EP2478336A1 - Vorrichtung zur gewinnung von winkelsignalen - Google Patents

Vorrichtung zur gewinnung von winkelsignalen

Info

Publication number
EP2478336A1
EP2478336A1 EP10754498A EP10754498A EP2478336A1 EP 2478336 A1 EP2478336 A1 EP 2478336A1 EP 10754498 A EP10754498 A EP 10754498A EP 10754498 A EP10754498 A EP 10754498A EP 2478336 A1 EP2478336 A1 EP 2478336A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
brand
mark
strip
component
division
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10754498A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Friedl
Martin Baumgartner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Piezocryst Advanced Sensorics GmbH
Original Assignee
Piezocryst Advanced Sensorics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Piezocryst Advanced Sensorics GmbH filed Critical Piezocryst Advanced Sensorics GmbH
Publication of EP2478336A1 publication Critical patent/EP2478336A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/347—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells using displacement encoding scales
    • G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2454—Encoders incorporating incremental and absolute signals
    • G01D5/2455—Encoders incorporating incremental and absolute signals with incremental and absolute tracks on the same encoder
    • G01D5/2457—Incremental encoders having reference marks

Definitions

  • the invention relates to a device for obtaining angle signals on a component rotating about an axis, for example an output shaft of a motor, with a mark carrier which can be fastened to the component and has markers which can be read by a sensor device.
  • a trigger mark is applied to the circumference of the output shaft, which is very easy to use, but results in an inaccurately working method because of non-uniformities of rotation and speed Fluctuations in the engine an exact angle assignment of the measured parameters is impossible.
  • JP 2007-003505 shows an optical linear encoder in which multiple scales of the measuring system must be pieced together for long distances to be measured. To avoid measuring errors at the joints, the measuring system has two photodetectors, which are directed at two measuring tracks of the measuring strip specially cut at the joint.
  • an angle measuring system which consists of several elements. In the radial direction, starting from the shaft to which the angle measuring system is attached, it has a directly resting on the shaft clamping ring, a relatively thick, elastic intermediate layer and the actual tape measure with a measuring graduation.
  • the clamping ring and the measuring tape have mutually independent clamping or adjusting devices, which are arranged opposite with respect to the shaft, wherein the function of fixing the tape measure on the shaft and the function of the adjustment are decoupled.
  • the two ends of the measuring tape are connected via the adjusting device and adjusted to each other so that the division is not interrupted at the joint. For this purpose, it may be necessary to edit the two ends before mounting accordingly.
  • a reference mark is arranged laterally on the measuring tape.
  • the measuring system is also extremely inflexible and is only suitable for use on shafts whose penetration or whose scope may vary only in the range of adjustment of the clamping ring.
  • an existing starter ring can be used as a donor disk, but in the housing only with appropriate effort access to the pulse generator must be made.
  • the object of the present invention is to improve a device for obtaining angle signals such that it can be used in a simple manner on rotating components of very different diameters and, in particular, is also suitable for enabling angle-based measurements on output shafts of large engines.
  • the mark carrier consists of a non-stretchable, flexible brand strip with any independent of the scope of the rotating component brand division, which is attached directly to the rotating component, preferably glued directly or clamped, so that the two end portions form the brand strip after attachment to the component a shock, gap or overlap area, in which the brand division has a discontinuity, which serves as a trigger mark for the angle signal measurement.
  • the acquisition of angle signals for example on a drive shaft of an engine, is thereby considerably simplified and universally applicable.
  • the inventive method comprises the following steps:
  • the scope of the wave is in almost all applications is not an integer multiple of a given mark division, so that at the impact of an uneven pitch occurs (in the case of an optical evaluation of black / black to white / white all variants occur). This is not a disadvantage, but On the contrary, it is used to make the required trigger mark. It can be a certain area before and after the joint -. B. a total of three brands - be colored black. Now a brand strip with a still unknown number of brands and a measurable black area is applied to the output shaft.
  • the number of marks can now be determined in one revolution.
  • the circumference and thus the exact angle per division can be determined by the number of marks, the geometric length of the black-colored distance and the given pitch between light / dark.
  • the long black distance can be converted to an exact angle value, so that the sum of the pitches plus the black distance gives 360 °.
  • the brand strip may consist of a magnetically conductive material and have regularly arranged holes, punches, punched holes, protrusions or elevations which generate fields along the brand stiffener with alternatingly different magnetic resistance, which can be read by an inductive measuring sensor of the sensor device.
  • the brand strip can be present as a preferably roll-up endless belt, which is equipped for example on one side with an adhesive surface for attachment to the rotating component.
  • the brand strip 16 can be present as a metal strip or metal strip which can be cut to length for the respective application, for example a structured metal strip.
  • the invention will be explained in more detail below with reference to partly schematic drawings. Show it :
  • FIG. 1 shows a device according to the invention for obtaining angle signals
  • FIG. 2 shows a detail of a flexible brand strip according to the invention in plan view
  • Fig. 2a is a longitudinal section of the brand strip of FIG. 2;
