DE10219807C1

DE10219807C1 - Vorrichtung zur Messung des Drehwinkels eines rotierenden Maschinenteils

Info

Publication number: DE10219807C1
Application number: DE10219807A
Authority: DE
Inventors: Heiko Schumacher
Original assignee: Dichtungstechnik G Bruss GmbH and Co KG
Current assignee: Magnopol & Co Kg 23858 Reinfeld De GmbH
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2022-05-03
Also published as: US20040040392A1; US7034524B2

Abstract

Eine Vorrichtung zur Messung des Drehwinkels eines rotierenden Maschinenteils mit einem Meßgeberrad, das einen Magnetkranz aus Magneten mit abwechselnd angeordneten Südpolen und Nordpolen aufweist und relativ zu einem feststehenden Meßaufnehmer bewegt wird, zeichnet sich dadurch aus, daß jeder Magnet oder jede Magnetzone eine in Umfangsrichtung sich im wesentlichen sinusförmig verändernde Dicke mit Maximum in der Polmitte jedes Magneten aufweist und/oder einen in Umfangsrichtung sinusartig sich verändernden Luftspalt zwischen sich und dem Meßaufnehmer einschließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Drehwinkels eines rotierenden Ma schinenteils mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, im Fachjargon kurz "Multipolrad" genannt.

Aus der DE 32 14 794 A1 ist eine Vorrichtung zur Drehwinkelbstimmung mit einem Maßstab bekannt, dessen Dicke sich sinusförmig verändert.

Aus der DE 197 58 037 A1 ist eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt, bei dem der Magnetkranz von einem aus Elastomeren hergestellten und mit magnetisierten Partikeln versehener Ring aus abwechselnd angeordneten Nord- und Süd polen gebildet ist, der mit einem Stützring unlösbar verbunden ist. In Fig. 1 ist ein solches Multipolrad 1 mit einem auf einem Stützring 4 befestigten Magnetkranz aus aneinanderge reihten Magneten 2, 3 mit abwechselnd entgegen gesetzter Polarität in der Abwickelung eines Teilschnittes dargestellt. Mit 5 ist ein gegenüber dem bewegten Multipolrad 1 feststehender Meßaufnehmer bezeichnet, der in einem vorbe stimmten Abstand h von der Oberfläche des Magnetkranzes 2, 3 entfernt ist.

Multipolräder der beschriebenen Art dienen dazu, pro Umdrehung mehrere Signale abzuge ben, deren Anzahl durch die Anzahl der Magnetpole bestimmt und durch die jeweilige An wendung vorgegeben ist, beispielsweise durch die Drehzahlerfassung für eine ABS-Funktion (Anti-Blockier-System-Funktion) von Kraftfahrzeugbremsen und dgl. Vorgegeben sind ferner konstruktive Daten, wie die Dimensionierung (Durchmesser) des Meßgeberrades oder Multi polrades. Gewünscht ist in allen Anwendungsfällen ein sinusförmiger Idealverlauf der von dem Meßaufnehmer erfaßten und an eine Auswertelektronik weitergegebenen Signale für den Magnetfluß F über den Umfang U des Meßgeberrades., wie er in dem Diagramm gemäß Fig. 2 dargestellt ist.

In der Praxis kann vorkommen, daß insbesondere dann, wenn die Anzahl der um den Umfang verteilten Magnetpole klein und damit die Pollänge im Vergleich zur Umfangslänge groß wird, periodisch Unstetigkeiten im erfaßten Magnetflußverlauf auftreten, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Statt eines sinusförmigen Verlaufes des Magnetflusses F über den Umfang U des Multipolrades ergeben sich im Bereich der Flußdichtenmaxima und -minima Flachstellen oder gar sattelförmige Ausbeulungen mit jeweils zweimaliger Umkehr der Magnetflußkurve. Solche Kurvenverläufe können jedoch ungewollte Schaltzustände auslösen und damit zu Fehlfunktionen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß das Auftreten von periodischen Unstetigkeiten bei Erfassen der Fluß dichte durch den Meßaufnehmer vermieden ist, insbesondere dann, wenn die Pollänge des Magnetkranzes bezogen auf den Umfang des Meßgeberrades bedingt durch die Erfordernisse der Anwendung und der Dimensionierung groß wird.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 und alternativ oder ergänzend durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst, wonach jeder Magnet eine in Umfangsrichtung sich im wesentlichen sinusförmig verändernde Dicke mit Maximum in der Polmitte jedes Magneten aufweist und/oder jeder Magnet einen in Umfangsrichtung sinusartig sich verändernden Luftspalt zwischen sich und dem Meßaufnehmer einschließt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung wird erreicht, daß auch bei einer kleinen, durch die Anwendung und die konstruktiven Gegebenheiten vorgegebenen Polanzahl bzw. großer Pollänge ein stetiger, sinusförmiger Verlauf gemäß Fig. 2 des Magnetflusses F über den Um fang U des Multipolrades erreicht wird, für die Anwendung ungeeignete Kurvenverläufe des Magnetflusses F gemäß Fig. 3 also vermieden werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema einer Vorrichtung zum Messen des Drehwinkels eines rotierenden Ma schinenteiles gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 einen idealen, durch die Erfindung angestrebten sinusförmigen Verlauf des Magnet flusses über dem Umfang eines Multipolrades gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen sich beim Stand der Technik gemäß Fig. 1 bei großer Pollänge einstellenden, ungeeigneten Kurvenverlauf;

