WO2011076178A2

WO2011076178A2 - Geberrad für eine kurbelwellenwinkel-sensoranordnung

Info

Publication number: WO2011076178A2
Application number: PCT/DE2010/001470
Authority: WO
Inventors: Andreas Henn; Albert Birk; Andreas Zaum
Original assignee: Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2011-06-30
Also published as: DE112010004944A5; CN102713527A; WO2011076178A3; DE102010054554A1

Abstract

Bei einem Geberrad für eine Kurbelwellenwinkel-Sensoranordnung mit mindestens einem zum Geberrad ortsfesten Aufnahmeelement, das einen Anlasserzahnkranz, der drehfest auf einer zylindrischen Mantelfläche eines mit der Kurbelwelle umlaufenden Trägers aus Metall angeordnet ist, umfasst, wobei die Zähne des Anlasserzahnkranzes vom Aufnahmeelement abzutastende gleichmäßig verteilte Winkelmarken bilden, und wobei mindestens eine Bezugsmarke zur Erfassung einer definierten Kurbelwellenlage vorgesehen ist, wird vorgeschlagen, dass die mindestens eine Bezugsmarke axial von den Zähnen des Anlasserzahnkranzes beabstandet auf der Mantelfläche des Trägers angeordnet ist. Die Bezugsmarke ist vorteilhaft als Radialbohrung in der Mantelfläche des Trägers, insbesondere einer Schwungscheibe, ausgebildet.

Description

Geberrad für eine Kurbelwellenwinkel-Sensoranordnung

Die Erfindung betrifft ein Geberrad für eine Kurbelwellenwinkel-Sensoranordnung mit mindestens einem zum Geberrad ortsfesten Aufnahmeelement, umfassend einen Anlasserzahnkranz, der drehfest auf einer zylindrischen Mantelfläche eines mit der Kurbelwelle umlaufenden Trägers aus Metall angeordnet ist, wobei die Zähne des Anlasserzahnkranzes vom Aufnahmeelement abzutastende gleichmäßig verteilte Winkelmarken bilden, und wobei mindestens eine Bezugsmarke zur Erfassung einer definierten Kurbelwellenlage vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Kurbelwellenwinkel-Sensoranordnung mit einem derartigen Geberrad.

Die insbesondere für Steuergeräte in Brennkraftmaschinen wichtige Drehzahl- und Winkelinformation bezüglich der Stellung der Kurbelwelle kann bekanntlich mit einem einzigen, rad- beziehungsweise scheibenförmigen, Geber für beide Parameter erfasst werden. Die beispielsweise aus der DE 197 37 999 A1 bekannten Geberräder sind typischerweise als Zahnrad, das heißt, als ein mit der Kurbelwelle mit gleicher Winkelgeschwindigkeit umlaufendes separates Bauteil ausgebildet. Dieses Zahnrad wird mithiife eines Induktivsensors abgetastet, der ein für die Winkelmarken (Zähne) typisches Ausgangssignal abgibt. Sind die Winkelmarken gleichförmig, lässt sich lediglich die Drehzahl der Welle ermitteln, sind jedoch charakteristische Winkelmarken beziehungsweise Zähne vorhanden oder stellt die Anordnung der Winkelmarken einen bestimmten Code dar, lassen sich durch Auswertung der aufeinander folgenden, von dem am Aufnahmeelement vorbei laufenden Winkelmarken abhängigen Signalen bestimmte Winkelstellungen erkennen. Dazu wird die Bezugsmarke, die beispielsweise zur Markierung des oberen Totpunktes (OT) der Kurbelwelle dient, typischerweise zwischen den gleichmäßig über den Umfang des Geberrades verteilten Winkelmarken erzeugt, meist durch Modifizierung, insbesondere Weglassen, eines oder mehrerer Zähne.

Aus der gattungsgemäßen EP 0 441 769 B1 ist es bekannt, den Anlasserzahnkranz des Schwungrades, auch Starterzahnkranz genannt, als Zahnkranz des Geberrades zu verwenden, wobei eine Bezugsmarke in Form einer definierten Lücke im Zahnkranz vorgesehen ist. Die genaue Art der Modifizierung im Zahnkranz ist nicht näher beschrieben.