  • FIGS. 3 to 6 show different configurations of a shock or overlap region when the marker strips are glued onto a rotating component
  • FIG. 7 shows a variant of the device according to FIG. 1 with an electromagnetic or capacitive sensor device
  • FIG. 8 shows a variant of the device according to FIG. 1 with an inductive sensor device
  • Fig. 9 is an enlarged detail of the device of FIG. 8;
  • FIG. 10 shows a brand strip together with clamping device of a variant of the device according to FIG. 8th;
  • FIG. 11 shows a tensioning element of the tensioning device according to FIG. 10;
  • Fig. 12 shows a variant of the clamping device of FIG. 10; such as
  • FIGS. 13 and 14 show variants of an inductive tag strip.
  • the device 10 shown schematically in Fig. 1 for obtaining angle signals on a rotating about an axis member 11, for example, an output shaft of an engine 12, has a mark carrier 13, which consists of a non-stretchable, flexible brand strip 16 and after cutting on a free, cylindrical jacket portion of the output shaft 11 is glued or clamped.
  • the brand strip 16 has a uniform, but on the circumference of the rotating member 11 independent mark division, which - when using an optical measuring principle - for example, by differently colored (black / white) fields 15, 15 'is realized.
  • the fields 15, 15 ' are scanned in the example shown by an optical sensor device 14, which consists of a photodetector 17 with downstream signal processing 19.
  • the sensor device 14 can additionally have a light source 18 with which the scanning region of the brand strip 16 is uniformly illuminated.
  • the brand strip 16 can be present as a roll-up endless belt, which is provided on one side with an adhesive surface 22 (the thickness of the brand strip 16 is shown in Fig. 2a exaggerated).
  • the brand strip 16 can therefore be realized by an adhesive tape which alternately has black and white colored areas in the running direction.
  • the circumference of the component 11 is an integer multiple of the mark division, so that a white field 15 and a black field 15 'meet.
  • At least one additional marking 23, for example due to blackening of a white field, can now be applied in the abutting or overlapping region of the brand strip 16 after attachment to the rotating component, so that the trigger mark is enlarged in the circumferential direction of the rotating component.
  • the black area is three times the width of the usual fields.
  • a narrower white field 15 remains in the impact or overlap region 21 (FIG. 5) or a narrower black field 15 '(FIG. 6).
  • the trigger mark can be increased accordingly, wherein the counting process is started, for example, with the white field following the trigger mark.
  • the mark division can be realized by differently magnetized fields 15, 15 'of the brand strip 16 (eg a magnetic tape) which can be read by an electromagnetic reading head 24 of the sensor device 14. It is also possible to realize the brand division of the brand strip 16 by fields 15, 15 'with alternately different dielectric properties and / or different height with respect to a capacitive read head 25 of the sensor device 14.
  • the electromagnetic read head 24 or the capacitive read head 25 is aligned here radially to the output shaft 11.
  • FIG. Fig. 8 together with detail according to FIG. Fig. 9 shows an embodiment of the invention in which the brand strip 16 is made of a magnetically conductive material and has regularly arranged punched-28, which generate with the remaining webs 29 along the Klaussteifens 16 fields 15, 15 'with alternately different magnetic resistance, which can be read by an (active or passive) inductive sensor 30 of the sensor device 14.
  • the remaining webs 29 between the punched holes 28 are directed radially outward, so that in this variant, an axially parallel to the output shaft 11 arranged sensor 30 can be used.
  • the brand strip 16 has a fitting to the shaft 1 mounting track 31, to which a clamping ring 32 (for example, a metallic cable tie) may be arranged to secure the brand strip to form a gap region 21 on the output shaft 11.
  • a clamping ring 32 for example, a metallic cable tie
  • the brand strip 16 for example, for an inductive sensor 30, at least on one side, preferably on both sides of the brand division have a mounting track 31 which preferably cooperates frictionally or frictionally with a tensioning device 27.
  • the variable in the longitudinal direction of the flexible brand strip 16 assembly of the clamping device 27 can be done by hanging, riveting, chlinchen, crimping, etc.
  • the clamping device 27 in the gap 21 abutting ends of the brand strip 16 attachable tendons 33 (see detail of FIG. 11), which are screwed by means of actuators 34.
  • the clamping members 33 and the two fastening tracks 31 of the brand strip 16 regularly arranged, corresponding locking elements 35, 36, which produce a non-positive connection after hanging.
  • the present in the middle of the two mounting tracks 31 mark division can be formed by holes or holes or by punching 28 and bow-shaped webs 29.
  • the shape of the cutouts 28 maintains the flexibility of the brand strip 16.
  • Fig. 12 shows a variant of the tensioning device, in which the brand strip 16 or its attachment track 31 has upwardly bent webs 32 which engage in punch-outs 37 of a tensioning element 33 '.
  • Figures 13 and 14 show alternative embodiments of the mark division of the brand strip 16, wherein instead of the sequence of punches 28 and bow-shaped webs 29 (Figure 10), punctures 38 are made without loss of material (Figure 13) in a regular sequence or by deep drawing raised bumps 39 (Figure 14) can be made.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Gewinnung von Winkelsignalen an einem um eine Achse rotierenden Bauteil (11), beispielsweise einer Abtriebswelle eines Motors (12), mit einem am Bauteil (11) befestigbaren Markenträger (13), welcher von einer Sensoreinrichtung (14) auslesbare Marken (15, 15') aufweist. Erfindungsgemäß besteht der Markenträger aus einem nicht dehnbaren, biegsamen Markenstreifen (16) mit einer beliebigen, vom Umfang des rotierenden Bauteils (11) unabhängigen Markenteilung, der am rotierenden Bauteil (11) befestigt, vorzugsweise direkt aufgeklebt oder aufgespannt, ist. Die beiden Endbereiche des Markenstreifens (16) bilden nach deren Befestigung am Bauteil (11) einen Stoß-, Lücken- oder Überlappungsbereich (21), in welchem die Markenteilung eine Unstetigkeit aufweist, die als Triggermarke für die Winkelsignalmessung dient.

