DE4437875A1 - Vorrichtung zur Bestimmung der jeweiligen Bewegungsrichtung eines in entgegengesetzten Richtungen bewegbaren Teils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein bevorzugter Anwendungsfall ist in der Drehrichtung eines Rades, beispielsweise eines Getriebezahn­ rades, zu sehen.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE-OS 31 34 020, G01P 3/48, bekannt. Hier ist eine Welle, deren Drehrichtung zu bestimmen ist, mit einem in Umfangsrichtung unsymmetrischen Rotor aus magnetisch gut leitendem Werkstoff bestückt, der seinerseits von einem ringförmigen Stator umgeben ist, der zwei Erregerspulen und eine Sensorspule trägt. Infolge der Unsymme­ trie des Rotors ergeben sich je nach Drehrichtung der ihn tragenden Welle unterschiedliche zeitliche Folgen der Sensor­ signale, die dann zur Bestimmung der jeweils vorliegenden Dreh­ richtung ausgewertet werden. Ein Nachteil dieser bekannten Vor­ richtung ist in dem großen Aufwand an Spulenanordnungen - zwei Erregerspulen, eine Sensorspule - zu sehen.

Mit demgegenüber geringerem Aufwand kommen aus der DE-OS 40 18 834, G01P 13/00, bekannte Vorrichtungen aus, bei denen die durch magnetisch leitende Vorsprünge gebildeten magnetischen Unsymme­ trien in Bewegungsrichtung des betreffenden Teils in gleichen Abständen aufeinanderfolgen. Durch schräge Anordnung des Sensors und/oder schräge Ausbildung der magnetischen Unsymmetrien werden je nach Bewegungsrichtung des betreffenden Teils, also bei­ spielsweise je nach Drehrichtung eines Rades, Sensorsignale er­ zeugt, die unterschiedliche Amplituden besitzen. Der zuletzt behandelte Stand der Technik arbeitet demgemäß mit Amplituden­ bewertung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, die bei Verringerung des Aufwands mit einer digitalen Auswertung arbeitet.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche. Dabei können auch Unsymmetrien anderer Art, z. B. kapazitive, vor­ gesehen sein.

Auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden also letztlich durch die Unsymmetrien elektrische Impulse erzeugt, deren zeit­ liche Aufeinanderfolge ("Schema") für die beiden möglichen Bewe­ gungsrichtungen unterschiedlich ist, so daß daraus auf die je­ weilige Bewegungsrichtung geschlossen werden kann. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung liefert jedoch ein besonders einfaches Beurteilungskriterium insofern, als die vorzugsweise magne­ tischen Unsymmetrien in der Weise ausgelegt und angeordnet sind, daß je nach Bewegungsrichtung nur die ansteigenden oder nur die abfallenden Flanken der impulsförmigen Sensorsignale im Zeitdia­ gramm in äquidistanten Abständen aufeinanderfolgen. Demgemäß braucht die Auswerteeinheit lediglich festzustellen, ob bei­ spielsweise die ansteigenden Impulsflanken im Zeitdiagramm eine äquidistante Folge bilden oder nicht; allein dieses Kriterium liefert eine eindeutige Aussage, welche der beiden möglichen Bewegungsrichtungen gerade vorliegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein scheibenförmiges Teil, beispielsweise ein Getriebezahnrad, dessen Drehrichtung zu ermitteln ist,

Fig. 2 die in Fig. 1 bei II-II angedeutete Schnittansicht,

die Fig. 3 und 4 bei den beiden möglichen Drehrichtungen mittels des ortsfesten Sensors gewonnene Impulssignale und

Fig. 5 die elektrische Anordnung.

Betrachtet man zunächst die Fig. 1 und 2, so ist das Zahnrad 1, das auf einer rotierenden Welle 2 angeordnet ist, durch stirnseitige Vertiefungen 3 und 4, die sich in wechselnder Folge über unterschiedliche Winkelbereiche erstrecken, mit gut leiten­ den magnetischen Unsymmetrien 5 und 6 versehen, die ebenfalls zwei in Umfangsrichtung gemessene unterschiedliche Längener­ streckungen aufweisen und diesbezüglich in abwechselnder Folge aufeinanderfolgen.

Der Stirnseite des Teils 1 steht im Bereich der Unsymmetrien 5 und 6 der induktive Sensor 7 ortsfest gegenüber. Die beiden möglichen Drehrichtungen sind in Fig. 1 durch die Pfeile A und B angedeutet.

Betrachtet man nun die geometrischen Verhältnisse im Bereich der Unsymmetrien 5 und 6 im einzelnen, so besitzen sie in Fig. 1 im Uhrzeigersinne weisende Endflanken 8 und 9 sowie in entgegenge­ setzter Richtung weisende Endflanken 10 und 11. Dabei schließen alle in Umfangsrichtung weisenden Endflanken 8 und 9 gleiche, durch den Winkel ϕ angedeutete Abstände ein. Bezüglich der je­ weils anderen Endflanken 10 und 11 sind die Verhältnisse infolge der beiden unterschiedlichen, in Umfangsrichtung gemessenen Erstreckungen (Längen) der Unsymmetrien 5 und 6 etwas kompli­ zierter: In abwechselnder Folge schließen sie mit den zugekehr­ ten Endflanken 8 und 9 der ihnen jeweils benachbarten Unsymme­ trie unterschiedliche Abstände ε bzw. δ ein, die beide kleiner als die erstdefinierten Abstände ϕ sind.

