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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Schlupfdetektionseinheit
nach den Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 44 11 628 A1 ist
eine Vorrichtung mit einer Schlupfdetektionseinheit zum Detektieren eines
Schlupfs eines Umschlingungsgetriebes bekannt. Ferner steuert die
Vorrichtung Mittel zum Beeinflussen eines Schlupfverhaltens des
Umschlingungsgetriebes und nutzt den erfassten Schlupf und die Mittel
zum Regeln des Schlupfs.
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Der
Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
bereitzustellen, durch die eine Information über einen Zustand einer mechanischen
Wirkverbindung vorteilhaft einfach gewonnen werden kann.
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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung mit einer Schlupfdetektionseinheit
zum Detektieren eines Schlupfs einer mechanischen Wirkverbindung, insbesondere
eines stufenlos verstellbaren Kraftfahrzeuggetriebes.
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Es
wird vorgeschlagen, dass eine Signalverarbeitungseinheit dazu vorgesehen
ist, eine in einer Speichereinheit gespeicherte Abnutzungskenngröße abhängig von
dem detektierten Schlupf zu erzeugen. Dadurch kann erreicht werden,
dass durch ein Auslesen der Abnutzungskenngröße vorteilhaft einfach Informationen über einen
Abnutzungsgrad der Wirkverbindung bzw. über einen Abnutzungsgrad von
Bauteilen der Wirkverbindung gewonnen werden können. Solche Informationen
können
vorteilhaft zur Betätigung
der Wirkverbindung und/oder in einem Wartungsprozess nutzbar gemacht
werden.
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Unter „vorgesehen" soll in diesem Zusammenhang
auch „ausgelegt" und „ausgestattet" verstanden werden.
Als schlupffähige
Wirkverbindungen kommen vorrangig Verbindungen zum Übertragen
von Drehmomenten in Frage, beispielsweise Kupplungen und stufenlos
verstellbare Getriebe, wie beispielsweise Umschlingungsgetriebe
und Toroidgetriebe. In stufenlos verstellbaren Getrieben steht häufig ein
verstellbares Verbindungsbauteil sowohl mit einer Eingangswelle
als auch mit einer Ausgangswelle in reibschlüssiger Wirkverbindung, so dass
ein Schlupf des Verbindungsteils sowohl relativ zur Eingangswelle
als auch relativ zur Ausgangswelle eintreten kann. Daher sind solche
Verbindungsbauteile besonders verschleißanfällig.
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Neben
Vorrichtungen, in denen die Abnutzungskenngröße vollständig durch einen aktuell erfassten
Schlupf und durch weitere aktuelle Kenngrößen bestimmt ist, sind auch
Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen die Signalverarbeitungseinheit
den Schlupf oder eine vom Schlupf abhängige Größe zumindest über einen
gewissen Zeitraum akkumuliert und die Abnutzungskenngröße entsprechend
abhängig
vom Schlupf verändert
bzw. aktualisiert.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Wirkverbindung
ein Umschlingungsband eines Umschlingungsgetriebes umfasst. Im Fall
eines Umschlingungsgetriebes sind besondere Vorteile erreichbar,
da solche Getriebe zum Erreichen eines hohen Wirkungsgrads mit Anpressdrücken betrieben
werden, die nur wenig oberhalb einer Schlupfgrenze liegen.
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Ein
gelegentlicher Schlupf und eine damit verbundene erhöhte Abnutzung
bei plötzlichen
Momentänderungen
wird dabei in Kauf genommen. Durch ein Registrieren von Schlupfereignissen
können
daher Informationen über
den Abnutzungszustand gewonnen werden. Das Umschlingungsband kann
gegebenenfalls ausgetauscht werden. Im Fall einer Getriebefehlfunktion
kann ohne ein Öffnen
eines Getriebegehäuses
auf den Zustand des Umschlingungsbands geschlossen werden, und es
kann entschieden werden, ob ein Verschleiß des Umschlingungsbands als
Ursache für
die Getriebefehlfunktion in Frage kommt.
