DE4109531A1 - Vorrichtung zur ermittlung einer drehung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Drehung eines Drehkörpers oder Rotors und insbesondere auf eine Magnetfeld-Ermittlungsvorrichtung, die beispielsweise bei einem Geschwindigkeitsfühler eines Fahrzeugs zur Anwendung kommen kann.

Eine herkömmliche Drehungsermittlungsvorrichtung, die im fol­ genden der Einfachheit halber als "Drehungsanzeiger" bezeich­ net wird, der auf ein Magnetfeld reagierenden Bauart ist in der JP-Patent-OS Nr. 63-2 05 515, die ohne Prüfung am 25.8.1988 veröffentlicht wurde, offenbart sowie in den beige­ fügten Fig. 10 und 11 dargestellt.

Gemäß Fig. 10 umfaßt dieser Drehungsanzeiger RD im wesentli­ chen einen Rotor 50 und eine Vorrichtung 52 zur Ermittlung eines magnetischen Widerstandes, die im folgenden als "Wider­ stand-Ermittlungsvorrichtung" bezeichnet wird. Der Rotor 50 ist an einer Drehwelle 51 befestigt und die Widerstand- Ermittlungsvorrichtung 52 ist an einer solchen Stelle angeord­ net, daß sie dem Rotor 50 gegenüberliegt, wobei zwischen die­ sem und der Ermittlungsvorrichtung 52 ein vorbestimmter Spalt abgegrenzt ist. Die Widerstand-Ermittlungsvorrichtung 52 be­ steht aus einem Isoliersubstrat 53, einem magnetischen Wider­ standselement 54 und einem Dauermagneten 55, wobei das Wider­ standselement 54 unmittelbar an der Fläche des Isoliersub­ strats 53 angeordnet ist. Ein Magnetfeld wird von dem Dauerma­ gneten 55 durch das Isoliersubstrat 53 hindurch am Widerstands­ element 54 erzeugt.

Wie der Fig. 11 zu entnehmen ist, wird im Zentrum des Rotors 50 eine Mittelachse 03 bestimmt, wie auch im Zentrum der Wi­ derstand-Ermittlungsvorrichtung 52 eine Mittelachse 04 be­ stimmt ist, wobei die Ermittlungsvorrichtung entlang der Mit­ telachse 03 des Rotors 50 angeordnet ist. Die Mittelachsen 03 und 04 sind unter einem vorbestimmten Winkel R zueinander geneigt, um ein stabiles Rotationssignal zu erfassen.

Ein Übertragungswert des Magnetfeldes durch das Widerstands­ element 54 ändert sich in Übereinstimmung mit der Drehung des Rotors 50. Auf diese Weise werden Änderungen im Widerstands­ wert des Widerstandselements 54 hervorgerufen, so daß die Umdrehungsgeschwindigkeit berechnet werden kann.

Dem herkömmlichen Drehungsanzeiger haften jedoch Nachteile an, auf die im folgenden eingegangen wird.

Dieser Drehungsanzeiger erzeugt Signale, die der Anzahl der Zähne des Rotors 50 entsprechen. Insofern kann ein Drehungs­ anzeiger, der mit hoher Präzision arbeitet, nicht nach der herkömmlichen Bauweise gefertigt werden, was darin seinen Grund hat, daß die Ausbildung von weiteren, die Zähnezahl er­ höhenden Zähnen am Rotor eine Technik von hoher Präzision er­ fordert, die derzeit noch nicht zu erlangen ist. Darüber hin­ aus ist es schwierig, auf der Grundlage des oben geschilder­ ten Aufbaus eines Drehungsanzeiger zu produzieren, der in sei­ nen Abmessungen kompakt ausgebildet ist.

Der Erfindung liegt deshalb die primäre Aufgabe zugrunde, einen Drehungsanzeiger zu schaffen, der von den oben genann­ ten Nachteilen frei ist.

