindeutig entschieden werden, in welchem Grobbereich, 8°,
16°, 24°..., der jeweilige Stellwinkel liegt.
Claims (5)
1. Meßeinrichtung zum elektrischen Erfassen eines
Stellwinkels eines um eine Drehachse drehbaren
Stellorgans, insbesondere einer Drosselklappe eines
Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors, wobei in einem Gehäuse
eine mit dem Stellorgan mitdrehbare Drehscheibe und ein
dieser gegenüber feststehender Träger vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Träger (13) eine erste kapazitive
Elektrodenanordnung (24) angebracht ist, die im
Stellwinkelbereich mehrere um die Drehachse (4) verteilte
Winkelelektroden (29) und eine zur Drehachse (4)
konzentrische, teilkreisförmige Leseelektrode (30)
aufweist, daß an der Drehscheibe (11) eine zweite
kapazitive Elektrodenanordnung (25) angebracht ist, die
einen ersten Bereich (37) aufweist, der je nach dem
Stellwinkel unterschiedlichen Winkelelektroden (29)
gegenübersteht, und die einen zweiten Bereich (38)
aufweist, der bei jedem Stellwinkel der Leseelektrode (30)
gegenübersteht, wobei die zweite Elektrodenanordnung (25)
die jeweilige Winkelelektrode (29) mit der
Leseelektrode (30) kapazitiv koppelt, und daß eine
Auswerteschaltung (15) an die Winkelelektroden (29)
nacheinander zyklisch ein Signal legt und an der
Leseelektrode (30) die vorhandene oder nicht vorhandene
kapazitive Kopplung dieses Signals zyklisch erfaßt.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Drehscheibe (11) eine weitere zweite
Elektrodenanordnung (36) angeordnet ist, die einer
weiteren ersten Elektrodenanordnung (28) des Trägers (13)
zugeordnet ist, deren Winkelelektroden (31) enger stehen
als die Winkelelektroden (29) der anderen ersten
Elektrodenanordnung (27) des Trägers (13).
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die weitere zweite Elektrodenanordnung (36) mehrere
erste Bereiche (39) aufweist, die weiter beabstandet sind
als die ihnen zugeordneten Winkelelektroden (31).
4. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteschaltung (15) ein an die
Winkelelektroden (29, 31) angeschlossenes
Schieberegister (41) aufweist und daß den
Schieberegisterstellen zugeordnete Speicher (45) die
kapazitive Kopplung und Nichtkopplung im Meßzyklus
erfassen.
5. Meßeinrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteschaltung (15) im Zentrum des Trägers (13)
angeordnet ist.
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| DE19904034991 DE4034991A1 (de) | 1990-11-03 | 1990-11-03 | Messeinrichtung zum elektrischen erfassen eines stellwinkels |
| DE4118218A DE4118218A1 (de) | 1990-11-03 | 1991-06-04 | Kapazitive messeinrichtung zum elektrischen erfassen eines stellwinkels, insbesondere einer drosselklappe |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19904034991 DE4034991A1 (de) | 1990-11-03 | 1990-11-03 | Messeinrichtung zum elektrischen erfassen eines stellwinkels |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4034991A1 true DE4034991A1 (de) | 1992-05-07 |
| DE4034991C2 DE4034991C2 (de) | 1992-10-29 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19904034991 Granted DE4034991A1 (de) | 1990-11-03 | 1990-11-03 | Messeinrichtung zum elektrischen erfassen eines stellwinkels |
Country Status (1)
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1990
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