DE4106470A1 - Den hall-effekt ausnutzender sensor - Google Patents

Den hall-effekt ausnutzender sensor

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen den Hall-Effekt ausnutzenden Sensor, der zum Beispiel zum Feststellen der Winkelstellung eines Verteilers in einem Zündsystem für einen Verbrennungsmotor verwendet wird.
Stand der Technik
In Fig. 3 ist in teilgeschnittener Form die Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines üblichen Zündverteilers für einen Verbrennungsmotor dargestellt. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet ein Verteilergehäuse. Mit dem Bezugszeichen 2 ist der Verteilerdeckel bezeichnet, mit dessen Hilfe die obere Öffnung des Verteilergehäuses 1 abgedeckt werden kann. Die Bezugsziffer 3 bezeichnet die Verteilerwelle, die drehbar im Gehäuse 1 gelagert ist und die sich synchron mit der nicht dargestellten Kurbelwelle des Verbrennungsmotors dreht. Mit der Bezugsziffer 4 ist ein den Hall-Effekt ausnutzender Sensor bezeichnet, der innerhalb des Gehäuses 1 befestigt ist. Die Bezugsziffer 5 bezeichnet ein Flügelrad, das auf der Verteilerwelle 3 angeordnet ist und sich mit ihr als eine Einheit dreht; das Flügelrad 5 kann aus einem magnetischen Werkstoff bestehen und auf diese Weise als ein Unterbrechungsverschluß für den Magnetfluß dienen, wobei dieses Flügelrad kreisförmig ausgebildet ist und an seinem Umfang sich nach unten erstreckende Abschnitte 5a hat, die ihrerseits etwa um 90° voneinander entfernt sind. Die abgebogenen Abschnitte 5a sind so ausgebildet, daß sie durch einen Luftspalt 6 hindurchgehen, der innerhalb des den Hall-Effekt ausnutzenden Sensors 4 ausgebildet ist.
Mit der Bezugsziffer 7 ist ein Verteiler-Rotor bezeichnet, der auf dem oberen Ende der Verteilerwelle 3 befestigt ist und sich mit dieser als eine Einheit dreht; der Verteilerrotor 7 trägt eine Rotor-Elektrode 9. Die Rotor-Elektrode 9 ist in gleitendem Kontakt mit einer Mittelelektrode 8, die ihrerseits im Verteilerdeckel 2 angeordnet ist. Mit der Bezugsziffer 10 sind Außenelektroden bezeichnet, die im Verteilerdeckel 2 angeordnet sind und den nicht dargestellten Zündkerzen in den Zylindern des nicht dargestellten Verbrennungsmotors entsprechen. Die Sekundärspannung der nicht dargestellten Zündspule wird über die Rotorelektrode 9 entsprechend der vorgegebenen Zündfolge auf die Außenelektroden 10 übertragen, wodurch die jeweilige Zündkerze gezündet wird.
In Fig. 4 ist ein vergrößertem Maßstab ein Querschnitt durch den den Hall-Effekt ausnutzenden Sensor (der im folgenden nur noch "Hall-Sensor" genannt werden wird) gemäß Fig. 3 dargestellt. Mit der Bezugsziffer 20 ist ein aus thermoplastischem Kunststoff bestehendes Gehäuse bezeichnet. Die Bezugsziffer 21a bezeichnet ein erstes Magnetfluß-Leitstück, welches im Querschnitt die Form des Buchstabens L hat, und das im Gehäuse 20 eingebaut ist. Die Bezugsziffer 22 bezeichnet einen mit dem ersten Magentfluß-Leitstück 21a verbundenen Permanentmagneten. Die Bezugsziffer 23 bezeichnet eine Keramik-Scheibe, die im Gehäuse 20 angeordnet ist. Mit der Bezugsziffer 24 ist ein Hall-Meßwandler bezeichnet, der auf der Keramikscheibe 23 befestigt ist. Die Bezugsziffer 21b bezeichnet ein zweites Magnetfluß-Leitstück, das im Querschnitt die Form des Buchstabens L hat, das gegenüber dem ersten Magnetfluß-Leitstück 21a angebracht und am Hall-Meßwandler 24 befestigt ist.
