DE2949260A1 - Vorrichtung zur gewinnung von signalen fuer den betrieb einer maschine, insbesondere fuer die zuendung einer fremdgezuendeten brennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Gewinnung von Signalen für den
• Betrieb einer Maschine, insbesondere für die Zündung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist an sich beispielsweise aus der US-PS 3 696 303 bekannt. Dort besteht die Sensoranordnung aus zwei getrennten Sensoren, von denen einer der Zahnreihe und der andere den Einzelmarkierungen gegenübersteht.
• Aus der DE-OS 28 51 853, GO1D 5/245, ist auch bereits eine Vorrichtung bekannt, die mit einer einzigen Sensoranordnung auskommt, da die gleichsam zur Gewinnung von Winkelinkrementsignalen dienenden Zähne durch Entfernen eines Zahns zugleich zur Gewinnung von Bezugs- oder Zuordnungssignalen, beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine von auf OT bezogenen Signalen, dienen. Die angeschlossene Auswerteschaltung arbeitet so, daß die Zähler beim Passieren einer Lücke zwischen zwei Zähnen unter der Sensoranordnung mit einer bestimmten Frequenz abwärts zählen, dann bei Passieren der ersten Zahnflanke auf einen bestimmten Zählerstand entladen und während des Passierens des Zahnes mit größerer Frequenz im Sinne eines Aufwärtszählens betrieben werden. Nur dann, wenn infolge Passierens der durch Fehlen eines Zahns gewonnenen Einzelmarkierung eine längere Zeit zum Abwärtszählen zur Verfügung steht, wird ein bestimmter Zählerstand erreicht, der dann zur Aussendung eines elektrischen Zuordnungssignals führt.
• Diese bekannte Vorrichtung besitzt also zwar den Vorteil der Vermeidung einer zweiten Sensoranordnung zur Gewinnung der Zuordnungssignale, erfordert aber infolge Fehlens zumindest eines Zahnes eine Zahnreihe, die nicht zu anderen Zwekken ausgenutzt werden kann. Demgemäß ist es mit dieser bekannten Vorrichtung unmöglich, beispielsweise den ohnehin vorhandenen Anlasserzahnkranz der Schwungscheibe einer Brennkraftmaschine zugleich zur Erzeugung der Winkelsignale auszunutzen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, d.h. mit einer geschlossenen Reihe äquidistanter Zähne,zu schaffen, die trotz Vorhandenseins zumindest einer separaten Einzelmarkierung mit einer einfach aufgebauten Sensoranordnung auskommt.
• Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Zur Gewinnung aller Signale, also sowohl der Winkelsignale als auch der Zuordnungssignale, genügt bei der Erfindung in vorteilhafter Weise also eine einzige Sensoranordnung, deren Magnetschenkel beispielsweise mit einer Spule oder mit einem Hallelement zur Umwandlung der magnetischen Signale in elektrische Signale ausgerüstet ist. Infolge des Vorhandenseins getrennter magnetischer Unsymmetrien zur Gewinnung der Winkel- oder Inkrementsignale einerseits und der Zuordnungs- oder Bezugssignale andererseits ist es möglich, als Zähne ohnehin aus anderen Gründen vorhandene Zähne zu verwenden. Handelt es sich bei dem Rotationskörper um die Schwungscheibe einer Brennkraftmaschine, so können diese Zähne also die Zähne des Zankranzes zum Eingriff eines Anlasserritzels der Brennkraftmaschine sein, wie dies im Anspruch 4 gekennzeichnet ist. Bei Anwendung der Erfindung auf eine andere Maschine, beispielsweise eine Werkzeugmaschine, kann es sich bei den Zähnen um Bestandteile eines Zahnrades handeln, das an irgendeiner Stelle der Maschine oder eines nachgeschalteten Getriebes für eine Sensoranordnung zugänglich angeordnet ist, sofern dieses Zahnrad in Synchronismus mit der Maschine umläuft.
• Die mit den in der Sensoranordnung gewonnenen elektrischen Signalen beaufschlagte Auswerteschaltung ist im Prinzip aus der oben genannten DE-OS 28 51 853 bekannt. Dabei kann die Auswerteschaltung, ausgehend von diesem Stand der Technik, sinngemäß so abgewandelt werden, daß, wie im Patentanspruch 2 angegeben, die Einzelmarkierung durch einen magnetischen Vorsprung gebildet ist, der sich in Umfangsrichtung des Rotationskörpers zumindest über die entsprechende Abmessung eines Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zähnen der Zahnreihe erstreckt. Während also bei der letzterwähnten bekannten Vorrichtung die Markierung durch das Fehlen eines Zahns gebildet ist, geschieht dits bei dieser Ausführungsform der Erfindung durch das Fehlen zumindest einer Zahnlücke.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 perspektivisch einen Teil des Umfangs der Schwungscheibe einer Brennkraftmaschine mit der Sensoranordnung in erfindungsgemäßer Ausbildung, Fig. 2 das Schaltschema der Auswerteschaltung und Fig. 3 den zeitlichen Verlauf der bei Sensoranordnung gewonnenen elektrischen Signale, des Fehlerstands in der Auswerteschaltung und des Ausgangssignals der Auswerteschaltung, das das Zuordnungs- bzw. Bezugssignal darstellt.
• Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist mit 1 allgemein die sich in Richtung des Pfeils 2 drehende Schwungscheibe einer Brennkraftmaschine bezeichnet. Sie trägt eine umlaufende, in sich geschlossene Reihe äquidistanter Zähne 3, die sowohl zum Angriff eines nicht dargestellten Anlasserritzels als auch zur Erzeugung von Winkel- oder Inkrementsignalen dienen. Auf ihrem Umfang ist die Schwungscheibe 1 ferner mit der umlaufenden Nut 4 versehen, die zur Gewinnung einer Einzelmarkierung in diesem Ausführungsbeispiel durch ein Füllstück 5 aus Weicheisen unterbrochen ist, das sich in diesem Ausführungsbeispiel in Umfangsrichtung über drei Zähne und die zwischen ihnen befindlichen Zahnlücken 6 erstreckt.
• Die Sensoranordnung, die in üblicher Weise ortsfest angeordnet ist, also an den Drehbewegungen der Schwungscheibe 1 nicht teilnimmt, enthält als wesentlichen Bestandteil den E-förmigen Kern 7, dessen mit dem Permanentmagneten 8 und dem Hallelement 9 ausgerüsteter Mittelschenkel 10 mit möglichst geringem Abstand dem Umfang der umlaufenden Leiste 11 der Schwungscheibe 1 gegenübersteht, die ebenfalls aus magnetisch wirksamem Material besteht. Der in der Figur linke Außenschenkel 12 des Magnetkerns 7 steht den Umfangsflächen der Zähne 3 gegenüber, während der in der Figur rechte Außenschenkel 13 des Magnetkerns 7 der Nut 4 und damit der Außenfläche des Füllstücks 5 mit geringem Abstand gegenübersteht.
• Diese Ausbildung der Sensoranordnung hat zur Folge, daß, sofern sich das Füllstück 5 nicht unterhalb des Schenkels 13 der Sensoranordnung befindet, im Hallelement 9 beim Passieren der einzelnen Zähne 3 gemäß dem sich dann ausbildenden, durch die Linie 14 angedeuteten magnetischen Fluß elektrische Spannungsimpulse erzeugt werden, die im untersten Diagramm der Fig. 3 mit der Zeitachse t etwa die mit a bezeichnete Form besitzt. Sobald aber, wie in Fig. 1 angenommen, auch das Füllstück 5 unter der Sensoranordnung liegt, bildet sich auch während der Impulslücke 6 ein mit 15 bezeichneter, den Mittelschenkel 10 in derselben Richtung durchsetzender magnetischer Fluß aus, so daß infolge der hier gewählten, in Umfangsrichtung gemessenen Länge des Füllstücks 5 der im untersten Diagramm der Fig. 3 mit a' bezeichnete, von einem der Zähne 3 herrührende Impuls gleichsam unterdrückt wird. Demgemäß bewirkt das Füllstück 5 eine Verlängerung der im Hallelement 9 erzeugten elektrischen Impulse, die durch die in Fig. 2 dargestellte Auswerteschaltung zur Gewinnung des im mittleren Diagramm der Fig. 3 mit b bezeichneten Zuordnungssignals herangezogen wird.
• Betrachtet man nun die Auswerteschaltung gemäß Fig. 2, so ist nur derjenige Teil derselben dargestellt, der zur Gewinnung des Zuordnungssignals erforderlich ist.
• Alle Ausgangssignale des Hallelements 9 werden dem Eingang 20 der Schaltung zugeführt, und sie gelangen über die Leitung 21 zu einer nicht dargestellten Anordnung zum Zählen der von den Zähnen 3 erzeugten Impulse. Alle Ausgangssignale des Hallelements 9 gelangen aber vom Eingang 20 gemäß den Pfeilen auch zum Schaltungspunkt 20und und damit sowohl zum Zähler 22 als auch zum Taktimpulsgenerator 23 für den Zähler. Der Zähler 22 kann aufwärts und abwärts zählen. Der Verlauf des Zählerstands in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Hallelements 9, wie sie im untersten Diagramm der Fig. 3 wiedergegeben sind, ist im obersten Diagramm dieser Figur dargestellt. Mit einer bestimmten Frequenz zählt der Zähler 22 während des Passierens eines Zahns 3 unter der Sensoranordnung, d.h. während des Impulses a, gemäß der Diagrammlinie c aufwärts. Die Taktfrequenz des Impulsgenerators 23 ist hier so niedrig gewählt, daß an der abfallenden Flanke des Impulses a der Zählerstand noch relativ niedrig ist; über die Leitung 24 bewirkt die abfallende Flanke des Impulses a das Setzen des Zählers beispielsweise in die Zählerstellung 999. Dies ist durch den Kurventeil d im obersten Diagramm der Fig. 3 angedeutet. Während des Passierens der Zahnlücke 6 (siehe Fig. 1) und damit der Pause zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen a zählt der Zähler 22 beispielsweise mit der dreifachen Frequenz abwärts, wie durch den Kurventeil e im obersten Diagramm der Fig. 3 angedeutet. Damit liegt bei Beginn des nächsten Aus-.