Fig. 4 und Fig. 5 Teilansichten von zwei unterschiedlichen Ausführungsformen eines Multi polrades gemäß der Erfindung;

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in den Fig. 4 bzw. 5;

Fig. 7 eine Einzelheit bei VII in Fig. 6 in größerem Maßstab;

Fig. 8 in einer Darstellung ähnlich Fig. 7 eine Einzelheit einer abgewandelten Ausführung eines Multipolrades gemäß der Erfindung;

Fig. 9 eine Einzelheit bei IX der Ausführung nach Fig. 4 in größerem Maßstab;

Fig. 10 in einer Darstellung wie Fig. 9 eine andere Ausführung der Erfindung; und

Fig. 11 eine Einzelheit bei XI der Ausführung nach Fig. 5.

Der Einfachheit halber sind in den Zeichnungen der verschiedenen Ausführungsbeispiele gleiche bzw. gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugszahlen belegt.

Ein Multipolring gemäß den Fig. 4, 6, 7 und 9 hat einen Stützring 10 mit einem radialen Schenkel 11 und einem davon rechtwinklig abgebogenen, axialen Schenkel 12, auf dem ein insgesamt mit der Bezugszahl 13 bezeichneter Magnetkranz unlösbar befestigt ist. Der Ma gnetkranz 13 hat aneinander stoßende Magnete oder Magnetzonen 14, 15 mit abwechselnd entgegengesetzter Polarität N bzw. S. In einer vorbestimmten Winkellage des Stützringes 10 ist eine Referenzmarke 16 in Gestalt einer Bohrung vorgesehen, die sicherstellt, daß bei der Fertigung des Multipolringes der Stützring 10 nur so in eine Magnetisiervorrichtung eingelegt werden kann, daß Stellen maximaler Signalintensität stets in die Mitte M der Magnetpole 14, 15 zu liegen kommen. Bei der Ausführung nach Fig. 9 haben die Magnetpole 14, 15 eine sich im wesentlichen sinusförmig verändernde Dicke mit einem Maximum s der Dicke in der Polmitte M. Die Magnetpole 14, 15 sind aneinander anliegend auf den konstanten Durchmes ser D - s aufweisenden Außenumfang des axialen Schenkels 12 des Stützringes 10 aufge klebt. Die Magnete können dabei aus einem metallischen Sintermaterial in bekannter Weise gepreßt sein. Der Magnetkranz mit den Magneten 14, 15 kann jedoch auch von einem Gum mistreifen, enthaltend magnetisierbare Partikel, gefertigt sein, der dann in bekannter Weise mit abwechselnd entgegengesetzter Polarität N bzw. S entsprechend der gewünschten Ma gnetpolanzahl magnetisiert wird.

Ein relativ zu dem bisher beschriebenen Multipolrad ortsfester Meßaufnehmer 17 ist nur in Fig. 7 dargestellt. Dieser Meßaufnehmer 17 ist mit einem vorbestimmten Luftspalt der Weite h im Abstand von dem daran vorbei drehenden Multipolrad angeordnet. Bei der gezeigten Ausführung verändert sich aufgrund der sinusförmigen Verdickung der Magnetpole 14, 15 des Magnetkranzes 13 auch die Weite h dieses Luftspaltes, und zwar gegenläufig zur Dicke s der Magnetpole. Diese beiden Effekte überlagern sich also in dem Sinne, daß der Meßaufnehmer 17 bei minimalem Luftspalt h und maximaler Magnetpoldicke s ein maximales, zweifach ver stärktes Meßsignal abgibt.

Beim Vorbeilaufen des Multipolrades 13 am Meßaufnehmer 17 verändert sich dieses Meßsi gnal sinusförmig ohne Unstetigkeiten entsprechend dem Kurvenverlauf nach Fig. 2 selbst bei sehr großen Pollängen L, d. h. bei sehr kleiner Polanzahl bezogen auf den Umfang des Multi polrades.

Bei der Ausführung nach den Fig. 5 bis 7 und 11 ist unterschiedlich zu der bisher beschriebe nen Ausführung, daß der axiale Schenkel 12 des ebenfalls winkelförmigen, metallenen Stütz ringes 10 hier sinusförmig gewellt ist, und daß der darauf aufgeklebte Magnetkranz 13 kon stante -Dicke s hat. In diesem Fall ergibt sich eine Signalverstärkung jeweils in Polmitte aus schließlich aufgrund der Verengung des Luftspaltes h, wie dies aus anwendungstechnischen wie auch aus fertigungstechnischen Gründen sinnvoll sein kann.