Bei einem Zündverteiler für einen Verbrennungsmotor, der einen solchen Aufbau hat, dreht sich das Flügelrad 5, das auf der Verteilerwelle 3 befestigt ist, als Einheit mit dieser Verteilerwelle dann, wenn die Verteilerwelle 3 durch die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gedreht wird. Jedesmal dann, wenn einer der abgebogenen Abschnitte 5a den Luftspalt 6 durchläuft, deckt dieser abgebogene Abschnitt 5a den Magentfluß ab, der von dem Permanentmagneten 22 in Richtung auf den Hall-Meßwandler 24 strömt. Wenn eine der abgebogenen Abschnitte 5a, die aus magnetischem Material bestehen, den Luftspalt 6 durchläuft, dann wird, mit anderen Worten, der Magnetfluß von dem Permanentmagneten 22 über den gebogenen Abschnitt 5a auf das erste Magnetfluß-Leitstück 21a gerichtet, wodurch verhindert wird, daß der Magnetfluß durch den Hall-Meßwandler 24 fließt. Daraus folgt, daß in den Hall-Meßwandler 24 eine Änderung des Magnetflusses eingegeben wird, der von der Drehung der Verteilerwelle 3 abhängt. Der Hall-Meßwandler 24 setzt die Änderung des Magnetflusses in ein elektrisches Signal um, welches wiederum in eine nicht dargestellte Zündzeitpunkt-Steuereinheit übertragen wird, um auf diese Weise den Primärstrom der Zündspule zu steuern, wodurch zu jedem Zündzeitpunkt eine Sekundärspannung in der Zündspule erzeugt wird. Die Sekundärspannung wird durch die Mittelelektrode 8 und die Rotorelektrode 9 auf die Außenelektroden 10 in der Zündreihenfolge übertragen, die vom Verteilerrotor 7 abhängt. Auf diese Weise werden die den Zylindern zugeordneten Zündkerzen in der Zündreihenfolge gezündet, wodurch der Verbrennungsmotor laufend betrieben wird.
Bei dem bekannten Hall-Sensor 4 haben Abstands-Unterschiede zwischen dem Permanentmagneten 22 und dem Hall-Meßwandler 24 erhebliche Wirkungen auf die Genauigkeit der Feststellung des Kurbelwellen-Winkels. Obwohl das sichere Festlegen des Permanentmagneten 22 im Gehäuse z. B. durch ein Einpassen möglich ist, kann das Festlegen des Hall-Meßwandlers 24 nicht in ähnlicher Weise durchgeführt werden, weil er ein elektronisches Teil ist. Wenn ein integrierter Hall-Schaltkreis, der seinerseits aus der Keramikscheibe 23, dem Hall-Meßwandler 24 und dem zweiten Magnetfluß-Leitstück 21b besteht, zum Festlegen in das Gehäuse eingepaßt wird, dann besteht die Möglichkeit, daß die Keramikscheibe 23 zerstört wird oder daß durch eine Verwindung des Hall-Meßwandlers eine Veränderung in den Eigenschaften dieses Meßwandlers 24 erzeugt wird. Um solche Möglichkeiten auszuschalten, muß der integrierte Hall-Schaltkreis im Gehäuse 20 so eingebaut werden, daß ein Zwischenraum 25 zwischen ihm und der Wand des Gehäuses 20 liegt.
Der übliche Hall-Sensor 4, der so aufgebaut ist, wie dies oben beschrieben ist, weist eine solche Anordnung auf, daß der integrierte Hall-Schaltkreis im Gehäuse 20 so montiert ist, daß zwischen ihm und der Wand des Gehäuses 20 ein Zwischenraum ist. Bei einer solchen Anordnung entsteht das Problem, daß bei einer Veränderung des Abstandes zwischen dem Permanentmagneten 22 und dem Hall-Meßwandler 24 eine Veränderung des Magnetflusses vom Permanentmagneten 22 zum Hall-Meßwandler erzeugt wird, die ihrerseits eine entgegengesetzte Wirkung zur Genauigkeit der Feststellung des Kurbelwellen-Winkels hat.
