DE19814758A1 - Vorrichtung zum Erfassen einer Drehzahl - Google Patents

Vorrichtung zum Erfassen einer Drehzahl

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen einer Drehzahl und einer zugehörigen Drehrichtung (8, 9) mittels eines feststehenden, analogen Sensors (1), eines rotierenden Signalgebers (2), der sich mit seiner gleichmäßig unterteilten Kontur (4) in verschiedenen Abständen am Sensor (1) vorbei bewegt und mit jedem Konturabschnitt (5) eine Signalform (11) erzeugt, und mittels einer Auswerteeinrichtung (3), die die gewonnenen Signale des Sensors (1) nach Drehzahl und Drehrichtung (8, 9) auswertet. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß der Signalgeber (2) eine asymmetrische Signalform (11) erzeugt, deren Flankensteigung (DELTAU/DELTAphi) ausgewertet wird, um die Drehrichtung (8, 9) und/oder Drehzahl (phi) zu erfassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen einer Drehzahl nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In der Antriebstechnik ist es häufig erforderlich, sowohl die Drehzahl als auch die zugehörige Drehrichtung eines rotierenden Bauteils zu erfassen. Hierzu wird eine Vorrichtung verwendet, die einen Signalgeber, zwei Sensoren und eine elektronische Auswerteeinheit umfaßt. Der Signal­ geber ist in der Regel eine Zahnscheibe, deren Zähne im Querschnitt ein zur Zahnmittellinie symmetrisches Profil (z. B. Rechteck oder Evolventenprofil) haben und mit einem geringen Abstand an den Sensoren vorbei bewegt werden. Der unterschiedliche Abstand des Signalgebers im Bereich des Zahnkopfes und im Bereich der Zahnlücken von den Sensoren erzeugt als Signalform einen rechteckigen Spannungsimpuls, der bei einer Umdrehung entsprechend der gleichmäßig über den Umfang verteilten Zähnezahl einen entsprechenden Si­ gnalverlauf ergibt.
Um die Drehrichtung zu erfassen, sind zwei digitale Sensoren erforderlich, die um eine halbe Zahnbreite in Um­ fangsrichtung versetzt montiert sind. Erfaßt der erste Sen­ sor z. B. eine positive Flanke, d. h. wenn sein Signal von "low" auf "high" wechselt, fragt die Auswerteeinheit den Zustand des Signals am zweiten Sensor ab. Ist dieses Signal "high", wird die Drehrichtung z. B. als positiv oder links drehend und im entgegengesetzten Fall als negativ oder rechts drehend interpretiert. Gleichzeitig wird die Anzahl der Impulse eines Sensors pro Zeiteinheit gezählt und als Drehwinkel oder Drehzahl pro Zeiteinheit ausgegeben.
Der Meßwert muß ständig aktualisiert werden, wozu ei­ nige Zählimpulse notwendig sind. Daraus folgt, daß sich die Aktualisierungsrate für die Drehzahl- und Drehrichtungser­ fassung reziprok zur Drehzahl verhält, d. h. je geringer die Drehzahl ist, desto länger ist die Zeit, um einen neuen Meßwert zu erhalten. Deshalb können Drehzahlen in der Nähe von null Umdrehungen pro Minute, die bei einem kriechenden Fahrzeug auftreten, praktisch nicht mehr erfaßt werden. Dadurch wird die Regelung des Antriebs erschwert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit nur ei­ nem Sensor die Drehzahl und die Drehrichtung zu erfassen und eine konstante Aktualisierungsrate unabhängig von der Drehzahl zu erhalten. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltun­ gen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach der Erfindung wird ein Signalgeber verwendet, der eine asymmetrische Signalform erzeugt, deren Flankenstei­ gung ausgewertet wird, um die Drehrichtung und/oder die Drehzahl zu erfassen. Hierzu eignet sich besonders gut als Sensor ein analoger elektromagnetischer Wandler, z. B. Halleffekt, und als Signalgeber ein Polrad mit Zähnen, de­ ren Flanken asymmetrisch zur Zahnmittellinie verlaufen. Je nach Drehrichtung erzeugen die Flanken eine Signalform mit einer positiven oder negativen Flankensteigung, und zwar gegensinnig. Die flachere Flanke erzeugt also in der einen Drehrichtung eine geringere positive Flankensteigung, wäh­ rend in der Gegendrehrichtung die dem Betrag nach gleiche Flankensteigung negativ ist. Die steilere, kürzere Flanke verhält sich gerade umgekehrt. Somit kann man der positiven bzw. negativen Flankensteigung jeweils eine Drehrichtung zuordnen, da sich beim Drehrichtungswechsel bei einer dem Betrag nach gleichen Flankensteigung das Vorzeichen wech­ selt.
Mit dem Sensor kann nach der Erfindung sowohl die An­ zahl der von den Zähnen erzeugten Signal formen pro Zeitein­ heit gezählt werden, als auch die Veränderung des Signal­ wertes an einer Zahnflanke erfaßt werden. Da die Signal­ wertdifferenz einem Drehwinkel entspricht, kann daraus ein Drehwinkel bzw. eine Drehzahl pro Zeiteinheit abgeleitet werden. Dies kann besonders genau und zuverlässig erfolgen, wenn zum Auswerten des Signalverlaufs nur Anteile der Si­ gnalform mit einer konstanten Flankensteigung herangezogen werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeich­ nungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbei­ spiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusam­ menfassen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematisch dargestellte, erfindungsge­ mäße Vorrichtung und
Fig. 2 einen Verlauf eines erzeugten Spannungs­ signals über einen Drehwinkel.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Sensor 1, der zweckmäßigerweise als analoger Halleffektsen­ sor ausgebildet ist, einen Signalgeber 2, nämlich ein Pol­ rad mit Zähnen 5, und eine elektronische Auswerteeinrich­ tung 3, die über eine Signalleitung mit dem Sensor 1 ver­ bunden ist. In der Regel hat die Auswerteeinrichtung 3 ein Display zur analogen und/oder digitalen Anzeige der erfaß­ ten und ausgewerteten Größen.
Die Zähne 5 unterteilen eine Kontur 4 des Signalge­ bers 2 am Umfang gleichmäßig, wobei der Abstand zwischen dem Sensor 1 und den Flanken 6 und 7 der Zähne 5 mit der Rotation des Signalgebers 2 variiert. Die Flanken 6 und 7 sind symmetrisch ausgebildet, und zwar verläuft die länge­ re Flanke 6 mit einer geringeren Neigung zur Drehrich­ tung 8, 9 während die kürzere Flanke 7 verstärkt radial ausgerichtet ist. Die positive Drehrichtung ist mit 8 und die Gegendrehrichtung mit 9 bezeichnet.
Während der Rotation erzeugt der Signalgeber 2 im Sen­ sor 1 ein Spannungssignal U, dessen Signalverlauf in Dreh­ richtung 8 mit 10 und in Gegenrichtung 9 mit 14 bezeichnet ist. Fig. 2 zeigt den Signalverlauf 10 mit einer durchgezo­ genen Linie und den Signalverlauf 14 mit einer gestrichel­ ten Linie in einem Diagramm, in dem die Spannung U über den Drehwinkel ϕ aufgetragen ist. Eine Signalform 11, die von einem Zahn 5 erzeugt wird, ist entsprechend der asymmetri­ schen Zahnflanken 6, 7 asymmetrisch ausgebildet und besitzt einen flach verlaufenden Bereich 12, den die Zahnflanke 6 erzeugt und einen steileren Bereich 13, den die Zahnflan­ ke 7 erzeugt.
Für die Auswertung wird vorzugsweise ein Bereich 12 gewählt, in dem die Steigung der Signalform 11 im wesent­ lich konstant verläuft, d. h. daß in diesem Bereich die Spannung U proportional dem Drehwinkel ϕ ist. Dem Be­ reich 12 mit einer leichten positiven Steigung entspricht der Bereich 12' des Signalverlaufs 14 mit einer leicht ne­ gativen Steigung bei einer Rotation in der Gegendrehrich­ tung 9. Aus der Veränderung ΔU des Signalwerts in einer Zeiteinheit kann auf die Drehzahl geschlossen werden.
Bezugszeichenliste
1
Sensor
2
Signalgeber
3
Auswerteeinrichtung
4
Kontur
5
Zahn
6
Zahnflanke (flach)
7
Zahnflanke (steil)
8
Drehrichtung
9
Gegendrehrichtung
10
Signalverlauf
11
Signalform
12
proportionaler Bereich
12
' Bereich
13
proportionaler Bereich
14
Signalverlauf