Betrachtet man nun die Verhältnisse bei Drehungen des Zahnrads 1 entsprechend dem Pfeil A und nimmt man zur Vereinfachung an, der ortsfeste Sensor befinde sich in der Position 7a (siehe Fig. 1), so ergibt sich am Ausgang dieses induktiven Sensors über der Zeit t die im oberen Diagramm der Fig. 3 wiedergegebene Impuls­ folge. Sobald eine magnetische Unsymmetrie 5 bzw. 6 den Sensor an der Stelle 7a passiert, wird ein positiver Impuls erzeugt. Steht dem Sensor dagegen eine der Vertiefungen 3 gegenüber, ist angenommen, daß im Sensor kein Signal erzeugt wird.

Die Differentiation der oberen Impulsfolge der Fig. 3 ergibt in bekannter Weise Nadelimpulse in der im unteren Diagramm der Fig. 3 angegebenen Folge. Wie man erkennt, besitzen nur die positiven Nadelimpulse gleiche Abstände voneinander, während die Abstände der negativen Nadelimpulse in wechselnder Folge zwei unterschiedliche Werte haben. Demgemäß ist es möglich, das Vor­ handensein positiver Nadelimpulse mit gleichen zeitlichen Ab­ ständen als Kriterium für die Drehrichtung entsprechend Pfeil A heranzuziehen.

Betrachtet man nun die Drehrichtung entsprechend Pfeil B in Fig. 1 und nimmt man zwecks Vereinfachung an, der Sensor befinde sich am Ort 7b, so ergibt sich die im oberen Diagramm der Fig. 4 wiedergegebene Impulsfolge. Durch Differentiation erhält man die im unteren Diagramm der Fig. 4 gezeigte Nadel­ impulsfolge, und man erkennt, daß jetzt nur die negativen Nadel­ impulse gleiche Abstände aufweisen; gegenüber Fig. 3 sind also jetzt die Verhältnisse gleichsam umgekehrt. Die Auswerteeinheit kann nun so ausgelegt sein, daß sie feststellt, ob die positiven Nadelimpulse gleiche Abstände voneinander haben. Ist dies der Fall, liegt Drehrichtung A vor, ist dies nicht der Fall, dreht das Zahnrad 1 im Sinne des Pfeils B.

Verständlicherweise kann die Auswerteeinheit auch so ausgelegt sein, daß sie das Vorliegen dieses Abstandskriteriums bei den negativen Nadelimpulsen erfaßt.

In Fig. 5 erkennt man den Impulsgeber 7 und die Auswerteeinheit 10; zwischen beiden ist die Differentiationsstufe 11 angeordnet, die dafür sorgt, daß die rechteckförmigen Ausgangsimpulse 12 des Sensors 7 in Nadelimpulse 13 umgewandelt werden, wie sie auch die unteren Diagramme der Fig. 3 und 4 zeigen.

Wie bereits ausgeführt, genügt eine solche Auslegung der Auswer­ teeinheit 10, daß diese lediglich die Abstände zwischen gleich­ gerichteten (positiven oder negativen) Nadelimpulsen 13 bewer­ tet. Daher ist hier die Gleichrichterstufe 14, gebildet durch eine Diode, vorgeschaltet.

Verständlicherweise können die Nadelimpulse 13 auch einem Zähler 15 zugeführt werden, der die jeweilige Bewegungsgeschwindigkeit ermittelt.

Mit der Erfindung ist demgemäß mit minimalem Aufwand eine gat­ tungsgemäße Vorrichtung geschaffen, die eine digitale Ermittlung der Bewegungsrichtung ermöglicht.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Bestimmung der jeweiligen Bewegungsrichtung, insbesondere Drehrichtung, eines in zwei einander entgegenge­ setzten Richtungen bewegbaren Teils mit in diesen Richtungen unterschiedliche Abstände aufweisenden Unsymmetrien an dem Teil, einem ortsfesten Sensor für diese und einer die bewe­ gungsrichtungsabhängigen zeitlichen Ausgangssignalfolgen des Sensors bewertenden Auswerteeinheit, gekennzeichnet durch eine solche Wahl von Anzahl und Größe der unterschiedlichen Abstände (ε, δ), daß bewegungsrichtungsabhängig nur die in der jeweiligen Bewegungsrichtung vorderen oder hinteren Enden (8, 9; 10, 11) der Unsymmetrien (5, 6) den Sensor (7) in äquidistanter Folge passieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Un­ symmetrien (5, 6) mit zwei in Bewegungsrichtung gemessenen unterschiedlichen Längen und dadurch bedingten unterschied­ lichen Abständen (ε, δ) abwechselnd aufeinanderfolgen, deren in einer der möglichen beiden Bewegungsrichtungen (A) weisen­ de einen Enden (8, 9) gleiche gegenseitige erste Abstände (ϕ) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteeinheit (10) eine Differentiationsstufe (11) für die Ausgangssignale (12) des Sensors (7) vorgeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Differentiationsstufe (11) und Sensor (7) eine Gleichrichterstufe (14) liegt.