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Die
Erfindung betrifft eine Hysteresebremse, insbesondere für einen
elektrischen Nockenwellensteller, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Aus
dem Stand der Technik sind passive, d.h. antriebslose elektrische
Nockenwellensteller bekannt, welche die Phasenlage einer Nockenwelle verändern können. Ein
solcher elektrischer Nockenwellensteller wird beispielsweise in
der
DE 102 47 650
A1 beschrieben und umfasst eine Bremse und einen Hebelmechanismus.
Eine alternative Ausführung
des elektrischen Nockenwellenstellers mit einer Bremse und einem
Summiergetriebe wird in der nicht vorveröffentlichten Anmeldung
DE 103 55 560.9 der Anmelderin
beschrieben.
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Für die elektrischen
Nockenwellensteller können
Hysteresebremsen zum Einsatz kommen, die berührungslos und verschleißfrei arbeiten.
Zur Regelung der Phasenlage der Nockenwelle ist die Kenntnis der
Winkellage eines Rotors der Hysteresebremse erforderlich.
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Zur
Messung der Winkellage der Nockenwelle bzw. der Hysteresebremse
werden in der Regel aus dem Stand der Technik bekannte Drehwinkelsensoren
eingesetzt, wie sie beispielsweise in den Offenlegungsschriften
DE 195 31 621 A1 und
DE 100 34 927 A1 beschrieben
werden. Diese Drehwinkelsensoren benötigen ein mit einem Rotor mitdrehendes
Geberelement und eine befestigte Sensoreinheit zur Erzeugung eines
Messsignals, aus dem eine Winkel- und/oder Drehzahlinformation bestimmt
wird. Das Messprinzip kann optisch oder magnetisch sein.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Hysteresebremse, insbesondere für einen
elektrischen Nockenwellensteller, zur Verfügung zu stellen, die eine einfache
Ermittlung von Winkel- und/oder Drehzahlinformationen ermöglicht.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch Bereitstellung einer Hysteresebremse, insbesondere
für einen
elektrischen Nockenwellensteller, mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 oder
6.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß umfasst
eine erste Ausführungsform
einer Hysteresebremse, insbesondere für einen elektrischen Nockenwellensteller,
integrierte Mittel zur Aufnahme eines durch einen Hauptmagnetfluss
bewirkten magnetischen Nebenflusses durch einen beweglichen Rotor
und/oder durch ein Hystereseband und eine Auswerte- und Steuereinheit,
welche den aufgenommen magnetischen Nebenfluss auswertet und aus
erkannten Änderungen des
magnetischen Nebenflusses eine Winkel- und/oder Drehzahlinformation,
beispielsweise für eine
Nockenwelle bestimmt.
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Alternativ
umfasst eine zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Hysteresebremse
integrierte Mittel zur Aufnahme eines magnetischen Hauptflusses
durch eine Erregerspule und eine Auswerte- und Steuereinheit, welche
den aufgenommen magnetischen Hauptfluss auswertet und Änderungen im
Hauptfluss erkennt und aus den erkannten Änderungen eine Winkel- und/oder
Drehzahlinformation bestimmt, wobei die Änderungen im Hauptfluss durch
von einem Rotor und/oder einem Hystereseband verursachte Änderungen
des magnetischen Widerstandes hervorgerufen werden. Bei dieser alternativen
Ausführungsform
werden statt der Änderungen
des Nebenflusses, die Änderungen
im Hauptmagnetfluss zur Bestimmung der Winkel- und/oder Drehzahlinformation ausgewertet.
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Die
erfindungsgemäßen Ausführungsformen der
Hysteresebremse haben den Vorteil dass durch die Nutzung des Nebenmagnetflusses
oder des Hauptmagnetflusses zur Ermittlung der Winkel- und Drehzahlinformation
die Aufnahmemittel einfach aufgebaut werden können, da keine separaten Geberelemente
erforderlich sind. Durch die Nutzung von Komponenten zur Winkel-
und/oder Drehzahlermittlung, die für die Funktion der Hysteresebremse
ohnehin erforderlich sind, lässt
sich der zusätzliche
Befestigungs-, Verkabelungs- und Kontaktierungsaufwand reduzieren.
