DE4106470A1 - Den hall-effekt ausnutzender sensor - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen den Hall-Effekt
ausnutzenden Sensor, der zum Beispiel zum Feststellen der
Winkelstellung eines Verteilers in einem Zündsystem für
einen Verbrennungsmotor verwendet wird.
In Fig. 3 ist in teilgeschnittener Form die Ansicht eines
Ausführungsbeispiels eines üblichen Zündverteilers für
einen Verbrennungsmotor dargestellt. Das Bezugszeichen 1
bezeichnet ein Verteilergehäuse. Mit dem Bezugszeichen 2
ist der Verteilerdeckel bezeichnet, mit dessen Hilfe die
obere Öffnung des Verteilergehäuses 1 abgedeckt werden
kann. Die Bezugsziffer 3 bezeichnet die Verteilerwelle, die
drehbar im Gehäuse 1 gelagert ist und die sich synchron mit
der nicht dargestellten Kurbelwelle des Verbrennungsmotors
dreht. Mit der Bezugsziffer 4 ist ein den Hall-Effekt
ausnutzender Sensor bezeichnet, der innerhalb des Gehäuses
1 befestigt ist. Die Bezugsziffer 5 bezeichnet ein
Flügelrad, das auf der Verteilerwelle 3 angeordnet ist und
sich mit ihr als eine Einheit dreht; das Flügelrad 5 kann
aus einem magnetischen Werkstoff bestehen und auf diese
Weise als ein Unterbrechungsverschluß für den Magnetfluß
dienen, wobei dieses Flügelrad kreisförmig ausgebildet ist
und an seinem Umfang sich nach unten erstreckende
Abschnitte 5a hat, die ihrerseits etwa um 90° voneinander
entfernt sind. Die abgebogenen Abschnitte 5a sind so
ausgebildet, daß sie durch einen Luftspalt 6 hindurchgehen,
der innerhalb des den Hall-Effekt ausnutzenden Sensors 4
ausgebildet ist.
Mit der Bezugsziffer 7 ist ein Verteiler-Rotor bezeichnet,
der auf dem oberen Ende der Verteilerwelle 3 befestigt ist
und sich mit dieser als eine Einheit dreht; der
Verteilerrotor 7 trägt eine Rotor-Elektrode 9. Die
Rotor-Elektrode 9 ist in gleitendem Kontakt mit einer
Mittelelektrode 8, die ihrerseits im Verteilerdeckel 2
angeordnet ist. Mit der Bezugsziffer 10 sind
Außenelektroden bezeichnet, die im Verteilerdeckel 2
angeordnet sind und den nicht dargestellten Zündkerzen in
den Zylindern des nicht dargestellten Verbrennungsmotors
entsprechen. Die Sekundärspannung der nicht dargestellten
Zündspule wird über die Rotorelektrode 9 entsprechend der
vorgegebenen Zündfolge auf die Außenelektroden 10
übertragen, wodurch die jeweilige Zündkerze gezündet wird.
In Fig. 4 ist ein vergrößertem Maßstab ein Querschnitt
durch den den Hall-Effekt ausnutzenden Sensor (der im
folgenden nur noch "Hall-Sensor" genannt werden wird) gemäß
Fig. 3 dargestellt. Mit der Bezugsziffer 20 ist ein aus
thermoplastischem Kunststoff bestehendes Gehäuse
bezeichnet. Die Bezugsziffer 21a bezeichnet ein erstes
Magnetfluß-Leitstück, welches im Querschnitt die Form des
Buchstabens L hat, und das im Gehäuse 20 eingebaut ist. Die
Bezugsziffer 22 bezeichnet einen mit dem ersten
Magentfluß-Leitstück 21a verbundenen Permanentmagneten. Die
Bezugsziffer 23 bezeichnet eine Keramik-Scheibe, die im
Gehäuse 20 angeordnet ist. Mit der Bezugsziffer 24 ist ein
Hall-Meßwandler bezeichnet, der auf der Keramikscheibe 23
befestigt ist. Die Bezugsziffer 21b bezeichnet ein zweites
Magnetfluß-Leitstück, das im Querschnitt die Form des
Buchstabens L hat, das gegenüber dem ersten
Magnetfluß-Leitstück 21a angebracht und am Hall-Meßwandler
24 befestigt ist.
