DE3938057A1 - Sensoranordnung, und motorisch angetriebenes betaetigungsglied mit einer solchen sensoranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zum Erfassen von Umdrehungen eines drehbaren Teils. Sie betrifft ferner ein motorisch angetriebenes Betätigungsglied mit einer solchen Sensoranordnung.

Sensoranordnungen dieser Art werden u.a. dazu verwendet, die Umdrehungen eines Motors fortlaufend zu zählen. Eine bekannte Sensoranordnung, wie sie in Fig. 13 dargestellt ist, weist einen einzel­ nen Magneten B auf, der auf dem Außenumfang einer drehbaren Welle A befestigt ist, welche von einem Motor gedreht werden kann. Eine magnetische Sensoranordnung C ist nahe beim Außenumfang der Welle A stationär angeordnet. Sie weist beispielsweise einen Hall-IC auf und ist so angeordnet, daß bei Drehung der Welle A der Magnet B direkt unter ihr vorbeistreicht.

Der Hallgenerator der Sensoranordnung C gibt jedes Mal ein in Fig. 14 dargestelltes analoges Spannungssignal D ab, wenn sich der Magnet B an ihm vorbeibewegt. In der Sensoranordnung C wird das analoge Signal D in ein digitales Impulssignal E umgewandelt, und folglich gibt die Sensoranordnung C eine Zahl von Impulsen E ab, die der Zahl der Umdrehungen der Welle A entspricht.

In Fig. 14 geben zwei zur Abszisse parallele horizontale Linien einen H-Schwellwert und einen L-Schwellwert an (H=hoch; L=niedrig). Wie Fig. 14 zeigt, definiert der H-Schwellwert die Lage des ansteigen­ den Teils eines Impulses E, und der L-Schwellwert definiert die Lage des abfallenden Teils.

Zählt man also die Impulse E von der magnetischen Sensoranordnung C, so erhält man die Zahl der Umdrehungen der Welle A bzw. des sie antreibenden Motors.

Die eben beschriebene Sensoranordnung erzeugt aber nur dann eine Zahl von Impulsen E, welche der Zahl der Umdrehungen der Welle A entspricht, wenn sich diese Welle ständig mit einer bestimmten Drehzahl dreht. Wird jedoch der die Welle C antreibende Motor abge­ schaltet, und die Welle C kommt nach dem Auslauf in der Lage zur Ruhe, wie sie Fig. 13 zeigt, so kann ein bestimmtes störendes Phänomen auftreten: Vibriert in dieser Stellung die Welle A oder der Sensor C, oder die Welle A ist mit Spiel gelagert, so gibt der Hallgenerator der Sensoranordnung C ständig durch diese Vibrationen Spannungssignale Dc (Fig. 14) ab. Folglich gibt auch die Sensoranordnung C ständig entsprechende digitale Impulse Ec (Fig. 14) ab, obwohl sich die Welle A gar nicht dreht. Man kann diese Impulse Ec als Vibrations- oder Er­ schütterungssignale bezeichnen, und sie machen eine genaue Erfassung der Zahl der Umdrehungen der Welle A unmöglich.

Ursache hierfür ist, daß die Verwendung eines Einzelmagneten B auf der Welle A einen kleinen Schalthysteresewinkel R1 (Fig. 14) von etwa 5°, bezogen auf die Drehstellung der Welle A, zur Folge hat. Dieser Winkel wird bestimmt durch die Höhe des H- und des L-Schwellwertes und durch die Form der analogen Spannung D. Vibriert die Welle A und mit ihr der Magnet B um mehr als diesen Hysteresewinkel R1, so tritt dieser störende Effekt auf.

Man kann diesem Effekt dadurch teilweise begegnen, daß man diejenigen Impulse E nicht als Umdrehung zählt, bei welchen der Impulsabstand t 1 (Fig. 14) so kurz ist, daß dies einer unwahrscheinlichen Drehzahl ent­ spricht. Nimmt man für den Magneten B in Fig. 13 eine Winkelerstreckung von 20° und für den magnetfreien Umfang der Welle A 340° an, nimmt man ferner an, daß bei der höchsten Drehzahl der Welle A die Impuls­ abstände t 1 immer noch 7 ms betragen, so können die Impulse Ec aus­ gefiltert werden, deren Impulsabstand kleiner als 7 ms ist. In diesem Fall muß aber zur Messung des Impulsabstandes t 1 auch die Zeitdauer t 2 (Fig. 14) gemessen werden, während deren ein Impuls hoch ist. Wegen der kurzen Winkelerstreckung des Magneten B von nur 20° ist aber die Zeitdauer t 2, während deren ein Impuls E hoch ist, sehr kurz. Es ist deshalb schwierig, diese Zeitdauer t 2 zu erfassen und die Störimpulse Ec auszufiltern.

Selbst wenn es gelingt die Störimpulse Ec auf diese Weise auszu­ filtern gelingt dies doch nicht wenn die Welle A langsam vibriert und sich der Magnet B und die Sensoranordnung C in der Lage gemäß Fig. 13 befinden. In diesem Fall können diese Vibrationsimpulse nicht eliminiert werden, und folglich kann die Zahl der Umdrehungen der Welle A nicht genau gezählt werden.

