德国专利DE102004010948A1 Winkelmesseinrichtung

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专利摘要:
Winkelmesseinrichtung (1), umfassend einen Tragkörper (2) mit zumindest zwei Spuren (3, 4), wobei zumindest eine Spur (3) als Kreisringfläche (5) und zumindest eine Spur als Zylindermantelfläche (6) ausgebildet ist, wobei jede Spur (3, 4) durch zumindest einen Sensor (7) elektromagnetisch oder optisch abtastbare, im wesentlichen übereinstimmend ausgebildete periodische Muster (8) aufweist und wobei die eine Spur (3) eine Anzahl N Muster (8) und die andere Spur (4) eine Anzahl N+1 Muster (8) aufweist. DOLLAR A Winkelmesseinrichtung (1), umfassend zumindest zwei als Kreisringfläche ausgebildete Spuren (3, 4), wobei jede Spur durch zumindest einen Sensor (7) elektromagnetisch oder optisch abtastbare im wesentlichen übereinstimmend ausgebildete periodische Muster (8) aufweist und wobei eine Spur (3) eine Anzahl N und eine andere Spur (4) eine Anzahl N+1 Muster (8) aufweist, wobei eine Spur (3) auf einer Stirnseite (9) und die andere Spur (4) auf der anderen Stirnseite (10) eines kreisringförmigen Tragkörpers (2) angeordnet sind.
公开号:DE102004010948A1
申请号:DE200410010948
申请日:2004-03-03
公开日:2005-10-13
发明作者:Benno Dipl.-Ing.(FH) Schmied
申请人:Freudenberg Carl KG；
IPC主号:G01B7-30

专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft eine Winkelmesseinrichtung.
[0002] Eine über einenVollkreis von 360° absolut messendeWinkelmesseinrichtung gemäß dem Oberbegriffdes Patentanspruch 2 ist aus der DE100 38 196 bekannt. Die vorbekannte Winkelmesseinrichtungumfasst eine Anordnung von mehreren kreisringförmigen Spuren auf einer Stirnseiteeines drehbaren, scheibenförigenTragörpers.Die Spuren sind mit magnetisch abtastbaren periodischen Musternmit axialer Wirkrichtung versehen, wobei sich die Periodenzahl derMuster der Spuren sich gemäß dem Noniusprinzipum den Wert 1 unterscheidet. In der Nähe des Tragkörpers sind,ein periodisches Abtastsignal liefernde, magnetische Abtastköpfen angebracht.
[0003] Ausder US 4,764,767 isteine absolut messende Winkelmesseinrichtung mit zwei zylindermantelförmigen Spurenbekannt, wobei die Spuren in axialer Erstreckung parallel auf derOberflächeeines Zylinder angeordnet sind und eine radiale Wirkrichtung aufweisen.
[0004] Beiden vorbekannten Winkelmesseinrichtungen ist von Nachteil, dassder Platzbedarf der Winkelmesseinrichtungen sehr groß ist. Beieiner Anordnung von mehreren kreisringförmigen Spuren auf einer Stirnseiteeines kreisförmigenTragörperswird ein größerer Durchmesserder Scheibe benötigt,um mehrere kreisringförmigeSpuren bei gleichzeitig guter Auflösung auf der Stirnseite einesTragkörpers anordnenzu können.Bei einer Anordnung mehrerer zylindermantelförmiger Spuren auf einem zylindrischenTragkörperist die axiale Erstreckung der Winkelmesseinrichtung groß.
[0005] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine absolut messende Winkelmesseinrichtungzu schaffen, die einen geringeren Raumbedarf aufweist.
[0006] DieseAufgabe wird erfindungsgemäß mit denMerkmalen von Anspruch 1 und 2 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungennehmen die UnteransprücheBezug.
[0007] Gemäß einerersten Lösungweist die Winkelmesseinrichtung einen Tragkörper mit zumindest zwei Spurenauf, wobei zumindest eine Spur als Kreisringfläche und zumindest eine Spurals Zylindermantelflächeausgebildet ist, wobei jede Spur durch zumindest einen Sensor elektromagnetisch oderoptisch abtastbare im wesentlichen übereinstimmend ausgebildeteperiodische Muster aufweist und wobei die eine Spur eine AnzahlN Muster und die andere Spur eine Anzahl N+1 Muster aufweist.
