DE3205625A1

DE3205625A1 - Geber

Info

Publication number: DE3205625A1
Application number: DE19823205625
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl.-Ing. 7519 Welzbachtal Wolf; Erich Dr.-Ing. 7513 Stutensee Zabler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-08-20
Filing date: 1982-02-17
Publication date: 1983-08-25

Description

Geber
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Geber nach der Gattung des Hauptanspruches.
Es ist bekannt, Drehzahlen, Bezugsmarken und dgl. von Zahnscheiben und Zahnstangen mit Hilfe von Gebern abzutasten, die auf Variationen eines von den Zähnen modulierten Magnetfelds ansprechen. Hierzu ist es bekannt, Geber mit Hall-Elementen, Wiegandelementen oder dgl. zu verwenden.
Aus der Zeitschrift Electronics vom 24.11.1977 Seite 130 ist ein Geberelement bekannt, bei dem auf ein dünnes ferromagnetisches Blech, beispielsweise/u-Metall eine Spule aufgewickelt ist, wobei dieses Element einem externen magnetischen Feld ausgesetzt wird. Dieses Feld bringt schon bei geringer Intensität das Blech teilweise bis ganz in Sättigung, so daß eine besonders hohe Induktivitätsvariation, bis hin zu Verhältnissen von 1:200 auftritt.
Die bekannten Geber haben jedoch den Nachteil, daß nicht nur die Feldvariation durch die sich vorbeibewegenden Zähne der Zahnscheibe sondern auch Variationen in der Breite des Luftspaltes zwischen Geber und Zahnscheibe in die Amplitude des Meßsignales eingehen. Hierdurch können erhebliche Verfälschungen des Meßwertes dann eintreten, wenn durch ungenaue Montage oder Abnutzung Vibrationen am Sensor auftreten, die eine Luftspaltmodulation darstellen. Dann überlagert sich die Meßfrequenz mit der Vibrationsfrequenz, so daß es zu Fehlauswertungen kommen kann.
In der älteren Patentanmeldung P 30 31 357.6 ist schließlich noch ein Geber vorgeschlagen worden, bei dem mehrere Feldplatten in Differentialanordnung zur Erfassung von Drehzahl und Bezugsmarken einer Zahnscheibe vorgesehen sind.
Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Geber mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat darüber hinaus den Vorteil, daß besonders hohe Nutzsignale erzielbar sind, die weitgehend unabhängig vom jeweils vorliegenden Luftspalt sind.
Durch den räumlichen Aufbau des Sensors aus einem dünnen ferromagnetischen Blech ist darüber hinaus eine besonders platzsparende Bauweise möglich. Weiterhin reichen zur Erzeugung des magnetischen Feldes geringe Feidstärken aus, so daß sehr schwache Vorspannmagneten, beispielsweise Hartferrite ausreichen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Gebers möglich.
So ist eine besonders hohe Signalausbeute dann möglich, wenn das verwendete ferromagnetische Blech über abgewinkelte Schenkel verfügt, so daß das Vorspannfeld sich nahezu vollkommen in Blechrichtung ausbreitet.
Schließlich ist erfindungsgemäß eine frequenzanaloge Auswerteschaltung vorgesehen, so daß eine besonders einfache digitale oder analoge Auswertung möglich ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Zeichnung Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gebers; Figur 2 eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gebers; Figur 3 das Schaltbild einer Auswerteschaltung für die in Figur 1 oder 2 dargestellten Geber; Figuren 4a bis c Diagramme zur Erläuterung der Schaltung gemäß Figur 3; Figur 5 ein Zeitdiagramm des mit einem erfindungsgemäßen Geber erzielbaren Nutzsignales.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 bezeichnet 10 eine Zahnscheibe, beispielsweise eines Anlasserzahnkranzes in einem Kraftfahrzeug. Die Zähne der Zahnscheibe 10 verfügen jeweils über einen Zahnkopf 11 und eine Zahnflanke 1-2. Im Abstand zu den Zähnen der Zahnscheibe 10 ist ein dünnes ferromagnetisches Blech 13 angeordnet, das vorzugsweise aus/u-Metall, Metallglas oder dgl. besteht. Auf dieses, tangential zur Zahnscheibe 10 angeordnete Blech 13 sind zwei Spulen L1, L2 gewickelt, wobei der Abstand der Spulen L1, L2 ein ungerades Vielfaches eines halben Zahnabstandes der Zahnscheibe 10 beträgt, vorzugseise einen halben Zahnabstand. Unterhalb des Bleches 13 befindet sich eine permanentmagnetische Platte 14 mit radial zur Zahnscheibe 10 angeordneten Polen.
