DE19727583A1 - Vorrichtung zur Erfassung von Winkel-Lagezuordnungen eines mit Zähnen versehenen Drehteiles gegenüber einem anderen Drehteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Winkel-Lagezuordnungen eines mit Zähnen versehenen Drehteiles gegenüber einem anderen Drehteil nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE 23 22 367 A1 bekannt.

Bei einem Verbrennungsmotor ist es notwendig für die Einspritzung und die Zündung die momentane Lage des Kolbens zu kennen. Eine bekannte Methode hierfür ist die Erfassung der Position des Kolbens über ein geson­ dertes Inkrementrad, das an der Kurbelwelle angeordnet ist. Bei einer Inkrementauswertung benötigt man einen Anfangszustand. Dieser wird bei dem Inkrementrad durch Zahnlücken erkannt. Theoretisch bestünde auch die Mög­ lichkeit den Anlasserzahnkranz in gleicher Weise zu verwenden, indem man entsprechende Zahnlücken am An­ lasserzahnkranz vorsieht. Dies würde aber dessen Funk­ tion stören, weshalb ein zusätzliches seitliches ange­ brachtes Inkrementrad vorgesehen ist.

Aus der DE 23 22 367 A1 ist nun ein Drehzahl- und Stellungsmeßfühler bekannt, der zwei Detektoren auf­ weist, von denen der eine gegenüber den Zähnen eines Anlasserzahnkranzes an dem Motor und der andere gegen­ über radial verlaufenden Kerben in der Schwungscheibe angeordnet ist. Über die Kerbe wird eine Winkel-Lagezuordnung bzw. eine Erkennung des Totpunktes eines Kolbens erreicht. Nachteilig dabei ist jedoch, daß diese Ausgestaltung zu einem Mehraufwand bei der Her­ stellung führt. Nachteilig ist weiterhin, daß bei die­ sem Meßverfahren eine größere Schulterbreite von der Schwungscheibe zu dem Anlasserzahnkranz benötig wird.

Aus der DE 22 28 985 A1 ist ein Verfahren zur numeri­ schen Berechnung der Drehzahl eines Motors unter Ver­ wendung der von umlaufenden Organen des Motors erzeug­ ten elektrischen Impulse bekannt. Durch Aufnehmer, die unmittelbar über den Zähnen eines Anlasserzahnkranzes angeordnet sind, die durch Ansätze, die auf der Schwungscheibe des Motors befestigt sind, aktiviert werden, wird eine Winkelmessung des Motors erreicht. Auch bei dieser Ausgestaltung ist ein höherer Mehrauf­ wand und ein höherer Platzbedarf erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaf­ fen, durch die auf einfache Weise ohne großen Aufwand und Platzbedarf Winkel-Lagezuordnungen eines mit Zäh­ nen versehenen Drehteils gegenüber einem anderen Dreh­ teil möglich sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird ein gesonder­ tes Inkrementrad eingespart. Zusätzlich wird auf diese Weise auch die Meßgenauigkeit größer, denn im Unter­ schied zu Inkrementrädern, die im allgemeinen in einem Bereich von 60 Zähnen liegen, besitzen Anlasserzahn­ kränze im allgemeinen 140 oder mehr Zähne.

Im Vergleich zu Vorrichtungen, bei denen Kerben oder Ansätze im Zusammenhang mit einem Anlasserzahnkranz oder einer Schwungscheibe vorgesehen sind, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung einfacher und platzspa­ render aufgebaut. Zum Erfassen von Winkel-Lage­ zuordnungen ist es nämlich lediglich erforderlich ein oder mehrere Zähne des Anlasserzahnkranzes durch eine einfache Bearbeitung, die zu einer Breitenreduzierung führt, zu kennzeichnen. Diese Breitenreduzierung kann dann ebenfalls auf einfache Weise durch Sensoren er­ faßt werden.

Die Erfindung ist nicht nur für die Erfassung der Po­ sition einer Kurbelwelle geeignet, sondern grundsätz­ lich auch zur Erfassung von Winkel-Lagezuordnungen von zwei Drehteilen zueinander, wobei wenigstens eines der Drehteile mit Zähnen versehen sein muß. So kann z. B. die Winkel-Lagezuordnung von Zahnrädern in einem Ge­ triebe mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfaßt werden, um z. B. Schaltvorgänge zu vollziehen. Auf die­ se Weise könnten gegebenenfalls Synchronringe entfal­ len, wenn die Position der einzelnen Zähne zueinander bekannt ist, so daß man dann gezielt Zahnräder ohne einen vorangegangenen Synchronisiervorgang einrücken könnte.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig be­ schriebenen Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Anlasserzahnkranzes, und

Fig. 2 eine Stirnansicht eines Anlasserzahnkranzes mit Sensoren.

Ein Anlasserzahnkranz 1 weist in bekannter Weise eine Vielzahl von Zähnen 2, z. B. 144, auf seinem Umfang auf. Entsprechend einem geforderten Positionswinkel werden nun z. B. zwei bestimmte Zähne 2a durch eine mechanische Bearbeitung, z. B. durch Fräsen, in ihrer Zahnbreite reduziert. Dabei kann eine Verringerung der Zahnbreite um z. B. 2 bis 4 mm ausreichend sein, um eine Inkrementauswertung zu ermöglichen. In der Fig. 1 sind prinzipmäßig entsprechende Aussparungen 3 darge­ stellt, die bei einer Fräsbearbeitung entstehen.

