DE10055047A1 - Vorrichtung zum Messen einer Drehzahl - Google Patents

Abstract

Um eine Vorrichtung zum Messen einer Drehzahl von zwei parallel angeordneten, jeweils wenigstens eine Markierung aufweisenden drehbaren Elementen (3, 4), die mit unterschiedlichen Drehzahlen drehbar sind und/oder Markierungen mit unterschiedlichen Tastverhältnissen aufweisen, vorzusehen, die weniger anfällig gegenüber Umwelteinflüssen ist, ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Drehzahlsensor (10) vorgesehen, der zwischen den beiden Elementen (3, 4) angeordnet ist und zwei jeweils axial zu den Markierungen weisende Sensorelemente (13, 14) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Drehzahl von zwei im wesentlichen parallel angeordneten, jeweils wenigstens eine Markierung aufweisenden drehbaren Elementen, die mit unterschiedlichen Drehzahlen drehbar sind und/oder Markierungen mit unterschiedlichen Tastverhältnissen aufweisen.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE-A-44 20 509, die auf die selbe Anmelderin zurückgeht, bekannt. Die bekannte Vorrichtung verwendet einen Drehzahlsensor, um die Drehzahl von zwei parallel angeordneten rotierenden Scheiben mit Zahnreihen zu messen. Der Drehzahlsensor weist ein Sensorelement, wie beispielsweise einen Hallsensor für jede der drehbaren Scheiben auf, die beide in einem Magnetfeldpfad eines gemeinsamen Permanentmagneten angeordnet sind. Wenigstens eine der drehbaren Scheiben weist eine radial nach außen weisende Zahnreihe auf, und wenigstens einer der Hallsensoren ist radial nach außen bezüglich der Zahnreihe angeordnet.

Durch die Anordnung des Drehzahlsensors radial außerhalb der drehbaren Scheiben ergibt sich eine große Bauhöhe der Gesamtvorrichtung aus Scheiben und Drehzahlsensor in Radialrichtung. Darüber hinaus befindet sich der radial außen angeordnete Drehzahlsensor in einer exponierten Lage und kann daher leicht beschädigt werden. Bei Scheiben mit unterschiedlichen Durchmessern ergibt sich ferner eine komplizierte L-förmige Anordnung der Sensorelemente zueinander.

Ausgehend von dem oben genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen eine Drehzahl vorzusehen, die weniger anfällig gegenüber Umwelteinflüssen ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei eine Vorrichtung der eingangs genannten Art durch einen Drehzahlsensor gelöst, der in Axialrichtung zwischen den beiden Elementen angeordnet ist und zwei jeweils axial zu den Markierungen der drehbaren Elemente weisende Sensorelemente aufweist. Hierdurch kann die Bauhöhe des Drehzahlsensors in Radialrichtung verringert werden. Darüber hinaus ist der Drehzahlsensor zwischen den beiden drehbaren Elementen in einer geschützten Position angeordnet, und daher gegenüber Umwelteinflüssen besser geschützt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Markierungen an den beiden Elementen und die Sensorelemente auf einer Geraden angeordnet, um einen möglichst einfachen und kostengünstigen Aufbau des Drehzahlsensors zu erreichen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Sensorelemente magnetfeldabhängig und der Drehzahlsensor weist einen in Axialrichtung zwischen den Sensorelementen angeordneten Permanentmagneten auf, um einen Magnetfeldpfad vorzugeben.

Vorzugsweise weist die Markierung an wenigstens einem der Elemente einen radial nach außen weisenden Zahn auf, der auf kostengünstige Weise in herkömmlicher Weise hergestellt werden kann. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Markierung an wenigstens einem der Elemente durch wenigstens einen axial zu dem arideren Element weisenden Zahn gebildet, wobei als Zahn auch eine negativer Zahn, d. h. eine Vertiefung zu verstehen ist. Dabei wird die Markierung an wenigstens einem der Elemente durch eine Zahnreihe mit einem vorgegebenen Tastverhältnis gebildet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Markierung an wenigstens einem der Elemente durch eine Öffnung in dem Element gebildet. Die Öffnung, beispielsweise in Form einer Bohrung ermöglicht eine beliebige Anordnung der Markierung in dem Element, und insbesondere einen beliebigen Abstand zwischen der Drehachse des Elements und der Öffnung. Dabei wird die Markierung vorzugsweise durch eine Reihe von Öffnungen gebildet. Die Öffnungen sowie die Axial weisenden Zähne ermöglichen ferner eine benachbarte Anordnung der Markierungen an den parallel angeordneten Elementen, selbst wenn die Elemente unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

Um die Bauhöhe der Gesamtvorrichtung bestehend aus drehbaren Elementen und Drehzahlsensor in Axialrichtung zu verringern, weist vorzugsweise wenigstens eines der Elemente eine Radialnut auf, in der das dem Element zugeordnete Sensorelement wenigstens teilweise aufgenommen ist.