Ein Ziel der Erfindung ist darin zu sehen, einen Drehungs­ anzeiger, der eine hohe Auflösung hat, zur Verfügung zu stellen.

Ferner zielt die Erfindung auf einen Drehungsanzeiger mit kleinen Abmessungen ab.

Um die Aufgabe zu lösen und die genannten sowie weitere Ziele zu erreichen, umfaßt eine erfindungsgemäße Drehungsermitt­ lungsvorrichtung eine Drehwelle, ein erstes, an dieser Dreh­ welle fest angebrachtes Rotorteil, ein zweites Rotorteil, das an der Drehwelle außer Phase mit Bezug zum ersten Rotorteil fest montiert ist, und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines magnetischen Widerstandes, die an einer dem ersten sowie zwei­ ten Rotorteil gegenüberliegenden Position angeordnet ist.

Der Erfindungsgegenstand wird unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Drehungsanzeigers;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Drehungsanzeiger von Fig. 1;

Fig. 3 eine Frontansicht einer Vorrichtung zur Ermittlung eines magnetischen Widerstandes;

Fig. 4 eine Schaltung, die bei dem Ausführungsbeispiel zur Anwendung kommen kann;

Fig. 5 und 6 perspektivische Darstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Drehungsan­ zeigers;

Fig. 7 eine Kennkurve zur Beziehung zwischen einer Widerstandsänderungsgröße und einem Magnet­ feldwert;

Fig. 8 eine Kennkurve zur Beziehung zwischen einer Wider­ standsänderungsgröße und einer Rotordrehung;

Fig. 9 eine Kennkurve zur Beziehung zwischen einem erzeugten Signal und einer Rotordrehung;

Fig. 10 eine Seitenansicht des herkömmlichen Drehungs­ anzeigers;

Fig. 11 eine Draufsicht auf den in Fig. 10 dargestellten Drehungsanzeiger.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die Lagebeziehung zwischen einer Vor­ richtung 1 zur Ermittlung eines magnetischen Widerstandes ("Widerstand-Ermittlungsvorrichtung") und einem Rotor 2. Die Ermittlungsvorrichtung 1 und der Rotor 2 bilden eine Dre­ hungsermittlungsvorrichtung ("Drehungsanzeiger") RD.

Der Rotor 2 umfaßt ein erstes sowie ein zweites Rotorteil 2a bzw. 2b, die beide auf einer gemeinsamen Drehwelle R befe­ stigt sind, welche in einem Automatikgetriebe zur Drehung durch dieses angeordnet ist. Das erste sowie zweite Rotor­ teil 2a, 2b bestehen aus magnetischem Material und drehen ent­ sprechend der Drehung der Drehwelle R. Am Außenumfang der bei­ den Rotorteile 2a und 2b sind Zahnköpfe 2′ in einer Mehrzahl ausgebildet, wobei zwischen den Zahnköpfen 2′ Nuten 2′a abge­ grenzt sind. Jedes der Rotorteile ist somit nach Art eines Zahnrades gestaltet.

Die Widerstand-Ermittlungsvorrichtung 1 ist an einer Stelle so angeordnet, daß sie dem Rotor 2 gegenüberliegt, wobei da­ zwischen ein vorbestimmter Spalt l1 abgegrenzt ist. Bei dem gezeigten Beispiel dreht der Rotor 2 entgegen dem Uhrzeiger­ sinn.

Die Widerstand-Ermittlungsvorrichtung 1 umfaßt einen Dauer­ magneten 3, ein Isoliersubstrat 4 und eine Mehrzahl von magne­ tischen Widerstandselementen 6A sowie 7A, welche an der Ober­ fläche des Isoliersubstrats 4 ausgestaltet sind, dessen Haupt­ bestandteil von Siliziumdioxyd gebildet wird. Der Nordpol des Dauermagneten 3 ist am Isoliersubstrat 4 befestigt. Durch das Isoliersubstrat 4 und die magnetischen Widerstandselemente 6A sowie 7A hindurch wird das Magnetfeld am Rotor 2 zur Wir­ kung gebracht.