Dieser Nachteil ist besonders gravierend, wenn eine solche Sensoranordnung bei einem motorisch angetriebenen Betätigungsglied verwendet wird, bei welchem die Welle A (Fig. 13) durch einen Motor vorwärts oder rückwärts angetrieben wird und diese Drehbewegungen z. B. in lineare Bewegungen des Schließglieds eines Ventils umgewandelt werden, oder in Öffnungs- bzw. Schließbewegungen des Ventils. Man möchte hier­ bei durch Zählung der Umdrehungen der Welle A den Grad der Ven­ tilöffnung fortlaufend erfassen. Treten nun aber solche Vibrations­ signale auf, so kann die Zahl der Umdrehungen der Welle A nicht genau gezählt werden, und folglich kann man den Grad der Ventil­ öffnung nicht genau steuern oder regeln.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, hier eine Verbesserung zu schaffen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Man erhält so einen Sensor von einfachem Aufbau, mit dem die Zahl der Umdrehungen eines drehbaren Teils genau und unbeeinflußt durch Vibrationen gezählt werden kann.

Diese Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch die im Anspruch 8 angegebenen Maßnahmen. Ein solches Betätigungsglied kann sein angetriebenes Teil unter Zählung der Umdrehungen des antreibenden Motors exakt positionieren und deshalb die lineare Bewegung dieses angetriebenen Teils und dessen Lage exakt steuern oder regeln.

In besonders bevorzugter Weise geht man dabei so vor, daß eine Umfangshälfte des Ringmagneten als Nordpol und seine andere Umfangs­ hälfte als Südpol magnetisiert ist. Jedesmal, wenn das drehbare Teil eine halbe Umdrehung ausgeführt hat, ändert sich die von der magnetischen Sensoranordnung erfaßte Polarität des Ringmagneten. Weist die magnetische Sensoranordnung einen Hall-IC auf, so kann der Ringmagnet bevor­ zugt so magnetisiert werden, daß der Hallgenerator des Hall-IC ein sinusförmiges Spannungssignal erzeugt und nicht ein impulsförmiges Signal wie in Fig. 14, wenn sich das drehbare Teil gleichförmig dreht. Bei einem solchen sinusförmigen Signal erhält man durch das H-Schwell­ wertsignal und das L-Schwellwertsignal einen großen Drehwinkel für die Schalthysterese. Dies ist ohne weiteres dadurch zu erreichen, daß man im Bereich der Polgrenzen des Ringmagneten dessen Induktion langsam und stetig ändert. Selbst wenn sich also eine Polgrenze an derselben Stelle befindet wie der Magnet B in Fig. 13, sich der Ring­ magnet nicht dreht, und das drehbare Teil aus irgend einem Grund vibriert, liegt diese Vibration innerhalb des eben erläuterten vergrößerten Winkels der Schalthysterese, so daß die Sensoranordnung bei einer solchen Vibration kein Signal abgibt. Man kann also bei Verwendung einer Sensoranordnung nach der Erfindung die Zahl der Umdrehungen eines drehbaren Teils mittels der bei der Drehung erzeugten Impulse genau und fehlerfrei erfassen.

Baut man eine derartige Sensoranordnung in ein motorisch ange­ triebenes Betätigungsglied ein, so ist es möglich, die Zahl der Umdrehungen einer Welle exakt zu zählen, an welcher der Ringmagnet befestigt ist, und infolgedessen kann ein angetriebenes Teil, welches vom Motor über ein Getriebe angetrieben wird, mit hoher Genauigkeit positioniert werden.

Mit besonderem Vorteil geht man bei der Erfindung so vor, daß die Magnetanordnung einen ersten Ringmagneten und einen zweiten Ring­ magneten aufweist, welche auf dem Außenumfang des drehbaren Teils befestigt sind, und daß die magnetische Sensoranordnung einen dem ersten Ringmagneten zugeordneten ersten magnetischen Sensor und einen dem zweiten Ringmagneten zugeordneten zweiten magnetischen Sensor aufweist. Dabei werden mit großem Vorteil die Pole des ersten Ringmagneten zu denen des zweiten Ringmagneten um einen vorgege­ benen Winkel in Drehrichtung des drehbaren Teiles versetzt, bevor­ zugt um mindestens nahezu 90° el. In diesem Fall ist es möglich, fest­ zustellen, ob sich das drehbare Teil vorwärts oder rückwärts dreht, und zwar anhand der Ausgangssignale der beiden angegebenen magnetischen Sensoranordnungen dieser beiden Magnetringe. Durch Verwendung eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers kann also z. B. die Lage eines vom Motor angetriebenen Teils ständig exakt verfolgt werden.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den übrigen Unteransprüchen. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Sensoranordnung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, gesehen längs der Linie I-I der Fig. 4,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil eines Leerlaufdrehzahl- Steuerventils eines Fahrzeugs, bei welchem die Sensoran­ ordnung nach Fig. 1 Anwendung findet,

Fig. 3 ein Schaubild, welches ein motorisch angetriebenes Betätigungs­ glied zeigt, in welches die Sensoranordnung nach Fig. 1 inte­ griert ist,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Betätigungs­ glieds der Fig. 3, welche die Anordnung der Sensoranordnung relativ zum Betätigungsglied darstellt,

Fig. 5 ein Blockschaltbild, welches den prinzipiellen Aufbau eines bei Fig. 1 verwendeten Hall-IC zeigt,

Fig. 6 ein Schaubild, welches oben das Ausgangssignal des im Hall-IC enthaltenen Hallgenerators und unten das Ausgangs­ signal des Hall-IC zeigt,

Fig. 7 eine schematische Darstellung, welche eine Abwandlung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung zeigt,