Wie weiter aus der Fig. 1 ersichtlich ist, sind dabei zwei Fräsbearbeitungen an dem Anlasserzahnkranz mit entsprechend jeweils zwei Zähnen 2a mit reduzierter Zahnbreite vorgesehen. Eine derartige winkelversetzte Zahnbreitenverringerung erlaubt beliebige Winkelzuord­ nungen auch bei zweifach Steuergerätekonzepten, wie z. B. bei einem 12-Zylinder-Motor, bei dem zur Verein­ fachung Steuergeräte von einem 6-Zylinder-Motor ver­ wendet werden. In diesem Falle muß nämlich zweimal der obere Totpunkt bzw. die entsprechende Position der Kurbelwelle abgetastet werden. Im Normalfalle ist je­ doch die zweite Fräsbearbeitung bzw. ein zweiter Satz von Zähnen 2a mit reduzierter Breite nicht erforder­ lich.

In der Fig. 2 sind in der oberen Hälfte zwei Sensoren eingezeichnet, die als Hallsensoren 4 und 5 bekannter Bauart ausgebildet sein können, und die die Zahnbrei­ tenverringerung der Zähne 2a während der Rotation des Anlasserzahnkranzes 1 in bekannter Weise erfassen und entsprechend über Steuerleitungen (nicht dargestellt) weitermelden.

Grundsätzlich reicht für eine Winkel-Lagezuordnung eines Zahnpaares 2a ein Sensor, z. B. der Sensor 4 aus. Möchte man jedoch eine Kompensation von Temperaturein­ flüssen erreichen und eine Beeinflussung durch ein Taumeln des Anlasserzahnkranzes 1 ausschalten, um eine sehr hohe Genauigkeit zu erreichen, so kann man zu­ sätzlich auf der anderen Seite des Anlasserzahnkran­ zes 1 ebenfalls im äußeren Umfangsbereich und axial versetzt zur Mittelachse des Anlasserzahnkranzes den zweiten Sensor 5 anordnen. Durch den Sensor 5 können dann Breitenunterschiede des Anlasserzahnkranzes durch Temperaturunterschiede und Taumelbewegungen kompen­ siert werden.

Sind zwei Winkel-Lagezuordnungen mit entsprechend zwei Sätzen von Zähnen 2a mit reduzierter Breite vorgese­ hen, wie in Fig. 1 angegeben, so dient in diesem Falle der zweite Sensor 5 für den zweiten Satz Zähne 2a mit reduzierter Breite. Dabei ist es selbstverständlich erforderlich (damit jeweils nur die zugeordneten Zähne 2a von dem dazugehörigen Sensor erfaßt werden) daß die Reduzierung der Zahnbreite auf unterschiedlichen Sei­ ten vorgenommen wird. Wie ersichtlich, ist die Zahn­ breitenreduzierung für die in der Zeichnung unteren Zähne 2a auf der Seite des Sensors 5 und die Zahnbrei­ tenreduzierung der in Zeichnung oberen Zähne 2a gegen­ überliegend auf der Seite des Sensors 4 vorgesehen.

Anstelle von zwei axial neben dem Anlasserzahnkranz 1 angeordneten Sensoren 4 und/oder 5 kann auch ein Sen­ sor 6 radial mit geringem Abstand über dem Umfang der Zähne 2 bzw. 2a des Anlasserzahnkranzes 1 angeordnet sein. Diese Anordnung benötigt zwar in radialer Rich­ tung einen größeren Bauraum, andererseits ist bei die­ ser Ausgestaltung kein zusätzlicher Bauraum in axialer Richtung erforderlich.

Anstelle von Hallsensoren können selbstverständlich im Rahmen der Erfindung auch andere Ausgestaltungen von berührungslos arbeitenden Sensoren, wie z. B. auf in­ duktiver Basis arbeitende Sensoren vorgesehen werden.

Die Anzahl der Zähne 2a, die eine reduzierte Breite zur Messung aufweisen, richtet sich nach der Empfind­ lichkeit der Sensoren 4, 5, 6. Gegebenenfalls reicht ein einziger Zahn 2a mit reduzierter Breite aus.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Erfassung von Winkel-Lage­ zuordnungen eines mit Zähnen versehenen Drehteiles gegenüber einem anderen Drehteil, insbesondere ei­ nes Anlasserzahnkranzes gegenüber einer Kurbelwel­ le eines Verbrennungsmotores, wobei an dem Dreh­ teil, an dem die Winkel-Lagezuordnung erfaßt wer­ den soll, wenigstens eine Markierungseinrichtung vorgesehen ist, die von wenigstens einem Sensor abtastbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungseinrichtung durch wenigstens einen Zahn (2a) des Drehteiles (1) gebildet ist, dessen Zahnbreite geringer ist, als die der übrigen Zähne (2)

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verringerte Zahnbreite des wenigstens einen Zahnes (2a) durch einen in radialer Richtung wir­ kenden Sensor (6) erfaßt ist, wobei der Sensor (6) als berührungsloser Sensor über dem Umfang des Drehteiles (1) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verringerte Zahnbreite des wenigstens einen Zahnes (2a) durch wenigstens einen axial wirkenden Sensor (4, 5) erfaßt ist, wobei der wenigstens eine Sensor als berührungsloser Sensor (4, 5) ausgebil­ det ist, der auf einer Seite des Drehteiles (1) im äußeren Umfangsbereich angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des Drehteiles (1) wenigstens ein Annäherungssensor (4, 5) im äußeren Umfangsbe­ reich des Drehteiles (1) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung von zwei verschiedenen Winkel-Lagezuordnungen zwei Sensoren (4, 6) an unter­ schiedlichen Umfangsstellen des Drehteiles (1) an­ geordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren als Hallsensoren (4, 5, 6) ausgebildet sind.