DE3732958C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehstellungsgeber zur Erfassung der Drehstellung eines rotierenden Körpers, insbesondere einer rotierenden Welle, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Solche Drehstellungsgeber werden bevorzugt zur Erfassung von Winkel­ stellungen rotierender Wellen verwendet. Durch geeignete elektronische Schaltungen lassen sich aus dem Ausgangssignal des Drehstellungsgebers zudem die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelbeschleunigung der Welle und deren Drehzahl ableiten. Auf der Basis von Magnetfeldern arbei­ tende Drehstellungsgeber haben dabei den Vorteil weitgehend störsicher und unempfindlich gegen Verschmutzung zu sein. Allerdings erfordern solche Drehstellungsgeber einen relativ genauen Einbau des Magnetfeld­ sensors in engen Fehlertoleranzen.

Ein gattungsgemäßer Drehstellungsgeber ist aus der US-PS 37 42 243 be­ kannt. Diese Druckschrift zeigt einen rotierenden Impulsgenerator mit einem feststehenden Hall-Sensor als Magnetfeldsensor, dessen Ausgangs­ signal abhängig ist von der Größe und Richtung des ihn durchsetzenden Magnetfeldes. Letzteres wird als Wechselfeld erzeugt von einer Mehr­ zahl von Permanentmagneten, welche entlang des Umfangs des Rotors des Drehstellungsgebers abwechselnde Polarität aufweisen und somit am Magnetfeldsensor ein Wechselfeld erzeugen. Als magnetische Rückschluß­ teile dienen neben einem Rückschlußring einzelne weichmagnetische Pol­ stücke zwischen den Permanentmagneten.

Aus der DE-Z, Siemens-Zeitschrift, Juli 1962, Heft 7, Seiten 521 bis 527 sind kontaktlose Geber für die Steuerung und Regelung von Bewe­ gungsvorgängen bekannt, welche durch Permanentmagnete gesteuerte Hall-Generatoren aufweisen. Die Permanentmagnete sitzen bei dieser An­ ordnung auf einer mit der Weise des rotierenden Körpers fest verbun­ denen Kreisscheibe aus unmagnetischem Material und sind vorzugsweise in äquidistanten Bohrungen längs des Umfangs der Scheibe gehalten. Ein weichmagnetisches Rückschlußteil ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehstellungsgeber zur Erfassung der Drehstellung eines rotierenden Körpers zu schaffen, wel­ cher hinsichtlich seiner Funktion und Signalpräzision verbessert ist und eine hohe Betriebssicherheit aufweist.

Der erfindungsgemäße Drehstellungsgeber mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Anspruchs 1 hat den Vorteil einer relativ großen Unempfind­ lichkeit gegenüber Lagetoleranzen des Magnetfeldsensors sowohl bei dessen axialem als auch radialem Versatz. Durch die erfindungsgemäß geformte Rückschlußhülse mit an dem rotierenden Körper bzw. an der ro­ tierenden Welle hochgezogenem Innenrand wird das in Achsrichtung des Magnetrings sich erstreckende Magnetfeld derart beeinflußt, daß es in Radialrichtung gesehen einen relativ gleichmäßigen Verlauf hat. Damit hat ein radialer Lageversatz des Magnetfeldsensors keine nennenswerte Verfälschung des Meßergebnisses zur Folge. Außerdem ist es nicht er­ forderlich, daß der rotierende Körper selbst weichmagnetische Eigen­ schaften besitzen muß, um als Rückschlußring zu fungieren.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 ange­ gebenen Schaltungsanordnung möglich. Durch eine Kunststoffumspritzung der auf dem rotierenden Körper sitzenden Baueinheit aus Befestigungs­ element, Rückschlußhülse und Permanentmagnetring wird eine einfache und preiswerte Befestigung des erfindungsgemäß ausgebildeten Magnet­ feldgenerators an dem rotierenden Körper erzielt, die auch bei hohen Drehzahlen eine zuverlässige Halterung gewährleistet.

Die Verwendung von Hallelementen oder magnetfeldabhängigen Widerständen ergibt einen preiswerten Magnetfeldsensor.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung einen Längsschnitt eines Drehstellungsgebers zur Erfassung der Drehwinkelstellung der Abtriebswelle eines Motors.

Der in der Zeichnung im Längsschnitt zu sehende Drehstellungsgeber dient zur Erfassung der Drehwinkelstellung einer rotierenden Welle 10 eines Motors 11, eines Getriebes oder anderer Aggregate mit umlaufenden Wellen. Er besteht aus einem mit der Welle 10 drehfest verbundenen Magnetfeldgenerator 12 und einem feststehenden Magnetfeldsensor 13, dessen Ausgangssignal von der Größe und Richtung des ihn durchsetzenden Magnetfeldes des Magnetfeldgenerators 12 abhängig ist.