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Umfasst
die Vorrichtung eine Einheit zum Bestimmen eines Anpressdrucks der
Wirkverbindung, kann der Anpressdruck vorteilhaft neben dem Schlupf
in die Abnutzungskenngröße eingehen.
Dadurch ist eine Abnutzungskenngröße erreichbar, die eine Abnutzung
besonders zuverlässig
codiert.
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Eine
vorteilhafte Adaption des Betriebs der Wirkverbindung an einen Abnutzungszustand
ist erreichbar, wenn die Einheit dazu vorgesehen ist, den Anpressdruck
abhängig
von der Abnutzungskenngröße zu bestimmen.
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Ferner
kann eine langfristige Abnutzung stets zuverlässig und einfach codiert werden,
wenn die Signalverarbeitungseinheit dazu vorgesehen ist, die Abnutzungskenngröße zu inkrementieren.
Dadurch und durch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende
Modelle lässt
sich erreichen, dass die Abnutzungskenngröße eine akkumulierte Abnutzung codiert.
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Eine
detailliertere Information über
einen aktuellen Verschleiß kann
gewonnen werden, wenn die Vorrichtung ein Mittel zum Erfassen eines
Drehmoments der Wirkverbindung umfasst.
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Dabei
kann vorteilhaft einfach eine momentane Verlustleistung zumindest
näherungsweise
bestimmt werden, wenn die Vorrich tung eine Multiplikationseinheit
zum Multiplizieren des von der Schlupfdetektionseinheit erfassten
Schlupfs mit einem Drehmoment aufweist.
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Eine
durch den Schlupf erzeugte Abnutzung kann vorteilhaft ermittelt
werden, wenn die Vorrichtung eine Integrationseinheit zum Integrieren
einer Verlustleistung umfasst. Dabei soll auch eine schrittweise
Integration als eine Integration bezeichnet werden.
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Eine
komfortable Wartung der Vorrichtung ist erreichbar, wenn eine Ausleseschnittstelle
zum Auslesen der Abnutzungskenngröße vorgesehen ist.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der rfindung 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 zusammenfassen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Vorrichtung mit einem Kraftfahrzeuggetriebe und mit einer Schlupfdetektionseinheit und
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2 einen
zeitlichen Verlauf eines Schlupfs, eines Drehmoments und einer Abnutzungskenngröße.
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1 zeigt
eine Vorrichtung mit einer als multifunktionale Recheneinheit ausgebildeten Schlupfdetektionseinheit 10 sowie
einen Motor 20 und ein stufenlos verstellbares, als Umschlingungsgetriebe
ausgebildetes Kraftfahrzeuggetriebe 11, das über eine
Eingangswelle 24 mit dem Motor 20 verbunden ist.
Das Kraftfahrzeuggetriebe 11 bildet eine mechanische Wirkverbindung
zwischen einer Eingangswelle 24 und einer Ausgangswelle 26 der
Vorrichtung. Über
eine Kommunikationsleitung 16 ist die Schlupfdetektionseinheit 10 mit
einem CAN-Bus eines die Vorrichtung umfassenden Kraftfahrzeugs verbunden.
Die Schlupfdetektionseinheit 10 steuert mittels einer Einheit 15 über eine
Steuerleitung 25 den Betrieb einer Pumpe 21, die über eine
Welle 22 mit dem Motor 20 verbunden ist und von
diesem angetrieben wird. Die Pumpe 21 erzeugt über eine
erste Druckleitung 23 und eine zweite, als axiale Bohrung in
der Eingangswelle 24 ausgebildete Druckleitung 35 einen
Druck PK1 in einem ersten Druckraum 27 des
Kraftfahrzeuggetriebes 11.
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Das
Kraftfahrzeuggetriebe 11 umfasst ein als Schubgliederband
ausgebildetes Umschlingungsband 14, welches ein erstes
Doppelkegelrad 33 der Eingangswelle 24 und ein
zweites Doppelkegelrad 34 der Ausgangswelle 26 umspannt.