Die mitbenutzten Komponenten müssen lediglich
in ihrer Gestaltung an die zusätzliche
Aufgabe angepasst werden.
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Zur
Ermittlung der Winkel- und/oder Drehzahl werden beispielsweise der
Rotor und/oder das Hystereseband der Hysteresebremse geometrisch so
ausgeführt,
dass sich der Magnetfluss durch die Aufnahmemittel bei drehendem
Rotor und/oder Hystereseband zyklisch ändert.
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In
Ausgestaltung der Hysteresebremse umfasst der Rotor beispielsweise
einen ferromagnetischen Ring, der ein, vorzugsweise rechteckiges, Zahnprofil
mit mindestens einer Erhebung und/oder Aussparung und/oder einen
oder mehrere Durchbrüche
aufweist.
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Zusätzlich oder
alternativ weist das Hystereseband mindestens einen oder mehrere
rechteckige und/oder runde Durchbrüche und/oder mindestens einen
oder mehrere Bereiche mit dünnerer
und/oder dickerer Wandstärke
auf.
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Durch
das Zahnprofil und/oder die Durchbrüche und/oder die Bereiche mit
dünnerer
und/oder dickerer Wandstärke
ergeben sich bei der Drehung des Rotors bzw. des Hysteresebandes
unterschiedliche Werte für
den magnetischen Widerstand und damit für den erfassten magnetischen
Neben- oder Hauptfluss, da sich Bereiche mit einem hohen magnetischen
Widerstand mit Bereichen mit einem niedrigen magnetischen Widerstand
zyklisch abwechseln. Diese zyklischen Änderungen des Magnetflusses
können
durch einfache Aufnahmemittel erfasst und von der Auswerte- und
Steuereinheit ausgewertet werden. Die erforderliche Ausgestaltung
des Rotors bzw. Hysteresebandes kann einfach bei der Herstellung der
Komponenten vorgenommen werden.
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In
Ausgestaltung der ersten Ausführungsform
der Hysteresebremse sind die Mittel zur Aufnahme des magnetischen
Nebenflusses beispielsweise im Stator, vorzugsweise im äußeren Statorteil,
integriert.
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Die
integrierten Aufnahmemittel umfassen beispielsweise mindestens eine
Sensorspule mit einem ferromagnetischen Kern und/oder mindestens einen
Hallsensor, welche den magnetischen Nebenfluss aufnehmen und in
Form eines Spannungssignals an die Auswerte- und Steuereinheit weiterleiten.
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In
weiterer Ausgestaltung umfassen die integrierten Aufnahmemittel
zur Ermittlung der Drehrichtung eine zweite Sensorspule mit einem
ferromagnetischen Kern und/oder einen zweiten Hallsensor, die ein
weiteres Spannungssignal erzeugen, das gegenüber dem anderen Spannungssignal
vorzugsweise um 90° phasenverschoben
ist.
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Die
erste und zweite Sensorspule erzeugen beispielsweise Spannungssignale
mit unterschiedlichen Amplituden, die auf einer gemeinsamen Verbindungsleitung
zur Auswerte- und Steuereinheit übertragbar
sind. Aufgrund der unterschiedlichen Amplituden können die
Signale in der Auswerte- und Steuereinheit einfach unterschieden
werden und die Anzahl der Leitungen und Kontaktierungen bleibt trotz der
zweiten Sensorspule gleich wie bei der Ausführungsform mit nur einer Sensorspule.
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In
Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform
sind die Mittel zur Aufnahme des magnetischen Hauptflusses im Bereich
der Erregerspule angeordnet.
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Die
Mittel zur Aufnahme des magnetischen Hauptflusses umfassen beispielsweise
mindestens eine Sensorspule und/oder einen Hallsensor.