Bei einem Zündverteiler für einen Verbrennungsmotor, der
einen solchen Aufbau hat, dreht sich das Flügelrad 5, das
auf der Verteilerwelle 3 befestigt ist, als Einheit mit
dieser Verteilerwelle dann, wenn die Verteilerwelle 3 durch
die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gedreht wird.
Jedesmal dann, wenn einer der abgebogenen Abschnitte 5a den
Luftspalt 6 durchläuft, deckt dieser abgebogene Abschnitt
5a den Magentfluß ab, der von dem Permanentmagneten 22 in
Richtung auf den Hall-Meßwandler 24 strömt. Wenn eine der
abgebogenen Abschnitte 5a, die aus magnetischem Material
bestehen, den Luftspalt 6 durchläuft, dann wird, mit
anderen Worten, der Magnetfluß von dem Permanentmagneten 22
über den gebogenen Abschnitt 5a auf das erste
Magnetfluß-Leitstück 21a gerichtet, wodurch verhindert
wird, daß der Magnetfluß durch den Hall-Meßwandler 24
fließt. Daraus folgt, daß in den Hall-Meßwandler 24 eine
Änderung des Magnetflusses eingegeben wird, der von der
Drehung der Verteilerwelle 3 abhängt. Der Hall-Meßwandler
24 setzt die Änderung des Magnetflusses in ein elektrisches
Signal um, welches wiederum in eine nicht dargestellte
Zündzeitpunkt-Steuereinheit übertragen wird, um auf diese
Weise den Primärstrom der Zündspule zu steuern, wodurch zu
jedem Zündzeitpunkt eine Sekundärspannung in der Zündspule
erzeugt wird. Die Sekundärspannung wird durch die
Mittelelektrode 8 und die Rotorelektrode 9 auf die
Außenelektroden 10 in der Zündreihenfolge übertragen, die
vom Verteilerrotor 7 abhängt. Auf diese Weise werden die
den Zylindern zugeordneten Zündkerzen in der
Zündreihenfolge gezündet, wodurch der Verbrennungsmotor
laufend betrieben wird.
Bei dem bekannten Hall-Sensor 4 haben Abstands-Unterschiede
zwischen dem Permanentmagneten 22 und dem Hall-Meßwandler
24 erhebliche Wirkungen auf die Genauigkeit der
Feststellung des Kurbelwellen-Winkels. Obwohl das sichere
Festlegen des Permanentmagneten 22 im Gehäuse z. B. durch
ein Einpassen möglich ist, kann das Festlegen des
Hall-Meßwandlers 24 nicht in ähnlicher Weise durchgeführt
werden, weil er ein elektronisches Teil ist. Wenn ein
integrierter Hall-Schaltkreis, der seinerseits aus der
Keramikscheibe 23, dem Hall-Meßwandler 24 und dem zweiten
Magnetfluß-Leitstück 21b besteht, zum Festlegen in das
Gehäuse eingepaßt wird, dann besteht die Möglichkeit, daß
die Keramikscheibe 23 zerstört wird oder daß durch eine
Verwindung des Hall-Meßwandlers eine Veränderung in den
Eigenschaften dieses Meßwandlers 24 erzeugt wird. Um solche
Möglichkeiten auszuschalten, muß der integrierte
Hall-Schaltkreis im Gehäuse 20 so eingebaut werden, daß ein
Zwischenraum 25 zwischen ihm und der Wand des Gehäuses 20
liegt.
Der übliche Hall-Sensor 4, der so aufgebaut ist, wie dies
oben beschrieben ist, weist eine solche Anordnung auf, daß
der integrierte Hall-Schaltkreis im Gehäuse 20 so montiert
ist, daß zwischen ihm und der Wand des Gehäuses 20 ein
Zwischenraum ist. Bei einer solchen Anordnung entsteht das
Problem, daß bei einer Veränderung des Abstandes zwischen
dem Permanentmagneten 22 und dem Hall-Meßwandler 24 eine
Veränderung des Magnetflusses vom Permanentmagneten 22 zum
Hall-Meßwandler erzeugt wird, die ihrerseits eine
entgegengesetzte Wirkung zur Genauigkeit der Feststellung
des Kurbelwellen-Winkels hat.