Das Feld der permanentmagnetischen Platte 10 schließt sich dabei durch das Blech 13 über die Zahnscheibe 10. In der in Figur 1 eingezeichneten Stellung der Zahnscheibe 10 wird dabei die Spule L1 von einem Feld B durchsetzt, das näherungsweise senkrecht zum Blech 13 verläuft, da es in den Zahnkopf 11 eindringt. Demgegenüber wird das Blech 13 an der Stelle der Spule L2 von einem Feld B2 durchdrungen, das zur Blechebene geneigt ist, da das Feld B2 in die Zahnflanke 12 eindringt. Wie man leicht sieht, werden die Felder B1, B2 im Takte des Vorbeibewegens der Zähne der Zahnscheibe 10 moduliert, wobei sich die Richtung der Felder B1, B2 zueinander gegenläufig um die Senkrechte zur Blechebene ändert.
Es versteht sich dabei, daß statt einer Zahnscheibe 10 auch eine Zahnstange, eine Blendenanordnung oder dgl. die Feldvariation bewirken kann.
Bei der verwendeten Anordnung mit einem ferromagnetischen Blech 13 und den Spulen L1, L2 trägt im wesentlichen die in der Blechebene wirksame Komponente des Feldes B1, B2 zum Signal bei. Bei der in Figur 1 eingezeichneten Stellung der Zahnscheibe 10 ist am Ort der Spule L1 praktisch keine Komponente in Blechrichtung vorhanden, so daß die Induktivität L1 relativ niedrig ist. Demgegenüber weist das Feld B2 am Ort der Spule L2 eine ausgeprägte Komponente in Blechrichtung auf, so daß die Induktivität L2 relativ hoch ist.
Die Auswertung des Nutzsignales erfolgt nun in einer weiter unten näher beschriebenen Weise derart, daß der Quotient der Induktivitäten L1, L2 ausgewertet wird.
Ändert sich der Luftspalt zwischen Blech 13 und Zahnscheibe 10, ändern sich zwar die Amplituden der Felder B1, B2, nicht jedoch deren Quotient, so daß die erfindungsgemäße Anordnung weitgehend unabhängig gegenüber Luftspaltschwankungen ist.
Bei der in Figur 2 dargestellten Variante wird im Gegensatz zum tangentialen, ebenen Blech 13 in Figur 1 ein U-förmiges ferromagnetisches Blech 15 verwendet, das über zwei freie Schenkel 16, 17 verfügt. Bei dieser Anordnung sind die Spulen L1, L2 auf die freien Schenkel 16, 17 gewickelt, was den Vorteil hat, daß die Felder B1, B2, die in der gleichen Weise wie in Figur 1 erzeugt werden, im wesentlichen in Blechrichtung verlaufen. Hierdurch wird zwar ein etwas größerer Raum für das Geberelement benötigt, die Signalausbeute ist jedoch aufgrund der Ausrichtung der Schenkel 16, 17 in Feldrichtung größer.
Figur 3 zeigt das Schaltbild einer möglichen Auswerteschaltung für eine der Anordnungen gemäß Figur 1 oder Figur 2. Für eine frequenzanaloge Auswertung des Nutzsignales wird ein astabiler Multivibrator mit zwei Transistoren T1, T2 verwendet, wobei die Anordnung aus einer Bezugsspannung UB versorgt wird. Die Basen der Transistoren T1, T2 sind über die Reihenschaltung der Induktivitäten L1, L2 miteinander verbunden. Am Kollektor eines der Transistoren T1, T2 kann dann ein Signal abgenommen werden, wie dies in Figur 4a bis 4c dargestellt ist. Wie man sieht, ändern sich die Periodenabschnitte t tb tb in Abhängigkeit vom Verhältnis der Induktivitäten L1, L2. Bei gleichen Induktivitätswerten L1=L2 gemäß Figur 4a sind die Periodenabschnitte tb, tbt gleich groß, während für L1 L2 tb größer als t a a ist und für L1 L2 ta größer als tb ist. Dieses sich und für L L b ändernde Tastverhältnis kann entweder mit Hilfe einer digitalen Auswerteschaltung durch Auszählen der Zeiten t , tb ausgewertet werden, es ist jedoch in besonders einfacher Weise möglich, eine analoge Auswertung über einen Tiefpaß R, C in Figur 3 vorzunehmen. Das dabei entstehende Signal UA ist in den Diagrammen gemäß Figur 4a bis 4c gestrichelt eingezeichnet. Bezogen auf die Betriebsspannung UB ergibt sich im Fall der Figur 4a ein Mittelwert von 0,5, im Falle Figur b ein Wert kleiner als 0,5 und im Falle der Figur 4c ein Wert, der größer ist als 0,5. Stellt man diesen Mittelwert VA bezogen auf die Betriebsspannung UB über die Zeit dar, ergibt sich ein Verlauf, wie er in Figur 5 dargestellt ist. In Sollstellung des Elementes gemäß Figur 1 oder Figur 2 ergibt sich dabei der durchgezogene Verlauf, während bei Variation des Luftspaltes einer der gestrichelten Verläufe eintritt. Diese Abweichung bewirkt zwar eine Änderung der Extremwerte des Verlaufes gemäß Figur 5, die Mittelinie bleibt jedoch aufgrund der Quotientenbildung unverändert. Es ist daher möglich, mit Hilfe von Schwellwertstufen ein Meßergebnis zu erzielen, das vollkommen unabhängig vom jeweils vorliegenden Luftspalt ist. Leerseite

