DE4233549A1

DE4233549A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen der Drehzahl und der Dreheinrichtung eines Drehantriebes

Info

Publication number: DE4233549A1
Application number: DE4233549A
Authority: DE
Inventors: Roland Kalb
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 1992-10-01
Filing date: 1992-10-01
Publication date: 1994-04-21
Also published as: US5523679A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen der Drehzahl und der Drehrichtung eines Drehantriebes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens.

Es ist bekannt, die Drehzahl und die Drehrichtung eines Drehantriebes mittels zweier um 90° versetzter Hallsensoren zu ermitteln. Dazu wird zentrisch auf der Drehantriebsachse ein mit dieser drehfest verbundener N-S-magnetisierter Ring magnet angeordnet. Bei Rotation des Ringmagneten werden die beiden seitlich des Ringmagneten angeordneten Hallsensoren jeweils von einem veränderlichen Magnetfeld durchsetzt. Die an den beiden Sensoren dabei auftretenden Magnetfeldänderun gen werden mittels Schmitt-Trigger in zwei um 90° zueinan der versetzte binäre Impulsfolgen umgesetzt. Durch Zählen der Impulsanzahl pro Zeiteinheit kann die Drehzahl und durch Vergleich der beiden Impulsfolgen die Drehrichtung des Drehantriebes bestimmt werden.

Nachteilig an diesem Verfahren ist eine aufwendige Gehäuse konstruktion, die sich aus der Verwendung zweier Hallsenso ren und deren um 90° zueinander versetzte Anordnung ergibt. Damit verbunden ist auch eine kostenintensive Kontaktierung und Verbindung der beiden Hallsensoren.

Aus der DE 40 38 284 A1 ist ein Verfahren zur Erfassung der Position und der Bewegungsrichtung translatorisch oder rotatorisch bewegter Teile eines Aggregates bekannt, das aus einem Drehantrieb des Aggregates Zählimpulse in dreh richtungscodierte Impulsfolgen oder Zählimpulse mit dreh richtungscodierter Form ableitet. Dazu ist insbesondere eine mit dem Drehantrieb verbundene Scheibe vorgesehen, auf der ein Ring aus einer vorbestimmten Anzahl in Folgen angeordneter Marken ausgebildet ist. Neben der Scheibe befindet sich im Bereich des Ringes ein auf diese Marken ansprechendes Hallelement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen der Drehzahl und der Drehrich tung eines Drehantriebes der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die bei hoher Auflösung der Drehzahl und Drehrichtung mit einer Sensoreinrichtung auskommen und sich somit durch einen geringen Herstellungsaufwand aus zeichnen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen den Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht durch Verwendung eines drehrichtungscodierten Signals eine Drehzahl- und Drehrichtungserkennung mit nur einem Sensor. Das am Sensor austretende periodische, drehrichtungscodierte Signal wird einer elektronischen Auswerteeinheit zugeführt, die die Rotationen des signalgebenden oder signalverändernden Elementes ermittelt und eine Decodierung der Drehrichtungs information vornimmt. Auf diese Weise werden Drehzahl und Drehrichtung des Drehantriebs mit hoher Genauigkeit be stimmt.

Bei Verwendung eines signalgebenden Elementes wird am Sensor bei Rotation des signalgebenden Elementes ein Signal erzeugt und bei Verwendung eines signalverändernden Elemen tes am Sensor bei Rotation des signalverändernden Elementes ein vorhandenes Grundsignal verändert.

Das auszuwertende, periodische, drehrichtungscodierte Signal weist mindestens einen Extremwert auf, wobei bei Annäherung von unterschiedlichen Seiten an den Extremwert unterschied lich ansteigende bzw. abfallende Signalamplituden vorliegen und/oder bezüglich einer 360°-Periode die Extremwerte ungleichmäßig verteilt sind. Im letzteren Fall besitzen die Extremwerte mindestens eine Teilung, die ungleich dem Ver hältnis von 360° zu der Anzahl der Extremwerte ist. Die Drehrichtungscodierung des am Sensor detektierten Signals ergibt sich entsprechend den beiden vorgenannten Varianten aus der Form der Signalamplitude und/oder aus der Vertei lung der Extremwerte des Signals innerhalb einer Periode.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das signalgebende Element mindestens einen Permanentmagneten auf, so daß bei Rotation des signalgebenden Elements ein drehrichtungscodiertes Magnetfeld am Sensor erzeugt wird. Insbesondere wird als Permanentmagnet ein geschlossener, permanentmagnetischer Ring verwendet.

