DE10157565A1

DE10157565A1 - Drehschalteinheit mit zusätzlicher Schaltfunktion

Info

Publication number: DE10157565A1
Application number: DE2001157565
Authority: DE
Inventors: Axel Bartos; Dirk Schmitz; Armin Meisenberg
Original assignee: HL Planartechnik GmbH
Current assignee: TE Connectivity Sensors Germany GmbH
Priority date: 2001-11-23
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2021-11-24
Also published as: AU2002356695A1; DE10157565B4; WO2003044468A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen kontaktlosen Geber, der eine Signalgebereinheit und eine Signalaufnehmereinheit aufweist, wobei die digitalisierten Ausgangsspannungen der Signalaufnehmereinheit z. B. als Zähl- bzw. Drehrichtungssignal ausgewertet werden. Aus der Abhängigkeit der Ausgangssignalamplituden, die in einer Ausführungsform als Funktion des Abstands von der Signalgebereinheit zur Signalaufnehmereinheit gesetzt wird, wird eine weitere Ortsinformation abgeleitet, die als weiteres digitales Signal zur Erweiterung des Schaltbereiches verwendet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Geber, insbesondere eine Drehschaltereinheit, deren Schaltstufen durch Drehen eines Drehknopfes durchlaufen werden.
Für die berührungslose Erfassung der Drehbewegung einer Achse sind Drehwinkelsensoreinheiten bekannt, bei denen ein ferromagnetisches (passives) oder permanentmagnetisches (aktives) Polrad fest mit der Achse verbunden ist, das bei dessen Drehung mit der Achse Signale abgibt, die dann von einem Messwertaufnehmer erfaßt werden. So können bei Drehung des Polrades die sich daraus ergebenden Signale in Form von Magnetfeldänderungen mit Hilfe aktiver Sensoren in Form eines Hallelementes oder einer magnetoresistiven Brücke gemessen werden. Die Sensoren sprechen effektspezifisch auf Modulationen der Flussdichte bzw. der Feldstärke des Signalgebers an und geben nach einer magnetoelektrischen Wandlung der Feldstärkeänderungen elektrische Signale aus.

Wie beispielsweise aus der US-Patentschrift 4 628 259 hervorgeht, lassen sich durch die Auswertung von Zählimpulsen eines n-poligen Polrades auch die Drehposition des Polrades, d. h. die Winkelstellung in Drehrichtung der Achse bestimmen. Dies kann im einfachsten Fall entweder durch eine direkte Digitalisierung der Ausgangssignale mittels Schwellwertschalter oder durch eine digitale Abfrage der momentanen Signalhöhe nach erfolgter Analog-Digital- Wandlung mit mehr als 1 Bit-Auflösung und darauffolgender Ansteuerung eines Digitalzählers mit Zähl- und Zählrichtungseingang erfolgen.

Im Ergebnis kann man mit dieser Art von berührungslosen Sensoren sowohl die Drehwinkelposition, die Drehzahl, die Drehgeschwindigkeit, die Beschleunigung und die Drehrichtung der Achse ermitteln.

Eine aus DE 197 49 330 A1 bekannte Vorrichtung zum Erfassen von Schaltstellungen ermöglicht es, zugleich zu der Erfassung von Kipppositionen eines Schalthebels auch laterale Distanzverschiebungen des Schalthebels zu erkennen. Allerdings handelt es sich bei der beschriebenen Vorrichtung nicht um eine Drehschaltereinheit. Vielmehr ist dort eine Einheit beschrieben, die Verschiebungen des Signalgebers relativ zur Signalaufnahme erfassen kann, die entweder durch Kippbewegungen oder durch laterale Verschiebung erzeugt werden. Die eingesetzten einzelnen Signalaufnehmereinheiten können zwischen Bewegungen in unterschiedlichen Richtungen nicht unterscheiden kann. Dies ist jedoch für die Bestimmung einer Drehposition der Drehschaltereinheit notwendig, um zwischen Stellungen im Teilkreis von 0° bis 180° und den Stellungen im Teilkreis von 180° bis 360° zu unterscheiden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige Drehschaltereinheit vorzusehen, die zusätzliche Schaltfunktionen erlaubt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Gegenstand gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den jeweiligen Unteransprüchen hervor.