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In
weiterer Ausgestaltung führt
die Erregerspule die Funktion der integrierten Aufnahmemittel aus
und nimmt den magnetischen Hauptfluss auf, der als Spannungssignal
an die Auswerte- und Steuereinheit weitergeleitet wird. Dadurch können die
Komponenten zur Ermittlung der Winkel- und/oder Drehzahlinformation
weiter reduziert werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Hysteresebremse berücksichtigt die Auswerte- und
Steuereinheit eine betriebsbedingte Änderung des magnetischen Hauptflusses,
beispielsweise bei der Erzeugung eines anderen Bremsmomentes, bei
der Bestimmung der Winkel- und/oder Drehzahlinformation als Störsignale.
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Die
erfindungsgemäße Hysteresebremse wird
beispielsweise in einem elektrischen Nockenwellensteller verwendet.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend
beschrieben.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Hysteresebremse,
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2 eine
schematische räumliche
Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
der Hysteresebremse mit Mitteln zur Bestimmung des magnetischen
Flusses,
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3 eine
schematische räumliche
Detaildarstellung der Hysteresebremse aus 2,
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4 eine
schematische räumliche
Detaildarstellung eines Hysteresebandes der Hysteresebremse,
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5 eine
schematische räumliche
Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Hysteresebremse mit Mitteln zur Bestimmung des magnetischen
Flusses,
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6 eine
schematische räumliche
Detaildarstellung der Hysteresebremse aus 5,
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7 eine
schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels
der Hysteresebremse mit Mitteln zur Bestimmung des magnetischen
Flusses,
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8 eine
schematische räumliche
Detaildarstellung der Hysteresebremse mit einem ersten Ausführungsbeispiel
des Hysteresebandes,
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9 eine
schematische räumliche
Detaildarstellung der Hysteresebremse mit einem zweiten Ausführungsbeispiel
des Hysteresebandes, und
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10 eine
schematische räumliche
Detaildarstellung der Hysteresebremse mit einem Ausführungsbeispiel
des beweglichen Rotors.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfasst eine Hysteresebremse
für einen
elektrischen Nockenwellensteller einen Magnetsteller 10 für eine Nockenwelle 1,
der eine Erregerspule 2, einen Stator 3, einen mit
der Nockenwelle beweglichen Rotor 4, eine Auswerte- und
Steuereinheit 5 und Mittel zum Aufnehmen eines Magnetflusses 6,
der von der Auswerte- und Steuereinheit 5 ausgewertet wird,
um Winkel- und/oder
Drehzahlinformationen für
die Nockenwelle 1 zu bestimmen. Diese Informationen sind
zur Regelung der Phasenlage der Hysteresebremse erforderlich. Zur
Bestimmung der Winkellage der Nockenwelle 1, wird die Winkellage
des mit der Nockenwelle 1 gekoppelten Rotors 4 der
Hysteresebremse ermittelt. Die Komponenten des Magnetstellers 10 bzw.
der Hysteresebremse sind so gestaltet, dass bei der Drehung des
Rotors 4 bzw. eines mit dem Rotor 4 verbundenen
Hysteresebandes 4.1 eine Änderung des magnetischen Flusses
durch die Aufnahmemittel 6 bewirkt wird.
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Die 2 bis 10 zeigen
Ausführungsbeispiele,
in denen die Aufnahmemittel als mindestens eine Spule 6.1, 6.2 ausgeführt sind,
die im nachfolgend auch als Sensorspulen bezeichnet werden. Die Änderung
des magnetischen Flusses kann nach dem Induktionsgesetz als elektrisches
Spannungssignal an den Sensorspulen 6, 6.1, 6.2 gemessen
werden. Dieses Spannungssignal wird zur Auswerte- und Steuereinheit 5 übertragen
und dort zu einer Winkel- und Drehzahlinformation aufbereitet.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die 2 bis 10 die
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Hysteresebremse
beschrieben.
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2, 3 und 4 zeigen
eine schematische räumliche
Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
der Hysteresebremse, das ein inneres und äußeres Statorteil 3.1, 3.2,
einen Rotor 4 mit Hystereseband 4.1 und als Sensorspulen 6.1 und 6.2 ausgeführte Mittel 6 zur
Bestimmung des magnetischen Flusses 7.1 umfasst.