Description

Vorrichtung zur Gewinnung von Winkelsignalen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Winkelsignalen an einem um eine Achse rotierenden Bauteil, beispielsweise einer Abtriebswelle eines Motors, mit einem am Bauteil befestigbaren Markenträger, welcher von einer Sensoreinrichtung auslesbare Marken aufweist.
Sowohl in der Forschung und Entwicklung von Motoren als auch zukünftig beim Betrieb von Großmotoren wird die winkelbasierte Messung von Motorparametern, beispielsweise jene des Zylinderinnendrucks zur Verbrennungsentwicklung und zur Regelung verwendet. Als Anwendungsfeld sind jedoch auch industrielle Anwendungen zu sehen, bei welchen beispielsweise eine Prozesskraft in Abhängigkeit von einer Nockenstellung gemessen wird, die mittels eines Winkelsignalgebers bestimmt wird .
Bei der Messung des Zylinderinnendrucks ist neben einem genauen Drucksignal für die Güte der Regelung die genaue Zuordnung des aktuellen Zylinderdrucks zur Kolbenposition (aktuelles Zylindervolumen) notwendig . Für diese Zuordnung ist die Kenntnis des geometrischen Zusammenhangs zwischen Kolbenposition und Kurbelwellenstellung sowie eine genaue Aufzeichnung der Kurbelwellenstellung erforderlich.
Aus der Literatur sind folgende Varianten der Winkelsignalmessung bekannt:
• Geschlossene Systeme mit Markenscheiben aus Glas die mit einem Durch- lichtverfahren arbeiten.
• Offene Systeme mit Metallmarkenscheiben mit radialen Schlitzen, die mit einem Durchlichtverfahren arbeiten. Diese sind prinzipiell auch für den Einsatz an Großmotoren geeignet, sind jedoch sehr aufwändig und damit teuer.
• Eine genaue Anzahl gleichverteilter Marken wird auf den Umfang einer Welle gelasert und nach dem Reflexionsprinzip abgenommen. Dieses Verfahren ist aufwändig und beispielsweise für Großmotoren ungeeignet, da die Welle aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichtes im herkömmlichen Sinn nicht transportfähig ist.
• Eine Triggermarke ist am Umfang der Abtriebswelle appliziert, was sehr einfach in der Anwendung ist, aber ein ungenau arbeitendes Verfahren ergibt, da aufgrund von Ungleichförmigkeiten der Drehung und Drehzahl- Schwankungen des Motors eine exakte Winkelzuordnung der gemessenen Parameter unmöglich ist.
Aus der EP 1 258 711 A2 ist eine herkömmliche Markenscheibe für einen Drehwinkelaufnehmer für rotierende Wellen bekannt geworden, die eine Vielzahl von Winkelmarken aufweist, die radial zur Rotationsachse angeordnet sind . Die Markenscheibe weist weiters eine Referenzmarke auf, die durch eine in ihren modulierenden Eigenschaften abweichende Winkelmarke gebildet ist. Die Referenzmarke kann beispielsweise eine größere Fläche als die Winkelmarken aufweisen. Weiters ist es möglich, die Referenzmarke gegenüber den Winkelmarken in radialer und/oder Umfangsrichtung zu verlängern. Nachteilig ist, dass für jeden Anwendungsfall separate Markenscheiben hergestellt und auf der zu vermessenden Welle montiert werden müssen.
Aus der DE 36 23 449 C2 ist in diesem Zusammenhang eine Anordnung zur Gewinnung von Winkelsignalen bekannt geworden, bei welcher die Geberscheibe mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors verbunden ist, und am Umfang äquidistant verteilte Zähne einer gleichmäßigen Markenteilung sowie zumindest einen Triggerzahn trägt. Die Markenzähne und der Triggerzahn unterscheiden sich hinsichtlich der Wirbelstromverluste und der Permeabilität, so dass ein auf die Zähne gerichteter Impulsgeber unterscheidbare Signale liefert.
Die JP 2007-003505 zeigt einen optischen Linear-Encoder, bei welchem bei langen zu vermessenden Strecken mehrere Skalen des Messsystems gestückelt werden müssen. Zur Vermeidung von Messfehlern an den Stoßstellen weist das Messsystem zwei Photodetektoren auf, die auf zwei Messspuren des an der Stoßstelle speziell geschnittenen Messstreifens gerichtet sind.
Aus der AT 410.372 B ist ein Winkelmesssystem bekannt, welches aus mehreren Elementen besteht. In radialer Richtung, ausgehend von der Welle, an der das Winkelmesssystem befestigt wird, weist es einen direkt auf der Welle aufliegenden Spannring, eine relativ dicke, elastische Zwischenschicht und das eigentliche Maßband mit einer Messteilung auf. Der Spannring und das Maßband weisen voneinander unabhängige Spann- bzw. Justiervorrichtungen auf, die in Bezug auf die Welle gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Funktion der Befestigung des Maßbandes auf der Welle und die Funktion der Justierung entkoppelt sind . Die beiden Enden des Maßbandes werden über die Justiervorrichtung verbunden und so zueinander justiert, dass die Teilung an der Stoßstelle nicht unterbrochen wird . Hierzu kann es notwendig sein, die beiden Enden vor der Montage entsprechend zu bearbeiten. Um absolute Winkelinformationen zu erhalten, ist seitlich am Maßband eine Referenzmarke angeordnet. Das Messsystem ist zudem äußerst unflexibel und eignet sich nur zur Anwendung auf Wellen, deren Durch- messer bzw. deren Umfang nur im Bereich der Verstellmöglichkeiten des Spannringes schwanken darf.