Gemäß einer Ausführungsform weisen die Elemente unterschiedliche Durchmesser auf, wobei die Elemente vorzugsweise um eine gemeinsame Drehachse drehbar sind. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind die Drehachsen der beiden drehbaren Elemente zueinander versetzt. Der Drehzahlsensor ist insbesondere in der Fahrzeugtechnik, z. B. zur Bestimmung der Kurbelwellendrehung (Drehung eines der Elemente) einerseits und zur Bestimmung des Zylinders (Drehung des anderen Elements) andererseits, geeignet.

Nachfolgend werden unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine teilweise, geschnittene Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Welle 1, die beispielsweise mit der Kurbelwellendrehzahl einer Brennkraftmaschine angetrieben ist. Auf der Welle 1 sind zwei drehbare Scheiben 3, 4 angeordnet, die aus einem magnetischen Material bestehen und im wesentlichen den selben Radius aufweisen. An ihrem Außenumfang weisen die Scheiben 3, 4 Zahnreihen 6, 7 mit unterschiedlicher Zähnezahl und/oder unterschiedlichem Tastverhältnis auf.

Zwischen den beiden Scheiben 3, 4 ist ein Drehzahlsensor 10 vorgesehen, der aus einem mittig angeordneten Permanentmagneten 12 und zwei jeweils zu den Scheiben 3, 4 weisenden Hallsensoren 13, 14 aufgebaut ist. Die Hallsensoren 13, 14 weisen in Axialrichtung zu den am Außenumfang der Scheiben 3, 4 vorgesehenen Zahnreihen 6 bzw. 7 und liegen mit ihnen auf einer Geraden. Obwohl dies in Fig. 1 nicht dargestellt ist, kann der Drehzahlsensor 10 in einem geeigneten Gehäuse aufgenommen sein.

Während einer Drehung der Scheiben 3, 4 erzeugen die Hallsensoren 13, 14 impulsförmige Signale, entsprechend den an ihn vorbeilaufenden Zähnen der Zahnreihen 6, 7, um beispielsweise eine Kurbelwellendrehung eines Motors und einen Zylinder des Motors zu bestimmen.

Obwohl gemäß Fig. 1 die Scheiben 3, 6 auf einer gemeinsamen Welle 1 angebracht sind, ist es natürlich auch möglich, die Wellen 3, 4 auf unterschiedlichen Wellen anzubringen, und die Scheiben 3, 4 mit unterschiedlichen Drehzahlen zu drehen. Durch die Anordnung des Drehzahlsensors 10 zwischen den Wellen 3, 4 befindet sich der Sensor in einer geschützten Position. Darüber hinaus wird die Bauhöhe der Vorrichtung bestehend aus Drehzahlsensor 10 und drehbaren Scheiben 3, 4 in Radialrichtung verringert.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Drehzahlmessers gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 2 werden die selben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet, sofern die selben bzw. ähnliche Elemente bezeichnet werden.

Gemäß Fig. 2 sind zwei drehbare Scheiben 3, 4 auf einer gemeinsamen drehbaren Welle 1 angeordnet. Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 können die drehbaren Scheiben 3, 4 auch an getrennten, mit unterschiedlichen Drehzahlen drehbaren Wellen angebracht sein.

Die drehbaren Scheiben 3, 4 weisen unterschiedliche Radien, und somit unterschiedliche Umfangsabmessungen auf. Die drehbare Welle 3 weist auf einem konzentrisch zur Welle 1 angeordneten Umfangskreis Öffnungen 26 in der Form von Bohrungen auf. Die Scheibe 4 weist wiederum an ihrem Außenumfang eine Zahnreihe 7 mit in Radialrichtung weisenden Zähnen auf. Die Öffnungen 26 der Scheibe 3 und die Zähne an der Scheibe 4 sind mit gleichem Abstand konzentrisch um eine Drehmittelachse A der Welle 1 angeordnet. Zwischen den beiden Scheiben 3, 4 ist wiederum ein Drehzahlsensor 10 mit einem mittig angeordneten Permanentmagneten 12 und zwei axial weisenden Hallsensoren 13, 14 angeordnet. Der Hallsensor 13 weist zu den Öffnungen 26 in der drehbaren Scheibe 3 und der Hallsensor 14 weist zur Zahnreihe 7 der drehbaren Scheibe 4. Die Anzahl der Öffnungen 26 kann sich von der Anzahl der Zähne der Zahnreihe 7 unterscheiden, und die Reihe aus Öffnungen 26 bzw. die Zahnreihe 7 können unterschiedliche Tastverhältnisse aufweisen.