Unter Magnetfeldsensor im Sinne dieser Erfindung sind insbesondere sämtliche magnetoresistiven Sensoren zu verstehen, die von einer der XMR-Technologien Gebrauch machen. Verschiedene XMR-Technologien (AMR, GMR, CMR, GMI) sind in "Stefan Mengel, Technologieanalyse Magnetismus, Band 2: XMR Technologien, VDI-Technologiezentrum Physikalische Technologien, beschrieben, worauf inhaltlich bezug genommen wird.

Gemäß der Erfindung ist ein Geber vorgesehen, der durch die Anordnung einer Signalaufnehmereinheit relativ zu einer Signalgebereinheit eine kontaktlose Messung z. B. der Drehwinkelposition des Drehschalters ermöglicht, wobei durch die Anzahl der aufgenommenen Signale die Schaltstufen festlegbar sind. Erfindungsgemäß läßt sich die Grundidee durch eine Drehschaltfunktion mit mehreren Schaltstufen mit einem aus einem Polrad mit n-magnetischen Polen als Impulsgebereinheit und einem magnetoresistiven Sensor als Impulsaufnehmereinheit bestehenden Drehsensor verwirklichen. Statt Magnetfeldsensoren können auch Hallsensoren zum Einsatz kommen.

Bei einer Drehbewegung des Polrades mit n-ferro- oder permanentmagnetischen Polen am Sensor vorbei, detektiert beispielsweise ein magnetoresistiver Sensor die Feldstärkeänderungen durch das Vorüberziehen eines jeweiligen Pols, so daß sich in diesem Fall n-Schaltstufen pro Umdrehung des Polrades ergeben. Der Drehschalter kann sich dabei ohne Festlegung einer Nullposition endlos drehen lassen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Schaltfunktion des Drehschalters durch die Detektion des vom jeweiligen Pol des Polrades an den magnetoresistiven Sensor abgegebenen Signales und durch die Detektion der magnetischen Feldstärke erweitert. Die Signalstärke des Signales wird dabei in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit des Abstands zwischen Polrad und Sensoreinheit gesetzt, so dass bei einer Änderung dieses Abstands eine Amplitudenänderung die Folge ist.

Im folgenden wird der physikalisch technische Aufbau näher erläutert, der sich in zwei Schaltfunktionen, d. h. in den Drehschaltbereich und in den durch die Signalamplitude abhängigen linearen Schaltbereich unterteilen lässt.

Der magnetoresistive Sensor verfügt vorteilhafterweise über zwei Ausgänge, an denen jeweils ein erstes bzw. ein zweites Ausgangssignal ausgegeben wird. Das erste Ausgangssignal entspricht im wesentlichen einem in erster Näherung sinusförmigen Signal, während das zweite Ausgangssignal ein im wesentlichen cosinusförmiges Signal in erster Näherung ist. Diese beiden Ausgangssignale werden konstant phasenverschoben ausgelesen und in einem Analog-Digitalwandler digitalisiert, so dass letztlich ein Zähl- bzw. Drehrichtungssignal vorliegt. Eine geeignete Phasenverschiebung beträgt beispielsweise R-Periode der Ausgangssignale. Mit Hilfe dieser Signalgebung kann durch Vergleich der Amplituden zueinander ein Wechsel der Drehposition für den Drehschaltbereich festgestellt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist für den Drehschaltbereich eine Schwellwertschalteinheit vorgesehen, mit der beide Ausgangssignale jeweils in binäre Sensorsignale mit konstanter Amplitude umgewandelt werden, wobei aus dem Flankenwechsel der Amplituden die Drehposition des Polrades ermittelt wird. Als Schwellwertschalteinheit kann hier beispielsweise eine herkömmliche Verstärker-/Triggerschaltung dienen, die das Überschreiten eines bestimmten Wertes triggert. Eine derartige Schaltung kann aus zwei Triggern mit einer Schaltschwelle bei 0 mV/V bestehen, die aus den beiden magnetoresistiven Brückensignalen einen Zählimpuls und ein Drehrichtungssignal für den Digitalzähler erzeugen.