Der vorliegenden Erfindung liegt mithin die Aufgabe
zugrunde, dieses Problem zu lösen und einen Hall-Sensor
anzugeben, der sicher in der Lage ist, den jeweiligen
Kurbelwellenwinkel genau anzugeben.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch
einen Hall-Sensor gelöst, der folgende Teile aufweist: Ein
Gehäuse, einen Dauermagneten, ein erstes
Magnetfluß-Leitstück und ein zweites Magnetfluß-Leitstück,
die zusammen einen magnetischen Schaltkreis bilden, einen
gegenüber dem Permanentmagneten des magnetischen
Schaltkreises liegenden Hall-Meßwandler, eine Scheibe zum
Lagern des Hall-Meßwandlers, ein zwischen dem
Permanentmagneten und dem Hall-Meßwandler gebildeten
Luftspalt, einen Magnetfluß-Unterbrecher, der den
Magnetfluß in dem Luftspalt unterbrechen kann und der durch
den Luftspalt hindurchgeht, um eine Änderung im Magnetfluß
zu erzeugen, die ihrerseits durch den Hall-Meßwandler
festgestellt wird; und ein Druckglied, das aus einem
Lagerarm zum Lagern des integrierten Hall-Schaltkreises und
einem Druckarm besteht, der den Lagerarm auf die innere
Wand des Gehäuses zu drückt, wobei der integrierte
Hall-Schaltkreis aus dem zweiten Magnetfluß-Leitstück, dem
Hall-Meßwandler und der Keramikscheibe besteht; der
integrierte Hall-Schaltkreis wird dabei durch die
Druckkraft des Druckgliedes an seinem Bestimmungsort
festgehalten.
Der integrierte Hall-Schaltkreis wird entsprechend der
Erfindung durch die Druckkraft des Druckgliedes näher an
die Innenwand des Gehäuses gebracht, wodurch der Abstand
zwischen dem Permanentmagneten und dem Hall-Meßwandler
konstant wird.
Daraus folgt, daß der integrierte Hall-Schaltkreis im
Gehäuse ohne Zerstörung montiert werden kann und der
Abstand zwischen dem Permanentmagneten und dem integrierten
Hall-Schaltkreis kann konstant gehalten werden, wobei sich
der Vorteil ergibt, daß der jeweilige Kurbelwellen-Winkel
korrekt ermittelt werden kann.
Anhand der Zeichnungen wird nun zum besseren
Verständnis ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ist ein Querschnitt der wesentlichen Teile einer
Ausführungsform nach der Erfindung;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht, die das in Fig. 1
dargestellte Druckglied zeigt;
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch den Zündverteiler eines
Verbrennungsmotors, in den ein üblicher
Hall-Sensor eingebaut ist; und
Fig. 4 ist ein Querschnitt der wesentlichen Teile des
üblichen Hall-Sensors.
Fig. 1 ist ein Querschnitt, der die wesentlichen Teile des
Hall-Sensors nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellt. In Fig. 1 sind entsprechende oder
gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wie
in den Fig. 3 und 4 und eine Erläuterung dieser Teile
unterbleibt daher aus Vereinfachungsgründen.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 30 ein Druckglied,
das aus einem Lagerarm 30a und einem Druckarm 30b besteht.
Das Druckglied 30 besteht aus rostfreiem Stahl und kann
eine Druckkraft erzeugen. Eine Keramikscheibe 23, eine
Hall-Meßwandler 24 und ein zweites Magnetfluß-Leitstück 21b
bilden einen integrierten Hall-Schaltkreis. Am Lagerarm 30a
ist der integrierte Hall-Schaltkreis befestigt. Innerhalb
eines Gehäuses 20 ist an einer vorbestimmten Stelle der
integrierte Hall-Schaltkreis zusammen mit dem Druckglied 30
eingebaut.
In Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Druckgliedes 30
gezeigt, das zusammen mit dem integrierten Hall-Schaltkreis
nicht im Gehäuse 20 eingebaut ist. Das Druckglied 30 hat
einen solchen Aufbau, daß der Druckarm 30b in seinem freien
Zustand in einem stumpfen Winkel abgebogen ist und dann in
Richtung des Pfeiles A gedrückt wird, wenn der integrierte
Hall-Schaltkreis im Gehäuse 20 eingebaut wird.
Bei einem so aufgebauten Hall-Sensor wird der Lagerarm 30a
durch die elastische Kraft des Druckarmes 30b dann gegen
die innere Wand des Gehäuses 20 gedrückt, wenn der
integrierte Hall-Schaltkreis im Gehäuse 20 eingebaut worden
ist. Daraus folgt, daß der integrierte Hall-Schaltkreis,
der vom Lagerarm 30a getragen wird, in einer vorbestimmten
Lage im Gehäuse angeordnet werden kann, und daß er auf
diese Weise den Abstand zwischen dem Permanentmagneten 20
und dem Hall-Meßwandler 24 stets konstant halten kann. Von
dem Druckarm 30b wird keine Druckkraft auf den
intergrierten Hall-Schaltkreis ausgeübt. Auf diese Weise
besteht keine Möglichkeit, daß die Keramikscheibe 23
zerstört wird und daß durch eine Verwindung des
Hall-Meßwandlers 24 eine Änderung in dessen Eigenschaften
auftritt.
Obwohl die Erläuterung des Ausführungsbeispieles auf den
Fall bezogen worden ist, in dem der Hall-Sensor dazu
benutzt wird, die Winkelstellung einer Kurbelwelle zu
ermitteln, ist der Hall-Sensor nach der vorliegenden
Erfindung auch dafür anwendbar, die Winkelstellung eines
Lenkrades, die Drehung eines Elektromotors oder ähnliches
zu ermitteln.
Offensichtlich können zahlreiche Abweichungen und
Veränderungen der vorliegenden Erfindung im Licht der
obigen Lehre gemacht werden. Innerhalb des Schutzumfanges
der beigefügten Ansprüche ist es daher selbstverständlich,
daß die Erfindung auch anders ausgeführt werden kann als
so, wie sie oben im einzelnen beschrieben worden ist.
Claims (5)
1. Den Hall-Effekt ausnutzender Sensor,
gekennzeichnet durch
- - ein Gehäuse (20);
- - einen Permanentmagneten (22), ein erstes Magnetfluß-Leitstück (21a) und ein zweites Magnetfluß-Leitstück (21b), die gemeinsam einen magnetischen Schaltkreis bilden;
- - einen gegenüber dem Permanentmagneten (22) im magnetischen Schaltkreis angeordneten Hall-Meßwandler (24);
- - eine Scheibe (23) zum Aufnehmen des Hall-Meßwandlers (24);
- - einen zwischen dem Permanentmagneten (22) und dem Hall-Meßwandler (24) gebildeten Luftspalt;
- - einen Magnetfluß-Unterbrecher (5), der den Magnetfluß im Luftspalt unterbrechen kann und der durch den Luftspalt hindurchbewegt wird, um eine Veränderung des Magentflusses zu erzeugen, die ihrerseits durch den Hall-Meßwandler (24) festgestellt wird; und
- - ein Druckglied (30), das zum Lagern des integrierten Hall-Schaltkreises einen Lagerarm (30a) aufweist sowie einen Druckarm (30b) zum Andrücken des Lagerarmes (30a) an die Innenwand des Gehäuses (20), wobei der integrierte Hall-Schaltkreis aus dem zweiten Magnetfluß-Leitstück (21b), dem Hall-Meßwandler (24) und der Scheibe (23) besteht;
wobei der integrierte Hall-Schaltkreis durch die
Druckkraft des Druckgliedes (30) an seinem
Bestimmungsort festgehalten wird.
2. Hall-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der integrierte Hall-Schaltkreis mit dem Lagerarm
(30a) des Druckgliedes (30) verbunden ist.
3. Hall-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Druckglied (30) einen Druckarm (30b) hat, der
im freien Zustand in einem stumpfen Winkel abgebogen
ist.
4. Hall-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Lagerarm (30a) durch den Druckarm (30b) gegen
die Innenwand des Gehäuses (20) gedrückt wird.
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