Der vorliegenden Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, dieses Problem zu lösen und einen Hall-Sensor anzugeben, der sicher in der Lage ist, den jeweiligen Kurbelwellenwinkel genau anzugeben.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch einen Hall-Sensor gelöst, der folgende Teile aufweist: Ein Gehäuse, einen Dauermagneten, ein erstes Magnetfluß-Leitstück und ein zweites Magnetfluß-Leitstück, die zusammen einen magnetischen Schaltkreis bilden, einen gegenüber dem Permanentmagneten des magnetischen Schaltkreises liegenden Hall-Meßwandler, eine Scheibe zum Lagern des Hall-Meßwandlers, ein zwischen dem Permanentmagneten und dem Hall-Meßwandler gebildeten Luftspalt, einen Magnetfluß-Unterbrecher, der den Magnetfluß in dem Luftspalt unterbrechen kann und der durch den Luftspalt hindurchgeht, um eine Änderung im Magnetfluß zu erzeugen, die ihrerseits durch den Hall-Meßwandler festgestellt wird; und ein Druckglied, das aus einem Lagerarm zum Lagern des integrierten Hall-Schaltkreises und einem Druckarm besteht, der den Lagerarm auf die innere Wand des Gehäuses zu drückt, wobei der integrierte Hall-Schaltkreis aus dem zweiten Magnetfluß-Leitstück, dem Hall-Meßwandler und der Keramikscheibe besteht; der integrierte Hall-Schaltkreis wird dabei durch die Druckkraft des Druckgliedes an seinem Bestimmungsort festgehalten.
Der integrierte Hall-Schaltkreis wird entsprechend der Erfindung durch die Druckkraft des Druckgliedes näher an die Innenwand des Gehäuses gebracht, wodurch der Abstand zwischen dem Permanentmagneten und dem Hall-Meßwandler konstant wird.
Daraus folgt, daß der integrierte Hall-Schaltkreis im Gehäuse ohne Zerstörung montiert werden kann und der Abstand zwischen dem Permanentmagneten und dem integrierten Hall-Schaltkreis kann konstant gehalten werden, wobei sich der Vorteil ergibt, daß der jeweilige Kurbelwellen-Winkel korrekt ermittelt werden kann.
Anhand der Zeichnungen wird nun zum besseren Verständnis ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ist ein Querschnitt der wesentlichen Teile einer Ausführungsform nach der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht, die das in Fig. 1 dargestellte Druckglied zeigt;
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch den Zündverteiler eines Verbrennungsmotors, in den ein üblicher Hall-Sensor eingebaut ist; und
Fig. 4 ist ein Querschnitt der wesentlichen Teile des üblichen Hall-Sensors.
Fig. 1 ist ein Querschnitt, der die wesentlichen Teile des Hall-Sensors nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In Fig. 1 sind entsprechende oder gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wie in den Fig. 3 und 4 und eine Erläuterung dieser Teile unterbleibt daher aus Vereinfachungsgründen.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 30 ein Druckglied, das aus einem Lagerarm 30a und einem Druckarm 30b besteht. Das Druckglied 30 besteht aus rostfreiem Stahl und kann eine Druckkraft erzeugen. Eine Keramikscheibe 23, eine Hall-Meßwandler 24 und ein zweites Magnetfluß-Leitstück 21b bilden einen integrierten Hall-Schaltkreis. Am Lagerarm 30a ist der integrierte Hall-Schaltkreis befestigt. Innerhalb eines Gehäuses 20 ist an einer vorbestimmten Stelle der integrierte Hall-Schaltkreis zusammen mit dem Druckglied 30 eingebaut.
In Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Druckgliedes 30 gezeigt, das zusammen mit dem integrierten Hall-Schaltkreis nicht im Gehäuse 20 eingebaut ist. Das Druckglied 30 hat einen solchen Aufbau, daß der Druckarm 30b in seinem freien Zustand in einem stumpfen Winkel abgebogen ist und dann in Richtung des Pfeiles A gedrückt wird, wenn der integrierte Hall-Schaltkreis im Gehäuse 20 eingebaut wird.