Weiters kann ein bereits vorhandener Starterkranz als Geberscheibe verwendet werden, in dessen Gehäuse aber erst mit entsprechendem Aufwand ein Zugang für den Impulsgeber hergestellt werden muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Gewinnung von Winkelsignalen derart zu verbessern, dass sie auf einfache Weise an rotierenden Bauteilen unterschiedlichster Durchmesser eingesetzt werden kann und insbesondere auch geeignet ist, winkelbasierte Messungen an Abtriebswellen von Großmotoren zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Markenträger aus einem nicht dehnbaren, biegsamen Markenstreifen mit einer beliebigen, vom Umfang des rotierenden Bauteils unabhängigen Markenteilung besteht, der direkt am rotierenden Bauteil befestigt, vorzugsweise direkt aufgeklebt oder aufgespannt, ist, so dass die beiden Endbereiche des Markenstreifens nach deren Befestigung am Bauteil einen Stoß-, Lücken- oder Überlappungsbereich bilden, in welchem die Markenteilung eine Unstetigkeit aufweist, die als Triggermarke für die Winkelsignalmessung dient.
Die Gewinnung von Winkelsignalen, beispielsweise an einer Antriebswelle eines Motors, wird dadurch wesentlich vereinfacht und universell anwendbar. Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Schritte auf:
Ablängen eines nicht dehnbaren Markenstreifens mit einer beliebigen vom Umfang des rotierenden Bauteils unabhängigen Markenteilung auf eine Länge die ungefähr der Umfangslänge des rotierenden Bauteils entspricht;
Anbringung des Markenstreifens am Umfang des Bauteils;
Herstellung eines Stoß-, Lücken- oder Überlappungsbereichs mit den beiden Endbereichen des Markenstreifens, wobei die Markenteilung eine Unstetigkeit bildet oder eine Unstetigkeit erzeugt wird, die als Triggermarke verwendet wird, sowie
Auslesen der Markensignale und des Triggersignals.
Der Umfang der Welle ist in fast allen Anwendungsfällen kein ganzzahliges Vielfaches einer vorgegebenen Markenteilung, so dass am Stoß eine ungleiche Teilung auftritt (im Fall einer optischen Auswerteeinrichtung können von schwarz/ schwarz bis weiß/weiß alle Varianten auftreten). Dies ist kein Nachteil, sondern wird im Gegenteil dazu verwendet, die erforderliche Triggermarke herzustellen. Dabei kann ein gewisser Bereich vor und nach der Stoßstelle - z. B. insgesamt drei Marken - schwarz gefärbt werden. Nun ist ein Markenstreifen mit noch unbekannter Markenanzahl und einem ausmessbaren, schwarzen Bereich auf der Abtriebswelle appliziert.
Durch Signalaufnahme während des Motorbetriebes kann nun die Anzahl der Marken bei einer Umdrehung ermittelt werden. Über die Anzahl der Marken, die geometrische Länge der schwarz gefärbten Distanz und die vorgegebene Teilung zwischen hell/dunkel kann der Umfang und damit der exakte Winkel je Teilung ermittelt werden.
Die lange Schwarzdistanz kann auf einen exakten Winkelwert umgerechnet werden, so dass die Summe der Teilungen plus die Schwarzdistanz 360° ergeben.
In einer der Sensoreinrichtung nachgeschalteten Signalverarbeitung erfolgt die Umrechnung, Interpolation und Vervielfachung der Winkelimpulse in Echtzeit, welche ja mit einem nicht ganzzahligen Winkelwert aufgenommenen wurden, zu einem ganzzahligen bzw. sinnvoll unterteiltem Winkelwert (0,5°; 0,25°), der dann als TTL Signal der Auswerte/Display-Einheit zur Verfügung steht.
Neben dem optischen Messprinzip können auch elektromagnetische, kapazitive oder induktive Messverfahren angewandt werden. Beispielsweise kann der Markenstreifen aus einem magnetisch leitfähigen Material bestehen und regelmäßig angeordnete Bohrungen, Stanzungen, Ausstanzungen, Ausformungen oder Erhebungen aufweisen, die entlang des Markensteifens Felder mit abwechselnd unterschiedlichem magnetischem Widerstand erzeugen, die von einem induktiven Messfühler der Sensoreinrichtung auslesbar sind .
Es ist nun nicht mehr notwendig, für jeden neuen Anwendungsfall einen in der Markenteilung an den Umfang der Welle angepassten, maßgefertigten Markenstreifen herzustellen, vielmehr kann der Anwender einen Markenstreifen mit fix vorgegebener Markenteilung verwenden, welcher nur auf die ungefähre Um- fangslänge der zu vermessenden Welle zugeschnitten bzw. abgelängt und auf der Welle befestigt werden muss.
Für optische oder elektromagnetische Sensoreinrichtungen kann der Markenstreifen als vorzugsweise aufrollbares Endlosband vorliegen, das beispielsweise einseitig mit einer Klebefläche zur Befestigung am rotierenden Bauteil ausgestattet ist.
Für induktive oder kapazitive Sensoreinrichtungen kann der Markenstreifen 16 als ein für den jeweiligen Anwendungszweck ablängbares Metallband oder Metallstreifen, beispielsweise ein strukturiertes Metallband, vorliegen. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von zum Teil schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von Winkelsignalen;
Fig. 2 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen, biegsamen Markenstreifens in Draufsicht;
Fig. 2a einen Längsschnitt des Markenstreifens gemäß Fig. 2;
Fig. 3 bis Fig. 6 unterschiedliche Ausbildungen eines Stoß- oder Überlappungsbereiches beim Aufkleben der Markenstreifen auf einen rotierenden Bauteil;
Fig. 7 eine Variante der Vorrichtung nach Fig . 1 mit einer elektromagnetischen oder kapazitiven Sensoreinrichtung;
Fig. 8 eine Variante der Vorrichtung nach Fig . 1 mit einer induktiven Sensoreinrichtung;
Fig. 9 ein vergrößertes Detail der Vorrichtung gemäß Fig. 8;
Fig. 10 ein Markenstreifen samt Spanneinrichtung einer Ausführungsvariante der Vorrichtung gemäß Fig . 8;
Fig. 11 ein Spannglied der Spanneinrichtung gemäß Fig. 10;
Fig. 12 eine Variante der Spanneinrichtung nach Fig . 10; sowie