Die Drehrichtungscodierung des vom Sensor detektierten Magnetfeldes erfolgt bevorzugt durch eine exzentrische Rotation des permanentmagnetischen Ringes um die Drehan triebsachse. Der permanentmagnetische Ring ist dabei N-S ma gnetisiert. In Abhängigkeit des Abstandes des Ringes vom Sensor variiert das Magnetfeld am Sensor periodisch. Je nach Drehrichtung des Drehantriebes ergeben sich zwei unter schiedliche Signale, die die Drehrichtungsinformation enthalten.

Alternativ kann die Drehrichtungscodierung des Magnetfeldes bei zentrischer Anordnung des permanentmagnetischen Ringes durch eine entsprechende Codierung des Magnetfeldes des Ringes erfolgen. Dazu weist der permanentmagnetische Ring entlang seines Umfanges mehrere magnetisierte Sektoren auf, die ungleichmäßig angeordnet sind und/oder unterschiedliche Größe aufweisen.

Es ist ebenfalls möglich, einen drehrichtungscodierten permanentmagnetischen Ring zusätzlich exzentrisch zur Drehantriebsachse anzuordnen. Dies führt zu einer Überlage rung der beiden zu einer Drehrichtungscodierung führenden Effekte.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird bei Rotation des signalverändernden Elementes in einem magneti schen Kreis periodisch die magnetische Flußdichte verän dert. Die Veränderung der magnetischen Flußdichte erfolgt dabei infolge der von der Drehstellung des rotierenden Elementes abhängigen, unterschiedlich starken magnetischen Einkopplung des Elementes in den magnetischen Kreis. Bei nicht rotationssymmetrischer räumlicher Ausgestaltung des signalverändernden Elementes ist die Änderung der magneti schen Flußdichte drehrichtungscodiert.

Am Sensor aufgrund des drehrichtungscodierten Signals auftretende Strom- oder Spannungsänderungen werden von der elektronischen Auswerteeinheit ausgewertet. Mit Vorteil erfolgt die Auswertung derart, daß eine am Sensor auftreten de analoge Spannung mittels einer Impulsschaltung in eine binäre Zählimpulsfolge umgewandelt wird. Durch Zählen der Impulse innerhalb eines vorgegebenen Zeitabschnitts und Decodierung der Drehrichtungsinformation können die Dreh zahl und Drehrichtung des Drehantriebs mit hoher Genauig keit ermittelt werden.

Zur Umwandlung der analogen, am Sensor auftretenden dreh richtungscodierten Spannung in eine binäre Zählimpulsfolge wird bevorzugt ein Schwellwertschalter, insbesondere ein Schmitt-Trigger verwendet. Bei einem Schwellwertschalter handelt es sich um eine bistabile Kippschaltung, die bei Überschreiten einer vorgegebenen oberen Schaltschwelle und bei Unterschreiten einer vorgegebenen unteren Schaltschwel le zurückkippt.

Aufgrund der Drehrichtungskodierung weisen die beiden binären Zählimpulsfolgen, die bei den zwei möglichen Dreh richtungen des Drehantriebes entstehen, Zählimpulse mit teil weise oder vollständig unterschiedlichen Impulslängen auf. Zur Bestimmung der Drehrichtung des Drehantriebs wird daher bei der erfaßten Zählimpulsfolge die Impulslänge sowie gege benenfalls das Verhältnis der Impulslängen zweier aufeinan derfolgender Zählimpulse gebildet und mit vorgegebenen Zah lenwerten verglichen. In Abhängigkeit von dem ermittelten Wert für die Impulslänge bzw. für das Verhältnis der Impuls längen zweier aufeinanderfolgender Zählimpulse liegt eine Drehung im Uhrzeigersinne oder eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinne vor.