Erfindungsgemäß wird nun in vorteilhafter Weise für den linearen Schaltbereich aus dem Verlauf der Kennlinie der Ausgangssignale ein weiteres Signal gewonnen, um über die Drehwinkelstellung des Polrades hinaus eine weitere, zusätzliche Orts-Information gewinnen zu können. Diese weitere Information ist in Abhängigkeit des Abstands gesetzt, der durch eine Relativbewegung des Polrades vom Sensor weg, bzw. zu diesem hin in einer zur Drehebene im wesentlichen senkrechten Bewegungsrichtung variiert werden kann.

So kann in einer Ausführungsform zur Drehschaltfunktion eine zusätzliche Schaltfunktion realisiert werden, über die durch eine relative Linearbewegung zwischen Polrad und Sensor in obiger Bewegungsrichtung der Zustand "Magnetfeld stark" vom Zustand "Magnetfeld schwach" unterschieden wird. Bei einer gleichzeitigen Auswertung beider Ausgangssignalspannungen können diese beiden Zustände "Magnetfeld stark" und "Magnetfeld schwach" dann in jeder beliebigen Drehwinkelposition erkannt werden.

Um überdies die Drehschaltfunktion auch noch im Zustand "Magnetfeld schwach" zuverlässig aufrechtzuerhalten und die Erzeugung fehlerhafter Drehsignale zu eliminieren, werden in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Kennlinien in einem bestimmten Schwellwertbereich analysiert. Dieser Bereich entspricht an der oberen Grenze der Amplitude, also dem maximalen Ausgangsspannungswert des analogen Ausgangssignals, wobei die untere Grenze durch denjenigen Spannungswert des analogen Ausgangssignals begrenzt ist, oberhalb dessen eine Messung der Drehwinkelstellung des Polrades noch zuverlässig möglich ist.

Pro Ausgangssignal des Sensors wird der Schwellwertbereich durch jeweils zwei Schwellwerte festgelegt, wobei die Schaltschwellen der unteren Grenze vorteilhafterweise derart zu wählen sind, dass im Zustand "Magnetfeld stark" immer mindestens eines der beiden Ausgangssignale außerhalb des Schwellwertbereichs liegt. So ist in dieser Ausführungsform mittels der Schwellwertschalter festzustellen, ob der Betrag der Ausgangsspannung eines der beiden Sensorausgänge eine festgelegte Grenze überschreitet, oder ob der Betrag bei beiden Ausgangsspannungen der jeweiligen Sensorausgänge gleichzeitig unterhalb der festgelegten Grenze liegt.

Aufgrund dieser Schaltungseinrichtung ist mit Hilfe der durch eine lineare Verschiebung des Polrades zum Sensor realisierten Schaltfunktion die Schaltfunktion des kontaktlosen Drehschalters erweitert.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schaltungsfunktion dafür vorgesehen, bei einer Feststellung des Zustandes "Magnetfeld schwach" die Weiterleitung des Zähl- und Zählrichtungssignals der Drehdetektion zu unterbrechen.

Entsprechend einem zum Ermitteln der Drehposition zu vollziehenden Flankenvergleich der in binäre Signale umgesetzten Amplituden werden auch die Schwellwertüberschreitungs-Signale des linearen Schaltungsbereiches in entsprechender Weise zum Drehschaltbereich in vorteilhafter Weise in binäre Signale umgesetzt. Das heißt, dass die beiden Sensorausgangssignale in Kenntnis der Kennlinienform mit 1 oder mehr Bit-Auflösung digitalisiert werden.