[0008] Durchdie Aufteilung der Spuren auf einer Kreisringfläche und eine Zylindermantelfläche istdie axiale und radiale Erstreckung des Tragkörpers und damit der Winkelmesseinrichtunggering, wodurch eine kompakte Bauform erreicht wird. Die minimale axialeErstreckung des Tragkörpersnur eine Spurbreite.
[0009] Gemäß einerzweiten Lösungweist die Winkelmesseinrichtung zumindest zwei Spuren auf, wobeieine der Spuren auf einer Stirnseite und die andere Spur auf deranderen Stirnseite eines kreisringförmigen Tragkörpers angeordnetist.
[0010] Durchdie Anordnung einer Spur auf einer Stirnseite und einer Spur aufder anderen Stirnseiten eines kreisringförmigen Tragkörpers istdie axiale und radiale Erstreckung des Tragkörpers und damit der Winkelmesseinrichtungebenfalls gering. Die axiale Erstreckung des Tragkörpers istunabhängigvon der Anzahl der Spuren, da nur Spuren mit axialer Wirkrichtungeingesetzt sind. Die radiale Erstreckung der Winkelmesseinrichtungist von dem gewählten Durchmessernur einer Spur abhängig,wobei durch den Durchmesser der Spur die Auflösung der Winkelmesseinrichtungbestimmt wird.
[0011] Diesehr kompakte Bauform der Winkelmesseinrichtung nach einer der beidenLösungenermöglichteine Integration in andere Bauelemente wie beispielsweise Kassettendichtungen,die nur übersehr begrenzten fürWinkelmesseinrichtungen verfügbarenRaum verfügen.
[0012] Ineiner Ausgestaltung kann der Tragkörper durch Bund einer Wellegebildet sein. Ein Wellenbund ist einfach herstellbar und kann während des Betriebsnicht seine Position verändern.Fehlerhafte Messsignale durch die mit dem Tragkörper drehfest verbundenen Spurenwerden dadurch vermieden.
[0013] Diebeiden Stirnseiten des Tragkörperskönnenradial außenumfangsseitigdurch eine sich in axialer Richtung erstreckende zylinderförmige Oberfläche verbundensein und auf der Oberflächekann zumindest eine weitere Spur angeordnet sein. Dadurch können mindestensdrei Spuren bei sehr geringem Platzbedarf auf dem Tragkörper integriertwerden. Die zusätzlicheSpur ermöglichtbeispielsweise eine feinere Auflösungder Winkellage des zu vermessenden Maschinenelements.
[0014] DerTragkörperkann durch ein Blechteil gebildet sein. Blechteile sind preiswertund in großen Stückzahlenkostengünstigherstellbar. Das Gewicht eines Tragkörpers aus Blech ist gering.
[0015] Indas Blechteil könnenMuster in Form von Ausnehmungen eingebracht sein. Spuren mit abtastbarenMustern, die durch Ausnehmungen gebildet sind, sind einfach undkostengünstigherstellbar. Der Raumbedarf ist gering. Passiv wirkende Muster,die durch Ausnehmungen dargestellt sind, sind kostengünstig inder Herstellung.
[0016] Dieabtastbaren Muster könnendurch einen magnetisierbaren Werkstoff gebildet sein. MagnetisierbareWerkstoffe ermöglichendie Herstellung aktiv wirkender Spuren, die eine gute Auflösung aufweisenund größere Sensorabstänge alsbei passiv wirkenden Mustern ermöglichen.Spuren aus magnetisierbaren Werkstoff haben keine vorstehenden Elemente,wodurch die Oberflächeunempfindlich gegen Verschmutzung ist.
[0017] DieSpuren könnendurch einen ferritgefülltenKunststoff gebildet sein. Ferritgefüllte Kunststoffe sind beständig gegenWasser, Öleund Fette. Des weiteren sind Spuren aus ferritgefülltem Kunststoff elastischund damit gegenüberWärmedehnungen desTragkörpersunempfindlich.