• gangssignals des Hallelements 9 also wieder ein definierter Zählerstand vor.
• Nimmt man nun entsprechend dem Verlauf des untersten Diagramms in Fig. 3 an, daß der in Fig. 1 dargestellte Zustand auftritt, also auch das Füllstück 5 unter der Sensoranordnung liegt, so erfolgt eine erneute Aufwärtszählung durch den Zähler 22 mit der einfachen Taktfrequenz, jedoch jetzt infolge der Überbrückung des Zahnabstands 6 bis auf den Zählerstand 000, der also nur dann auftritt, wenn sich auch das Füllstück 5 unter der Sensoranordnung befindet. Am Schaltungspunkt 25, der zugleich einen Eingang des Flipflop 26 bildet, liegt dann eine positive Spannung vor, die das Flipflop 26 beim Auftreten der nächsten abfallenden Flanke im untersten Impulsdiagramm der Fig. 3 übernimmt. Diese Impulsflanke wird dem Flipflop 26 über die Leitung 24 zugeführt. Das Flipflop 26 gibt dann über seine Ausgangsleitung 27 den im mittleren Diagramm der Fig. 3 mit b bezeichneten Impuls ab, der das Bezugs- oder Zuordnungssignal darstellt. In dem angenommenen Ausführungsbeispiel stellt dieses Signal also eine bestimmte Zuordnung beispielsweise zu OT dar.
• Die Erfindung bietet mithin eine vorteilhafte Möglichkeit, trotz Vorhandenseins getrennter Zähne und Einzelmarkierungen mittels einer einzigen, einfach aufgebauten Sensoranordnung sowohl Winkel- als auch Zuordnungssignale zu gewinnen.
• Dies gilt auch für den Fall, daß einer der Seitenschenkel der Magnetschenkel ist; dann stehen die beiden anderen Schenkel den Zähnen bzw. der Einzelmarkierung gegenüber, so daß im Magnetschenkel wieder beide magnetische Flüsse verlaufen.

Claims (4)

1. Patentansprüche Vorrichtung zur Gewinnung von Signalen für den Betrieb einer Maschine, insbesondere für die Zündung einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, mit einem in Synchronismus mit der Maschine umlaufenden Rotationskörper, der auf seinem Umfang eine geschlossene Reihe äquidistanter Zähne sowie in Richtung seiner Achse dagegen versetzt zumindest eine Einzelmarkierung, beide aus einem magnetisch wirksamen Material, trägt, ferner mit einer ortsfesten Sensoranordnung zur Gewinnung sowohl von elektrischen Winkelsignalen durch magnetische Erfassung der Bewegung der Zähne als auch von elektrischen Zuordnungssignalen durch magnetische Erfassung der Bewegung der Einzelmarkierung, und mit einer Zähler nebst Impulsgenerator enthaltenden Auswerteschaltung zur Erzeugung der Betriebssignale für die Maschine durch Verknüpfung der elektrischen Signale, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelmarkierung (Füllstück 5) sich über einen Umfangsbereich des Rotationskörpers (Schwungscheibe 1) erstreckt, der zumindest dem Abstand (6) zwischen zwei Winkelsignalen entspricht, und die Sensoranordnung einen E-förmigen Magnetkern (7) enthält, dessen Magnetschenkel (Mittelschenkel 10) mit einer Einrichtung (Hallelement 9) zur Umsetzung magnetischer in elektrische Signale bestückt ist und in Richtung der Achse des Rotationskörpers (1) gegen die Zahnreihe (Zähne 3) und die Bewegungsbahn der Einzelmarkierung (5) versetzt ist, während je ein weiterer Schenkel (Außenschenkel 12,13) des Magnetkerns (7) vor der Zahnreihe (3) und der Bewegungsbahn der Einzelmarkierung (5) endet, und daß die Auswerteschaltung mit zumindest einem Zähler (22) bestückt ist, der beim Passieren von Zähnen (3) und Zahnlücken (6) unter der Sensoranordnung in unterschiedlichen Richtungen die Impulse des Impulsgenerators (23) zählt, der während dieser Zeiten Impulse unterschiedlicher Frequenz erzeugt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetschenkel als Mittelschenkel (10) des Magnetkerns (7) einem umlaufenden Umfangssteg (11) des Rotationskörpers (1) gegenübersteht, neben dem eine Umfangsnut (4) verläuft, die eine Unterbrechung (Füllstück 5) zur Bildung der Einzelmarkierung aufweist, die sich in Umfangsrichtung zumindest über eine Lücke (6) zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen (3) erstreckt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Umsetzung magnetischer in elektrische Signale ein Hallelement (9) ist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper die Schwungscheibe (1) und die Zähne (3) Bestandteile eines Zahnkranzes zum Eingriff des Anlasserritzels einer Brennkraftmaschine sind.