Die in einer Zählimpulsfolge auftretenden Impulslängen hän gen dabei von der vorgenommenen Codierung des ursprüngli chen, vom Sensor detektierten Signals ab.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist einen ortsfesten Sensor auf, der dem signalgebenden oder signalverändernden Element in radialem Abstand zugeordnet ist und dessen Ausgang mit einer elektro nischen Auswerteeinheit verbunden ist. Bei Rotation des signalgebenden oder signalverändernden Elements erfaßt der Sensor das bei der Rotation entstehende periodische, drehrichtungscodierte Signal.

Als signalgebendes Element wird bevorzugt ein geschlosse ner, permanentmagnetischer Ring verwendet, der aus zwei gleichgroßen Sektoren unterschiedlicher Polarität besteht und der exzentrisch mit der Drehantriebsachse verbunden ist. Zwischen dem exzentrisch gelagerten permanentmagneti schen Ring und der Drehantriebsachse ist dabei bevorzugt ein ringartiges Füllelement, etwa ein Eisenring, angeord net. Das Füllelement erhöht die mechanische Festigkeit der Anordnung und erniedrigt den magnetischen Widerstand des permanentmagnetischen Ringes.

Das signalgebende Element ist mit Vorteil mittels ungleich mäßig angeordneter Sektoren drehrichtungscodiert. Dabei sind zur Drehrichtungscodierung gegebenenfalls ein oder mehrere Sektoren gleicher oder unterschiedlicher Größe vorgesehen, die entweder nicht magnetisiert oder nicht ma gnetisierbar sind oder deren Magnetisierung derart gerich tet ist, daß sie am Sensor im wesentlichen kein Magnetfeld erzeugen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das signalverändernde Element Teil eines magnetischen Kreises. Es weist dabei eine nicht rotations symmetrische äußere Kontur auf. Der magnetische Kreis wird bevorzugt von einem Kern bestimmter magnetischer Permeabili tät und einer stromdurchflossenen Spule oder einem perma nentmagnetischer Kern und einer nicht energiebeaufschlagten Spule gebildet. In den magnetischen Kreis ist das signalver ändernde Element berührungslos eingekoppelt. Der Signalaus wertung werden die Strom- oder Spannungsschwankungen der stromdurchflossenen Spule bzw. die am Spuleneingang indu zierten Spannungen und Ströme zu Grunde gelegt. Die Spule dient dabei als Sensor.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem exzentrisch gelagerten permanentmagnetischen Ring und einem Hallsen sor,

Fig. 2 den Verlauf der magnetischen Flußdichte an einem Hallsensor über einen Winkelbereich von 360° bei einer Anordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 den Verlauf einer binären Zählimpulsfolge bei einer an einem Hallsensor anliegenden magneti sche Flußdichte gemäß Fig. 2,

Fig. 4 einen zentrisch angeordneten permanentmagneti schen Ring mit einem unmagnetischen Sektor,

Fig. 5 einen permanentmagnetischen Ring mit einem anders magnetisierten Sektor,

Fig. 6a-6d schematisch den Verlauf der magnetischen Fluß dichte an einem Hallsensor für den aufge klappt dargestellten permanentmagnetischen Ring sowie die entsprechenden Zählimpulsfol gen für beide Drehrichtungen,

Fig. 7a-7c einen aufgeklappt dargestellten permanentma gnetischer Ring und die bei diesem permanent magnetischer Ring auftretenden Zählimpulsfol gen für beide Drehrichtungen,

Fig. 8 ein weiteres signalgebendes Element,

Fig. 9 ein weiteres signalgebendes Element,

Fig. 10 die idealisierte Übertragungskennlinie eines unipolaren Hallsensors,

Fig. 11 einen magnetischen Kreis mit einem signalver ändernden Element aus einem Kern und einem Materialansatz,

Fig. 12 den Verlauf der magnetischen Flußdichte des magnetischen Kreises gemäß Fig. 11 bei Rotation des signalverändernden Elements über einen Winkelbereich von 360°,

Fig. 13 ein weiteres signalveränderndes Element bestehend aus einem Kern und einer Material ausnehmung,

Fig. 14 ein weiteres signalveränderndes Element bestehend aus einem Kern und drei Material ausnehmungen und

Fig. 15 ein weiteres signalveränderndes Element beste hend aus einem Kern und drei Materialansät zen.

