WO2017102147A1 - Nockenwellengeberrad - Google Patents

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Definitions

  • a donor wheel disks which are rotatably connected to a rotatable shaft.
  • a transmitter wheel along its circumference on different areas, which generate different sensor signals due to different physical properties when moving past a stationary sensor.
  • a common implementation of a donor gear is a gear having different segments along its circumference, with individual segments being characterized by being either elevations or depressions relative to an imaginary mean radius. If such a sensor wheel moves past a Hall sensor or an inductive sensor in the vicinity of which there is a magnet, the sensor can register the magnetic field changes caused by the elevations or depressions and thus information about the rotational position of the transmitter wheel or a shaft connected to the transmitter wheel deliver.
  • Such donor wheels are used, for example, to indicate the rotational position of a camshaft in an internal combustion engine. Encoder wheels used in this application are called camshaft gears.
  • a first design has 140-40 degree segments relative to the crankshaft, ie, the circumference of the sender wheel is formed alternately by four ridges and four pits, the ridges 140 degrees and the pits 40 degrees relative to the crankshaft.
  • the length of elevations and depressions may alternatively be reversed.
  • a second design on the market has 180-128-52 degree segments. That is, it includes a 180 degree length extension followed by a 128 degree length depression followed by a 52 degree length increase followed by a 180 degree length depression followed by a 128 degree length extension followed by a 52 degree length depression. Immediately to the recess of 52 degrees length includes the aforementioned increase of 180 degrees in length.
  • the 140-40 degree segment camshaft gear is optimized for use with camshaft timing systems, which maximizes the signal ratio for long and short segment detection. This results in a maximum adjustment range of the camshaft of 100 degrees crankshaft, which is limited in practice, due to tolerances, but to about 80 degrees.
  • the 180-128-52 degree camshaft gear is optimized for fast phase finding, but is not intended for use in camshaft timing systems. Although there is theoretically an adjustment range of 180 degrees crankshaft for the camshaft, however, this design is sensitive to errors, so that it can only be reliably used with slowly adjusted camshafts.
  • the encoder wheel according to claim 1 has the advantage that along its circumference elevations and depressions are formed, each forming a segment that can be detected by a magnetic field-sensitive sensor upon movement of the encoder wheel.
  • the donor wheel according to the invention comprises a long elevation, a mid-length elevation and a short elevation and a long depression, a medium-length depression and a short depression, the long increase being as long as the long depression, the medium-length increase being as long as the medium-length depression is and where the short increase as long as the short well is.
  • the length of the long increase is related to the length of the medium-long increase, and the length of the medium increase to the length of the short increase.
  • the length of the long elevation and the length of the long recess are thus each 180 degrees crankshaft, which corresponds to 90 degrees relative to a full circle. Within the scope of usual manufacturing tolerances results in a length of about 90 degrees relative to a full circle.
  • the length of the short elevation and the length of the short depression are thus each 68.754 degrees crankshaft, which corresponds to 34.377 degrees relative to a full circle. Within the scope of usual manufacturing tolerances results in a length of about 34 degrees relative to a full circle.
  • the elevations and depressions along the circumference of the encoder wheel are arranged so that the long recess and the long elevation do not form two segments directly adjacent to each other.
  • the medium-length elevation and the medium-length depression do not form two segments directly adjacent to each other.
  • the short rise and the short groove do not form two immediately adjacent segments.
  • immediately adjacent segments are meant two segments that are not spaced apart by a third segment.
  • the encoder wheel according to the invention has the advantage of providing constant signal ratios between each two adjacent segments, so that the individual segments can be identified robustly and reliably.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a sensor wheel according to the invention.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a sensor wheel (1) which is non-rotatably connected to a camshaft (2).
  • the circumference of the encoder wheel (1) in this case has a short increase (3 a), to which - in the present example in
  • a long recess (4c) connects.
  • the long depression (4c) is adjoined by a medium-length elevation (3b), which in turn is followed by a short depression (4a).
  • the short depression (4a) is adjoined by a long elevation (3c), which is adjoined by a medium-length depression (4b).
  • On the medium-long depression (4b) follows again the short increase (3a).
  • the elevations (3a, 3b, 3c) and the recesses (4a, 4b, 4c) each form a segment that during a rotational movement in front of a camshaft sensor
  • the length of the long rise (3c) corresponds to the length of the long depression (4c).
