DE4418539A1 - Relative position of two parts with each other measuring appts. motor revolution measurement - Google Patents

Relative position of two parts with each other measuring appts. motor revolution measurement

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Abstract

The appts. includes a track with a number of markings, and a sensor with two connected sensor elements (14,15) connected. The track markings have a length (a) and spacings between them of length (b). The sensor elements have a spacing (s) between them. The sensor is rotated related to the arrangement of the marking of the track about an angle ( alpha ). A distance (s1) relative to the track is produced determining the resolution between the sensors. The track has two tracks parts about a distance compared to each other, which corresponds to half the sum of the marking length and the spacing distance. The sensor is so aligned, that one track part works in conjunction with one sensor element, and the other track with the other sensor element. So that the distance determining the resolution is the sensor element extension (k).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der Relativlage zweier Teile mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The invention relates to a device for measuring the Relative position of two parts with the features of claim 1.

Es ist bekannt, daß zur Messung der Relativlage zweier gegeneinander verschiebbarer Teile bzw. zur Abtastung eines Impulsrades Sensoren eingesetzt werden, die an ihnen vorbei laufende Oberflächen abtasten oder sich selbst bezüglich feststehender Körper bewegen. Solche Sensoren sind beispielsweise magnetoresistive Differentialsensoren, dies sind sogenannte Feldplattendifferentialsensoren oder Sensoren, die aus wenigstens zwei Hallelementen bestehen. Diese Differentialsensoren werden eingesetzt, damit mittels Differenzbildung zuverlässigere Auswertungen möglich sind.It is known that for measuring the relative position of two mutually displaceable parts or for scanning a Pulse wheel sensors are used on them scan past surfaces or refer to yourself move fixed body. Such sensors are for example magnetoresistive differential sensors, these are so-called field plate differential sensors or sensors that consist of at least two Hall elements. These Differential sensors are used so that Difference formation more reliable evaluations are possible.

Mit solchen Differentialsensoren, die ein Impulsrad abtasten läßt sich beispielsweise die Drehzahl eines Motors bzw. die Stellung der Kurbel- bzw. Nockenwelle ermitteln. Dazu ist auf der Kurbel- oder Nockenwelle eine Scheibe befestigt, die an ihrer Oberfläche eine Vielzahl von Markierungen bzw. Zähnen aufweist. Diese Schreibe dreht sich mit derselben Drehzahl wie die zugehörige Welle. Sie wird mit Hilfe des Differentialsensors abgetastet, dieser liefert dann ein Ausgangssignal, das Oszillationen aufweist, die direkt proportional zur Drehzahl sind.With such differential sensors that scan a pulse wheel can, for example, the speed of an engine or Determine the position of the crankshaft or camshaft. This is on a crank attached to the crankshaft or camshaft a large number of markings or teeth on its surface having. This write rotates at the same speed as the associated wave. It is with the help of the differential sensor sampled, this then delivers an output signal, the  Has oscillations that are directly proportional to the speed are.