Die Auswerteschaltung zur Ermittlung dieser linearen Ortinformation senkrecht zur Drehrichtungsebene erfordert beispielweise vier Trigger mit Schaltschwellen auf in etwa der halben Höhe der Amplitude, wobei jede Brücke mit einer positiven und einer negativen Schaltschwelle versehen ist. Über eine ODER-Gatterverknüpfung der Ausgangssignale erhält man ein High-Signal, sobald der Betrag einer der beiden Ausgangsspannungen die Triggerschwelle überschreitet.

Die Erfindung schafft somit im Ergebnis einen kostengünstigen, kontaktlosen, elektronischen Drehschalter mit integrierter Tastfunktion.

Zur Betätigung der Tastfunktion kann der das Polrad drehende Drehknopf selbst oder ein in diesen Drehknopf eingelassener separater Knopf als Betätigungsmittel dienen, wobei beim Eindrücken des Knopfes der Abstand zwischen Polrad und Sensor entweder vergrößert oder verkleinert wird. Sollen die Drehbewegungspositionen ausschließlich in nur einer der beiden Schaltpositionen weitergeleitet werden, welche Schaltposition derjenigen mit geringem Abstand zwischen Polrad und Sensor entspräche, ist bei einer Verkleinerung des Abstandes auf Tastendruck ein Drehschalter mit Verdrehsicherung realisiert, bei dem die Drehschalterfunktion nur nach Eindrücken des Drehknopfes anspricht. Demgegenüber ist im Falle einer Vergrößerung des Abstandes auf Tastendruck ein Drehschalter mit Bestätigungsfunktion realisiert.