Fig. 8 einen Schnitt, gesehen längs der Linie VIII-VIII der Fig. 7,

Fig. 9 einen Schnitt, gesehen längs der Linie IX-IX der Fig. 7,

Fig. 10 ein Diagramm welches die Ausgangssignale der Hall-ICs der Sensoranordnung nach Fig. 7 zeigt,

Fig. 11 und Fig. 12 Diagramme, welche die Ausgangssignale der Hall-ICs der Fig. 10 einander überlagert zeigen, und zwar in Fig. 11 für Vorwärtsdrehung und Fig. 12 für Rückwärtsdrehung,

Fig. 13 eine schematische Darstellung eines bekannten Sensors zur Erfassung von Umdrehungen, und

Fig. 14 ein Diagramm, welches oben die Ausgangssignale eines im Hall-IC der Fig. 13 enthaltenen Hallgenerators und unten die Ausgangssignale dieses Hall-IC zeigt.

Ein Sensor 20 zur Erfassung von Umdrehungen, wie er in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, ist in ein motorisch angetriebenes Betätigungsglied 22 integriert, wie es in den Fig. 2 und 3 darge­ stellt ist. Das motorisch angetriebene Betätigungsglied 22 dieses Ausführungsbeispiels wird verwendet zum Antrieb eines Steuer­ ventils zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 24 eines Kraftfahrzeugs, also zum Antrieb des Schließglieds 28 eines Leerlaufdrehzahl-Steuerventils 26, das im folgenden als LDSV 26 be­ zeichnet wird.

Zunächst soll das LDSV 26 kurz beschrieben werden. Ein Einlaß­ kanal 30 des Verbrennungsmotors 24 ist mit einem Bypass 34 versehen, und zwar parallel zu einer Drosselklappe 32, welch letztere im Einlaß­ kanal 30 angeordnet ist, und das LDSV 26 ist in diesem Bypass 34 ange­ ordnet. Läuft der Verbrennungsmotor 24 im Leerlauf, so wird das Schließglied 28 des LDSV 26, gesteuert von einem elektronischen Steuergerät 36 (Fig. 3), mittels des motorisch angetriebenen Betätigungs­ glieds 22 verstellt, und hierdurch kann der Durchflußquerschnitt des Bypass 34 mittels des motorisch angetriebenen Betätigungsglieds 22 verändert werden. Man kann also durch Änderung der Ventilöffnung des Schließglieds 28 des LDSV 26 die Menge an Kraftstoffgemisch, welche dem Verbrennungsmotor 24 über den Bypass 34 zugeführt wird, einstellen, und entsprechend dieser Einstellung wird die Leerlaufdreh­ zahl des Verbrennungsmotors 24 auf einen gewünschten Sollwert der Leerlaufdrehzahl eingestellt, der abhängig von Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 24 festgelegt wird.

Der Sollwert der Leerlaufdrehzahl wird verändert abhängig von der Kühlwassertemperatur des Verbrennungsmotors 24. Bei einem Kraft­ fahrzeug, das mit einer Klimaanlage ausgerüstet ist, oder mit einem automatischen Getriebe, oder mit einer Hydropumpe für Servolenkung, etc., wird der Sollwert der Leerlaufdrehzahl auch abhängig davon verändert, ob die Klimaanlage ein- oder ausgeschaltet ist, abhängig von den Schaltbereichen des Automatikgetriebes, abhängig davon, ob die Hydropumpe arbeitet oder nicht, etc.

Das LDSV 26 hat ein Gehäuse 38, von dem in Fig. 2 nur das untere Teil dargestellt ist. Dieses untere Teil hat eine hohlzylindrische Form und hat in seiner rechten Seitenwand eine Einlaßöffnung 40, welche mit der Zuströmseite des Bypass 34 verbunden ist. Ferner ist an der unteren Wand des unteren Teils des Gehäuses 38 eine Auslaßöffnung 42 ausgebildet und mit dem abströmseitigen Abschnitt des Bypass 34 verbunden. Dies ergibt sich alles klar aus Fig. 2.

Eine innere Umfangskante der Auslaßöffnung 42 funktioniert, zusammen mit dem Schließglied 28, als Ventilsitz 44. Eine Ventilwelle 45 erstreckt sich vom Schließglied 28 nach oben, bezogen auf Fig. 2, und ist axial verschiebbar durch ein Lager 46 gelagert, welch letzteres im Gehäuse 38 befestigt ist. Eine Ventilfeder 48, welche als Druckfeder ausge­ bildet ist, ist zwischen dem Lager 46 und dem Schließglied 28 ange­ ordnet und umgibt die Ventilwelle 45. Die Ventilfeder 48 beaufschlagt das Schließglied 28 in Richtung zum Ventilsitz 44. Infolgedessen sitzt das Schließglied 28 normalerweise auf dem Ventilsitz 44 infolge der Kraft der Ventilfeder 48, so daß im normalen Zustand die Auslaßöffnung 42 geschlossen ist.

Das Ventilglied 28 des LDSV 26 wird von einem motorisch angetriebenen Betätigungsglied 22 angetrieben, wie bereits erläutert. Dieses motorisch angetriebene Betätigungsglied 22 wird nun beschrieben.