Die Doppelkegelräder 33, 34 weisen
jeweils einen Zwischenraum auf, der sich mit zunehmendem Radius
in seiner axialen Ausdehnung erweitert und der von zwei Oberflächen begrenzt
ist, die jeweils Ausschnitte eines Kegels bilden, wobei die Kegel
koaxial mit der Achse der Eingangswelle 24 bzw. der Ausgangswelle 26 und
mit den Spitzen einander zugewandt angeordnet sind. Eine der Oberflächen des
Doppelkegelrads 33 der Eingangswelle 24 bildet
dabei eine Oberfläche
eines axial beweglich an der Eingangswelle 24 gelagerten
Körpers 28,
der den Druckraum 27 in einer Richtung des Umschlingungsbands 14 begrenzt.
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Über eine
weitere, nicht dargestellte Pumpe und weitere, nicht dargestellte
Druckleitungen kann die Einheit 15 einen Druck PK2 in einem zweiten Druckraum 29 erzeugen,
der von einem zweiten, axial bezüglich
der Ausgangswelle 26 beweglichen Körper 30 in Analogie
zur Begrenzung des Druckraums 27 durch den Körper 28 begrenzt
wird. Erhöht
die Einheit 15 mit Hilfe der Pumpe 21 den Druck
PK1 in dem Druckraum 27 und erniedrigt
sie gleichzeitig den Druck PK2 in dem Druckraum 29,
so verschiebt sich der Körper 28 in
Richtung des Umschlingungsbands 14, wodurch sich der Zwischenraum
des Doppelkegelrads 33 in axialer Richtung verengt, und
der Körper 30 verschiebt
sich in einer entgegengesetzten Richtung, wodurch sich der Zwischenraum
des Doppelkegelrads 34 verbreitert. Dadurch vergrößert sich ein
Anlageradius R1 des Umschlingungsbands 14 am Doppelkegelrad 33,
während
ein Anlageradius R2 des Umschlingungsbands 14 am
Doppelkegelrad 34 sich verkleinert.
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Da
ein Übersetzungsverhältnis des
Kraftfahrzeuggetriebes 11 durch das Verhältnis der
Radien R1, R2 gegeben
ist, verkleinert sich das Übersetzungsverhältnis, d.h.
das Verhältnis
einer ersten Drehzahl ωin der Eingangswelle 24 zu einer
zweiten Drehzahl ωout der Ausgangswelle 26, ebenfalls.
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Ist
der Zwischenraum des Doppelkegelrads 33 der Eingangswelle 24 vollständig geöffnet, liegt eine
durch eine Maximalübersetzung
nmax gegebene Extremalübersetzung vor, während bei
vollständig geöffnetem
Zwischenraum des Doppelkegelrads 34 der Ausgangswelle 26 eine
durch eine Minimalübersetzung
nmin gegebene Extremalübersetzung vorliegt. Im Vergleich
mit einem Stufengetriebe entspricht die Maximalübersetzung nmax dem
1. Gang und die Minimalübersetzung
nmin dem höchsten Gang des Stufengetriebes.
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Umspannt
das Umschlingungsband 14 die Doppelkegelräder 33, 34,
schlupffrei, so beträgt
die zweite Drehzahl ωout bei vorgegebener erster Drehzahl ωin demnach maximal eine Rohschwellengröße ωR1 = ωin/nmin und minimal
eine Rohschwellengröße ωR1 = ωin/nmax. Liegt die
zweite Drehzahl ωout außerhalb
des durch diese Werte definierten Intervalls, muss ein Schlupf S
vorliegen.
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Über Drehzahlsensoren 31, 32 kann
die Schlupfdetektionseinheit 10 die erste Drehzahl ωin der Eingangswelle 24 und die
zweite Drehzahl ωout der Ausgangswelle 26 erfassen.
Eine Sig nalverarbeitungseinheit 12 der Schlupfdetektionseinheit 10 erfasst
die Signale der Drehzahlsensoren 31, 32 und bildet
das Verhältnis
der ersten Drehzahl ωin zur zweiten Drehzahl ωout und
berechnet so eine Übersetzung.
In einer Speichereinheit 13 der Schlupfdetektionseinheit 10 ist
eine Tabelle gespeichert, aus der die Schlupfdetektionseinheit 10 abhängig von
den Drücken
PK1, PK2 eine Soll-Übersetzung
ausliest.