Erfindungsgemäß können jedoch auch mehrere Schaltbereiche pro Ausgangssignal mit mehreren Schaltschwellen für die lineare Verschiebung des Polrades zum Sensor vorgesehen sein. Eine derartige Funktionswahl hängt dann vom Auflösungsvermögen und dem Verlauf der sinus- bzw. cosinusförmigen Kennlinie ab. In einem Fall mit mehrfachem linearen Schaltbereich werden die Ausgangsspannungsamplituden in mehrere Stufen unterteilt, wobei die Anzahl der Stufen multipliziert mit den Drehschaltstufen die Gesamtzahl der mittels des Drehschalters einzunehmenden Schaltpositionen ergibt. Die Sensorsignale können dann mit einer höheren Auflösung als 1 Bit digitalisiert werden, um aus dem digitalisierten Ergebnis die Kennlinie auszuwerten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Drehschalter-Ausführungsbeispiels mit zusätzlicher zweistufiger Schaltfunktion unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:
Fig. 1 schematisch die Anordnung einzelner Bestandteile des erfindungsgemäßen Drehschalters für die verschiedenen Tast-Drehschaltervarianten;
Fig. 2 zwei periodische Ausgangssignale des Sensors;
Fig. 3 einen Graphen, der die Ausgangsamplitude eines magnetoresistiven Sensors als Funktion der magnetischen Feldstärke am Sensorort veranschaulicht;
Fig. 4 einen exemplarischen Graphen, der Feldstärke und Sensoramplitude des magnetoresistiven Sensors als Funktion des Abstands zwischen Polrad und Sensor zeigt;
Fig. 5 einen exemplarischen Graphen, in dem die Ausgangskennlinien des magnetoresistiven Sensors bei geringem Abstand Polrad-Sensor gezeigt sind;
Fig. 6 einen exemplarischen Graphen, in dem die Ausgangskennlinien des magnetoresistiven Sensors bei mittlerem Abstand Polrad-Sensor gezeigt sind;
Fig. 7 einen exemplarischen Graphen, in dem die Ausgangskennlinien des magnetoresistiven Sensors bei großem Abstand Polrad-Sensor gezeigt sind;
Fig. 8 einen Schaltplan einer Schaltungsanordnung;
Fig. 9 eine exemplarische Darstellung des Signalverlaufs in der Auswertschaltung für eine Kennlinie nach Fig. 5;
Fig. 10 eine exemplarische Darstellung des Signalverlaufs in der Auswertschaltung für eine Kennlinie nach Fig. 6;
Fig. 11 eine exemplarische Darstellung des Signalverlaufs in der Auswertschaltung für eine Kennlinie nach Fig. 7.
Fig. 12 Analoge Auswertung.
Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung einzelner Bestandteile des Drehschalters. Mit einem Drehknopf 4 des Drehschalters kann über eine Drehachse 3 ein mit magnetisierten Polen (nicht gezeigt) besetztes Polrad 2 gedreht und gemäß dem Pfeil v linear verschoben werden. Durch Drehen des Polrades durchlaufen die Pole den Messbereich eines magnetoresistiven Sensors 1. Dieser Sensor detektiert die Impulse der Feldstärkenänderung und gibt im Ergebnis darauf an zwei Sensor-Ausgängen jeweils ein periodisches Ausgangssignal ab. Das erste vom magnetoresistiven Sensor ausgegebene Signal ist im vorliegenden Fall ein periodisches Cosinus-Signal, während am zweiten Ausgang ein periodisches Sinus-Signal abgegriffen wird.
Wie in Fig. 2 gezeigt, vollziehen beide Signale bei einem vollständigen Phasendurchlauf von 360° des Signals einen vollständigen Spannungsdurchlauf von 0 bis zur positiven und negativen Amplitude. Die hier angegebene Winkelskalierung auf der Ordinatenachse bezieht sich deshalb auf die Phasenlage des Signals und nicht auf die Winkelstellung des Polrades.
Die beiden Signale haben im vorliegenden Fall eine konstante Phasenverschiebung von R-Periode, also π/2. Durch diese konstante Phasenverschiebung ist jede beliebige Winkelstellung nach Zählung der detektierten Impulse und der ermittelten Drehrichtung durch Vergleich der beiden Signalspannungen gekennzeichnet.
Fig. 3 zeigt die Ausgangssignalamplitude als Funktion der magnetischen Feldstärke. Wie in dieser Figur gezeigt, nimmt die Ausgangssignalamplitude mit abnehmender Feldstärke am Sensorort ebenso ab. Auch ist zu erkennen, dass der Signalabfall ab einem bestimmten Grenzwert der Feldstärke rapide zunimmt. Kombiniert man diese Beziehung mit dem Verlauf der Feldstärke an einem Polrad in Abhängigkeit vom Abstand des Sensors zum Polrad, so erhält man eine in Fig. 4 gezeigte exemplarische Darstellung der Abhängigkeit der Sensorausgangs-Signalamplitude vom Abstand Sensor-Polrad.
Wie das in Fig. 4 zu erkennen ist, gibt es bei geringen Abständen vom Polrad zum Sensor eine Zone, in der die Signalamplitude bei nur geringer Ortsabhängigkeit sehr groß ist. Ab einer bestimmten Entfernung fällt die Signalamplitude dann - wie oben bereits erwähnt - steil ab. In der Praxis treten an dieser Grenze oft auch zunehmend Oberwellen in der Sinus- oder Cosinuskurve auf, die zu starken Verformungen der Kennlinie führen. Die Erzeugung eines brauchbaren Ausgangssignals für die Polzählung wird durch die Kurvenverformung bzw. die Amplitudenabnahme allerdings erst bei sehr geringen Feldstärken beeinträchtigt.
Um nun zusätzlich zur Ermittlung der Drehwinkelposition eine zweistufige Schaltfunktion zu realisieren, wird gemäß der Erfindung der Abstand des Polrades zum Sensor über die Signalstärke gemessen. Um allein anhand der beiden Ausgangssignale festzustellen, ob der Abstand Polrad-Sensor gering ist, wird im vorliegenden Fall bei einer Phasenverschiebung von R-Periode die Beziehung:

zwischen Sinus und Cosinus genutzt, wobei

und

mit A = Betrag der Amplitude.
Damit ist bei reinen sinus- bzw. cosinusförmigen Kennlinien bei jedem Phasenwinkel der Betrag der Ausgangsspannung mindestens eines Ausgangs größer als