  • the length of the medium-length increase (3b) corresponds to the length of the medium-length depression (4b).
  • the length of the short elevation (3a) corresponds to the length of the short depression (4a).
  • the ratio of the length of the long increase (3c) to the medium increase (3b) corresponds to the ratio of the length of the medium-length increase (3b) to
  • the length of the long elevation (3c) is preferably about 180 degrees crankshaft, which corresponds to 90 degrees of a full circle.
  • the length of the medium-length elevation (3b) is preferably about 111 degrees crankshaft, which corresponds to about 56 degrees of a full circle.
  • the length of the short increase (3a) is preferably about 69 degrees crankshaft, which corresponds to about 34 degrees of a full circle.
  • the length of the long increase (3c) is exactly 180 crankshaft, the length of the average increase 111.246 degrees
  • crankshaft and the length of the short elevation (3a) 68.754 degrees crankshaft are crankshaft and the length of the short elevation (3a) 68.754 degrees crankshaft.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Geberrad zur Erkennung der Drehposition einer Nockenwelle, wobei entlang des Umfangs des Geberrads Erhöhungen und Vertiefungen ausgebildet sind, die jeweils ein Segment bilden, das bei Bewegung des Geberrads von einem magnetfeldempfindlichen Sensor erfasst werden kann, wobei das Geberrad eine lange Erhöhung, eine mittellange Erhöhung und eine kurze Erhöhung sowie eine lange Vertiefung, eine mittellange Vertiefung und eine kurze Vertiefung umfasst, wobei die lange Erhöhung so lang wie die lange Vertiefung ist, wobei die mittellange Erhöhung so lang wie die mittellange Vertiefung ist, wobei die kurze Erhöhung so lang wie die kurze Vertiefung ist. Die Länge der langen Erhöhung verhält sich zur Länge der mittellangen Erhöhung wie die Länge der mittellangen Erhöhung zur Länge der kurzen Erhöhung.

Description

Beschreibung
Titel
Nockenwellengeberrad Stand der Technik
Als Geberrad werden Scheiben bezeichnet, die drehfest mit einer rotierbaren Welle verbindbar sind. Dabei weist ein Geberrad entlang seines Umfangs unterschiedliche Bereiche auf, die aufgrund unterschiedlicher physikalischer Eigenschalten beim Vorbeibewegen an einem ortsfesten Sensor unterschiedliche Sensorsignale erzeugen. Eine übliche Realisierung eines Geberrads ist ein Zahnrad, das entlang seines Umfangs verschiedene Segmente aufweist, wobei einzelne Segmente dadurch gekennzeichnet sind, dass sie entweder Erhöhungen oder Vertiefungen relativ zu einem gedachten mittleren Radius darstellen. Wird ein solches Geberrad an einem Hall- oder einem Induktivsensor vorbeibewegt, in dessen Nähe sich ein Magnet befindet, kann der Sensor die durch die Erhöhungen bzw. Vertiefungen hervorgerufenen Magnetfeldänderungen registrieren und so Informationen über die Drehlage des Geberrads bzw. einer mit dem Geberrad verbundenen Welle liefern. Solche Geberräder werden beispielsweise verwendet, um die Drehlage einer Nockenwelle in einer Brennkraftmaschine anzuzeigen. In dieser Anwendung verwendete Geberräder werden als Nockenwellenge- berräder bezeichnet.
Es gibt aktuell zwei dominierende Designs von Nockenwellengeberrädern auf dem Markt. Ein erstes Design hat 140-40 Grad Segmente bezogen auf die Kurbelwelle, d.h. der Umfang des Geberrads wird abwechselnd durch vier Erhöhungen und vier Vertiefungen gebildet, wobei die Erhöhungen 140 Grad und die Vertiefungen 40 Grad bezogen auf die Kurbelwelle umfassen. Die Länge von Erhöhungen und Vertiefungen kann alternativ auch vertauscht sein. Ein zweites am Markt befindliches Design verfügt über 180-128-52 Grad Segmente. D.h. es umfasst eine Erhöhung von 180 Grad Länge gefolgt von einer Vertiefung von 128 Grad Länge gefolgt von einer Erhöhung von 52 Grad Länge gefolgt von einer Vertiefung von 180 Grad Länge gefolgt von einer Erhöhung von 128 Grad Länge gefolgt von einer Vertiefung von 52 Grad Länge. Unmittelbar an die Vertiefung von 52 Grad Länge schließt die eingangs genannte Erhöhung von 180 Grad Länge an.