Das motorisch angetriebene Betätigungsglied 22 weist eine Vorschub­ spindel 52 auf, die an ihrem unteren Abschnitt einen Halsabschnitt in Form einer Ringnut 50 hat und die sich anschließend an das obere Ende der Ventilwelle 45 nach oben erstreckt. Die Vorschubspindel 52 erstreckt sich gleichachsig mit der Ventilwelle 45 und von dieser nach oben, und das Zahnrad 54 eines Schneckengetriebes, welches Zahnrad drehbar im Gehäuse 38 angeordnet ist, steht im Getriebe­ eingriff mit der Vorschubspindel 52. Hierzu hat das Zahnrad 54 eine Gewindebohrung 56 in seinem Mittelabschnitt, und die Vorschub­ spindel 52 ist in diese Gewindebohrung 56 eingeschraubt und durch­ dringt sie bis zur gegenüberliegenden Seite dieses Zahnrads 54. Eine axiale Verschiebung des Zahnrads 54 wird durch geeignete Be­ festigungsmittel verhindert, welche nicht dargestellt sind.

Eine ringförmige Abdeckung 58 erstreckt sich von der unteren Stirnseite des Zahnrads 54 (des Schneckengetriebes) in Richtung zum Lager 46, und zwar nicht ganz bis zu diesem Lager, und um­ gibt die Vorschubspindel 52. Ein ringförmiger Rand 60 erstreckt sich von der Oberseite des Zahnrads 54 und umgibt einen oberen Endab­ schnitt 62 der Vorschubspindel 52, der sich aus der Oberseite des Zahnrads 54 heraus erstreckt. Oberhalb des Zahnrads 54 befindet sich ein zylindrischer Anschlag 64, welcher gleichachsig mit der Vorschub­ spindel 52 angeordnet ist. Der Anschlag 64 hat einen ringförmigen Abschnitt 68 an seinem unteren Ende, und dieser definiert eine zylindrische Aussparung 66, deren Durchmesser etwas größer ist als derjenige der Vorschubspindel 52. Der untere Rand des ring­ förmigen Abschnitts 68 liegt zwischen dem ringförmigen Vorsprung 60 des Zahnrads 54 und dem oberen Endabschnitt 62 der Vorschub­ spindel 52 und umgibt dadurch diesen oberen Endabschnitt. Das obere Ende der Aussparung 66 des Anschlags 64 wirkt als eine An­ schlagfläche 70 zur Festlegung der Obergrenze der axialen Bewegung der Vorschubspindel 52, d.h. des Abstandes, um den sich das Schließglied 28 maximal vom Ventilsitz 44 entfernen kann. Diese Anschlag­ fläche 70 bestimmt also die maximale Öffnung des Schließglieds 28.

Das Zahnrad 54 kämmt mit einem Schneckenrad 72 des Schnecken­ getriebes, welches Schneckenrad aus nichtmagnetischem Werkstoff her­ gestellt ist. Wie Fig. 3 zeigt, erstreckt sich das Schneckenrad 72 in einer Richtung senkrecht zur Achse des Zahnrads 54 und ist mit einem Ende mit der Ausgangswelle 76 eines Motors 74 gekuppelt, welcher Motor vorwärts und rückwärts angetrieben werden kann. Der hier verwendete Motor 74 ist ein üblicher Gleichstrommotor mit Bürsten. Diese Art von Motor ist preiswert und hat den Vorteil, daß sich ihre Charakteristiken wenig ändern, wenn dieser Motor infolge einer Zunahme der Umgebungstemperatur erwärmt wird. Selbstver­ ständlich ist aber auch die Verwendung eines kollektorlosen Gleichstrom­ motors nicht ausgeschlossen.

Der Motor 74 ist elektrisch mit einer Treiberschaltung 78 verbunden, welche ihrerseits mit dem bereits erwähnten elektronischen Steuer­ gerät 36 verbunden ist.

Obwohl das in Fig. 2 nicht dargestellt ist, sind der Motor 74 und das Schneckenrad 72 im Gehäuse 38 angeordnet.

Bei dem eben beschriebenen motorisch angetriebenen Betätigungs­ glied 22 wird der Motor 74 durch die Treiberschaltung 78 entweder vorwärts oder rückwärts angetrieben, entsprechend einem Treiber­ signal, welches der Treiberschaltung 78 vom elektronischen Steuer­ gerät 36 zugeführt wird. Das Drehmoment des Motors 74 wird über das Schneckenrad 72 auf das Zahnrad 54 übertragen, wodurch dieses Zahnrad gedreht wird. Es ergibt sich dabei eine selbstsperrende Anordnung. Da das Zahnrad 54 an einer axialen Verschiebung gehindert ist, wird seine Drehung in eine axiale Bewegung der Vorschubspindel 52 umgewandelt. Bei dieser axialen Bewegung der Vorschubspindel 52 wird das Schließglied 28 des LDSV 26 durch den Abschnitt 50 und die Ventilwelle 45 in einer Richtung entweder zum Ventilsitz 44 hin oder von diesem weg bewegt. Auf diese Weise wird also der Grad der Ventilöffnung des Schließglieds 28 verändert. Arbeitet also der Verbrennungsmotor 24 des Fahrzeugs im Leerlauf, so wird die Ventil­ öffnung des Schließglieds 28 des LDSV 26 durch das motorisch ange­ triebene Betätigungsgerät 22 verändert, um die Menge an Kraftstoff­ gemisch einzustellen, welche dem Verbrennungsmotor 24 über den bereits erwähnten Bypass 34 zugeführt wird, und auf diese Weise kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 24 im Leerlauf gesteuert oder geregelt werden.