Solche Differentialsensoren sind beispielsweise aus der DE-OS 35 10 651 bekannt. Bei all diesen Sensoren besteht prinzipiell das Problem, daß die Auflösung durch den Abstand der beiden Sensorelemente, also bei Differenz-Hall-Sensoren durch den Abstand der beiden Hallelemente festgelegt wird. Wird mit einem solchen Sensor beispielsweise ein Zahnrad abgetastet, muß an die Zahnteilung, also die Strecke Zahn plus Zwischenraum die Anforderung gestellt werden, daß diese Zahnteilung größer ist als der Abstand zwischen den beiden Sensorelementen. Da dieser Abstand bei herkömmlichen Sensoren relativ groß und vor allem kaum beeinflußbar ist, kann die Auflösung des bekannten Sensors bzw. der bekannten Sensoren nicht in erforderlicher Weise erhöht werden.Such differential sensors are for example from the DE-OS 35 10 651 known. All of these sensors exist basically the problem that the resolution by the distance of the two sensor elements, i.e. in the case of differential Hall sensors the distance between the two Hall elements is determined. Will with such a sensor, for example, scanned a gear the tooth pitch, i.e. the distance tooth plus space Requirement that this tooth pitch is larger than the distance between the two sensor elements. Because of this Distance with conventional sensors is relatively large and above all The resolution of the known sensor can hardly be influenced or the known sensors are not increased as required become.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Messung der Relativlage zweier Teile weist demgegenüber den Vorteil auf, daß eine deutliche Steigerung der Auflösung erzielt werden kann. Es ist somit eine genauere Bestimmung der Relativlage bzw. in Verbindung mit einer Drehzahl oder Positionserfassung eine Steigerung der Genauigkeit gegenüber den herkömmlichen Sensoren möglich.The device according to the invention for measuring the relative position two parts has the advantage that one significant increase in resolution can be achieved. It is thus a more precise determination of the relative position or in Connection with a speed or position detection Increased accuracy compared to conventional sensors possible.

Erzielt werden diese Vorteile, indem die Sensorelemente gegenüber der abzutastenden Spur von Markierungen um einen bestimmten Winkel verdreht werden, so daß letztendlich der die Auflösung bestimmende Abstand zwischen den Sensorelementen bezogen auf das abzutastende Teil verringert wird. These advantages are achieved by using the sensor elements compared to the trace of markings to be scanned by one certain angles are rotated, so that ultimately the Distance determining the distance between the sensor elements is reduced based on the part to be scanned.  

Eine weitere Möglichkeit, diese Vorteile zu erzielen besteht darin, daß das abzutastende Teil zwei gegeneinander verschobene Spuren aufweist, die so gegeneinander verschoben sind, daß die Verschiebung gleich der Hälfte der Summe aus der Markierungslänge und dem Markierungsabstand ist. Es sind dabei die beiden Sensorelemente so angeordnet, daß die eine Spur mit dem einen und die andere Spur mit dem anderen Sensorelement zusammenwirkt, so daß die für die Auflösung der Anordnung wesentliche Strecke die Sensorelementausdehnung ist und nicht der Abstand zwischen den beiden Sensorelementen.Another way to achieve these benefits is in that the part to be scanned shifted two against each other Has tracks that are shifted so that the Displacement equal to half the sum of the Mark length and mark distance. There are the two sensor elements arranged so that one track with one and the other track with the other sensor element cooperates so that for the resolution of the arrangement essential distance is the sensor element extension and not the distance between the two sensor elements.