Bei einer Drehung der drehbaren Scheiben 3, 4 erzeugt der Hallsensor 13 impulsartige Signale entsprechend der an ihm vorbeilaufenden Öffnungen bzw. den zwischen den Öffnungen gebildeten Stegen, während der Sensor 14 impulsartige Signale entsprechend den Zähnen bzw. den Zahnzwischenräumen der Zahnreihe 7 erzeugt.

Die Öffnungen 26, die Sensoren 13, 14 sowie die Zahnreihe 7 liegen auf einer Geraden, was eine kompakte Ausgestaltung des Drehzahlsensors 10 in Radialrichtung der drehbaren Scheiben 3, 4 ermöglicht.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem wiederum die selben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet werden, sofern die selben oder ähnliche Elemente bezeichnet werden.

Gemäß Fig. 3 sind wiederum zwei drehbare Scheiben 3, 4 vorgesehen, die auf einer gemeinsamen drehbaren Welle 1 angeordnet sind, die um eine Drehachse A drehbar ist. Die drehbaren Scheiben 3, 4 weisen unterschiedliche Radien und somit unterschiedliche Umfangsabmessungen ab. Die drehbare Scheibe 3 weist, wie in der oberen Hälfte gemäß Fig. 3 zu erkennen ist, axial in Richtung zu der drehbaren Scheibe 4 weisende Zähne zur Bildung einer Zahnreihe 36 auf. Die Zahnreihe 36 ist koaxial um die Drehmittelachse A herum angeordnet. Statt vorspringende Zähne 36 vorzusehen, wie in der oberen Hälfte der Fig. 3 gezeigt ist, ist es auch möglich, wie in der unteren Hälfte in Fig. 3 zu erkennen ist, eine Reihe von konzentrisch angeordneten Ausnehmungen 36' vorzusehen. Natürlich ist es auch möglich, abwechselnd Vorsprünge und Vertiefungen 36 bzw. 36' vorzusehen. Durch die Verwendung der Vertiefungen 36' kann die Bauhöhe der Vorrichtung bestehend aus drehbaren Scheiben 4, 5 und Drehzahlsensor 10 in Axialrichtung verringert werden.

Die drehbare Scheibe 4 weist wiederum eine radial nach außen weisende Zahnreihe 7 vor. Die axial weisenden Zähne 36 bzw. die Ausnehmungen 36' an der drehbaren Scheibe 3 und die Zahnreihe 7 an der drehbaren Scheibe 4 sind mit gleichem Radialabstand um die Drehachse A der Welle 1 herum angeordnet. Zwischen den drehbaren Wellen 3 und 4 ist in Höhe der Zähne 36 bzw. der Ausnehmungen 36' und der Zahnreihe 7 wiederum ein Drehzahlsensor 10 mit einem Permanentmagneten 12 und Hallsensoren 13, 14 vorgesehen.

Bei einer Drehung der drehbaren Scheiben 3, 4 erzeugt der Hallsensor 3 impulsartige Signale entsprechend den vorbeilaufenden Zähnen 36 bzw. den Vertiefungen 36', während der Hallsensor 14 impulsartige Signale entsprechend den vorbeilaufenden Zähnen bzw. Zahnzwischenräumen der Zahnreihe 7 erzeugt.

Obwohl dies in Fig. 3 nicht dargestellt ist, können die drehbaren Scheiben 3, 4 auf unterschiedlichen, mit unterschiedlichen Drehzahlen drehbaren Wellen angeordnet sein.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die selben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet werden, um die selben oder ähnliche Bauteile zu bezeichnen.

Gemäß Fig. 4 ist wiederum eine drehbare Welle 1 vorgesehen, auf der zwei drehbare Scheiben 3, 4 angebracht sind. Wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2 und 3 weisen die drehbaren Scheiben unterschiedliche Durchmesser auf.

Die drehbare Scheibe 3 weist eine konzentrisch zur Drehmittelachse A der Welle 1 angeordnete, zur drehbaren Scheibe 4 weisende Ringnut 41 auf. Axial benachbart zu der Ringnut 41 ist eine Reihe von Öffnungen 46 vorgesehen.

Die drehbare Scheibe 4 weist wiederum eine radial nach außen weisende Zahnreihe 7 auf. Die Anzahl der Öffnungen 46 kann unterschiedlich zu der Anzahl der Zähne der Zahnreihe 7 sein und/oder die Öffnungen 46 können ein unterschiedliches Tastverhältnis vorsehen wie die Zahnreihe 7.

Zwischen den drehbaren Scheiben 3, 4 ist wiederum ein Drehzahlsensor 10 mit einem mittig angeordneten Permanentmagneten 12 und axial weisenden Hallsensoren 13, 14 vorgesehen. Der Hallsensor 13 erstreckt sich in die Ringnut 41 und ist teilweise von dieser umgeben. Die drehbaren Scheiben 3, 4 und der Drehzahlsensor 10 sind derart angeordnet, daß die Öffnungen 46, die Ringnut 41, der Hallsensor 13, der Hallsensor 14 und die Zahnreihe 7 im wesentlichen auf einer geraden Linie angeordnet sind.