Diese Einstellung der Leerlaufdrehzahl wird so ausgeführt, daß die Ist-Leerlaufdrehzahl mit einer Soll-Leerlaufdrehzahl übereinstimmt, welche den Betriebsbedingungen angepaßt ist, unter denen der Verbrennungsmotor 24 arbeitet. Zu diesem Zweck muß die Öffnung des Schließglieds 28 des LDSV 26 entsprechend der Abweichung zwischen der Soll-Leerlaufdrehzahl und der Ist-Leerlaufdrehzahl geregelt werden. Die Öffnung des Schließglieds 28, d.h. dessen axiale Lage im Ventil, kann nun ermittelt werden durch Zählen der Zahl von Umdrehungen des Motors 74 des motorisch angetriebenen Betätigungsglieds 22, und deshalb wird bei der Erfindung der Sensor 20 zum Erfassen der Zahl von Umdrehungen in das motorisch angetriebene Betätigungsglied 74 integriert, wie das am Beginn der Beschreibung dieser Ausführungsform bereits angegeben wurde.

Der Sensor 20 ist am distalen Ende des Schneckenrads 72 angeordnet, wie das aus Fig. 3 in Verbindung mit den Fig. 1 und 4 klar hervorgeht. Das Schneckenrad 72 hat an seinem distalen Ende einen Wellenabschnitt 80, welcher sich zusammen mit dem Schneckenrad 72 dreht und bei dem die Zahl der Umdrehungen erfaßt wird. Ein Ringmagnet 82 ist an diesem Wellenabschnitt 80 angebracht. Der Ringmagnet 82 ist an dem Wellenabschnitt 80 befestigt, wodurch der Ringmagnet 82 sich zusammen mit dem Wellenabschnitt 80 dreht. Der Ringmagnet 80 ist so magnetisiert, daß eine Hälfte seines Umfangs als Nordpol und die andere Hälfte seines Umfangs als Südpol dient, wie das in Fig. 1 darge­ stellt ist. Dies kann z. B. durch eine diametrale Magnetisierung erreicht werden, die dann zu einer etwa sinusförmigen Magnetisierung dieses Magnetrings 82 führt. In Fig. 1 sind die Polgrenzen des Ringmag­ neten 82 durch die gestrichelten Linien X angedeutet.

Ein Hall-IC 84, welcher als magnetischer Sensor dient, ist am Ge­ häuse 38 in der Nähe des Außenumfangs des Wellenabschnitts 80 befestigt, in der Weise, daß dieser Hall-IC dem Außenumfang des Ringmagneten 82 zugewandt ist.

Läuft ein Magnetpol an der Außenseite des Ringmagneten 82, z. B. der Nordpol, unter dem Hall-IC 84 durch, während sich der Ringmagnet 82 zusammen mit dem Wellenabschnitt 80 dreht, so gibt der Hall-IC 84 ein Spannungssignal ab, welches hoch (H) ist, und wenn der Südpol des Ringmagneten 82 unter dem Hall-IC 84 durchläuft, so gibt der Hall- IC 84 ein niedriges (L) Spannungssignal ab.

Wie Fig. 5 zeigt, weist der Hall-IC 84 einen Hallgenerator 86 auf, welcher das Magnetfeld des Ringmagneten 82 erfaßt und ein analoges Signal entsprechend der Größe dieses Magnetfelds abgibt. Dieses Analogsignal vom Hallgenerator 86 wird einem Komparator 88 zugeführt, welcher ein hohes (H) Spannungssignal abgibt, wenn der Wert des ihm zugeführten analogen Signals höher ist als der H-Schwellwert, und der ein niedriges (L) Spannungssignal abgibt, wenn der Wert des ihm zugeführten analogen Signals niedriger ist als der L-Schwellwert. Infolgedessen entsteht am Ausgang des Komparators 88 ein Impulssignal P, welches einem Impulsformer 90 zugeführt und dort weiter in die gewünschte Form gebracht wird und dann am Ausgang 92 des Hall-IC 84 abgegeben wird. Das Impuls­ signal P an dieser Stufe enthält, wie in Fig. 6 dargestellt, eine Komponente mit dem Wert H, die mit PH bezeichnet ist, und eine Komponente mit dem Wert L, die mit PL bezeichnet ist. Der Ausgang 92 ist mit dem elektronischen Steuergerät 36 verbunden, wie das Fig. 3 zeigt, so daß die Signalimpulse vom Hall-IC 84 dem elektronischen Steuergerät 36 zugeführt werden. In Fig. 5 sind die Ausgangs- Spannungsformen des Hallgenerators 86, des Komparators 88 und des Impulsformers 90 symbolisch dargestellt, ferner die Symbole Vcc und Masse, von denen ersteres den Anschluß an eine Spanungs­ versorgung und letzteres die Verbindung mit Masse symbolisiert.