[0018] Bevorzugtkann die einzige Position der Winkelmesseinrichtung mit einem gemeinsamen Übergangder Muster beider Spuren dem Oberen Totpunkt (OT) einer Kurbelwelleeines Kraftfahrzeugmotors zugeordnet sein. Durch die Zuordnung istdie Position des OT bei jedem Drehwinkel aus der Phasendifferenzder beiden Spuren erkennbar. Die Lage mit einer Phasendifferenzgleich Null entspricht dem OT. Eine spezielle OT-Markierung kannentfallen und die OT-Lage kann anhand der Phasendifferenz der Spurenjederzeit ermittelt werden.
[0019] Ineiner Ausgestaltung kann zumindest einer der Sensoren durch einenSensor mit passivem Messprinzip gebildet sein. Passive Sensoren,beispielsweise mit induktivem Messprinzip sind preiswert.
[0020] Ineiner anderen Ausgestaltung kann zumindest einer der Sensoren durcheinen Sensor mit aktivem Messprinzip gebildet sein. Aktive Sensoren,wie beispielsweise Hall-Sensoren geben auch bei sehr geringen Drehzahlendes Tragkörpersein Messsignal. Die Sensoren sind kompakter als die Sensoren mitpassivem Messprinzip.
[0021] EinigeAusführungsbeispieleder erfindungsgemäßen Winkelmesseinrichtungwerden nachfolgend anhand der 1 bis 4 näher erläutert. Diesezeigen, jeweils in schematischer Darstellung:
[0022] 1 eineWinkelmesseinrichtung mit einer radial und einer axial angeordnetenSpuren;
[0023] 2 eineWinkelmesseinrichtung mit zwei kreisringförmigen Spuren;
[0024] 3 eineWinkelmesseinrichtung mit zwei kreisringförmigen Spuren und einer zylinderförmigen Spur;
[0025] 4 eineWinkelmesseinrichtung mit einem Tragkörper aus Blech.
[0026] 1 zeigteine Winkelmesseinrichtung 1, bestehend aus einem Tragkörper 2 aufdessen einer Stirnseite 18 eine Spur 3 als Kreisringfläche 5 mitaxialer Wirkrichtung angeordnet ist. Auf der zylinderförmigen Oberfläche 13 desTragkörpers 2 befindetsich eine weitere Spur 4 die als Zylindermantelfläche 6 ausgebildetist. Beide Spuren 3, 4 weisen übereinstimmend ausgebildeteund gleichmäßig verteilte elektromagnetischabtastbare Muster 8 auf. Die Anzahl der Muster 8 aufden beiden Spuren 3, 4 unterscheidet sich um denWert 1. Die Spuren 3, 4 bestehen aus einem ferritgefüllten Kunststoff,der auf den Tragköper 2 aufvulkanisiertist. Die Muster 8 sind durch eine Magnetisierung in dieSpuren 3, 4 eingeprägt und werden durch Sensoren 7 abgetastet.
[0027] 2 zeigteine Winkelmesseinrichtung 1, bestehend aus einem Tragkörper 2,der durch einen Bund 11 einer Welle 20 gebildetist. Auf dem Tragkörper 2 istauf den beiden Stirnseiten 9, 10 jeweils eine kreisringförmige Spur 3, 4 mit übereinstimmendund gleichmäßig verteiltenelektromagnetisch abtastbaren Mustern 8 angeordnet. DieAnzahl der Muster 8 der Spuren 3, 4 unterscheidetsich um den Wert 1. Durch diese Nonius-Anordnung gibt es nur eineStelle mit einem gemeinsamen Übergangder Muster 8 auf beiden Spuren 3, 4.Diese Stelle ist beispielsweise gleich der OT-Markierung einer Kurbelwelle 17 einerVerbrennungskraftmaschine. Durch die Phasenverschiebung der Signaleder Muster 8 kann die OT-Lage bei jeder Winkellage ermitteltwerden. Die Muster 8 sind durch eine Magnetisierung indie Spuren 3, 4 eingeprägt. Die elektromagentischenSignale der Spuren 3, 4 werden durch Sensoren 7 detektiert.