Bei einer Drehung der drehbaren Scheiben 3, 4 erzeugt der Hallsensor 13 impulsartige Signale entsprechend den vorbeilaufenden Öffnungen 46 bzw. den dazwischen gebildeten Stegen, während der Sensor 14 impulsartige Signale entsprechend den Zähnen bzw. Zahnzwischenräumen der Zahnreihe 7 erzeugt.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die selben Bezugszeichen verwendet werden, wie bei den zuvor genannten Ausführungsbeispielen, sofern die selben bzw. ähnliche Elemente bezeichnet werden.

Gemäß Fig. 5 ist eine drehbare Welle 1 mit daran angebrachten Scheiben 3, 4 vorgesehen. Die Scheiben 3, 4 besitzen unterschiedliche Durchmesser und an ihrem Außenumfang jeweils radial weisende Zahnreihen 6, 7. Zwischen den drehbaren Scheiben 3, 4 ist ein Drehzahlsensor 50 mit einem langgestreckten Permanentmagneten 52 und einem axial weisenden Hallsensor 53 sowie einem axial weisenden Hallsensor 54 vorgesehen. Der Hallsensor 53 ist in Axialrichtung der Welle benachbart zu der Zahnreihe 6 angeordnet, während der Hallsensor 54 in Axialrichtung der Welle 1 benachbart zur Zahnreihe 7 angeordnet ist. Bei einer Drehung der Welle 1 erzeugen die Hallsensoren 53, 54 impulsartige Signale entsprechend der an ihnen vorbeilaufenden Zahnreihen 6 bzw. 7.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, ohne auf die konkret dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein. Beispielsweise können die drehbaren Scheiben 3, 4 an getrennten, mit unterschiedlichen Drehzahlen drehbaren Wellen angebracht sein. Dabei können die jeweiligen Wellen auch versetzt zueinander angeordnet sein, solange die Scheiben 3, 4 im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die jeweiligen unterschiedlichen Scheiben 3, 4 können beliebig miteinander kombiniert werden, und so ist es z. B. auch möglich, eine zweite drehbare Scheibe 3 wie in Fig. 4 gezeigt vorzusehen, die in ihrer Ringnut den Hallsensor 14 aufnimmt. Hierdurch kann die axiale Bauhöhe der Vorrichtung bestehend aus drehbaren Scheiben und Drehzahlsensor noch weiter verringert werden. Natürlich ist es auch möglich, im Bereich der umfangsmäßigen Zahnreihen 6, 7 einen ringförmigen nach innen weisenden Ausschnitt vorzusehen, in dem die Hallsensoren 13, 14 bzw. 53, 54 aufgenommen sind, so daß sich die drehbaren Scheiben 3, 4 und die Hallsensoren 13, 14 bzw. 53, 54 in Axialrichtung der Welle 1 überlappen. Der Drehzahlsensor mit axial nach außen weisenden Sensorelementen eignet sich auch zur Nachrüstung in bestehenden Drehzahlmesssystemen.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Messen der Drehzahl von zwei parallel angeordneten, jeweils wenigstens eine Markierung aufweisenden drehbaren Elementen (3, 4), die mit unterschiedlichen Drehzahlen drehbar sind und/oder Markierungen mit unterschiedlichen Tastverhältnissen aufweisen, gekennzeichnet durch einen Drehzahlsensor (10), der zwischen den beiden Elementen (3, 4) angeordnet ist und zwei jeweils in Axialrichtung zu den Markierungen weisende Sensorelemente (13, 14) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen und die Sensorelemente (13, 14) auf einer Geraden angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente magnetfeldabhängig sind und der Drehzahlsensor (10) einen zwischen den Sensorelementen (13, 14) angeordneten Permanentmagneten (12) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung an wenigstens einem der Elemente (3, 4) durch wenigstens einen radial nach außen weisenden Zahn gebildet wird.

5. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung an wenigstens einem der Elemente (3) durch wenigstens einen axial zum anderen Element weisenden Zahn (36, 36') gebildet wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung an wenigstens einem der Elemente (3, 4) durch eine Zahnreihe (6, 7) gebildet wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung an wenigstens einem der Elemente (3) durch eine Öffnung (26, 46) in dem Element gebildet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Reihe von (26, 46) Öffnungen.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet duch eine Radialnut (41), in wenigstens einem der Elemente (3), in der das dem Element zugeordnete Sensorelement (13) wenigstens teilweise aufgenommen ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbaren Elemente (3, 4) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbaren Elemente (3, 4) um eine gemeinsame Achse (A) drehbar sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen der drehbaren Elemente zueinander versetzt sind.