Wird bei dem beschriebenen Sensor 20 durch den Motor 74 der Wellen­ abschnitt 80 samt dem darauf befindlichen Ringmagneten 82 gedreht, so erfaßt der Hallgenerator 86 des Hall-IC 84 jeweils nach einer halben Umdrehung das Magnetfeld eines anderen Poles. Infolgedessen gibt der Hallgenerator 86 ein Analogsignal S ab, das beinahe sinusförmig ist, wie das in Fig. 6, oben, dargestellt ist. Dieses Analogsignal S des Hallgenerators 86 wird durch den Komparator 88 und den Impuls­ former 90 in ein Impulssignal P umgewandelt, wie es in Fig. 6, unten, dargestellt ist. Dieses Impulssignal P wird vom Hall-IC 84 der elektro­ nischen Steuerschaltung 36 zugeführt. Die H-Wert-Komponente PH und die L-Wert-Komponente PL des Impulssignal P, welches dem elektronischen Steuergerät 36 zugeführt wird, werden von Zählern im elektronischen Steuergerät 36 so gezählt, daß deren Zählwerte entweder hinauf- oder hinuntergezählt werden abhängig davon, ob sich der Motor 74 vorwärts oder rückwärts dreht. Infolgedessen stellen diese Zählwerte in den Zählern, welche aus der Zahl der Umdrehungen des Motors 74 abgeleitet sind, ein Maß für die Ventil­ öffnung des Schließglieds 28 des LDSV 26 dar.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensor 20 ist der Ringmagnet 82 so magnetisiert, daß seine eine Umfangshälfte als Nordpol und seine andere Umfangshälfte als Südpol dient. Infolgedessen gibt bei Drehung des Wellenabschnitts 80 der Hallgenerator 86 des Hall-IC 84 ein Analogsignal S ab, welches nahezu sinusförmig ist, wie das bereits erwähnt wurde und in Fig. 6 dargestellt ist. Dadurch ergibt sich ein großer Hysteresewinkel R2 von etwa 30°, welcher ungleich größer ist als der Hysteresewinkel R1 der Vorrichtung nach dem Stand der Technik, wie er in Fig. 14 dargestellt ist. Wird also der Motor 74 angehalten, und der Ringmagnet 82 befindet sich in der in Fig. 1 dargestellten Stellung, nämlich in einer solchen Stellung, daß eine Polgrenze X zwischen seinen Magnetpolen dem Hall-IC 84 gegenüberliegt, so hat das Spannungssignal S vom Hallgenerator 86 des Hall-IC 84 einen Wert, welcher zwischen dem H-Schwellwert und dem L-Schwellwert liegt, wie das in Fig. 6 durch den Punkt Y dar­ gestellt ist. Befindet sich also der Ringmagnet 82 in dieser Ruhe­ stellung, und der Wellenabschnitt 80 und mit ihm der Ringmagnet 82 führen Drehschwingungen aus, so gehen diese Drehschwingungen niemals über den Wert (1/2) R2 hinaus, so daß Änderungen des Spannungssignals S vom Hallgenerator 86 infolge dieser Drehschwingungen auf den Bereich zwischen dem H-Schwellwert und dem L-Schwell­ wert begrenzt werden können. Deshalb ist es möglich, zu verhindern, daß ein Impulssignal P fehlerhaft erzeugt wird, was einen falschen Zählvorgang bei den Zählern des elektronischen Steuergeräts zur Folge hätte, d. h. man kann verhindern, daß solch ein durch Vibrationen verursachtes Impulssignal P vom Hall-IC 84 abgegeben wird. Wichtig ist hierfür ersichtlich besonders, daß im Bereich der Pol­ grenzen keine abrupten Induktionsänderungen auftreten, sondern daß sich dort die Induktion mit dem Drehwinkel relativ langsam ändert. Diese Forderung wird beispielsweise von einem Sinussignal erfüllt, aber auch von anderen Signalformen, wie das dem Fachmann ohne weiteres klar ist.

Befindet sich der Wellenabschnitt 80 in Ruhe, und die Polgrenze X des Ringmagneten 82 befindet sich an einer Stelle, die von derjenigen nach Fig. 1 in der Weise abweicht, daß der Wert des analogen Spannungssignals S vom Hallgenerator 86 nahe beim H-Schwellwert oder nahe beim L-Schwellwert liegt, so treten keine unterwünschten Impulssignale P vom Hall-IC 84 selbst dann auf, wenn Drehschwingungen auf den Wellenabschnitt 80 einwirken. In diesem Fall nimmt nämlich einfach die Zeitdauer t 3 der Komponente PH des P-Signals oder die Zeitdauer der Komponente PL dieses Signals zu, und infolgedessen ist es möglich, ein Impulssignal P zu verhindern, das ein fehlerhaftes Zählen der Zähler im elektronischen Steuergerät bewirkt d.h. zu verhindern, daß ein solches durch Vibrationen verursachtes Impuls­ signal P vom Hall-IC 84 abgegeben wird.

Dreht sich der Wellenabschnitt 80 mit konstanter Drehzahl, so hat der Abschnitt PH und der Abschnitt PL des Impulssignals P jeweils die gleiche Länge, nämlich die Zeitdauer t 3, wie das aus Fig. 6 klar hervorgeht, und diese Zeitdauer t 3 ist wesentlich länger als die Zeitdauer t 2 der Anordnung nach dem Stand der Technik, wie sie in Fig. 14 dargestellt ist. Es ist also leicht möglich, diese Zeit­ dauer t 3 zu erfassen. Selbst wenn also die Drehschwingungen des Wellenabschnitts 80 so groß wären, daß durch Vibration verursachte Impulse im Impulssignal P vom Hall-IC 84 auftreten, so können solche durch Vibration verursachte Impulse leicht dadurch eliminiert werden, daß das Impulssignal P gefiltert wird, und zwar unter Berücksichtigung der Drehzahl des Motors 74; hierbei werden diejenigen Impulssignale P, deren Impulsabstand t 1 so kurz oder lang ist, daß dies unwahr­ scheinlich ist, nicht berücksichtigt und folglich auch nicht gezählt.

Selbstverständlich kann eine derartige Filterung auch für den Fall wirksam sein, daß das Spannungssignal S vom Hallgenerator 86 durch äußere elektromagnetische Störungen von einer Nachrichtenanlage, einer Rundfunkstation etc. ungünstig beeinflußt wird.