Fig. 13 und Fig. 14 Ausführungsvarianten eines Induktiven Markenstreifens.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrichtung 10 zur Gewinnung von Winkelsignalen an einem um eine Achse rotierenden Bauteil 11, beispielsweise einer Abtriebswelle eines Motors 12, weist einen Markenträger 13 auf, der aus einem nicht dehnbaren, biegsamen Markenstreifen 16 besteht und nach dem Zuschneiden auf einen freien, zylindrischen Mantelbereich der Abtriebswelle 11 aufgeklebt oder aufgespannt wird. Der Markenstreifen 16 weist eine gleichmäßige, jedoch vom Umfang des rotierenden Bauteils 11 unabhängige Markenteilung auf, die - bei Verwendung eines optisches Messprinzips - beispielsweise durch unterschiedlich gefärbte (schwarz/weiße) Felder 15, 15' realisiert ist. Die Felder 15, 15' werden im dargestellten Beispiel von einer optischen Sensoreinrichtung 14 abgetastet, die aus einem Fotodetektor 17 mit nachgeschalteter Signalverarbeitung 19 besteht. Die Ergebnisse werden in bekannter Weise am Display einer Auswerteeinrichtung 20 angezeigt. Zur Erhöhung der Signalgüte kann die Sensoreinrichtung 14 zusätzlich über eine Lichtquelle 18 verfügen, mit welcher der Abtastbereich des Markenstreifens 16 gleichmäßig ausgeleuchtet wird. Wie in den Fig . 2 bzw. Fig. 2a dargestellt, kann der Markenstreifen 16 als aufrollbares Endlosband vorliegen, das einseitig mit einer Klebefläche 22 ausgestattet ist (die Dicke des Markenstreifens 16 ist in Fig. 2a überhöht dargestellt). Der Markenstreifen 16 kann daher durch ein Klebeband realisiert werden, welches in Laufrichtung abwechseln schwarz und weiß gefärbte Bereiche aufweist.
Im Stoß- oder Überlappungsbereich 21 der beiden Enden des Markenstreifens 16 ergeben sich je nach Durchmesser bzw. Umfang der Abtriebswelle 11 folgende Situationen :
In Fig. 3 stoßen zwei schwarze Felder 15' im Stoß- oder Überlappungsbereich 21 zusammen und bilden ein schwarzes Feld mit doppelter Breite (s. rechte Seite in Fig . 3), welche Unstetigkeit in der Markenteilung direkt als Triggermarke für die Winkelsignalmessung verwendet werden kann.
Im Sonderfall gemäß Fig. 4 ist der Umfang des Bauteils 11 ein ganzzahliges Vielfaches der Markenteilung, so dass ein weißes Feld 15 und ein schwarzes Feld 15' zusammentreffen. Es kann nun im Stoß- oder Überlappungsbereich des Markenstreifens 16 nach der Befestigung am rotierenden Bauteil zumindest eine zusätzliche Markierung 23, beispielsweise durch Schwärzung eines weißen Feldes, aufgebracht werden, so dass die Triggermarke in Umfangsrichtung des rotierenden Bauteils vergrößert wird . Gemäß Fig . 4, rechte Seite, weist der schwarze Bereich die dreifache Breite der üblichen Felder auf.
In den Fig . 5 und Fig. 6 sind allgemeine Fälle dargestellt, bei welchen im Stoßoder Überlappungsbereich 21 ein schmäleres weißes Feld 15 verbleibt (Fig. 5) oder ein schmäleres schwarzes Feld 15' (Fig. 6). Durch Anbringung zusätzlicher Markierungen 23, d .h. durch Schwärzen von weißen Feldern im Stoßbereich kann die Triggermarke entsprechend vergrößert werden, wobei der Zählvorgang beispielsweise mit dem der Triggermarke nachfolgenden weißen Feld gestartet wird .
Gemäß der in Fig . 7 dargestellten Ausführungsvariante kann die Markenteilung durch unterschiedlich magnetisierte Felder 15, 15' des Markenstreifens 16 (z. B. ein Magnetband) realisiert sein, die von einem elektromagnetischen Lesekopf 24 der Sensoreinrichtung 14 auslesbar sind . Es ist auch möglich, die Markenteilung des Markenstreifens 16 durch Felder 15, 15' mit abwechselnd unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften und/oder unterschiedlicher Höhe in Bezug auf einen kapazitiven Lesekopf 25 der Sensoreinrichtung 14 zu realisieren. Der elektromagnetische Lesekopf 24 bzw. der kapazitive Lesekopf 25 ist hier radial zur Abtriebswelle 11 ausgerichtet.
Fig . 8 samt Detail gemäß Fig . 9 zeigt eine Ausführungsvariante der Erfindung, bei der der Markenstreifen 16 aus einem magnetisch leitfähigen Material besteht und regelmäßig angeordnete Ausstanzungen 28 aufweist, die mit den verbleibenden Stegen 29 entlang des Markensteifens 16 Felder 15, 15' mit abwechselnd unterschiedlichem magnetischem Widerstand erzeugen, die von einem (aktiven oder passiven) induktiven Messfühler 30 der Sensoreinrichtung 14 auslesbar sind . Die verbleibenden Stege 29 zwischen den Ausstanzungen 28 sind radial nach außen gerichtet, so dass bei dieser Variante ein zur Abtriebswelle 11 achsparallel angeordneter Messfühler 30 zum Einsatz kommen kann. Der Markenstreifen 16 weist eine an der Welle 1 anliegende Befestigungsspur 31 auf, an welcher ein Spannring 32 (beispielsweise ein metallischer Kabelbinder) angeordnet sein kann, um den Markenstreifen unter Ausbildung eines Lückenbereichs 21 an der Abtriebswelle 11 zu befestigen.
Wie in der Ausführungsvariante gemäß Fig. 10 dargestellt, kann der Markenstreifen 16, beispielsweise für einen induktiven Messfühler 30, zumindest an einer Seite, vorzugsweise an beiden Seiten der Markenteilung eine Befestigungsspur 31 aufweisen, die vorzugsweise kraft- oder reibschlüssig mit einer Spanneinrichtung 27 zusammenwirkt. Die in der Längsrichtung des flexiblen Markenstreifens 16 variable Montage der Spanneinrichtung 27 kann durch einhängen, nieten, chlinchen, bördeln etc. erfolgen. In der dargestellten Variante weist die Spanneinrichtung 27 in die mit Lücke 21 aneinander stoßenden Enden des Markenstreifens 16 einhängbare Spannglieder 33 (siehe Detail gemäß Fig . 11) auf, die mit Hilfe von Stellgliedern 34 verschraubt sind . Dazu weisen die Spannglieder 33 und die beiden Befestigungsspuren 31 des Markenstreifens 16 regelmäßig angeordnete, korrespondierende Rastelemente 35, 36 auf, die nach dem Einhängen eine kraftschlüssige Verbindung herstellen. Die in der Mitte der beiden Befestigungsspuren 31 vorliegende Markenteilung kann durch Bohrungen oder Lochungen oder durch Ausstanzungen 28 und bügelartige Stege 29 gebildet werden. Durch die Form der Ausstanzungen 28 wird die Flexibilität des Markenstreifens 16 beibehalten.