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3 zeigt
eine Darstellung des Details A aus 2. Wie aus 3 ersichtlich
ist, wird ein geringer Teil des zum Betrieb der Hysteresebremse
notwendigen magnetischen Hauptflusses über das innere Statorteil 3.1,
das Hystereseband 4.1 und über das äußere Statorteil 3.2 als
magnetischer Nebenfluss 7.1 durch die Sensorspule 6.1 geleitet.
Die Sensorspule 6.1 ist im äußeren Statorteil 3.2 integriert
und hat zur Verstärkung
des Magnetnebenflusses 7.1 vorzugsweise einen ferromagnetischen
Kern. Das Hystereseband 4.1 ist geometrisch so ausgeführt, dass
sich der magnetische Nebenfluss 7.1 durch die Sensorspule 6.1 bei
drehendem Rotor 4 in Abhängigkeit des aktuellen Winkels
zyklisch ändert.
Die magnetische Nebenflussänderung
führt aufgrund
des Induktionsgesetzes zu einer elektrischen Spannung in der Sensorspule 6.1.
Die zeitliche Abfolge der Spannungsimpulse wird in der Auswerte-
und Steuerschaltung 5 zu einer Winkel- und Drehzahlinformation aufbereitet.
Wie weiter aus 3 ersichtlich ist, ist die Sensorspule 6.1 radial
zur Drehachse des Rotors 4 angeordnet. Der Abstand der
Sensorspule 6.1 zur Drehachse kann so gewählt werden,
dass die Spule 6.1 vom Rotor 4 überdeckt
wird oder, wie in 2 dargestellt ist, außerhalb
des Rotors angeordnet ist. Das innere und äußere Statorteil 3.1, 3.2 weisen
vorzugsweise ein gezacktes oder zahnförmiges Oberflächenprofil
auf, wobei Vertiefungen des äußeren Statorteils 3.2 Erhebungen
im inneren Statorteil 3.1 gegenüber liegen und umgekehrt, und
wobei der Sensor in einer Vertiefung des äußeren Statorteils 3.2 gegenüber einer
Erhebung im unteren Statorteil 3.1 angeordnet ist.
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Wie
aus 4 ersichtlich ist, ist eine Oberfläche des
Hysteresebandes 4.1, die unter der Sensorspule 6.1 durchläuft, mit
vorzugsweise runden oder rechteckigen Durchbrüchen 4.2 versehen.
Optional können
statt der Durchbrüche 4.2 auch
Bereiche mit unterschiedlicher Wandstärke benutzt werden, siehe auch 9.
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Bei
einer Drehung des Hysteresebandes 4.1 befinden sich abwechselnd
Bereiche mit und ohne Durchbruch 4.2 zwischen der Sensorspule 6.1 und der
gegenüberliegenden
Erhebung des inneren Statorteils 3.1. Entsprechend ändert sich
der magnetische Widerstand und damit der magnetische Nebenfluss 7.1 durch
die Sensorspule 6.1. Befindet sich beispielsweise ein Durchbruch 4.2 zwischen
Sensorspule 6.1 und innerem Statorteil 3.1, dann
ist der magnetische Widerstand aufgrund der schlechten Leitfähigkeit
von Luft hoch und der magnetische Fluss 7.1 ist klein.
Befindet sich ein nicht durchbrochener Bereich des Hysteresebandes 4.1 zwischen
der Sensorspule 6.1 und dem inneren Statorteil 3.1,
dann ist der magnetische Widerstand aufgrund der besseren Leitfähigkeit
des Hysteresematerials niedrig und der magnetische Fluss 7.1 ist
groß.
Die Änderung
des magnetischen Flusses 7.1 durch die Sensorspule 6.1 führt nach
dem Induktionsgesetz zu der oben erwähnten Spannung an der Sensorspule 6.1.