Die bisher, bei separaten Geberrädern, üblichen Modifizierungen erscheinen im technischen Kontext des Anlasserzahnkranzes nicht ganz unproblematisch, da dieser erheblich mehr Zähne als die üblichen separaten Zahnkränze aufweist und da zu bedenken ist, dass der Ein- spurweg des Einspurritzels eines Anlassers sich mehr oder weniger weit über die axiale Länge der Zähne eines Anlasserzahnkranzes erstreckt, wobei der Anlassvorgang durch die Bezugsmarke nicht behindert werden darf. Vor allem ist es fertigungstechnisch aufwändig, einen modifizierten Anlasserzahnkranz so mit dem Schwungrad zu verbinden, dass die Bezugsmarke relativ zu einer definierten Kurbelwellenlage richtig positioniert ist.

Bei dem erfindungsgemäßen, in Anspruch 1 gekennzeichneten Geberrad ist, über die gattungsgemäßen Merkmale hinaus, vorgesehen, dass die mindestens eine Bezugsmarke axial von den Zähnen des Anlasserzahnkranzes beabstandet auf der Mantelfläche des Trägers angeordnet ist.

Erfindungsgemäß entfällt ein separates Geberrad, ohne die Funktionen des Anlasserzahnkranzes zu beeinträchtigen oder die Aufbringung des Anlasserzahnkranzes auf den Träger während der Fertigung zu erschweren. Da Anlasserzahnkränze gegenwärtig bereits eine hohe Zähnezahl (>130) im Vergleich zu einem konventionellen separaten Blechgeberring aufweisen, ergibt sich der Vorteil einer genaueren Detektierung der Kurbelwellenlage. Das Motorsteuergerät kann diese genaueren Daten in eine Kraftstoffersparnis umsetzen.

Gemäß einer als besonders bevorzugt angesehenen Ausführungsform der Erfindung ist die Bezugsmarke als Radialbohrung in der Mantelfläche des Trägers ausgebildet. Eine derartige Radialbohrung mit einer Tiefe von wenigen Millimetern, insbesondere etwa 4 Millimetern, ist - zusammen mit einem handelsüblichen induktiven Aufnahmeelement - für Detektierungs zwecke ausreichend und, verglichen etwa mit dem Abfräsen zweier Zähne eines Zahnrades, fertigungstechnisch wenig aufwändig.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Träger des Anlasserzahnkranzes als Schwungscheibe oder Kupplungseinrichtung eines Antriebsmotors ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Kurbelwellenwinkel-Sensoranordnung umfasst ein Geberrad der oben beschriebenen Art sowie ein erstes Aufnahmeelement, das der durch die Winkelmarken gebildeten Geberspur und ein zweites Aufnahmeelement, dass der durch die Bezugsmarke gebildeten Geberspur zugeordnet ist. Mittels handelsüblicher induktiv oder kapazitiv arbeitender Aufnahmeelemente lässt sich das Geberrad mit einem derartigen Doppelgebersensor abtasten. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurbelwellenwinkel- Sensoranordnung sind die beiden Aufnahmeelemente in einem Gehäuse integriert. ln der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische geschnittene Ansicht eines von einem Schwungrad

getragenen Anlasserzahnkranzes als erfindungsgemäßem Geberrad,

Figur 2 eine Schnittansicht einer Kurbelwellenwinkel-Sensoranordnung mit einem

Geberrad gemäß Figur 1 ,

Figur 3 eine Seitenansicht des Geberrades gemäß Figur 1.

In Figur 1 ist ein Ein-Massen-Schwungrad als Träger 2 eines Anlasserzahnkranzes 1 dargestellt. Das Ein-Massen-Schwungrad besteht aus Guss oder Stahlblech und ist in an sich bekannter Weise zwischen Motor und Getriebe (hier nicht dargestellt) im Antriebsstrang eines Fahrzeugs platziert. Die Primärseite des Schwungrades 2 ist drehfest an die nicht dargestellte Kurbelwelle angeflanscht und trägt auf ihrer zylindrischen Mantelfläche 3 den Anlasserzahnkranz 1. Der Träger 2 kann jedoch ebenso beispielsweise als Zwei-Massen-Schwungrad, als Teil eines Wandlers oder einer Doppelkupplung ausgebildet sein. Die Sekundärseite des Schwungrades 2 ist mit dem Getriebe verbunden. Erkennbar ist ferner eine Radialbohrung 4 die - axial versetzt zum Anlasserzahnkranz 1 - etwa 2 bis 4 mm tief in die Mantelfläche 3 des Trägers 2 gebohrt ist. Eine derartige Radialbohrung 4 ist einfach herstellbar und ausreichend, um als Geberelement, hier: als Bezugsmarke, für ein handelsübliches induktives Aufnahmeelement, wie unten bei Figur 2 beschrieben, zu dienen.