Bei einem so aufgebauten Hall-Sensor wird der Lagerarm 30a durch die elastische Kraft des Druckarmes 30b dann gegen die innere Wand des Gehäuses 20 gedrückt, wenn der integrierte Hall-Schaltkreis im Gehäuse 20 eingebaut worden ist. Daraus folgt, daß der integrierte Hall-Schaltkreis, der vom Lagerarm 30a getragen wird, in einer vorbestimmten Lage im Gehäuse angeordnet werden kann, und daß er auf diese Weise den Abstand zwischen dem Permanentmagneten 20 und dem Hall-Meßwandler 24 stets konstant halten kann. Von dem Druckarm 30b wird keine Druckkraft auf den intergrierten Hall-Schaltkreis ausgeübt. Auf diese Weise besteht keine Möglichkeit, daß die Keramikscheibe 23 zerstört wird und daß durch eine Verwindung des Hall-Meßwandlers 24 eine Änderung in dessen Eigenschaften auftritt.
Obwohl die Erläuterung des Ausführungsbeispieles auf den Fall bezogen worden ist, in dem der Hall-Sensor dazu benutzt wird, die Winkelstellung einer Kurbelwelle zu ermitteln, ist der Hall-Sensor nach der vorliegenden Erfindung auch dafür anwendbar, die Winkelstellung eines Lenkrades, die Drehung eines Elektromotors oder ähnliches zu ermitteln.
Offensichtlich können zahlreiche Abweichungen und Veränderungen der vorliegenden Erfindung im Licht der obigen Lehre gemacht werden. Innerhalb des Schutzumfanges der beigefügten Ansprüche ist es daher selbstverständlich, daß die Erfindung auch anders ausgeführt werden kann als so, wie sie oben im einzelnen beschrieben worden ist.

Claims (5)

1. Den Hall-Effekt ausnutzender Sensor, gekennzeichnet durch
  • - ein Gehäuse (20);
  • - einen Permanentmagneten (22), ein erstes Magnetfluß-Leitstück (21a) und ein zweites Magnetfluß-Leitstück (21b), die gemeinsam einen magnetischen Schaltkreis bilden;
  • - einen gegenüber dem Permanentmagneten (22) im magnetischen Schaltkreis angeordneten Hall-Meßwandler (24);
  • - eine Scheibe (23) zum Aufnehmen des Hall-Meßwandlers (24);
  • - einen zwischen dem Permanentmagneten (22) und dem Hall-Meßwandler (24) gebildeten Luftspalt;
  • - einen Magnetfluß-Unterbrecher (5), der den Magnetfluß im Luftspalt unterbrechen kann und der durch den Luftspalt hindurchbewegt wird, um eine Veränderung des Magentflusses zu erzeugen, die ihrerseits durch den Hall-Meßwandler (24) festgestellt wird; und
  • - ein Druckglied (30), das zum Lagern des integrierten Hall-Schaltkreises einen Lagerarm (30a) aufweist sowie einen Druckarm (30b) zum Andrücken des Lagerarmes (30a) an die Innenwand des Gehäuses (20), wobei der integrierte Hall-Schaltkreis aus dem zweiten Magnetfluß-Leitstück (21b), dem Hall-Meßwandler (24) und der Scheibe (23) besteht;
wobei der integrierte Hall-Schaltkreis durch die Druckkraft des Druckgliedes (30) an seinem Bestimmungsort festgehalten wird.
2. Hall-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Hall-Schaltkreis mit dem Lagerarm (30a) des Druckgliedes (30) verbunden ist.
3. Hall-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckglied (30) einen Druckarm (30b) hat, der im freien Zustand in einem stumpfen Winkel abgebogen ist.
4. Hall-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerarm (30a) durch den Druckarm (30b) gegen die Innenwand des Gehäuses (20) gedrückt wird.
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