Auch bei der Ausführung nach Fig. 10 ist der axiale Schenkel 12 des Stützringes 10 sinusför mig gewellt. Hier hat der Magnetkranz 13 jedoch ebenso Verdickungen mit Maxima jeweils in Polmitte M wie bei der Ausführung nach Fig. 9, wobei die Verdickungen jedoch in diesem Fall radial nach innen ragen und die Wellentäler des Schenkels 12 des Stützringes ausfüllen, so daß sich ein konstanter Außendurchmesser des Multipolrades gemäß Fig. 10 ergibt. Die Wirkung der Signalverstärkung in Polmitte ist prinzipiell gleich bei der Ausführung nach Fig. 9, d. h. wie dort zweifach.

Die Variante nach Fig. 8 unterscheidet sich von den bisher beschriebenen Ausführungsformen lediglich dadurch, daß hier der Schenkel 12 des ebenfalls abgewinkelten Stützringes 10 radial ausgerichtet ist und der Magnetkranz 13 auf die ebene radiale Stirnfläche des Schenkels 12 geklebt ist und somit dem hier axial zum Magnetkranz 13 angeordneten Meßaufnehmer 17 gegenübersteht.

Auch in diesem Fall hat der Magnetkranz 13 eine sich im wesentlichen sinusförmig verän dernde Dicke mit Maximum in der Polmitte M jedes Magneten, und/oder es besteht ein si nusartig sich verändernder Luftspalt h zwischen dem Magnetkranz 13 und dem Meßaufneh mer 17 mit Minima in der jeweiligen Polmitte M in zu den Fig. 9 bis 11 entsprechender Wei se.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merk male können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Er findung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung des Drehwinkels eines rotierenden Maschinenteils mit ei nem Meßgeberrad, das einen Magnetkranz (13) aus Magneten (14, 15) mit abwech selnd angeordneten Südpolen und Nordpolen aufweist und relativ zu einem festste henden Meßaufnehmer (17) bewegt wird, dadurch gekennzeich net, daß jeder Magnet (14, 15) eine in Umfangsrichtung sich im wesentlichen sinus förmig verändernde Dicke (s) mit Maximum in der Polmitte (M) jedes Magneten auf weist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkranz (13) an einer Umfangsfläche eines Stützringes (10) des Meßgeberrades angebracht ist und daß der Meßaufnehmer (17) radial zum Magnetkranz angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkranz (13) an den Außenumfang des Stützringes (10) konstanten Außendurchmessers ange heftet ist und daß die Dickenänderung der Magnete durch Auswölbung der Magnete (14, 15) radial nach außen erzielt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkranz an den im wesentlichen sinusförmig gewellten Außenumfang des Stützringes (10) an geheftet ist und daß die Dickenänderung durch Auswölbung der Magnete (14, 15) in die Wellentäler des Stützringes erzielt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkranz an einer radialen Stirnfläche eines Stützringes (10) des Meßgeberrades angebracht ist und daß der Meßaufnehmer (17) axial gegenüber dem Magnetkranz (13) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkranz (13) an die ebene Stirnfläche angeheftet ist und daß die Dickenänderung der Magnete durch Auswölbung der Magnete in axialer Richtung erzielt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkranz (13) an die axial im wesentlichen sinusförmig gewellte Stirnfläche angeheftet ist und daß die Dickenänderung der Magnete durch Auswölbung der Magnete in die Wellen täler des Stützringes (10) erzielt ist.

8. Vorrichtung zur Messung des Drehwinkels eines rotierenden Maschinenteils mit ei nem Meßgeberrad, das einen Magnetkranz (13) aus Magneten (14, 15) mit abwech selnd angeordneten Südpolen und Nordpolen aufweist und relativ zu einem festste henden Meßaufnehmer (17) bewegt wird, dadurch gekennzeich net, daß jeder Magnet (14, 15) einen in Umfangsrichtung sinusartig sich verändernden Luftspalt (h) zwischen sich und dem Meßaufnehmer (17) einschließt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete konstante Dicke haben und an einer im wesentlichen sinusförmig gewellten Umfangs fläche eines Stützringes angeheftet sind und daß der Meßaufnehmer (17) radial zum Magnetkranz (13) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete an eine ebene Stirnfläche eines Stützringes angeheftet sind und eine sich gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 verändernde Dicke haben.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Magnetkranz (13) als Elastomerstreifen, enthaltend magnetisierbare Par tikel, ausgebildet ist, der eine Reihe von aufeinander folgenden Magnetzonen (14, 15) aufweist, die durch Magnetisieren des Gummistreifens mit abwechselnd unterschiedli cher Polarität erzeugt sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Luftspalt (h) zwischen den Magneten (14, 15) und dem Meßaufnehmer (17) im Bereich von
0,5 < h ≦ 10 mm
insbesondere im Bereich
1 < h ≦ 3 mm
liegt.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die maximale Dicke (s) der Magnete (14, 15) im Bereich
0,5 < s ≦ 10 mm,
insbesondere im Bereich
1 < s ≦ 3 mm
liegt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich net, daß eine Referenzmarke (16) am Stützring (10) so angebracht ist, daß die Stelle der maximalen Dicke (s) und/oder des minimalen Luftspaltes (h) stets in Polmitte (M) der Magneten liegt.