DE19847328A1 - Einrichtung zur Erkennung der Drehrichtung einer Drehbewegung eines rotierenden Körpers - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erken­ nung der Drehrichtung einer Drehbewegung eines rotierenden Kör­ pers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Einrichtungen dieser Art werden im Werkzeugmaschinen- und Fahr­ zeugbau in vielfältiger Weise eingesetzt und eignen sich ins­ besondere für den Einsatz in elektronischen Bremsensystemen von Kraftfahrzeugen zur Erkennung der Raddrehbewegung.

Aus der DE 32 01 811 A1 ist eine Einrichtung zur Erkennung der Drehbewegung von rotierenden Körpern bekannt. Als Meßwertgeber dient bei dieser Einrichtung eine am Fahrzeugrad angeordnete Zahnscheibe, welche mittels eines Meßwertaufnehmers abgetastet wird. Als Meßwertaufnehmer wird beispielsweise ein induktiver Sensor benutzt, dessen Magnetfeld seine Induktivpole entspre­ chend den Zahnabständen der Zahnscheibe ändert und der dadurch einen entsprechenden Spannungsverlauf als Meßwert an eine Aus­ werteelektronik weitergibt. Die Zähne der Zahnscheibe sind hier­ bei mit gleichen Abständen zueinander angeordnet, so daß die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelbeschleunigung aus den er­ zeugten Signalen abgeleitet werden können. Die Drehrichtung des Rades ist jedoch durch die gleichmäßigen Anordnung der Zahn­ abstände durch die Auswerteelektronik nicht zu identifizieren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Einrichtung zur Erkennung der Drehrichtung der Drehbewegung von rotierenden Körpern zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhaf­ te Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die erfindungsgemäße Einrichtung in der Lage ist, aufgrund des Auf­ baus des Meßwertgebers die Drehrichtung eines sich drehenden Körpers, z. B. eines Rades oder einer Welle, sicher zu erkennen. Der Meßwertgeber ist hierzu als Zahnscheibe ausgeführt, welche mit einem Zahnkranz ausgestattet ist. Nach einer Ausführung der Erfindung zeichnet sich der Zahnkranz durch ungleichmäßige Ab­ stände der Zähne zueinander aus. Das durch die verschiedenen Abstände der Zähne entstehende Muster aus unterschiedlichen Diskontinuitäten wird durch die Sensorik erkannt und in einer geeigneten Auswerteelektronik verarbeitet. Hierzu werden die einzelnen Lagepositionen der Zahnabstände am Umfang der Zahn­ scheibe in Relation gesetzt, und durch den Vergleich der bei der Rotation aufeinander folgenden Abstände wird die Drehrichtung des rotierenden Körpers bestimmt.

Als Meßwertaufnehmer eignen sich alle berührungslosen Sensoren, die in der Lage sind, die Abstände von Diskontinuitäten, hier der Zahnabstände, zu erkennen und auszuwerten. Bevorzugte Sen­ sorausführungsformen sind hierbei z. B. Induktivsensoren oder Hallsensoren. Außer den genannten Sensortypen können weitere Sensorarten wie Wirbelstrom-, Wiegand-, Feldplatten-, Mikrowel­ lensensoren und Lichtschranken eingesetzt werden.

In einer bevorzugten Ausführung der Zahnscheibe werden die Ab­ stände der Zähne durch ein Muster vorgeprägt, wodurch die unter­ schiedlichen Abstände der Zähne und deren Lage am Umfang bekannt sind. Dadurch muß die Auswerteelektronik das Muster der Ab­ standslagen zur Verarbeitung nicht erst erkennen und abspeichern, sondern kann bei der Auswertung direkt auf dieses bekannte Mu­ ster zurückgreifen, wodurch die Erkennung des Musters für die Auswerteelektronik erheblich vereinfacht wird.