da im Schnittpunkt der Graphen beim Abfallen der Sinus-Kurve die Cosinus-Kurve ansteigt und vice versa (siehe Fig. 2).
Mit bezug auf Fig. 5 ist ein Beispiel für die Kennlinie der Ausgangssignale des Sensors bei geringem Abstand zwischen Polrad und Sensor gezeigt.
Sind nun - wie im vorliegenden Fall - pro Ausgangskanal zwei Schwellwertschalter vorgesehen, wobei dessen eine Schaltschwelle +S im positiven Spannungsbereich und dessen andere Schaltschwelle -S im negativen Spannungsbereich und zwar unterhalb dieser Grenze ISI

liegen, dann kann ein Unterschreiten dieser Schaltschwellen festgestellt werden, ohne die Information über die Drehwinkelstellung zu verlieren. Dies ist bei oberwellenfreier Kennlinie der Fall, sobald die Signalamplitude größer als der Wert S.√2 ist.
Liegt, wie das in Fig. 6 gezeigt ist, die Signalamplitude A im Bereich S ≤ A ≤ S.√2, so hängt der Tastzustand von dem jeweiligen Phasenwinkel ab. Denn in diesem Bereich überschreitet der Signalwert nur bei bestimmten Phasenwinkel θ (beispielsweise 0 = 0) den Wert S.√2. So wird bei bestimmten Phasenwinkeln die Triggerschwelle zwar von einer Amplitude, nicht jedoch von beiden Amplituden unterschritten. Demgegenüber wird bei anderen Phasenwinkeln die Triggerschwelle von beiden Amplituden unterschritten (siehe hierzu auch digitales 1-Bit-Signal in Fig. 10). Dieser Bereich sollte beim Betätigen oder Loslassen der Taste lediglich kurzzeitig durchlaufen werden. Die Endpunkte der Bewegung Sensor-Polrad müssen zur Gewährleistung der Funktionssicherheit in den außerhalb liegenden Bereichen mit eindeutig definierten Schaltzuständen liegen.
Sinken nun - entsprechend Fig. 7 - infolge einer Zunahme des Polrad-Sensor- Abstands die Signalamplituden unter den Schwellwert S der Schwellwertschalter, so signalisiert kein Schwellwertschalter für einen beliebigen Phasenwinkel ein Überschreiten der Schaltschwelle. Die Weitergabe der Drehwinkelpositionen, die in diesem Zustand noch messbar sind, werden dann gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch die Schaltfunktion entsprechend einer Unterbrechung nicht weitergegeben.
Bei der Wahl des zu verwendenden Sensortyps ist diesbezüglich darauf zu achten, dass der Sensor an der unteren Grenze des undefinierten Schaltbereichs noch ein einwandfreies, für die sichere Zähl- und Drehrichtungsimpulserzeugung qualitativ ausreichendes Ausgangssignal generiert.
Fig. 8 zeigt die mögliche Schaltungsanordnung zur Feststellung, ob der Betrag der Ausgangsspannung eines der beiden Sensorausgänge eine festgelegte Grenze überschreitet oder ob der Betrag der Ausgangsspannung bei beiden Sensorausgänge gleichzeitig unterhalb der festgelegten Grenze liegt.
Die Auswertschaltung besteht dabei aus zwei Teilen. Der eine Teil enthält zwei Schmitt-Trigger mit einer Schaltschwelle bei 0 mV/V, die aus den beiden Brückensignalen ein Zählimpulssignal und ein Drehrichtungssignal für einen Digitalzähler erzeugen.