Im Zentrum des Rotors 2 und im Zentrum der Widerstand-Ermitt­ lungsvorrichtung 1 sind jeweils eine Mittelachse 01 bzw. 02 bestimmt, die miteinander in Flucht sind.

Gemäß der Frontansicht von Fig. 3 sind bei der Ermittlungs­ vorrichtung 1 die magnetischen Widerstandselemente 6A und 7A an der Fläche des Isoliersubstrats 4 angeordnet, so daß sie eine Dünnschicht für ein Widerstandsmeßelement (Widerstands­ manometer) bilden. Diese Widerstandselemente 6A, 7A sind bei­ spielsweise aus einer NiCo- oder NiFe-Legierung oder gleich­ artigem Material gefertigt.

An den Enden des Widerstandselements 6A sind einteilig mit diesem elektrische Anschlüsse 6a und 6b ausgebildet, die, wie Fig. 4 zeigt, an Verbindungspunkte TRM1 bzw. TRM4 angeschlos­ sen sind. In gleichartiger Weise hat das Widerstandselement 7A zwei elektrische Anschlüsse 7a und 7b, die jeweils mit den Verbindungspunkten TRM2 bzw. TRM3 verbunden sind (Fig. 4). Das Zentrum eines jeden Widerstandselements 6A und 7A liegt auf der Mittelachse 02 der Ermittlungsvorrichtung 1.

Wie der Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, sind die beiden Rotor­ teile 2a und 2b fest auf der gemeinsamen Drehwelle R gehalten und zueinander derart phasenverschoben, daß ein Zahnkopf 2′ des ersten Rotorteils 2a eine zu einer Nut 2′a des zweiten Rotorteils 2b entsprechende Position hat.

Durch die magnetischen Widerstandselemente 6A, 7A sowie Wider­ stände 8 und 9 wird, wie Fig. 4 zeigt, eine vollständige elek­ trische Brückenschaltung geschaffen, die eine Stromquelle V und mehrere Verbindungspunkte TRM1-TRM4 umfaßt, wobei die Stromquelle V an die Verbindungspunkte TRM1 und TRM2 ange­ schlossen ist. Bei einer auf einer Änderung in der umgebenden Magnetkraft beruhenden Veränderung des Widerstandes im Ele­ ment 6A und/oder 7A wird eine Spannungsänderung als ein elek­ trisches Signal zwischen den Verbindungspunkten TRM3 sowie TRM4 erzeugt.

Unter Verwendung von dreidimensionalen Koordinaten (X, Y, Z) wird die Arbeitsweise des Erfindungsgegenstandes erläutert.

Die Fig. 5 zeigt einen bestimmten Betriebszustand des Dre­ hungsanzeigers RD, wenn der Zahnkopf 2′ des ersten Rotorteils 2a im zur Ermittlungsvorrichtung 1 geschlossenen oder nahen Zustand ist, während die Fig. 6 einen anderen Betriebszustand des Drehungsanzeigers zeigt, wobei der Zahnkopf 2′ des zweiten Rotorteils 2b im zur Widerstand-Ermittlungsvorrichtung 1 ge­ schlossenen Zustand ist.

Der Dauermagnet 3 bewirkt ein Magnetfeld in Richtung einer lotrechten Linie des Isoliersubstrats 4. Wenn eine Änderung im Magnetfeld auftritt, so wird eine Änderung im Widerstands­ wert hervorgerufen. Die Magnetfeldänderung längs der Y-Achse ist nur wirksam, um den Widerstandswert der Widerstandsele­ mente 6A und/oder 7A zu verändern. In dem in Fig. 5 dargestell­ ten Zustand wird das Magnetfeld für den Zahnkopf 2′ des ersten Rotorteils 2a abgelenkt, und in diesem Betriebszustand der Fig. 5 stellt die Änderungsgröße für das magnetische Wider­ standselement 6A einen Maximalwert dar. In gleichartiger Wei­ se wird gemäß Fig. 6 das Magnetfeld für den Zahnkopf 2′ des zweiten Rotorteils 2b abgelenkt, und die Änderungsgröße für das magnetische Widerstandselement 7A repräsentiert einen Ma­ ximalwert.