Fig. 1 zeigt einen auf einer Drehantriebsachse 2 exzen trisch gelagerten N-S-magnetisierten permanentmagnetischen Ring 100 mit zwei gleichgroßen Sektoren 4, 5 unterschiedli cher Polarität. Die axiale Ausdehnung des permanentmagnet ischen Ringes 100 beträgt beispielsweise 15 mm. Seitlich des permanentmagnetischen Ringes 100 ist in radialem Ab stand ein Hallsensor 3 mit integriertem Schmitt-Trigger an geordnet. Zwischen dem permanentmagnetischen Ring 100 und der Drehantriebsachse 2 befindet sich ein Eisenring 11, der insbesondere die mechanische Festigkeit der Anordnung ge währleistet.

Bei Rotation des permanentmagnetischen Ringes 100 liegt an der Hallsonde 3 die in Fig. 2 in Abhängigkeit vom Drehwin kel dargestellte magnetischen Flußdichte 6 an.

Die magnetische Flußdichte 6 variiert in Abhängigkeit von der Entfernung des exzentrischen permanentmagnetischen Ringes 100 vom Hallsensor 3 und weist in diesem Ausführungs beispiel bei etwa 25° ein Maximum und bei etwa 335° ein Mi nimum auf. Wie leicht einzusehen ist, verläuft die magneti sche Flußdichte 6 bei umgekehrter Drehrichtung in Bezug auf den Koordinatenursprung spiegelbildlich.

Vergleichsweise ist in Fig. 2 ebenfalls der Verlauf der magnetischen Flußdichte 7 eines zentrisch gelagerten N-S- magnetisierten, permanentmagnetischen Ringes 100 darge stellt.

Die am Hallsensor 3 anliegende magnetische Flußdichte 6 erzeugt eine der magnetischen Flußdichte 6 (im wesentli chen) proportionale Hallspannung, die mittels des Schmitt-Triggers in eine binäre Zählimpulsfolge gemäß Fig. 3 umgewandelt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbei spiel beträgt die obere Schaltschwelle 21 des Schmitt-Trig gers zwanzig mT und die untere Schaltschwelle 22 minus zwanzig mT.

Für die beiden möglichen Drehrichtungen, im folgenden Rechtslauf und Linklauf genannt, ergeben sich dabei zwei Zählimpulsfolgen, die sich durch eine unterschiedliche Impulslänge T1 und T2 der einzelnen Zählimpulse auszeich nen. Bei Überschreiten von zwanzig mT springt die Ausgangs spannung U des Hallsensors auf HIGH, hier einem Wert von 5 Volt und bei Unterschreiten von minus zwanzig mT auf LOW, hier einem Wert von 0 Volt.

Aus der Impulslänge T1 bzw. T2 der einzelnen Zählimpulse ergibt sich die Drehrichtungsinformation. Dazu wird die vorliegende Impulslänge in einer angeschlossenen elektroni schen Auswerteeinheit mit zwei vorgegebenen Zahlenwerten verglichen.

In Fig. 4 ist ein permanentmagnetischer Ring 101 darge stellt, der sich durch zwei aneinanderliegende N-S-magneti sierte Sektoren 8, 9 und einen großen unmagnetisierten Sektor 10 auszeichnet. Bei zentrischer Anordnung und Rotati on dieses permanentmagnetischen Ringes 101 entstehen die gleichen Zählimpulsfolgen wie in Fig. 3.

Der in Fig. 5 dargestellte Ring 102 weist neben zwei aneinanderliegenden N-S-magnetisierten Sektoren 27, 28 einen Sektor 29 auf, der in radialer Richtung N-S-magneti siert ist, so daß die magnetischen Feldlinien in diesem Sektor 29 torusartig um den Ring verlaufen und am Sensor 3 im wesentlichen keine Änderung der magnetischen Flußdichte hervorrufen. Der Ring 102 besteht aus einem Kunststoff, in den magnetisierbare Partikel einlagerbar sind. Jeder Be reich des Ringes 102 kann daher beliebig magnetisiert werden. Ein derartiger Ring kann sowohl bei zentrischer als auch bei exzentrischen Anordnung des Ringes in Bezug auf die Drehantriebsachse 2 verwendet werden.