Der zweite Teil der Schaltung erfordert vier Schmitt-Trigger, mit denen die Schaltschwellen gesetzt sind. Jede magnetoresistive Brücke verfügt über eine im positiven Bereich und eine im negativen Bereich gesetzte Triggerschwelle. Eine ODER-Verknüpfung ist zwischen den detektierten Triggersignalen für die Amplituden geschaltet, so daß immer festgestellt wird, wenn der Betrag eines der beiden Ausgangssignale die Triggerschwelle überschreitet. Liegen die Beträge beider Ausgangssignale unterhalb der Schwelle, wird über die ODER- Verknüpfung kein High-Signal weitergegeben.
Die Fig. 9, 10 und 11 zeigen die in der Schaltanordnung von Fig. 8 ermittelbaren Signale. Fig. 9 stellt dabei die Signale an den Punkten A bis G einer vom Sensor ausgegebenen Kennlinie gemäß Fig. 5 dar. Entsprechend zeigt die Fig. 10 eine Signalreihe A bis G auf der Grundlage einer in Fig. 6 gezeigten Kennlinie, während Fig. 11 eine Signalreihe A bis G nach einer Kennlinie von Fig. 7 zeigt.
Die Signale A bis G liegen in einer digitalisierten Form mit 1-Bit-Auflösung vor,
wobei das Signal
A dem Sinus-Signal
B dem Cosinus-Signal
C der Schwellwertüberschreitung +S des Sinus- Signals
D der Schwellwertüberschreitung -S des Sinus- Signals
E der Schwellwertüberschreitung +S des Cosinus- Signals
F der Schwellwertüberschreitung -S des Cosinus- Signals und
G der Schwellwertunterschreitung eines der beiden Ausgangssignale
entspricht.
Wie aus Fig. 10 hervorgeht, ergibt das digitale 1-Bit-Signal G bei bestimmten Phasenwinkeln des Signals, dass bei diesen Winkeln die Triggerschwelle zwar von einem Signal, nicht jedoch von beiden Signalen unterschritten wird. Demgegenüber wird bei anderen Phasenwinkeln die Triggerschwelle von beiden Signalen unterschritten. Dieser Bereich sollte - wie oben erwähnt - nur beim Betätigen oder Loslassen der Taste und möglichst kurzzeitig durchlaufen werden. Die Endpunkte der Bewegung Sensor-Polrad müssen zur Gewährleistung der Funktionssicherheit in den außerhalb liegenden Bereichen mit eindeutig definierten Schaltzuständen liegen.
Abschließend ist zu betonen, dass die Sensorsignale sowohl in analoger wie auch entsprechend obigem Beispiel in digitalisierter Form ausgewertet werden können. Das heißt, dass auch bei einer analogen Auswertung zur Schwellwertüber- bzw. -unterschreitung eine nachfolgende Digitalisierung mit einer Auflösung von 1 Bit oder mehr zu einer Schaltfunktion des Drehschalters über den Abstand Polrad-Sensor führt.
Um den Schaltpunkt reproduzierbarer zu machen oder den Abstand Sensor- Polrad mit einer größeren Auflösung als 1 Bit zu erfassen, ist es zweckmäßig, den undefinierten Schaltbereich zu verkleinern. Dies beinhaltet eine Bestimmung der Sensorsignalamplitude unabhängig von der jeweiligen Stellung des Phasenwinkels. Bei angenommenen reinen sinus- bzw. cosinusförmigen Signalen kann hierzu die Beziehung