In Fig. 7 gibt eine lotrechte Achse eine Änderungsgröße des Widerstandswerts wieder, während andererseits eine waagerech­ te Achse die Änderung im Wert des Magnetfelds darstellt.

Die Fig. 8 stellt eine Beziehung zwischen einer Änderung in der Größe des Widerstandes und der Drehung des Rotors 2 dar. Ist der Zahnkopf 2′ der Ermittlungsvorrichtung 1 ganz nahe, dann hat die Widerstandsänderungsgröße einen maximalen Wert.

Die Fig. 9 zeigt eine Beziehung zwischen einem in der voll­ ständigen elektrischen Brückenschaltung erzeugten Signal und der Drehung des Rotors 2. Wenn sich der Zahnkopf 2′ der Wider­ stand-Ermittlungsvorrichtung 1 nähert, so bringt das Ausgangs­ signal seinen Maximalwert hervor.

Eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Drehung umfaßt erfin­ dungsgemäß eine Drehwelle, ein an dieser Drehwelle festes erstes Rotorteil und ein zweites Rotorteil, das ebenfalls an der Drehwelle fest, jedoch mit Bezug zum ersten Rotorteil phasenverschoben ist. Eine einen magnetischen Widerstand er­ fassende Vorrichtung ist an einer Stelle in Gegenüberlage zum ersten sowie zweiten Rotorteil angeordnet, um präzis eine Um­ laufgeschwindigkeit der Drehwelle festzustellen.

Der hier offenbarte Erfindungsgedanke läßt die folgenden Vor­ teile erreichen:

• a) es kann eine eine Drehung ermittelnde Vorrichtung, die eine hohe Auflösung besitzt, geschaffen werden;
• b) es kann eine eine Drehung ermittelnde Vorrichtung geschaf­ fen werden, die bei zu bekannten Vorrichtungen wenigstens gleicher Leistungsfähigkeit geringere Abmessungen besitzt.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ihre bevorzugte Ausführungsform dargestellt und beschrieben, jedoch ist sie darauf nicht beschränkt. Bei Kenntnis der offenbarten Lehre wird der Fachmann Möglichkeiten zu Abwandlungen, Auslassun­ gen und Änderungen sehen, die jedoch als im Rahmen der Erfin­ dung liegend zu betrachten sind.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Ermittlung einer Drehung, die umfaßt:

• - eine Drehwelle (R),
• - ein erstes, an der Drehwelle (R) befestigtes Rotor­ teil (2a) ,
• - ein zweites Rotorteil (2b), das an der Drehwelle (R) phasenverschoben mit Bezug zum ersten Rotorteil (2a) fest angebracht ist, und
• - eine Vorrichtung (1) zur Ermittlung eines elektrischen Widerstandes, die in einer dem ersten sowie zweiten Rotor­ teil gegenüberliegenden Position angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste sowie zweite Rotorteil (2a, 2b) in ihrer Umfangs­ richtung mit einer Vielzahl von Zahnköpfen (2′) und Nu­ ten (2′a) zwischen benachbarten Zahnköpfen versehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahnkopf (2′) des ersten Rotorteils (2a) in Überein­ stimmung mit einer Nut (2′a) des zweiten Rotorteils (2b) versetzt angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) zur Ermittlung eines elektrischen Widerstandes einen Dauermagneten (3), ein Isoliersubstrat (4) sowie zwei magnetische Wider­ standselemente (6A, 7A) umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Widerstandselemente (6A, 7A) als ein Dünn­ schichtwiderstand auf einer Oberfläche des Isoliersub­ strats (4) ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Widerstandselemente (6A, 7A) in eine voll­ ständige Brückenschaltung einbezogen sind.