Sämtliche Längenangaben beziehen sich hier auf die Kurbelwelle, sodass die Summe der Segmentlängen eines Nockenwellengeberrads 720 Grad entspricht.
Das Nockenwellengeberrad mit 140-40 Grad Segmenten ist auf den Einsatz bei Systemen mit Nockenwellenverstellung optimiert, weshalb das Signalverhältnis zur Erkennung von langen und kurzen Segmenten maximiert ist. Es ergibt sich somit ein maximaler Verstellbereich der Nockenwelle von 100 Grad Kurbelwelle, der in der Praxis, aufgrund von Toleranzen, jedoch auf ca. 80 Grad beschränkt ist.
Das Nockenwellengeberrad mit 180-128-52 Grad Segmenten ist für eine schnelle Phasenfindung optimiert, jedoch nicht für den Einsatz in Systemen mit Nockenwellenverstellung vorgesehen. Zwar ergibt sich theoretisch ein Verstellbereich von 180 Grad Kurbelwelle für die Nockenwelle, allerdings ist dieses Design empfindlich in Bezug auf Fehler, sodass es lediglich bei langsam verstellten Nockenwellen zuverlässig einsetzbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Das Geberrad gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass entlang seines Umfangs Erhöhungen und Vertiefungen ausgebildet sind, die jeweils ein Segment bilden, das bei Bewegung des Geberrads von einem magnetfeldempfindlichen Sensor erfasst werden kann. Das erfindungsgemäße Geberrad umfasst eine lange Erhöhung, eine mittellange Erhöhung und eine kurze Erhöhung sowie eine lange Vertiefung, eine mittellange Vertiefung und eine kurze Vertiefung, wobei die lange Erhöhung so lang wie die lange Vertiefung ist, wobei die mittellange Erhöhung so lang wie die mittellange Vertiefung ist und wobei die kurze Erhöhung so lang wie die kurze Vertiefung ist. Die Länge der langen Erhöhung verhält sich zur Länge der mittellangen Erhöhung wie die Länge der mittel- langen Erhöhung zur Länge der kurzen Erhöhung.
Die Länge der langen Erhöhung sowie die Länge der langen Vertiefung betragen somit je 180 Grad Kurbelwelle, das entspricht 90 Grad bezogen auf einen Vollkreis. Im Rahmen von üblichen Fertigungstoleranzen ergibt sich eine Länge von etwa 90 Grad bezogen auf einen Vollkreis.
Die Länge der mittellangen Erhöhung sowie die Länge der mittellangen Vertiefung betragen somit je 111,246 Grad Kurbelwelle, das entspricht 55,625 Grad bezogen auf einen Vollkreis. Im Rahmen von üblichen Fertigungstoleranzen ergibt sich eine Länge von etwa 56 Grad bezogen auf einen Vollkreis.
Die Länge der kurzen Erhöhung sowie die Länge der kurzen Vertiefung betragen somit je 68,754 Grad Kurbelwelle, das entspricht 34,377 Grad bezogen auf einen Vollkreis. Im Rahmen von üblichen Fertigungstoleranzen ergibt sich eine Länge von etwa 34 Grad bezogen auf einen Vollkreis.
In bevorzugter Ausgestaltung sind die Erhöhungen und Vertiefungen entlang des Umfangs des Geberrads so angeordnet, dass die lange Vertiefung und die lange Erhöhung keine zwei unmittelbar aneinander angrenzende Segmente bilden. Ebenso bilden die mittellange Erhöhung und die mittellange Vertiefung nicht zwei unmittelbar aneinander angrenzende Segmente. Ebenso bilden die kurze Erhöhung und die kurze Vertiefung nicht zwei unmittelbar aneinander angrenzende Segmente. Unter unmittelbar angrenzenden Segmenten werden dabei zwei Segmente verstanden, die nicht durch ein drittes Segment voneinander beabstandet sind.