Wie bereits beschrieben, kann der erfindungsgemäße Sensor 20 die Zahl der Umdrehungen des Wellenabschnitts 80 mit einer einfachen Anordnung genau zählen; integriert man diesen Sensor 20 in das motorisch angetriebene Betätigungsglied 22 des LDSV 26, so kann man damit die Größe der Ventilöffnung des Schließglieds 28 des LDSV 26 mit hoher Genauigkeit erfassen und regeln.

Muß die Genauigkeit der Messung der Lage des Schließglieds 28 weiter erhöht werden, so werden die Zähler im elektronischen Steuer­ gerät rückgestellt, wobei das obere Ende 62 der Vorschubspindel 52 des LDSV 26 in Anlage gegen den Anschlag 64 gehalten wird, und die Zahl der Umdrehungen des Wellenabschnitts 80 wird gezählt, während man die Vorschubspindel 52 von dieser Anschlagstellung wegbewegt.

Wird die Zahl der Zähne des Zahnrads 54 so groß wie möglich gemacht und die Gewindesteigung der Vorschubspindel 52 wird verkleinert, so kann naturgemäß die Öffnung des Schließglieds 28 mit einer höheren Genauigkeit erfaßt und geregelt werden.

Die Erfindung ist nicht auf das eben beschriebene erste Ausführungs­ beispiel beschränkt, und eine Abwandlung der Erfindung ist z. B. gemäß den Fig. 7 bis 12 möglich.

Wie aus Fig. 7 hervorgeht, weist bei dieser Abwandlung die Sensor­ anordnung 20 einen ersten Magnetring 82 a auf, welchem ein erster Hall-IC 84 a zugeordnet ist, sowie einen zweiten Ringmagneten 82 b, dem ein zweiter Hall-IC 84 b zugeordnet ist. Der erste und zweite Ring­ magnet 82 a bzw. 82 b sowie der erste und der zweite Hall-IC 84 a bzw. 84 b sind äquivalent mit den entsprechenden Elementen beim ersten Ausführungsbeispiel, und deshalb werden sie nicht erneut beschrieben. Jedoch sind bei dieser abgewandelten Ausführungsform der erste und der zweite Ringmagnet 82 a bzw. 82 b so am Wellenabschnitt 80 befestigt, daß sie zueinander um 90° el. versetzt sind. Bei der dargestellten zweipoligen Anordnung bedeutet dies naturgemäß, daß die Versetzung 90° mech. beträgt.

Bei der abgewandelten Sensoranordnung 20 nach Fig. 7 gibt bei einer Drehung des Wellenabschnitts 80 der erste Hall-IC 84 a ein erstes Impulssignal P 1 ab, und der zweite Hall-IC 84 b gibt ein zweites Impulssignal P 2 ab. Dies ist in Fig. 10 dargestellt, wobei dort auch die erwähnte Phasenverschiebung von 90° klar erkennbar ist.

Wertet man also die erste Impulsfolge P 1 und die zweite Impulsfolge P 2 gemäß Fig. 10 zusammen aus, so ist es möglich, zu bestimmen, ob sich der Wellenabschnitt 80 vorwärts oder rückwärts dreht. Es sei angenommen, daß sich der Wellenabschnitt 80 in Vorwärtsrichtung dreht, und daß sich dabei durch Überlagerung der ersten Impulsfolge P 1 mit der zweiten Impulsfolge P 2 das Bild nach Fig. 11 ergibt. Hat in diesem Fall das erste Impulssignal P 1 vom ersten Hall-IC 84 a einen hohen H-Wert, so ändert sich das zweite Impulssignal P 2 vom zweiten Hall-IC 84 b vom H-Wert zum L-Wert.

Dreht sich dagegen der Wellenabschnitt 80 in umgekehrter Richtung, so ergibt sich ein Überlagerungsbild gemäß Fig. 12, wenn man die Impulssignale vom ersten Hall-IC 84 a und vom zweiten Hall-IC 84 b überlagert. Wie Fig. 12 klar zeigt, ändert sich hierbei, während das erste Impulssignal P 1 vom ersten Hall-IC 84 a den H-Wert beibehält, das zweite Impulssignal P 2 vom zweiten Hall-IC 84 b vom L-Wert zum H-Wert.

Bei dieser abgewandelten Ausführungsform kann man also erfassen, ob sich der Wellenabschnitt 80, also der Motor 74, vorwärts oder rückwärts dreht; dies geschieht durch Diskriminierung zwischen den Mustern der Fig. 11 und 12, die man erhält, indem man die Impulssignale vom ersten Hall-IC 84 a und vom zweiten Hall-IC 84 b mittels des elektronischen Steuergeräts 36 überlagert.

Beim ersten Ausführungsbeispiel wird ebenso wie beim zweiten Aus­ führungsbeispiel ein Hall-IC als magnetischer Sensor verwendet, aber es ist selbstverständlich auch möglich, andere magnetische Sensoren zu verwenden, z. B. magnetfeldabhängige Widerstände oder magnetische Sensoren vom elektromagnetischen Induktionstyp.

Ebenso ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Sensors zur Erfassung einer Zahl von Umdrehungen, gemäß der Erfindung, nicht auf die Verwendung bei einem LDSV beschränkt, und ein solcher Sensor kann naturgemäß auch dazu verwendet werden, die Zahl von Umdrehungen eines rotierenden Teils zu erfassen, das in be­ liebigen anderen Vorrichtungen als Bestandteil enthalten ist. Auch sind weitere Abwandlungen und Modifikationen im Rahmen der Er­ findung ohne weiteres möglich.