genutzt werden. Die schaltungstechnische Realisierung dieser Amplitudenbestimmung und die nachfolgende Digitalisierung kann sowohl analog (Fig. 12) als auch nach vorheriger Digitalisierung des Sensorsignals digital erfolgen. Bei einer digitalen Auswertung hat man den zusätzlichen Vorteil, auch Abweichungen von der sin-Form, Offsetfehler, Temperatureinflüsse, etc berücksichtigen zu können.

Claims

1. Kontaktloser Geber, der eine Signalgebereinheit mit Signalgebern und eine Signalaufnehmereinheit aufweist und bei Detektion eines vom Signalgeber an die Signalaufnehmereinheit abgegebenen Signales durch Signalanalyse des Signals eine Erweiterung der Schaltfunktion erlaubt.

2. Geber nach Anspruch 1, mit einem Drehschalter, dessen Signalgebereinheit ein Polrad (2) mit n-magnetischen Polen als Signalgeber und dessen Signalaufnehmereinheit ein Magnetfeld-Sensor (1) ist.

3. Geber nach Anspruch 2, wobei die von der Signalaufnehmereinheit gemessene Signalstärke des Signales einen Schaltbereich definiert, der in Abhängigkeit des Abstandes vom Polrad (2) zum Magnetfeld-Sensor (1) gesetzt ist.

4. Geber nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Sensor einen ersten Ausgangssignal-Ausgang, an dem der Sensor ein in erster Näherung sinusförmiges Ausgangssignal ausgibt, und einen zweiten Ausgangssignal-Ausgang hat, an dem der Sensor ein in erster Näherung cosinusförmiges Ausgangssignal ausgibt, welche Ausgangssignale zueinander konstant phasenverschoben sind.

5. Geber nach Anspruch 4, wobei die beiden Ausgangssignale mit einer Phasenverschiebung von einer R-Periode konstant zueinander verschoben sind.

6. Geber nach Anspruch 4 oder 5, wobei ein Analog-Digitalwandler vorgesehen ist, mit dem die beiden Ausgangssignale des Sensors digitalisiert sind.

7. Geber nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei eine Schwellwertschalteinheit vorgesehen ist, mit der die beiden Ausgangs-Signale jeweils in binäre Sensorsignale mit konstanter Amplitude umgewandelt werden und aus dem Flankenwechsel der binären Sensorsignale die Drehposition des Polrades ermittelt wird.

8. Geber nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei eine Schwellwertschalteinheit aus Schwellwertschaltern vorgesehen ist, die pro Ausgangssignal einen Schaltschwellenbereich festlegen, wobei aus einer Messung der beiden Amplituden der Ausgangssignalspannungen des Sensors in Abhängigkeit des Abstands zwischen der Impulsgebereinheit zur Impulsaufnehmereinheit in einer zur Drehachse des Drehschalters radialen oder axialen Bewegungsrichtung ein Überschreiten oder Unterschreiten der Schwellwerte von den beiden Ausgangssignalen ermittelt wird.

9. Geber nach Anspruch 8, wobei durch die Schwellwertschalter pro Ausgangssignal ein Schwellwertbereich festgelegt ist, der nach oben durch den Betrag der Ausgangssignalspannungen und nach unten durch den Betrag eines vorbestimmten Spannungswertes der Ausgangssignalspannungen begrenzt ist, unterhalb dessen eine zuverlässige Ermittlung der Drehposition des Polrades aus der Kennlinie noch möglich ist.

10. Geber nach Anspruch 9, wobei eine Schaltungseinrichtung vorgesehen ist, mit der die Information über den Abstand der Signalgebereinheit von der Impulsnehmereinheit in ein binäres 1-Bit-Schaltsignal gewandelt wird, das dem Drehschalter eine Schaltstufen-Funktion "ein-aus" gibt.

11. Geber nach Anspruch 10, wobei die Schaltstufe eine Weiterleitung oder Unterbrechung des Drehposition-Signals schaltet.

12. Geber nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei eine Schaltschwelleneinheit mit mehreren Schaltschwellen vorgesehen sind, die mehrere Schaltschwellenbereiche pro Ausgangssignal definieren, dessen unterster Schaltschwellenbereich durch den Betrag eines vorbestimmten Spannungswertes der Ausgangssignalspannungen begrenzt ist, unterhalb dessen eine zuverlässige Ermittlung der Drehposition des Polrades aus der Kennlinie noch möglich ist, wobei der Abstand zwischen Polrad (2) und Sensor (1) mit einer Auflösung von mehr als 1 Bit bestimmt wird.

13. Verwendung eines aus einem Polrad mit n-magnetischen Polen und einem magnetoresistiven Sensor bestehenden Drehsensors als Drehschaltereinheit, deren Schaltstufen durch die Impulszählung der durch die Pole generierten Impulse definiert sind.