Weitere Vorteile der Erfindung bzw. weitere vorteilhafte Anwendungen der Erfindung werden mit Hilfe der in den Unteransprüchen angegebenen Ausgestaltungen erzielt. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß sich je nach Erfordernissen entweder ein Verdrehen des Sensors oder der Einsatz einer zweiten Spur von Markierungen vornehmen läßt. Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung im Zusammenhang mit der Abtastung von Impulsrädern einsetzen.Further advantages of the invention or further advantageous Applications of the invention are described with the aid of the Sub-claims achieved configurations achieved. It is particularly advantageous that depending on the requirements either turning the sensor or using a second track of markings. Can be particularly advantageous the invention in connection with the scanning of pulse wheels deploy.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt im einzelnen Fig. 1 eine beispielsweise aus der DE-OS 35 10 651 bekannte Anordnung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit gedrehten Sensorelementen und Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit zwei getrennten Markierungsspuren, die mit Hilfe zweier Sensorelemente abgetastet werden. Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. In this case, 2 3 showing in detail Fig. 1 shows a known for example from DE-OS 35 10 651 arrangement, Fig. An embodiment of the invention with twisted sensor elements and Fig. An embodiment with two separate marking tracks, the two with the aid of sensor elements are sampled.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In Fig. 1 ist mit 10 ein Teil eines Impulsrades in Seitenansicht dargestellt, die Bewegungsrichtung ist durch einen Pfeil 11 markiert. An der Oberfläche des Impulsrades befinden sich eine Anzahl A von Markierungen 12 und Zwischenräume 13, wobei die Länge der Markierungen mit a und die Zwischenräume mit b bezeichnet sind. Mit t ist eine Strecke bezeichnet, die der Länge einer Markierung und eines Zwischenraumes entspricht. Das Impulsrad 10 bzw. seine Oberfläche mit den Markierungen 12 und den Zwischenräumen 13 wird mit Hilfe zweier Sensorelemente 14, 15 abgetastet, die bei diesem Beispiel feststehend sind. Der Mitte-Mittel-Abstand der beiden Sensorelemente beträgt s, die beiden Sensorelemente sind in einem integrierten Schaltkreis 16 integriert. Die Kantenlänge eines Sensorelementes ist mit k bezeichnet. Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht der Anordnung.In Fig. 1, 10 shows part of a pulse wheel in a side view, the direction of movement is marked by an arrow 11 . There are a number A of markings 12 and spaces 13 on the surface of the impulse wheel, the length of the marks being designated a and the spaces b. A distance is designated by t which corresponds to the length of a marking and an intermediate space. The impulse wheel 10 or its surface with the markings 12 and the spaces 13 is scanned with the aid of two sensor elements 14 , 15 , which are fixed in this example. The center-to-center distance of the two sensor elements is s, the two sensor elements are integrated in an integrated circuit 16 . The edge length of a sensor element is designated k. Fig. 1 shows a side view of the arrangement.

Bewegt sich das Impulsrad 10 an den magnetfeldempfindlichen Sensorelementen vorbei, erfahren diese eine Modulation des Magnetfeldes ΔB und generieren dabei am Sensorausgang ein Signal, das die Bewegung und die Oberfläche des Impulsrades 10 wiedergibt. Das Entstehen des Signals weist daher eine drehzahlabhängige Frequenz auf. Die realisierbare Zahnteilung t des Impulsrades wird beschränkt durch den Abstand s der beiden Sensorelemente und damit auch die Auflösung des Systems. Bei einer optimalen Anpassung ist eine Zahnteilung von t = 2s möglich.If the impulse wheel 10 moves past the magnetic field-sensitive sensor elements, they experience a modulation of the magnetic field ΔB and thereby generate a signal at the sensor output which reflects the movement and the surface of the impulse wheel 10 . The generation of the signal therefore has a speed-dependent frequency. The realizable tooth pitch t of the impulse wheel is limited by the distance s between the two sensor elements and thus also the resolution of the system. With an optimal adaptation, a tooth pitch of t = 2s is possible.

Mit den in den Fig. 2 und 3 angegebenen Anordnungen lassen sich Zahnteilungen von t kleiner 2s auswerten. Bei diesen Ausführungsformen ist die Zahnteilung des Impulsrades bzw. die Summe der Strecken a+b nicht durch den Abstand 2s begrenzt. With the arrangements given in FIGS. 2 and 3, tooth pitches of t less than 2 s can be evaluated. In these embodiments, the tooth pitch of the impulse wheel or the sum of the distances a + b is not limited by the distance 2s.