Fig. 6b zeigt eine weitere Ausführung eines permanentmagne tischen Ringes 103. Hier besteht der permanentmagnetische Ring 103 aus zwei kleineren Sektoren 12, 13 und zwei größe ren Sektoren 14, 15. Die Sektoren 14, 15 sind derart be schaffen, daß der Gradient der magnetischen Flußdichte entlang der Sektoren 14, 15 im wesentlichen konstant ist. Der entsprechenden Verlauf der magnetischen Flußdichte 16 ist in Fig. 6a dargestellt. Für die eingezeichneten Schalt schwellen 23, 24 von 30 mT bzw. -30 mT ergeben sich als digitale Ausgangsspannungen U des Hallsensors bei Rechts drehung die in Fig. 6c dargestellte Zählimpulsfolge und bei Linksdrehung die in Fig. 6d dargestellte Zählimpulsfol ge.

Bei Rechtsdrehung weist die Zählimpulsfolge Zählimpulse zweier unterschiedlicher Impulslängen T3, T4 auf, die alternierend abwechseln. Das Tastverhältnis der beiden Im pulslängen T3, T4 ist ungleich 1, in dem dargestellten Aus führungsbeispiel ist T4/T3 = 5.

Bei Linksdrehung weisen die einzelnen Zählimpulse dagegen eine einheitliche Länge T5, T6 auf, so daß das Tastverhält nis T5/T6 = 1 ist. Durch Bestimmen des Tastverhältnisses läßt sich somit die Drehrichtung des Drehantriebs erkennen.

Noch einfacher ist der Vergleich der Dauer des HIGH-Pegels des Signals mit der Dauer des vorangegangenen HIGH-Pegels.

In Fig. 7a ist ein weiterer permanentmagnetischer Ring 104 dargestellt, der zentrisch mit der Drehantriebsachse 2 verbunden ist. Dieser permanentmagnetische Ring 104 besteht aus einer geraden Anzahl von jeweils zwei N-S-magnetisierten Sektoren A, B, wobei der Verlauf der magnetischen Flußdich te wie in Fig. 7a schematisch dargestellt durch eine Säge zahnkurve 19 beschrieben wird, deren Periode P der Länge zweier Sektoren A, B entspricht. Ebenfalls schematisch sind die beiden Schaltschwellen 25, 26 für den Schmitt-Trigger eingezeichnet.

In Abhängigkeit von der Drehrichtung ergeben sich die in Fig. 7b und Fig. 7c dargestellten Zählimpulsfolgen. Je nach Drehrichtung weisen die einzelnen Zählimpulse eine unterschiedliche Impulslänge T7 bzw. T8 auf. Die gemessene Impulslänge im Vergleich zur Periodendauer P enthält somit die Drehrichtungsinformation.

In den Fig. 8 und 9 sind signalgebende Elemente 105 und 106 dargestellt, deren Geometrie von einer Ringform ab weicht. Am Umfang der Welle 30 des Drehantriebs sind ein bzw. zwei Paare von aneinanderliegenden N-S-magnetisierten Aufsätzen 31, 32 bzw. 33, 34, 35, 36 angeordnet. Das signal gebende Element 105 gemäß Fig. 8 bewirkt bei Rotation ein Signal, daß dem Signal des in Fig. 4 dargestellten Ringes 101 entspricht.

Die obenbezeichneten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf bipolare Hallsensoren, d. h. Hallsensoren, die zwei entgegen gesetzte Magnetfeldrichtungen (entsprechend +, -) erkennen können. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß vergleichba re oder identische Ergebnisse erzielt werden, falls mit unipolaren Hallsensoren gearbeitet wird, die nur auf auf eine Magnetfeldrichtung reagieren. Das erfindungsgemäße Ver fahren ist grundsätzlich unabhängig von der Wahl der verwen deten Hallsensoren.

Die idealisierte Übertragungskennlinie 20 (Hysteresekurve) eines unipolaren Hallsensors bzw. dessen Schwellwertschal ters ist in Fig. 10 dargestellt. Der Wert 1 entspricht dabei jeweils dem möglichen Maximalwert. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes B2 des am Sensor anliegenden Ma gnetfeldes springt die Ausgangsspannung auf HIGH, bei Unter schreiten eines Wertes B1 springt sie auf LOW zurück. Durch Variation der als Schalthysterese bezeichneten Differenz B2-B1 kann die Länge der Zählimpulse einer Zählimpulsfolge variiert werden.