Claims (14)

1. Sensor zum Erfassen von Umdrehungen eines mit einer Magnetan­ ordnung (82) versehenen drehbaren Teils (80), welchem eine mag­ netische Sensoranordnung (84) zum Erfassen des magnetischen Feldes der Magnetanordnung (82) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetanordnung mindestens einen Ringmagneten (82) aufweist, der auf einem Außenumfang des dreh­ baren Teils (80) befestigt ist und diesen umgibt,
daß der Ringmagnet (82), gleichmäßig verteilt, gleich lange Nordpol­ abschnitte (N) und Südpolabschnitte (S) aufweist,
und daß die magnetische Sensoranordnung (84) zur Abgabe eines Impulssignals abhängig von Größe und Richtung des Magnetfelds des Ringmagneten (82) ausgebildet und gegenüber der Außenseite des Ringmagneten (82) stationär angeordnet ist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umfangs­ hälfte des Ringmagneten (82) als Nordpol (N) und seine andere Um­ fangshälfte als Südpol (S) magnetisiert ist ( Fig. 1).

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Sensoranordnung (84) eine integrierte Schaltung mit einem Hallgenerator (86) aufweist, welch letzterer bei Drehung des Ring­ magneten (82) ein Signal entsprechend dem ihm jeweils gegenüberliegen­ den Pol des Ringmagneten (82) abgibt.

4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung (Fig. 3) außerdem einen Komparator (88) zum Umwandeln des Hallsignals in ein Impulssignal und einen Impulsformer (90) auf­ weist.

5. Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Magnetanordnung (82) einen ersten Ringmagneten (82 a) und einen zweiten Ringmagneten (82 b) aufweist, welche auf dem Außenumfang des drehbaren Teils (80) befestigt sind, und daß die magnetische Sensoranordnung einen dem ersten Ringmag­ neten (82 a) zugeordneten ersten magnetischen Sensor (84 a) und einen dem zweiten Ringmagneten (82 b) zugeordneten zweiten magnetischen Sensor (84 b) aufweist (Fig. 7).

6. Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole des ersten Ringmagneten (82 a) zu denen des zweiten Ringmagneten (82 b) um einen vorgegebenen Winkel (Fig. 8, 9) in Drehrichtung des dreh­ baren Teils (80) versetzt sind.

7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vorge­ gebene Winkel mindestens nahezu 90° el. beträgt (Fig. 8, 9).

8. Motorisch angetriebenes Betätigungsglied, mit einem ständig antreibbaren Motor (74),
einem Getriebe (72, 54, 56, 52) zur Umformung der Drehbewegung des Motors (74) in eine lineare Bewegung eines angetriebenen Teils (28),
mit einer an einer der drehend antreibbaren Wellen (80) des Getriebes oder des Motors (74) vorgesehenen Magnetanordnung (82),
ferner mit einer Sensoranordnung (84) zur Erfassung des Magnetfelds der Magnetanordnung (82), wenn diese zusammen mit der ihr zuge­ ordneten Welle (80) gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetanordnung mindestens einen Ringmagneten (82) aufweist, der auf einem Außenumfang der ihm zuge­ ordneten Welle (80) befestigt ist und diesen umgibt,
daß der Ringmagnet (82), gleichmäßig verteilt, gleich lange Nordpol­ abschnitte (N) und Südpolabschnitte (S) aufweist,
und daß die magnetische Sensoranordnung (84) zur Abgabe eines Impulssignals abhängig von Größe und Richtung des Magnetfeldes des Ringmagneten (82) ausgebildet und gegenüber der Außenseite des Ringmagneten (82) stationär angeordnet ist.

9. Betätigungsglied nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Umfangshälfte des Ringmagneten (82) als Nordpol (N) und seine andere Umfangshälfte als Südpol (S) magnetisiert ist (Fig. 1).

10. Betätigungsglied nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Sensoranordnung (84) eine integrierte Schaltung mit einem Hallgenerator (86) aufweist, welch letzterer bei Drehung des Ringmagneten (82) ein Signal entsprechend dem ihm jeweils gegenüberliegenden Pol des Ringmagneten (82) abgibt.

11. Betätigungsglied nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung (Fig. 3) außerdem einen Komparator (88) zum Umwandeln des Hallsignals in ein Impulssignal, und einen Im­ pulsformer (90) aufweist.

12. Betätigungsglied nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetanordnung (82) einen ersten Ringmagneten (82 a) und einen zweiten Ringmagneten (82 b) aufweist, welche auf dem Außenumfang der zugeordneten Welle (80) befestigt sind,
und daß die magnetische Sensoranordnung einen dem ersten Ring­ magneten (82 a) zugeordneten ersten magnetischen Sensor (84 a) und einen dem zweiten Ringmagneten (82 b) zugeordneten zweiten magneti­ schen Sensor (84 b) aufweist (Fig. 7).

13. Betätigungsglied nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole des ersten Ringmagneten (82 a) zu denen des zweiten Ring­ magneten (82 b) um einen vorgegebenen Winkel (Fig. 8, 9) in Dreh­ richtung der zugeordneten Welle (80) versetzt sind.

14. Betätigungsglied nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Winkel mindestens nahezu 90° el. beträgt (Fig. 8, 9).