In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt, dabei sind die einzelnen Elemente entsprechend Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig. 2 ist dabei die Darstellung nach Fig. 1 von unten zu sehen, im Unterschied zur Anordnung nach Fig. 1 ist in Fig. 2 die Sensoranordnung mit den beiden Sensorelementen 14 und 5 nicht in einer Linie zur Markierungsspur auf dem Impulsrad 10 sondern um einen Winkel α gedreht. Es wird bei einer solchen Anordnung für die Auflösung nicht der Abstand s zwischen den beiden Sensorelementen wirksam sondern der verkleinerte Abstand s1. Je größer der Winkel α ist, desto kleiner kann s1 gemacht werden. Es ist dazu lediglich erforderlich, daß die Dicke d1 des Impulsrades 10 bzw. der Markierungen 12 und der Zwischenräume 13 größer ist als der Abstand s zwischen den beiden Sensorelementen 14 und 15.In FIG. 2, a first embodiment is illustrated here, the individual elements according to Fig. 1 provided with the same reference numerals. In FIG. 2, the illustration according to FIG. 1 can be seen from below, in contrast to the arrangement according to FIG. 1, the sensor arrangement with the two sensor elements 14 and 5 is not in a line with the marking track on the pulse wheel 10 but in FIG. 2 rotated by an angle α. With such an arrangement, it is not the distance s between the two sensor elements that is effective for the resolution, but rather the reduced distance s1. The larger the angle α, the smaller s1 can be made. It is only necessary for the thickness d1 of the impulse wheel 10 or the markings 12 and the spaces 13 to be greater than the distance s between the two sensor elements 14 and 15 .

Das in Fig. 2 erkennbare Verdrehen des Impulsrades bezüglich der Sensorelemente setzt voraus, daß die Kantenlänge der Sensorelemente k viel kleiner als s ist. Es wird dann der wirksame Systemabstand von s auf s1 reduziert. Damit wird die Zahnteilung t des Impulsrades nicht durch 2s oder 2s1 begrenzt, sondern durch die Sensorkantenlänge k und zwar gilt, daß tmin = 2k.The rotation of the impulse wheel with respect to the sensor elements which can be seen in FIG. 2 presupposes that the edge length of the sensor elements k is much smaller than s. The effective system distance is then reduced from s to s1. The tooth pitch t of the impulse wheel is thus not limited by 2s or 2s1, but by the sensor edge length k, namely that t min = 2k.

Um ein Impulsrad mit kleiner Zahnteilung an einen Sensor mit großem Abstand der Einzelelemente anzupassen kann ein System entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 aufgebaut werden. Es wird dabei der Sensor 14 gegenüber der bekannten Anordnung nach Fig. 1 um 90° gedreht. Zur Modulation des zweiten Sensorelementes wird ein zweites Impulsrad 18 mit Markierungen bzw. Zähnen 12a und Zwischenräumen 13a eingesetzt. Die Längen der Markierungen 12a bzw. der Zwischenräume 13a sind vorzugsweise gleich wie beim Impulsrad 10. Die beiden Impulsräder 10 und 18 werden dabei um eine halbe Zahnteilung t/2 gegeneinander verdreht. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind im übrigen gleiche Bestandteile wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 oder 2 versehen.In order to adapt a pulse wheel with a small tooth pitch to a sensor with a large distance between the individual elements, a system can be constructed in accordance with the exemplary embodiment according to FIG . The sensor 14 is rotated by 90 ° with respect to the known arrangement according to FIG. 1. To modulate the second sensor element, a second pulse wheel 18 with markings or teeth 12 a and spaces 13 a is used. The lengths of the markings 12 a or the spaces 13 a are preferably the same as for the impulse wheel 10 . The two pulse wheels 10 and 18 are rotated against each other by half a tooth pitch t / 2. In the embodiment shown in FIG. 3, the same components are again provided with the same reference numerals as in Fig. 1 or 2.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Zahnteilung t nicht durch den Systemabstand s des Sensors sondern durch die Kantenlänge k der einzelnen Bauelemente bestimmt, es gilt dabei tmin = 2k. Dieser Wert ist bei herkömmlichen Sensoren wesentlich kleiner als s.As can be seen from FIG. 3, the tooth pitch t is determined not by the system distance s of the sensor but by the edge length k of the individual components, t min = 2k. With conventional sensors, this value is significantly smaller than s.