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Durch
eine optionale zweite Sensorspule 6.2 kann zusätzlich ein
vorzugsweise um 90° verschobenes
Spannungssignal erzeugt werden. Dadurch können von der Auswerte- und
Steuereinheit Drehrichtungsinformationen bestimmt werden. Zudem
erhöht sich
die Auflösung
der Aufnahmemittel 6. Die Anordnung der zweite Sensorspule 6.2 entspricht
der Anordnung der ersten Sensorspule 6.1, außer, dass
die zweite Sensorspule 6.2 in einer anderen Vertiefung des äußeren Statorteils 3.2 angeordnet
ist.
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Die
zwei Sensorspulen 6.1, 6.2 haben vorzugsweise
unterschiedliche Windungszahlen, wodurch sich die Amplituden der
induzierten Spannungen entsprechend dem Verhältnis der Windungszahlen unterscheiden.
Die Spannungssignale der beiden Sensorspulen 6.1, 6.2 können über die
gleichen Leitungen zur Auswerte- und Steuereinheit 5 geleitet werden,
da diese die Spannungssignale aufgrund ihrer unterschiedlichen Amplituden
unterscheiden kann. Dadurch bleibt die Anzahl der Leitungen und Kontaktierungen
trotz der zweiten Sensorspule gegenüber der Ausführung mit
einer Sensorspule gleich.
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Anstelle
der Sensorspulen 6.1, 6.2 können auch Sensoren eingesetzt
werden, die den magnetischen Fluss direkt messen, z.B. Hallsensoren.
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5 und 6 zeigen
eine weitere Gestaltungsmöglichkeit
der Komponenten der Hysteresebremse zur Auswertung des magnetischen
Nebenflusses 7.1, wobei 6 ein Detail
B aus 5 zeigt. Wie aus 5 und 6 ersichtlich
ist, sind die Sensorspulen 6.1, 6.2 außerhalb
des Rotors 4 so angeordnet, dass ihre Längsachsen parallel zur Drehachse
des Rotors verlaufen. Am Rotor 4 ist ein Ring 4.3 aus
ferromagnetischem Material befestigt, der sich vor den Spulenebenen
der Sensorspulen 6.1, 6.2 bewegt. Wie weiter aus 5 ersichtlich
ist, weist der Ring 4.3 im Bereich der Spulenachsen ein
Zahnprofil auf, welches beispielsweise im wesentlichen rechteckförmig ausgeführt sein
kann. Sind die Sensorspulen 6.1, 6.2 innerhalb
des Rotors 4 angeordnet, dann kann das Zahnprofil durch
Durchbrüche
im Rotor 4 ersetzt werden. Bei der Drehung des Rotors 4 befinden
sich abwechselnd ein Zahn des Zahnprofils 4.3 und eine
Aussparung vor den Sensorspulen 6.1, 6.2. Entsprechend ändern sich
der magnetische Widerstand und damit der magnetische Fluss 7.1 durch
die Sensorspulen 6.1, 6.2. Befindet sich ein Durchbruch vor
der Sensorspule 6.1, 6.2, dann ist der magnetische
Widerstand aufgrund der schlechten Leitfähigkeit von Luft hoch und der
magnetische Fluss 7.1 ist klein. Befindet sich ein Zahn
vor der Sensorspule 6.1, 6.2, dann ist der magnetische
Widerstand aufgrund der besseren Leitfähigkeit des ferromagnetischen Materials
des Rings 4.3 niedrig und der magnetische Fluss 7.1 ist
groß.
Der magnetische Fluss 7.1 durch die Sensorspule 6.1, 6.2 wird
in einem magnetischen Nebenschluss 7.1 von dem inneren
Statorteil 3.1 durch den Ring 4.3 um das Hystereseband 4.1 herum durch
die Sensorspule 6.1, 6.2 zum äußeren Statorteil 3.2 geleitet.
Die Auswertung des magnetischen Flusses durch die Sensorspule 6.1, 6.2 erfolgt
wie beim ersten in den 2, 3 und 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel.