Das bevorzugtes Muster für die Abstände der einzelnen Zähne der Zahnscheibe wird durch drei in ihrer Länge voneinander verschie­ denen Abständen zwischen den Zähnen geprägt. Ein vorteilhafter Aufbau des Abstandsmusters der Zähne besteht aus einer periodi­ schen Folge dieser drei Abstände z. B. der Gestalt, daß innerhalb einer Periode auf den längsten der drei Abstände zwischen zwei Zähnen anschließend der mittlere der drei Abstände zwischen zwei Zähnen folgt, an den sich dann der kürzeste der Abstände an­ schließt. Daran anschließend wiederholt sich das Muster (läng­ ster Abstand, mittlerer Abstand, kürzester Abstand).

Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung zeichnet sich jeder Meßwertgeber durch ein individuelles Fertigungsbild aus. Unter einem Fertigungsbild werden die jedem Meßwertgeber eigenen kenn­ zeichnenden Merkmale, wie Ist-Toleranzen, Bearbeitungsspuren, Werkstoffeigentümlichkeiten und dergleichen, verstanden. Der Meßwertgeber ist nach einer vorteilhaften Ausführung als Zahn­ scheibe ausgebildet, welche mit einem Zahnkranz ausgestattet ist. Das durch das Fertigungsbild der Zahnscheibe, des Zahn­ kranzes oder eines beliebigen Bereiches der Zahnscheibe ent­ stehende Muster aus unterschiedlichen Diskontinuitäten wird durch die Sensorik erkannt und in einer geeigneten Auswerte­ elektronik verarbeitet. Bevorzugt wird das bekannte Fertigungs­ bild der Zahnscheibe in der Auswerteelektronik abgelegt und durch Vergleich des abgelegten Fertigungsbildes mit dem bei der Rotation der Zahnscheibe erkannten Fertigungsbild die Drehrich­ tung bestimmt.

Als Meßwertaufnehmer eignen sich alle berührungslosen Sensoren, die in der Lage sind, die sich aus dem Fertigungsbild ergebenden Diskontinuitäten zu erkennen und auszuwerten.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind den Figuren der Zeichnung und der Figurenbeschreibung zu entneh­ men. Es zeigen:

Fig. 1 ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Zahnscheibe der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erkennung von Drehbewegungen und

Fig. 2 den Verlauf des Sensorausgangssignals der Einrichtung gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein schematischer Aufbau der Einrichtung zur Er­ kennung der Drehrichtung von Drehbewegungen dargestellt. Die Einrichtung ist aus einer Zahnscheibe 1 und einem Meßwertauf­ nehmer 2 aufgebaut. Als Meßwertaufnehmer 2 findet in dieser Ausführungsvariante ein induktiver Sensor Verwendung.

Der Zahnkranz der Zahnscheibe 1 ist so aufgebaut, daß ein regel­ mäßiges wiederkehrendes Muster y_n der Zahnabstände erkennbar ist. Das wiederkehrende Muster y_n wird immer aus vier Zähnen x_n mit den Zahnabständen t₁, t₂, t₃ gebildet. Das erste Muster y₁ wird entsprechend aus den Zähnen x₁, x₂, x₃, x₄ und dem zwischen x₁ und x₂ liegenden Abstand t₁, dem zwischen x₂ und x₃ liegenden Abstand t₂ und dem zwischen x₃ und x₄ liegenden Abstand t₃ gebildet, wobei t₃ < t₂ < t₁ ist. Alle weiteren Muster, die sich anschlie­ ßen, sind nach dem gleichen Schema aufgebaut wie das Muster y₁.

Durch diesen Aufbau eines Musters y_n der Zahnabstände t_n ist es möglich, die Drehrichtung der Zahnscheibe 1 und somit des dre­ henden Körpers zu erkennen. Die Auswerteelektronik ist in der Lage zu unterscheiden, ob das Muster t₁, t₂, t₃ erscheint ( Fig. 1: entgegen dem Uhrzeigeresinn) oder die umgekehrte Reihenfolge t₃, t₂, t₁ (Fig. 1: Drehrichtung im Uhrzeigersinn). Entsprechend der erkannten Reihenfolge, wird die Drehrichtung bestimmt.