Fig . 12 zeigt eine Variante der Spanneinrichtung, bei welcher der Markenstreifen 16 bzw. dessen Befestigungsspur 31 nach oben gebogene Stege 32 aufweist, die in Ausstanzungen 37 eines Spanngliedes 33' eingreifen.
Die Darstellungen in Fig. 13 und Fig. 14 zeigen alternative Ausbildungen der Markenteilung des Markenstreifens 16, wobei anstelle der Abfolge von Ausstanzungen 28 und bügelartigen Stegen 29 (Fig. 10) in regelmäßiger Abfolge Stanzungen 38 ohne Materialverlust (Fig . 13) oder durch Tiefziehen hergestellte Erhebungen 39 (Fig . 14) hergestellt werden können.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Vorrichtung (10) zur Gewinnung von Winkelsignalen an einem um eine Achse rotierenden Bauteil (11), beispielsweise einer Abtriebswelle eines Motors (12), mit einem am Bauteil (11) befestigbaren Markenträger (13), welcher von einer Sensoreinrichtung (14) auslesbare Marken (15, 15') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Markenträger aus einem nicht dehnbaren, biegsamen Markenstreifen (16) mit einer beliebigen, vom Umfang des rotierenden Bauteils (11) unabhängigen Markenteilung besteht, der am rotierenden Bauteil (11) befestigt, vorzugsweise direkt aufgeklebt oder aufgespannt, ist, sowie dass die beiden Endbereiche des Markenstreifens (16) nach deren Befestigung am Bauteil (11) einen Stoß-, Lücken- oder Überlappungsbereich (21) bilden, in welchem die Markenteilung eine Unste- tigkeit aufweist, die als Triggermarke für die Winkelsignalmessung dient.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markenteilung durch unterschiedlich gefärbte Felder (15, 15') des Markenstreifens (16), vorzugsweise abwechselnd schwarz und weiß gefärbte Bereiche, realisiert ist, die von einem Fotodetektor (17) der Sensoreinrichtung (14) auslesbar sind .
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markenteilung durch abwechselnd unterschiedlich magnetisierte Felder (15, 15') des Markenstreifens (16) realisiert ist, die von einem elektromagnetischen Lesekopf (24) der Sensoreinrichtung (14) auslesbar sind .
4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Markenstreifen (16) aus einem magnetisch leitfähigen Material besteht und regelmäßig angeordnete Bohrungen, Stanzungen (38), Ausstanzungen (28), Ausformungen oder Erhebungen (39) aufweist, die entlang des Markensteifens (16) Felder (15, 15') mit abwechselnd unterschiedlichem magnetischem Widerstand erzeugen, die von einem induktiven Messfühler (30) der Sensoreinrichtung (14) auslesbar sind .
5. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Markenteilung des Markenstreifens (16) durch Felder (15, 15') mit abwechselnd unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften und/oder unterschiedlicher Höhe in Bezug auf einen kapazitiven Lesekopf (25) der Sensoreinrichtung (14) realisiert ist.
6. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Markenstreifen (16) als vorzugsweise aufrollbares End- losband vorliegt, das einseitig mit einer Klebefläche (22) zur Befestigung am rotierenden Bauteil (11) ausgestattet ist.
7. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Markenstreifen (16) als ein für den Anwendungszweck ablängbares Metallband, beispielsweise ein strukturiertes Metallband, vorliegt.
8. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Markenstreifen (16) zumindest an einer Seite, vorzugsweise an beiden Seiten der Markenteilung eine Befestigungsspur (31) aufweist, die vorzugsweise kraft- oder reibschlüssig mit einer Spanneinrichtung (27) zusammenwirkt.
9. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (27) in die aneinander stoßenden Enden des Markenstreifens (16) eingreifende Spannglieder (33) aufweist, die mit Hilfe von Stellgliedern (34) verschraubbar sind.
10. Verfahren zur Gewinnung von Winkelsignalen an einem um eine Achse rotierenden Bauteil, beispielsweise an einer Abtriebswelle eines Motors, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Ablängen eines nicht dehnbaren Markenstreifens mit einer beliebigen vom Umfang des rotierenden Bauteils unabhängigen Markenteilung auf eine Länge die ungefähr der Umfangslänge des rotierenden Bauteils entspricht;
Anbringung des Markenstreifens am Umfang des Bauteils;
Herstellung eines Stoß-, Lücken- oder Überlappungsbereichs mit den beiden Endbereichen des Markenstreifens, wobei die Markenteilung eine Unstetigkeit bildet oder eine Unstetigkeit erzeugt wird, die als Triggermarke verwendet wird, sowie
Auslesen der Markensignale und des Triggersignals.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Marken zwischen zwei Triggersignalen und die geometrische Länge der Unstetigkeit im Bereich der Triggermarke erfasst und daraus die Winkelsignale abgeleitet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Stoß-, Lücken- oder Überlappungsbereich des Markenstreifens nach der Befestigung am rotierenden Bauteil zumindest eine zusätzliche Markierung aufgebracht wird, die die Triggermarke in Umfangsrichtung des rotierenden Bauteils vergrößert.
2010 09 15
Lu
EP10754498A 2009-09-17 2010-09-15 Vorrichtung zur gewinnung von winkelsignalen Withdrawn EP2478336A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT14722009A AT508874B1 (de) 2009-09-17 2009-09-17 Vorrichtung zur gewinnung von winkelsignalen
PCT/EP2010/063528 WO2011032971A1 (de) 2009-09-17 2010-09-15 Vorrichtung zur gewinnung von winkelsignalen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2478336A1 true EP2478336A1 (de) 2012-07-25