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7 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Hysteresebremse, bei der zur Bestimmung von Winkel- und/oder
Drehzahlinformationen die Änderung
des Hauptmagnetflusses 7 durch die Erregerspule 2 erfasst
wird. Die Änderungen
des Hauptflusses 7 treten durch lokale Änderungen des Nebenflusses 7.1 im
Bereich des Hysteresebandes 4.1 bzw. des Rotors 4 auf.
Wie aus 7 ersichtlich ist, ist die Sensorspule 6 als
zusätzliche
Spule ausgeführt
und wie die Erregerspule 2 axial um die Nockenwelle angeordnet.
Optional kann die zusätzliche
Sensorspule 6 entfallen. Dann wirkt die die Erregerspule 2 gleichzeitig
als Sensorspule, deren Spannungssignale von der Auswerte- und Steuereinheit 5 auswertet
werden.
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Bei
der Ausführungsform
nach 7 sind der Rotor 4 und/oder das Hystereseband 4.1 als
Teile der Hysteresebremse geometrisch so ausgeführt, dass sich der magnetische
Fluss 7 durch den Stator 3 und damit auch durch
die Sensorspule 6 bei drehendem Rotor 4 bzw. Hystereseband 4.1 in
Abhängigkeit
des aktuellen Winkels zyklisch ändert.
Die Änderung
des magnetischen Flusses 7 führt aufgrund des Induktionsgesetzes
zu einem elektrischen Spannungssignal in der Sensorspule 6,
das von der Auswerte- und Steuereinheit 5 ausgewertet wird,
welche die zeitliche Abfolge der Spannungssignale zu einer Winkel-
und Drehzahlinformation aufbereitet.
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Die 8 bis 10 zeigen
verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten
für das
Hystereseband 4.1 und den Rotor 4, die eine Änderung
des magnetischen Flusses durch die Aufnahmemittel 6 bewirken.
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Wie
aus 8 ersichtlich ist, weist das Hystereseband 4.1 analog
zur 4 vorzugsweise runde oder rechteckige Durchbrüche 4.2 auf.
Bei der Drehung des Hysteresebandes 4.1 befinden sich abwechselnd
Bereiche mit und ohne Durchbruch 4.2 zwischen dem inneren
und äußeren Statorteil 3.1, 3.2.
Entsprechend ändern
sich der magnetische Widerstand des Magnetkreises und damit der
magnetische Fluss 7 durch den Stator 3 und damit
durch die Sensorspule 6. Befindet beispielsweise ein Durchbruch
zwischen dem inneren und äußeren Statorteil 3.1, 3.2,
dann ist der magnetische Widerstand aufgrund der schlechten Leitfähigkeit
von Luft hoch und der magnetische Fluss 7 ist klein. Befindet
sich ein nicht durchbrochener Bereich zwischen dem inneren und äußeren Statorteil 3.1, 3.2,
dann ist der magnetische Widerstand aufgrund der besseren Leitfähigkeit des
Hysteresematerials niedrig und der magnetische Fluss 7 ist
groß.
Diese lokale Änderung
des Magnetflusses führt
zu einer Änderung
des Hauptflusses 7. Nach dem Induktionsgesetz führt diese Änderung des
magnetischen Flusses 7 durch die Sensorspule 6 zu
einem induzierten Spannungssignal an der Sensorspule 6,
dessen zeitliche Abfolge in der Auswerte- und Steuereinheit 5 zu
einer Winkel- und Drehzahlinformation aufbereitet wird.
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9 zeigt
eine alternative Ausführung
des Hysteresebandes 4.1, das Bereiche mit unterschiedlichen
magnetischen Widerständen
aufweist, die durch Bereiche mit geringerer und höherer Wandstärke 4.4, 4.5 realisiert
ist. Bei der Drehung des Hysteresebandes 4.1 befinden sich
abwechselnd Bereiche mit geringerer und höherer Wandstärke 4.4, 4.5 zwischen
dem inneren und äußeren Statorteils 3.1, 3.2.