Claims

Ansprüche Geber zur Erfassung der Drehzahl und/oder eines durch eine Bezugsmarke- festgelegten Drehwinkels einer Welle mit Hilfe eines mit der Welle umlaufenden zylindrischen Körpers, der an seinem Umfang mehrere in Drehrichtung hintereinanderliegende, aus je einer magnetischen hochwirksamen Zone und einer magnetisch schwach wirksamen Zone bestehende Inkremente aufweist und mit einem diese Inkremente abtastenden, beim Vorbeilauf jeder der magnetisch hochwirksamen Zonen einen Inkrementimpuls liefernden, magnetfeldabhängigen Sensor, insbesondere nach Patentanmeldung P 30 31 357.6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei um ein dünnes ferromagnetisches Blech (13) gewickelte Spulen (L1, L ) vorgesehen sind, die im Abstande eines 2 2 ungeradzahligen Vielfachen eines halben Inkrementabstandes auf der dem zylindrischen Körper zugekehrten Oberseite einer tangential zu dem zylindrischen Körper angeordneten permanentmagnetischen Platte (14) sitzen.
2. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (13) tangential zum zylindrischen Körper angeordnet ist.
3. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (13) gegen den zylindrischen Körper gerichtete Schenkel (16, 17) aufweist, auf deren freien Endabschnitten die Spulen (L1, L2) angeordnet sind.
4. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Welle umlaufende zylindrische Körper aus einer an ihrem Umfang mit radial abstehenden Zähnen versehenen Zahnscheibe (10) besteht, wobei die magnetisch hochwirksamen Zonen von den Zähnen und die magnetisch schwach wirksamen Zonen von den Zahnlücken gebildet werden.
5. Geber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (L1, L2) frequenz- und/oder tastverhältnisbestimmender Teil einer Oszillatorschaltung, vorzugsweise eines aus zwei Transistoren (T1 T2) aufgebauten astabilen Multivibrators sind.