Fig. 2 zeigt den Spannungsverlauf als Ausgangssignal des Meß­ wertaufnehmers in Abhängigkeit der Zahnabstände t_n Das Aus­ gangssignal zeigt eine zeitliche Phasenverschiebung in Abhängig­ keit der Abstände t_n zwischen den einzelnen Zähnen x_n Zusätzlich ist zu erkennen, daß sich die Spannungskurve nach jedem vierten Zahn identisch wiederholt.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.

So ist es z. B. möglich anstelle der periodischen Abfolge von drei unterschiedlichen Abständen zwischen den Zähnen der Zahn­ scheibe eine periodische Abfolge mit mehr als drei unterschied­ lichen Abständen vorzunehmen.

Ferner ist es möglich eine aperiodische Abfolge von unterschied­ lichen Abständen zwischen den Zähne der Zahnscheibe vorzunehmen, die z. B. aufgrund einer statistischen Verteilung der Zähne auf dem Umfang der Zahnscheibe erreicht wird. Dieses charakteristi­ sche Muster ist dann wie bei den Ausführungsformen von periodi­ scher Abfolge der Abstände zwischen den Zähnen zweckmäßiger­ weise als Muster in der Auswerteelektronik abzuspeichern und während des Betriebs mit den gemessenen Mustern (Abfolge von Abständen zwischen den Zähnen) zu vergleichen.

Weiterhin ist es möglich eine Zahnscheibe mit gleichen Zahn­ abständen als Meßwertgeber zu benutzen, dessen individuelles Fertigungsbild von der Sensorik erkannt wird. Dieses charakteri­ stische Muster ist dann wie bei den Ausführungsformen von peri­ odischer oder aperiodischer Abfolge der Abstände zwischen den Zähnen zweckmäßigerweise als Muster in der Auswerteelektronik abzuspeichern und während des Betriebs mit den gemessenen Mu­ stern (Abfolge von Diskontinuitäten) zu vergleichen.

Je nach Sensor können anstelle der Zahnscheibe auch andere Meß­ wertgeber verwendet werden. Es ist z. B. denkbar, auf einer Scheibe Magnete mit unterschiedlichem Abstand zueinander an­ zuordnen, deren Magnetfeld mit geeigneten Sensoren detektiert wird. Weiterhin kann eine Lochscheibe eingesetzt werden, auf deren Oberfläche Löcher in unterschiedlichen Abständen angeord­ net sind, die in Wirkverbindung mit einer Lichtschranke oder z. B. einem induktiven Sensor steht. Denkbar ist es auch anstelle der Löcher Reflektoren oder Transponder vorzusehen, wenn z. B. Lichtschranken oder Mikrowellensensoren als Meßwertaufnehmer zur Anwendung kommen.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Erkennung der Drehrichtung der Drehbewegung eines rotierenden Körpers mit einem Meßwertgeber, welcher mit einem Meßwertaufnehmer in Wirkverbindung steht, wobei der Meßwertgeber mit Diskontinuitäten ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Diskontinuitäten ungleich­ mäßig am Meßwertgeber angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am Meßwertgeber angeordneten Diskontinuitäten elek­ trischer oder magnetischer Art sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber eine Zahnscheibe (1) oder eine Lochscheibe ist, deren Zähne (x_n) oder Löcher unregelmäßige Abstände (t_n) zueinander aufweisen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber eine Scheibe ist, auf deren Oberfläche Magnete, Reflektoren oder Transponder angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände (t_n) der Zähne (x_n) durch ein sich wieder­ holendes Muster (y_n) gekennzeichnet sind, wobei das Muster (y_n) aus mindestens drei aufeinanderfolgenden, verschieden­ großen Abständen (t_n) gebildet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Zähne (t_n) durch ein sich wiederholendes Muster (y_n) gekennzeichnet sind, wobei das Muster aus drei aufeinanderfolgenden Abständen (t₁, t₂, t₃) mit dem Abstand (t₃) < (t₂) < (t₁) gebildet ist.