Figur 2 zeigt ein erstes induktives Aufnahmeelement 5, das oberhalb des Anlasserzahnkranzes, und ein zweites Aufnahmeelement 6, welches oberhalb der Mantelfläche 3, jeweils stationär, angeordnet ist. Bei rotierendem Schwungrad 2 bilden die Winkelmarken, also die Zähne 7 des Anlasserzahnkranzes 1 in an sich bekannter Weise eine erste Geberspur für das erste Aufnahmeelement 5, während die durch die Bezugsmarke gebildete zweite Geberspur dem zweiten Aufnahmeelement 6 zugeordnet ist. Die beiden Aufnahmeelemente 5 und 6 können um einen Winkel versetzt zueinander oder axial benachbart angeordnet sein. Im letzteren Fall können die beiden Aufnahmeelemente 5 und 6 in einem Gehäuse 9 integriert sein. Der Abstand der Aufnahmeelemente 5 und 6 von der jeweiligen Geberspur kann, abhängig von der Sensorqualität, beispielsweise 2 mm betragen. ln Figur 3 ist die Vorderseite des erfindungsgemäßen Geberrades dargestellt. Die jeweilige Lage der Radialbohrung 4, hier beispielhaft mit 56° relativ zur Senkrechten angegeben, ist applikationsabhängig. Wie erkennbar, weist die Schwungscheibe 2 eine so genannte Absteckbohrung 8 auf, die in an sich bekannter Weise zur Festlegung einer definierten Lage der Schwungscheibe 2 relativ zur Kurbelwelle dient. Um als Bezugsmarke für eine definierte Kurbelwellenposition dienen zu können, kann die Radialbohrung 4 am einfachsten an einer Stelle der Mantelfläche 3 erzeugt werden, die dieser Absteckbohrung 8, wie in Figur 3 erkennbar, radial gegenüberliegt.

Bezugszeichenliste Anlasserzahnkranz

Träger (Schwungrad) des Anlasserzahnkranzes 1 zylindrische Mantelfläche des Trägers 2

Radialbohrung (Bezugsmarke)

erstes induktives Aufnahmeelement

zweites induktives Aufnahmeelement

Zahn des Anlasserzahnkranzes 1

Absteckbohrung des Trägers 2

Gehäuse für die Aufnahmeelemente 5 und 6

Claims

Patentansprüche

1. Geberrad für eine Kurbelwellenwinkel-Sensoranordnung mit mindestens einem zum Geberrad ortsfesten Aufnahmeelement, umfassend einen Anlasserzahnkranz (1 ), der drehfest auf einer zylindrischen Mantelfläche (3) eines mit der Kurbelwelle umlaufenden Trägers (2) aus Metall angeordnet ist, wobei die Zähne (7) des Anlasserzahnkranzes (1 ) vom Aufnahmeelement (5) abzutastende gleichmäßig verteilte Winkelmarken bilden, und wobei mindestens eine Bezugsmarke zur Erfassung einer definierten Kurbelwellenlage vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Bezugsmarke axial von den Zähnen (7) des Anlasserzahnkranzes (1 ) beabstandet auf der Mantelfläche (3) des Trägers (2) angeordnet ist.

2. Geberrad nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsmarke als Radialbohrung (4) in der Mantelfläche (3) des Trägers (2) ausgebildet ist.

3. Geberrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialbohrung (4) eine Tiefe von wenigen Millimetern, insbesondere von etwa 4 Millimetern, aufweist.

4. Geberrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) des Anlasserzahnkranzes (1 ) als Schwungscheibe oder Kupplungseinrichtung eines Antriebsmotors ausgebildet ist.

5. Kurbelwellenwinkel-Sensoranordnung mit einem Geberrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass einer durch die rotierenden Winkeimarken gebildeten ersten Geberspur ein erstes Aufnahmeelement (5) und einer durch die rotierende Bezugsmarke gebildeten zweiten Geberspur ein zweites Aufnahmeelement (6) zugeordnet ist.

6. Kurbelwellenwinkel-Sensoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass induktiv oder kapazitiv arbeitende Aufnahmeelemente (5, 6) vorgesehen sind.

7. Kurbelwellenwinkel-Sensoranordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Aufnahmeelemente (5, 6) in einem Gehäuse (9) integriert sind.