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Erfassen einer Drehzahl und einer zugehörigen Drehrichtung (8, 9) mittels eines feststehen­ den, analogen Sensors (1), eines rotierenden Signalge­ bers (2), der sich mit seiner gleichmäßig unterteilten Kon­ tur (4) in verschiedenen Abständen am Sensor (1) vorbei bewegt und mit jedem Konturenabschnitt (5) eine Signal­ form (11), erzeugt, und mittels einer Auswerteeinrich­ tung (3), welche die gewonnenen Signale des Sensors (1) nach Drehzahl und Drehrichtung (8, 9) auswertet, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalgeber (2) eine asymmetrische Signalform (11) erzeugt, deren Flanken­ steigung (ΔU/Δϕ) ausgewertet wird, um die Drehrichtung (8, 9) und/oder Drehzahl (ϕ) zu erfassen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor (1) ein analoger elektromagnetischer Wandler, z. B. Hall-Effekt-Sensor, und der Signalgeber (2) ein Polrad ist, dessen Kontur (4) Zähne (5) mit in Drehrichtung (8, 9) asymmetrischen Flanken (6, 7) hat.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zum Auswerten des Signal­ verlaufs (10) nur Anteile (12, 13) der Signalform (11) mit einer konstanten Flankensteigung (ΔU/Δϕ) herangezogen wer­ den.
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