Family

ID=43063991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10754498A Withdrawn EP2478336A1 (de) 2009-09-17 2010-09-15 Vorrichtung zur gewinnung von winkelsignalen

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2478336A1 (de)
JP (1) JP2013505434A (de)
CN (1) CN102597710A (de)
AT (1) AT508874B1 (de)
WO (1) WO2011032971A1 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010061738A1 (de) * 2010-11-22 2012-04-26 Baumer Innotec Ag Verfahren und Inkrementalwertgeber zur Bestimmung einer Istlage eines Körpers entlang eines Messweges mit einer wenigstens eine Lücke aufweisenden Maßverkörperung
JP6181183B2 (ja) * 2013-07-23 2017-08-16 京都電子工業株式会社 回転速度検出装置、該装置を用いた粘度測定装置、回転速度検出方法及び該方法に用いる回転体
CN104296788A (zh) * 2014-10-29 2015-01-21 长城汽车股份有限公司 相位检测系统
JP6735045B2 (ja) * 2016-08-02 2020-08-05 いすゞ自動車株式会社 回転体の回転速度情報補正装置、及び回転速度情報補正プログラム
CN106290960A (zh) * 2016-08-30 2017-01-04 苏州品诺维新医疗科技有限公司 一种手术器械的刀头转速确定装置及方法
WO2018107342A1 (zh) * 2016-12-12 2018-06-21 华为技术有限公司 一种反射式角位移光编码器
DE102017000869A1 (de) 2017-01-31 2018-08-02 Linde Aktiengesellschaft Positionieranordnung und Verfahren
CN108357985A (zh) * 2018-01-26 2018-08-03 贵州钢绳股份有限公司 一种定位纸及其在胎圈钢丝卷绕中的应用
CN109945819B (zh) * 2019-04-08 2020-09-08 中国科学院电工研究所 一种永磁同步电机转子位置测量方法
DE102019128507A1 (de) * 2019-10-22 2021-04-22 Audi Ag Drehzahl- und Axialwegerfassung an einer sich drehenden Welle