[0028] 3 zeigteine Winkelmesseinrichtung gemäß 2 aufder zusätzlichauf der zylinderförmigenOberfläche 13 desBundes 11 eine weitere Spur 14 mit elektromagnetischabtastbaren Mustern 8 angeordnet ist.
[0029] 4 zeigteine Winkelmesseinrichtung 1 mit einem drehfest mit einerWelle 20 verbundenem Tragkörper 2 aus einem gestanztenBlechteil 15. Auf der einen Stirnseite 18 desTragkörpers 2 isteine kreisringförmigeSpur 3 und auf der zylinderförmigen Oberfläche 13 isteine zylinderförmigeSpur 4 angeordnet. Überbeide Spuren sind periodisch übereinstimmendausgebildete Muster 8 verteilt. Die Muster 8 sinddurch Ausnehmungen 16 gebildet die elektromagnetisch oderoptisch mittels Sensoren 7 abtastbar sind. Die Anzahl derMuster 8 der beiden Spuren 3, 4 unterscheidetsich um den Wert 1.

权利要求:
Claims (11)
[1] Winkelmesseinrichtung (1), umfassend einen Tragkörper (2)mit zumindest zwei Spuren (3, 4), wobei zumindesteine Spur (3) als Kreisringfläche (5) und zumindesteine Spur als Zylindermantelfläche(6) ausgebildet ist, wobei jede Spur (3, 4)durch zumindest einen Sensor (7) elektromagnetisch oderoptisch abtastbare im wesentlichen übereinstimmend ausgebildeteperiodische Muster (8) aufweist und wobei die eine Spur(3) eine Anzahl N Muster (8) und die andere Spur(4) eine Anzahl N+1 Muster (8) aufweist.
[2] Winkelmesseinrichtung, umfassend zumindest zwei als Kreisringfläche ausgebildeteSpuren, wobei jede Spur durch zumindest einen Sensor elektromagnetischoder optisch abtastbare im wesentlichen übereinstimmend ausgebildeteperiodische Muster aufweist und wobei eine Spur eine Anzahl N undeine andere Spur eine Anzahl N+1 Muster aufweist, dadurch gekennzeichnet,dass eine Spur (3) auf einer Stirnseite (9) unddie andere Spur (4) auf der anderen Stirnseite (10)eines kreisringförmigenTragkörpers (2)angeordnet sind.
[3] Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,dass der Tragkörper(2) durch einen Bund (11) einer Welle (20)gebildet ist.
[4] Winkelmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,dass die beiden Stirnseiten (9, 10) radial außenumfangsseitig durcheine sich in axialer Richtung erstreckende zylinderförmige Oberfläche (13)verbunden sind und dass auf der Oberfläche (13) zumindesteine weitere Spur (14) angeordnet ist.
[5] Winkelmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass der Tragkörper(2) durch ein Blechteil (15) gebildet ist.
[6] Winkelmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass in das Blechteil (15) Muster (8) in Formvon Ausnehmungen (16) eingebracht sind.
[7] Winkelmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Spuren (3, 4, 14) durch einenmagnetisierbaren Werkstoff gebildet sind.
[8] Winkelmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7, dadurchgekennzeichnet, dass die Spuren (3, 4, 14)durch einen ferritgefüllten Kunststoffgebildet sind.
[9] Winkelmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass die einzige Position der Winkelmesseinrichtung (1)mit einem gemeinsamen Übergangder Muster (8) beider Spuren (3, 4) demOberen Totpunkt einer Kurbelwelle (17) einer Verbrennungskraftmaschinezugeordnet ist.
[10] Winkelmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass zumindest einer der Sensoren (6) durch einen Sensor mitpassivem Messprinzip gebildet ist.
[11] Winkelmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass zumindest einer der Sensoren (7) durch einen Sensor mitaktivem Messprinzip gebildet ist.

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