Der Magnetfeldgenerator 12 weist einen axial mehrpolig magnetisierten Magnetring 14 aus Permanentmagnetmaterial, und eine auf der Welle 10 drehfest gehaltene Rückschlußhülse 15 mit einem an einer Stirnseite radial nach außen vorspringenden Ringflansch 16 auf. Der Magnetring 14 sitzt auf der Rückschlußhülse 15, wobei der Ringflansch 16 den Magnetring 14 auf seiner einen Stirnfläche übergreift und bündig mit dessen Außenmantel 17 abschließt. In axialer Richtung endet die Rückschlußhülse 15 maximal bündig mit der anderen Stirnfläche des Magnetrings 14. Die Rückschlußhülse 15 mit ihrem einstückigen Ringflansch 16 ist aus weichmagnetischem Stahlblech gefertigt. Sie ist in einem Befestigungselement 18 gehalten, das auf dem Umfang der Welle 10 drehfest aufgespannt ist. Das Befestigungselement 18 ist im vorliegenden Beispiel als eine im Profil T-förmige Kunststoffhülse 19 ausgebildet, die auf ihrer in Achsrichtung verlaufenden zylindrischen Umfangsfläche und auf ihrer in Radialrichtung sich erstreckenden Stirnfläche die Rückschlußhülse 15 trägt. Zur zuverlässigen Halterung des Magnetfeldgenerators 12 auf der Welle 10 ist die auf der Welle 10 sitzende Baueinheit aus Kunststoffhülse 19, Rückschlußhülse 15 und Magnetring 14 zusammen mit der Welle 10 mit Kunststoff umspritzt.

Der Magnetfeldsensor 13 ist auf der von dem Ringflansch 16 abgekehrten Seite des Magnetrings 14 mit axialem Abstand von dessen Stirnfläche angeordnet. Er besteht aus einer Anzahl von Hallelementen 20, die auf einem Träger 21 aus Kunststoff auf einer Kreisbahn angeordnet sind. Die Zahl der Hallelemente 20 auf dem Träger 21 hängt von der jeweiligen Anwendung ab und beträgt im einfachsten Fall eins. Anstelle der Hallelemente 20 können auch magnetfeldstärkenabhängige Widerstandselemente vorgesehen werden.

Durch die Ausbildung der Rückschlußhülse 15 mit an der Welle 10 hochgezogenem Hülsenrand bildet sich das Magnetfeld des Magnetrings 14 so aus, daß der Feldstärkenverlauf des in Achsrichtung sich erstreckenden Magnetfelds in radialer Richtung gleichmäßig ist. Damit ist der Drehstellungsgeber relativ unempfindlich gegen Lagetoleranzen der Hallelemente 20 auf dem Träger 21, und zwar sowohl bei axialem als auch bei radialem Versatz der Hallelemente 20.

Zur Verstärkung des Magnetfeldes kann auf der von den Hallelementen 20 abgekehrten Seite des Trägers 21 ein weichmagnetischer Rückschluß vorgesehen werden.

Claims (8)

1. Drehstellungsgeber zur Erfassung der Drehstellung eines rotier­ enden Körpers, insbesondere einer rotierenden Welle, mit einem mit dem Körper umlaufenden Magnetfeldgenerator und einem feststehenden Magnetfeldsensor, dessen Ausgangssignal abhängig ist von der Größe und Richtung des ihn durchsetzenden Magnetfeldes, wobei der Magnet­ feldgenerator einen axial mehrpolig magnetisierten Magnetring aus Permanentmagnetmaterial und ein auf dem rotierenden Körper drehfest gehaltenes Rückschlußteil mit einem radial nach außen vorspringenden Ringflansch aufweist, von welchem der auf dem Rückschlußteil sitzen­ de Magnetring auf seiner einen Stirnfläche übergriffen ist, während der Magnetfeldsensor auf der von dem Ringflansch abgekehrten Seite des Magnetrings mit axialem Abstand von dessen Stirnfläche angeord­ net ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlußteil als im Quer­ schnitt L-förmige Rückschlußhülse (15) mit einem radial vorspringen­ den Ringflansch (16) ausgebildet ist und auf der von dem Ringflansch (16) abgekehrten Stirnfläche des Magnetrings (14) mit diesem bündig endet.

2. Drehstellungsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Rückschlußhülse (15) aus weichmagnetischem Stahlblech gefertigt ist.

3. Drehstellungsgeber nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlußhülse (15) auf einem Befestigungselement (18) gehalten ist, das auf dem Umfang des Körpers (10) drehfest aufgespannt ist.

4. Drehstellungsgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungselement (18) als im Profil T-förmige Kunststoffhülse (19) ausgebildet ist, die auf ihren rechtwinklig zueinander verlaufenden Flächen die Rückschlußhülse (15) aufnimmt.

5. Drehstellungsgeber nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das auf dem Körper (10) sitzende Befestigungselement (18), die auf dem Befestigungselement (18) sitzende Rückschlußhülse (15) und der auf der Rückschlußhülse (15) sitzende Magnetring (14) zusammen mit dem Körper (10) mit Kunststoff umspritzt sind.

6. Drehstellungsgeber nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldsensor (13) mindestens ein Hallelement (20) aufweist.

7. Drehstellungsgeber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Hallelementen (20) diese auf einem gemeinsamen Träger (21) kreisförmig angeordnet sind.

8. Drehstellungsgeber nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des oder der Hallelemente (20) magnetfeldstärkenabhängige Widerstandselemente vorgesehen sind.