Entsprechend ändern
sich der magnetische Widerstand des Magnetkreises und damit der
magnetische Fluss 7 durch die Sensorspule 6, wobei
die Bereiche mit geringerer Wandstärke 4.4 einen höheren magnetischen
Widerstand und Bereiche mit höherer Wandstärke 4.5 einen
niedrigeren magnetischen Widerstand bewirken. Die Auswertung der Änderungen des
magnetischen Flusses erfolgt analog zur bereits beschriebenen Auswertung.
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Wie
aus 8 ersichtlich ist, weist der Rotor 4 analog
zur 6 einen Ring 4.3 aus ferromagnetischem
Material auf. Der Ring 4.3 hat im Bereich der Erhebungen
des äußeren Stators 3.2 ein,
vorzugsweise im wesentlichen rechteckförmiges, Zahnprofil. Ist das
Zahnprofil 4.3 im Bereich zwischen der Rotordrehachse und
dem Hystereseband 4.1 angeordnet, dann kann das Zahnprofil 4.3 durch
Durchbrüche
im Rotor 4 ersetzt werden. Es ist auch eine Kombination aus
einem Zahnprofil am Ring und aus Durchbrüchen im Rotor möglich. Bei
der Drehung des Rotors 4 befinden sich abwechselnd eine
Erhebung des Rings 4.3 oder eine Aussparung des Rings 4.3 vor
der Erhebung des äußeren Statorteils 3.2.
Entsprechend ändern
sich der magnetische Widerstand und damit der magnetische Fluss
durch die Sensorspule 6. Befindet sich eine Aussparung
vor der Erhebung des äußeren Statorteils 3.2,
dann ist der magnetische Widerstand aufgrund der schlechten Leitfähigkeit
von Luft hoch und der magnetische Fluss 7.1 klein. Befindet
sich eine Erhebung des Rings 4.3 vor der Erhebung des äußeren Statorteils 3.2,
dann ist der magnetische Widerstand aufgrund der besseren Leitfähigkeit
des ferromagnetischen Materials niedrig und der magnetische Fluss
ist groß.
Der magnetische Nebenfluss 7.1 wird dann in einem magnetischen
Nebenschluss um das Hystereseband herum zum gegenüberliegenden
Statorteil geleitet. Die lokale Flussänderung führt, wie bereits ausgeführt wurde, zu
einer Änderung
des Hauptflusses 7. Diese Änderung des magnetischen Flusses
wird, wie bereits beschrieben wurde, von der Auswerte- und Steuereinheit 5 ausgewertet.
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Die
Auswerte- und Steuereinheit 5 berücksichtigt eine betriebsbedingte Änderung
des magnetischen Hauptflusses 7 in der Hysteresebremse
bei der Bestimmung der Winkel- und/oder Drehzahlinformationen. Der
magnetische Hauptfluss 7 wird beispielsweise verändert, wenn
in der Hysteresebremse ein anderes Bremsmoment erzeugt werden muss. Die Änderung
des magnetischen Hauptflusses 7 induziert ein Störspannungssignal
in den Sensorspulen 6, 6.1, 6.2, die
dem Messsignal überlagert
wird. Da dieser Störeinfluss
der Auswerte- und Steuereinheit 5 bekannt ist, kann das überlagerte
Störspannungssignal
bei Auswertung des Spannungssignals zur Bestimmung der Winkel- und/oder
Drehzahlinformation berücksichtigt
werden.
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Anstelle
der beschriebenen Sensorspulen 6, 6.1, 6.2 können auch
Sensoren eingesetzt werden, die den magnetischen Fluss 7, 7.1 direkt
messen z.B. Hall-Sensoren.
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Die
erfindungsgemäße Hysteresebremse nutzt
den betriebsbedingten Hauptmagnetfluss und/oder einen daraus abgeleiteten
Nebenmagnetfluss und integrierte Aufnahmemittel zur Ermittlung von
Winkel- und Drehzahlinformationen. Da keine separaten Geberelemente
erforderlich sind, können die
Aufnahmemittel einfach aufgebaut werden. Zudem lässt sich dadurch der zusätzliche
Befestigungs-, Verkabelungs- und Kontaktierungsaufwand reduzieren.