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3623449A1 (de) * 1986-07-11 1988-01-14 Siemens Ag Anordnung zur gewinnung von winkelsignalen
JPH067056B2 (ja) * 1988-04-06 1994-01-26 日本ビクター株式会社 位置及び速度検出装置
DE19628765B4 (de) * 1996-07-17 2007-04-05 Braun, Paul-Wilhelm, Dipl.-Ing. Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung von nicht-geradlinig bewegten, insbesondere rotierenden Maschinenteilen
AUPP482598A0 (en) * 1998-07-24 1998-08-13 Bishop Innovation Pty Limited Angle encoder
DE19956833B4 (de) * 1999-11-12 2009-04-23 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Winkelmeßsystem
WO2001038885A1 (en) * 1999-11-24 2001-05-31 Crane Nuclear, Inc. Angular velocity monitor
AT410372B (de) * 2000-11-30 2003-04-25 Rsf Elektronik Gmbh Winkelmesssystem
AT4976U1 (de) * 2001-05-17 2002-01-25 Avl List Gmbh Markenscheibe für einen drehwinkelaufnehmer, winkelaufnehmer für rotierende bauteile sowie verfahren zur ermittlung eines referenzwertes
JP2003270258A (ja) * 2002-03-13 2003-09-25 Koyo Seiko Co Ltd センサー付き軸受ユニット
EP1612813A3 (de) * 2001-09-11 2009-12-09 JTEKT Corporation Magnetisierungseinrichtung mit Abfolge von Polelementen, und Magnetisierungsverfahren
DE102004060336A1 (de) * 2004-12-15 2006-07-06 Siemens Ag Geberrad mit Rückdrehcodierung für einen Kurbelwellen- oder Nockenwellensensor
JP2007003505A (ja) * 2005-05-23 2007-01-11 Fuji Electric Holdings Co Ltd 光学式リニアエンコーダ

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2011032971A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102597710A (zh) 2012-07-18
AT508874A1 (de) 2011-04-15
JP2013505434A (ja) 2013-02-14
AT508874B1 (de) 2012-03-15
WO2011032971A1 (de) 2011-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2478336A1 (de) Vorrichtung zur gewinnung von winkelsignalen
DE2452898C3 (de) Abtastvorrichtung für Drehzahlen
EP3080555B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur messung eines rotorparameters
DE2924590A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum erfassen der drehzahl und winkellage einer rotierenden welle
EP2420803A1 (de) Vorrichtung zum Erfassen des Verdrehwinkels einer Welle und /oder eines an der Welle auftretenden Drehmoments und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung
DE19907959A1 (de) Vorrichtung zum Sensieren der Motordrehzahl und -winkelstellung an einer Nockenwelle
DE102008059775A1 (de) Absolut messende Lenkwinkelsensoranordnung
EP3669194B1 (de) Drehzahlsensoranordnung
DE102006044359A1 (de) Winkelmesssystem und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102018113378A1 (de) Belastungsmessverfahren, Belastungsmessvorrichtung und Belastungsmessanordnung sowie Antriebssteuerung und E-Bike
EP1258711B1 (de) Drehwinkelaufnehmer, Markenscheibe sowie Verfahren zur Ermittlung eines Referenzwertes"
WO2001048488A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur erkennung einer verpolung bei einem signalgeber
EP1544622A2 (de) Vorrichtung und verfahren zur erfassung der winkelstellung einer nockenwelle oder kurbelwelle einer brennkraftmaschine
DE112018000654T5 (de) Magnetkodierer und Verfahren zu dessen Herstellung
DE202014002597U1 (de) Magnetring und Positionssensor
DE102016208649A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen einer Lageänderung eines Signalgeberrads
DE4418539A1 (de) Einrichtung zur Messung der Relativlage zweier Teile
DE112018000642T5 (de) Magnetkodierer und Verfahren zu dessen Herstellung
EP0496918A1 (de) Anordnung zur Gewinnung von Impulssignalen beim Vorbeilauf von Markierungen eines Geberteils
WO1994018754A1 (de) Einrichtung zur signalformung und zur bezugsmarkenerkennung
DE102012219172A1 (de) Kupplungsvorrichtung
DE102020003055A1 (de) Verfahren zur Ermittlung der Belastung einer Antriebswelle
WO2011047932A1 (de) Absolutwert-winkelmesssystem
WO2017211805A1 (de) Welle, insbesondere nockenwelle, mit einer vorrichtung zur ermittlung einer drehzahl und eines drehwinkels der welle
DE102017205000A1 (de) Messeinrichtung für einen Schwingungsdämpfer

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20120312

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20140528

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20150804