Die beiden Impulsräder 10, 18 sind vorzugsweise durch einen Distanzring 19 voneinander getrennt. Die Dicke d2 dieses Rings hängt vom Systemabstand s, der Kantenlänge k des Sensors und von der Breite bzw. Dicke der Impulsräder d1, d1a ab. Der Ring besteht vorzugsweise aus unmagnetischem Material, welches die beiden Impulsräder entkoppelt, so daß die wirksame Magnetfeldänderung AB vergrößert wird. Der nicht magnetische Distanzring 19 bewirkt somit eine Erhöhung der Sensorempfindlichkeit.The two pulse wheels 10 , 18 are preferably separated from one another by a spacer ring 19 . The thickness d2 of this ring depends on the system distance s, the edge length k of the sensor and the width or thickness of the pulse wheels d1, d1a. The ring is preferably made of non-magnetic material, which decouples the two pulse wheels, so that the effective change in magnetic field AB is increased. The non-magnetic spacer ring 19 thus causes an increase in sensor sensitivity.

Mit den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen können Impulsräder mit kleiner Zahnteilung t an Sensoren mit großem Systemabstand s bzw. großem Abstand zwischen den einzelnen Sensorelementen eingesetzt werden. Insbesondere im Zusammenhang mit der Erfassung von Drehzahlen der Kurbel- oder Nockenwelle einer Brennkraftmaschine und der daraus abgeleiteten Ermittlung von Einspritzzeitpunkten und Zündzeitpunkten lassen sich gegenüber herkömmlichen Systemen deutliche Verbesserungen erzielen.With the exemplary embodiments shown in FIGS . 2 and 3, impulse wheels with a small tooth pitch t can be used on sensors with a large system distance s or a large distance between the individual sensor elements. In particular in connection with the detection of speeds of the crankshaft or camshaft of an internal combustion engine and the determination of injection times and ignition times derived therefrom, significant improvements can be achieved compared to conventional systems.

Zur Minimierung von Bauraum und Verbesserung der Auflösung bei der Drehzahlerfassung können Impulsräder mit einer großen Anzahl von Zähnen bei gleichzeitig kleinem äußeren Durchmesser des Impulsrades eingesetzt werden. Der Systemabstand des Sensors ist üblicherweise fest vorgegeben und der Sensor in seinen äußeren geometrischen Abmessungen begrenzt.To minimize installation space and improve resolution the speed detection can pulse wheels with a large number of teeth with a small outer diameter of the Pulse wheel can be used. The system distance of the sensor is  Usually fixed and the sensor in its outer limited geometric dimensions.

Auch wenn sich die beiden Ausführungsbeispiele nach Fig. 2 und Fig. 3 auf Impulsräder mit einer inkrementalen Oberfläche beschränken, kann die Erfindung für beliebige Systeme, also auch lineare Positionsbestimmungen eingesetzt werden. Es kann sich dabei entweder der Körper mit den Markierungen oder der Körper, der den Sensor mit den beiden Sensorelementen trägt bewegen.Even if the two embodiments according to FIGS. 2 and Fig limit. 3 on the momentum wheels with an incremental surface, the invention thus also linear position determinations can be used for any system. Either the body with the markings or the body carrying the sensor with the two sensor elements can move.