Fig. 11 zeigt einen magnetischen Kreis bestehend aus einem permanentmagnetischen Kern 37, der einen Teil der Welle des Drehantriebs darstellt und einem weichmagnetischen Joch 38 mit einer Spule 39. Zwischen den beiden Enden des 40, 41 des Jochs 38 und dem Kern 37 liegt jeweils ein einen magne tischen Widerstand darstellender Spalt 42, 43. Die Spalte 42, 43 stellen eine Signalübertragungsstrecke des magneti schen Kreises dar.

Der Kern 37 besitzt an seinem äußeren Umfang einen Material ansatz 44 derart, daß der Radius R des Kerns 37 bis zu einem Maximum wächst und nach Erreichen des Maximums abrupt auf einen niedrigeren Wert zurückfällt. Bei Rotation des Kernes 37 mit dem Materialansatz 44 werden die Spalte 42, 43 periodisch mit dem Material des Materialansatzes 44 ausgefüllt. Dies führt jeweils zu einer Erniedrigung des magnetischen Widerstandes der Spalte 42, 43 und damit zu einer Erhöhung der magnetischen Flußdichte des magnetischen Kreises. Fig. 12 zeigt den entsprechenden Verlauf der magnetischen Flußdichte im Spalt 42 und 43.

Auch die Verwendung eines permanentmagnetischen Jochs 38 in Kombination mit einem weichmagnetischen Kern 37 ist mög lich.

Zur Signalauswertung werden die durch die Änderung der magnetischen Flußdichte hervorgerufenen Strom- oder Span nungsschwankungen der stromdurchflossenen Spule bzw. die am Spuleneingang induzierten Spannungen und Ströme ausgewer tet. Eine Umwandlung der Signale in binäre Zählimpulsfolgen ist hier nicht dargestellt. Entsprechend Fig. 12 steigt die Signalamplitude je nach Drehrichtung steil oder langsam an, so daß sich die Drehrichtungsinformation aus der Auswer tung des Signalanstiegs bzw. des Signalabstiegs ergibt.

Fig. 13 zeigt einen Kern 37 mit einer Materialausnehmung 45, die analog dem Materialansatz 44 zu einer Veränderung der magnetischen Flußdichte des magnetischen Kreises führt. Die Auswertung der Drehrichtung ergibt sich wiederum aus der Auswertung des Signalanstiegs bzw. -abstiegs.

In den Fig. 14 und 15 sind Kerne 37 mit Materialansätzen 46 bzw. Materialaussparungen 47 dargestellt, deren Winkelab stände 60°, 120° und 180° betragen. Das an der Spule gemes sene, auszuwertende Signal weist somit Maxima bzw. Minima ebenfalls im Abstand vom 60°, 120° und 180° auf. Die Drehrichtung des Drehantriebs ergibt sich daraus, ob die Abstände zwischen den Maxima bzw. Minima innerhalb einer Periode zunehmen oder abnehmen.

Bei diesen Ausführungsvarianten kommen nicht nur Hallelemen te, sondern auch Impulsschaltsensoren zur Signalerfassung infrage.

In den in den Fig. 11 bis 15 dargestellten Ausführungsbe ispielen bilden der Kern 37 und der entsprechende Material ansatz bzw. die entsprechende Materialausnehmung zusammen jeweils das signalverändernde Element 1.

Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung liegt in der Drehrichtungs- und Drehzahlerkennung von Drehantrieben für Fensterheber und Schiebedächer in Kraftfahrzeugen. Da der Drehantrieb mit den translatorisch bewegten Teilen dieser Bauelemente in einer eindeutigen mechanischen Beziehung steht, kann die Position und Bewegungsrichtung dieser Teile mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eindeutig ermittelt werden.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Vielmehr sind eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Claims