Das erfindungsgemäße Geberrad hat den Vorteil, konstante Signalverhältnisse zwischen je zwei benachbarten Segmenten zu liefern, sodass die einzelnen Segmente robust und zuverlässig erkannt werden können.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der liegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: Kurze Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Geberrads.
Ausführungsform der Erfindung
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Geberrads (1), das drehfest mit einer Nockenwelle (2) verbunden ist. Der Umfang des Geberrads (1) weist dabei eine kurze Erhöhung (3a) auf, an die sich - im vorliegenden Beispiel im
Uhrzeigersinn - eine lange Vertiefung (4c) anschließt. An die lange Vertiefung (4c) schließt sich eine mittellange Erhöhung (3b) an, an die sich wiederum eine kurze Vertiefung (4a) anschließt. An die kurze Vertiefung (4a) schließt sich eine lange Erhöhung (3c) an, an die sich wiederum eine mittellange Vertiefung (4b) anschließt. Auf die mittellange Vertiefung (4b) folgt wieder die kurze Erhöhung (3a). Die Erhöhungen (3a, 3b, 3c) und die Vertiefungen (4a, 4b, 4c) bilden jeweils ein Segment, dass bei einer Drehbewegung vor einem Nockenwellensensor
(nicht dargestellt) ein für das Segment charakteristisches Sensorsignal erzeugt.
Die Länge der langen Erhöhung (3c) entspricht der Länge der langen Vertiefung (4c). Die Länge der mittellangen Erhöhung (3b) entspricht der Länge der mittellangen Vertiefung (4b). Die Länge der kurzen Erhöhung (3a) entspricht der Länge der kurzen Vertiefung (4a).
Das Verhältnis der Länge der langen Erhöhung (3c) zur mittellangen Erhöhung (3b) entspricht dem Verhältnis der Länge der mittellangen Erhöhung (3b) zur
Länge der kurzen Erhöhung (3a). Somit wird bei Einsatz des erfindungsgemäßen Geberrads als Nockenwellengeberrad in einer Brennkraftmaschine Signalverhältnis zwischen je zwei benachbarten Segmenten (3a, 4c, 3b, 4a, 3c, 4b) erreicht.
Die Länge der langen Erhöhung (3c) beträgt bevorzugterweise etwa 180 Grad Kurbelwelle, was 90 Grad eines Vollkreises entspricht. Die Länge der mittellangen Erhöhung (3b) beträgt bevorzugterweise etwa 111 Grad Kurbelwelle, was etwa 56 Grad eines Vollkreises entspricht. Die Länge der kurzen Erhöhung (3a) beträgt bevorzugterweise etwa 69 Grad Kurbelwelle, was etwa 34 Grad eines Vollkreises entspricht.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung beträgt die Länge der langen Erhöhung (3c) genau 180 Kurbelwelle, die Länge der mittleren Erhöhung 111,246 Grad
Kurbelwelle und die Länge der kurzen Erhöhung (3a) 68,754 Grad Kurbelwelle.

Claims

Ansprüche
1. Geberrad zur Erkennung der Drehposition einer Nockenwelle, wobei entlang des Umfangs des Geberrads Erhöhungen und Vertiefungen ausgebildet sind, die jeweils ein Segment bilden, das bei Bewegung des Geberrads von einem magnetfeldempfindlichen Sensor erfasst werden kann, wobei das Geberrad eine lange Erhöhung, eine mittellange Erhöhung und eine kurze Erhöhung sowie eine lange Vertiefung, eine mittellange Vertiefung und eine kurze Vertiefung umfasst, wobei die lange Erhöhung so lang wie die lange Vertiefung ist, wobei die mittellange Erhöhung so lang wie die mittellange Vertiefung ist, wobei die kurze Erhöhung so lang wie die kurze Vertiefung ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Länge der langen Erhöhung zur Länge der mittellangen Erhöhung verhält wie die Länge der mittellangen Erhöhung zur Länge der kurzen Erhöhung.
2. Geberrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der langen Erhöhung etwa 90 Grad eines Vollkreises beträgt, die Länge der mittellangen Erhöhung etwa 56 Grad eines Vollkreises beträgt und die Länge der kurzen Erhöhung etwa 34 Grad eines Vollkreise beträgt.
3. Geberrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zwischen der langen Erhöhung und der langen Vertiefung durch mindestens ein weiteres Segment vorgesehen ist.
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