Bei der Abtastung einer Oberfläche mit einer Singularität läßt sich mit Hilfe der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Sensoranordnungen eine Erhöhung der Genauigkeit bei der Festlegung der Singularität erzielen, da auch bei der Abtastung nur einer Zahnflanke diese durch die Schrägstellung der Sensoranordnung innerhalb eines geringeren Winkelintervalles von beiden Sensorelementen abgetastet wird.When scanning a surface with a singularity, with the aid of the sensor arrangements shown in FIGS . 2 and 3, an increase in the accuracy when determining the singularity can be achieved, since even when scanning only one tooth flank, this due to the inclined position of the sensor arrangement within a smaller one Angular interval is scanned by both sensor elements.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Messung der Relativlage zweier Teile, mit einem ersten Teil, das eine Spur mit einer Anzahl (A) von Markierungen der Länge (a) mit einem Abstand (b) voneinander aufweist und einem zweiten Teil, das mit einem Sensor mit wenigstens zwei Sensorelementen, die voneinander einen Abstand (s) aufweisen, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente bezogen auf die Anordnung der Markierungen des ersten Teils um einen Winkel (α) verdreht sind, so daß sich bezogen auf das erste Teil ein die Auflösung bestimmender Abstand (s1) zwischen den Sensorelementen (14, 15) ergibt.1. Device for measuring the relative position of two parts, with a first part that has a track with a number (A) of markings of length (a) with a distance (b) from one another and a second part that with a sensor with at least two sensor elements which are at a distance (s) from one another, characterized in that the sensor elements are rotated by an angle (α) with respect to the arrangement of the markings of the first part, so that the resolution is related to the first part determining distance (s1) between the sensor elements ( 14 , 15 ) results. 2. Einrichtung zur Messung der Relativlage zweier Teile, mit einem ersten Teil, das eine Spur mit einer Anzahl (A) von Markierungen der Länge (a) mit einem Abstand (b) voneinander aufweist und einem zweiten Teil, das mit einem Sensor mit wenigstens zwei Sensorelementen, die voneinander einen Abstand (s) aufweisen verbunden ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil zwei gegeneinander um eine Strecke, die der Hälfte der Summe aus Markierungslänge (a) und Markierungsabstand (b) entspricht, verschobene Spuren aufweist und der Sensor so ausgerichtet wird, daß eine Spur mit dem einen und die andere Spur mit dem anderen Sensorelement (14, 15) zusammenwirkt, so daß der die Auflösung bestimmende Abstand die Sensorelementausdehnung (k) ist. 2. Device for measuring the relative position of two parts, with a first part that has a track with a number (A) of markings of length (a) at a distance (b) from one another and a second part that with a sensor with at least two sensor elements which are spaced apart from one another is characterized in that the first part has two tracks displaced relative to one another by a distance which corresponds to half the sum of the marking length (a) and the marking distance (b), and so the sensor is aligned so that one track interacts with one and the other track with the other sensor element ( 14 , 15 ), so that the distance determining the resolution is the sensor element extension (k). 3. Einrichtung zur Messung der Relativlage zweier Teile nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil ein Impulsrad ist, das mit einer rotierenden Welle einer Brennkraftmaschine in Verbindung steht.3. Device for measuring the relative position of two parts after Claim 1 or 2, characterized in that the first part is a pulse wheel with a rotating shaft Internal combustion engine is connected. 4. Einrichtung zum Messen der Relativlage zweier Teile nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mit dem Steuergerät der Brennkraftmaschine in Verbindung steht und dieses in Abhängigkeit von den vom Sensor gelieferten Meßwerten die für die Regelung der Brennkraftmaschine erforderlichen Größen wie Zündzeitpunkt und Einspritzzeitpunkt bzw. Dauer ermittelt.4. Device for measuring the relative position of two parts Claim 3, characterized in that the sensor with the Control unit of the internal combustion engine is connected and this depending on the measured values supplied by the sensor those necessary for the control of the internal combustion engine Variables such as ignition timing and injection timing or duration determined. 5. Einrichtung zur Messung der Relativlage zweier Teile nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor ein Feldplatten-Differentialsensor oder ein Hall-Differentialsensor verwendet wird.5. Device for measuring the relative position of two parts after one of the preceding claims, characterized in that a field plate differential sensor or a Hall differential sensor is used. 6. Einrichtung zur Messung der Relativlage zweier Teile nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Impulsrad vom ersten Impulsrad durch einen Distanzring getrennt ist.6. Device for measuring the relative position of two parts after one of the preceding claims, characterized in that the second pulse wheel from the first pulse wheel by one Spacer ring is separated. 7. Einrichtung zur Messung der Relativlage zweier Teile nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Impulsräder aus magnetischem Material und der Ring aus unmagnetischem Material gefertigt sind.7. Device for measuring the relative position of two parts after Claim 6, characterized in that the pulse wheel or wheels made of magnetic material and the ring made of non-magnetic Material are made.
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