1. Verfahren zum Erfassen der Drehzahl und der Drehrichtung eines Drehantriebes unter Verwendung eines mit dem Drehan trieb drehfest verbundenen signalgebenden oder signalverän dernden Elements, eines Sensors sowie einer elektronischen Auswerteeinheit, insbesondere für Fensterheber und Schiebe dächer in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Rotation des signalgebenden oder signalverändernden Elements ein periodisches, drehrichtungscodiertes Signal entsteht, das vom Sensor (3) erfaßt und der elektronischen Auswerteeinheit zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das periodische, drehrichtungscodierte Signal mindestens einen Extremwert aufweist, wobei bei Annäherung von unter schiedlichen Seiten an den Extremwert unterschiedlich ansteigende bzw. abfallende Signalamplituden vorliegen und/oder bezüglich einer 360°-Periode die Extremwerte ungleichmäßig verteilt sind mit mindestens einer Teilung, die ungleich dem Verhältnis von 360° zu der Anzahl der Extremwerte ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das signalgebende Element mindestens einen Perma nentmagneten aufweist und bei Rotation des signalgebenden Elements ein drehrichtungscodiertes Magnetfeld am Sensor (3) erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß bei Rotation des signalverändernden Elements die magnetische Flußdichte in einem magnetischen Kreis peri odisch verändert wird, wobei die Änderung der magnetischen Flußdichte drehrichtungscodiert ist.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Sensor (3) aufgrund des drehrichtungscodierten Signals auftretende Strom- oder Spannungsänderungen von der Auswerteeinheit ausgewertet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine am Sensor (3) auftretende analoge Spannung mittels einer Impulsschaltung in eine binäre Zählimpulsfolge umge wandelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Drehrichtung die Impulslänge der Zählim pulse der Zählimpulsfolge und/oder das Verhältnis der Impulslängen zweier aufeinanderfolgender Zählimpulse der Zählimpulsfolge erfaßt werden.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach minde stens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem signalgebenden oder signalverändernden Element in radialem Abstand ein ortsfester Sensor (3) zugeordnet ist, der bei Rotation des signalgebenden oder signalverändernden Elements ein periodisches, drehrichtungscodiertes Signal erfaßt und dessen Ausgang mit einer elektronischen Auswer teeinheit verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das signalgebende Element von mindestens einem Permanentmag neten gebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das signalgebende Element ein geschlossener, permanent magnetischer Ring ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der permanentmagnetische Ring aus zwei gleichgroßen Sektoren (4, 5) unterschiedlicher Polarität (N, S) besteht und exzentrisch mit der Drehantriebsachse (2) verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der permanentmagnetische Ring aus entlang dem Umfang des Ringes ungleichmäßig angeordneten Sektoren besteht und exzentrisch mit der Drehantriebsachse (2) verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß den magnetischen Bereichen des signalgebenden Elements Sektoren mit weniger als 360° zugeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 13, dadurch gekenn zeichnet, daß das signalgebende Element (1) einen oder mehrere Bereiche gleicher oder unterschiedlicher Größe aufweist, die entweder nicht magnetisiert oder nicht magne tisierbar sind oder deren Magnetisierung derart gerichtet ist, daß sie am Sensor (3) im wesentlichen kein Magnetfeld erzeugen.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor (3) ein Hallsen sor oder ein Impulsschaltsensor verwendet wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das signalverändernde Element eine nicht rotationssymme trische äußere Kontur aufweist und derart Teil eines magne tischen Kreises ist, daß bei Rotation des signalverändern den Elementes die magnetischen Eigenschaften einer Signal übertragungsstrecke (42, 43) des magnetischen Kreises und damit die magnetische Flußdichte des magnetischen Kreises verändert werden.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein permanentmagnetischer Kern (37) mit einer Spule (39) und einem weichmagnetischen Joch (38) einen offenen ma gnetischen Kreis bildet, in den das signalverändernde Element berührungslos eingekoppelt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein weichmagnetischer Kern (37) mit einer Spule (39) und einem permanentmagnetischen Joch (38) einen magneti schen Kreis bildet, in den das signalverändernde Element be rührungslos eingekoppelt ist.

19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das signalverändernde Element mindestens einen Bereich aufweist, in dem der Radius (R) des signalverändernden Elements bis zu einem Maximum ansteigt und nach Erreichen des Maximums vergleichs weise schnell auf einen niedrigeren Wert zurückfällt.

20. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das signalverändernde Element an seinem Umfang Materialerhebungen (46) oder -aus nehmungen (47) aufweist, die in Bezug auf die Drehantriebs achse (2) ungleichmäßig verteilt sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß drei Materialerhebungen (46) bzw. -aussparungen (47) vorgesehen sind, deren Winkelabstände 60°, 120° bzw. 180° betragen.

22. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß in den Sensor (3) ein Schwell wertschalter integriert ist.