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Weicht
die aus dem Verhältnis
der Drehzahlen ωin, ωout ermittelte Übersetzung so stark von der Soll-Übersetzung
ab, dass eine Toleranz überschritten
ist, stellt die Schlupfdetektionseinheit 10 einen Schlupf
S des Umschlingungsbands 14 fest und berechnet aus einem
Vergleich der Soll-Übersetzung mit
der berechneten Übersetzung
den Wert des Schlupfs S, d.h. die Geschwindigkeit, mit der das Umschlingungsband 14 über die
Oberflächen
der Doppelkegelräder 33, 34 gleitet.
Durch die Kommunikationsleitung 16 ist die Einheit dazu
ausgestattet, aus dem CAN-Bus des Kraftfahrzeugs ein am Motor 20 angesteuertes
Drehmoment M zu erfassen. Daher bildet die Kommunikationsleitung 16 ein
Mittel zum Erfassen des Drehmoments M der als Kraftfahrzeuggetriebe 11 ausgebildeten
Wirkverbindung. Eine Multiplikationseinheit 17 der Schlupfdetektionseinheit 10 dient
zum Multiplizieren des von der Schlupfdetektionseinheit 10 erfassten
Schlupfs S mit dem Drehmoment M.
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In
einem zyklischen Programmablauf erfasst die Schlupfdetektionseinheit 10 in
festen Zeitabständen
den Schlupf S und das Drehmoment M, multipliziert beide Größen miteinander
und speist das Ergebnis in eine Integrationseinheit 18 der
Schlupfdetektionseinheit 10 ein, die das Ergebnis als momentane
Verlustleistung p zu einer in der Speichereinheit 13 gespeicherten
Abnutzungskenngröße P addiert und
damit im zyklischen Programmablauf die Verlustleistung p schrittweise
integriert. Durch jeden Additionsprozess inkrementiert die Signalverarbeitungseinheit 12 die
Abnutzungskenngröße P und
erzeugt einen aktualisierten Wert der Abnutzungskenngröße P.
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Während jedes
Schlupfereignisses nimmt dadurch die Abnutzungskenngröße P im
wesentlichen proportional zur Abnutzung des Umschlingungsbands 14 zu.
Dadurch codiert die Abnutzungskenngröße P eine akkumulierte Abnutzung
des Umschlingungsbands 14.
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Es
sind auch Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen die Schlupfdetektionseinheit 10 über die
Kommunikationsleitung 16 weitere Kenngrößen, beispielsweise einen Fahrtwiderstand
und/oder eine Beschleunigung, erfasst und daraus eine über das
Kraftfahrzeuggetriebe 11 übertragene Leistung bestimmt.
Aus einer Differenz zwischen der Leistung des Motors 20 und
der übertragenen
Leistung ergibt sich ein zuverlässiger
Wert für
die am Kraftfahrzeuggetriebe 11 dissipierte Leistung.
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Ferner
sind Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen die Integrationseinheit 18 ein
gewichtetes Zeitintegral über
die Verlustleistung p bildet. Aus einer solchen Größe lässt sich
eine Temperatur des Kraftfahrzeuggetriebes 11 abschätzen.
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Die
Kommunikationsleitung 16 weist eine Ausleseschnittstelle 19 zum
Auslesen der Abnutzungskenngröße P auf,
in die ein Wartungscomputer eingesteckt werden kann.
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2 zeigt
einen qualitativen zeitlichen Verlauf des Drehmoments M, des Schlupfs
S, einer durch das Produkt aus Drehmoment M und Schlupf S gegebenen
momentanen Verlustleistung p und der Abnutzungskenngröße P während zweier
Schlupf-ereignisse.
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Während des
dargestellten Zeitabschnitts verringert ein Fahrer das Drehmoment
M durch ein Loslassen des Gaspedals langsam. Nach etwa 1 Sekunde
tritt ein Schlupfereignis ein, das beispielsweise durch eine plötzliche
Erhöhung
des Fahrtwiderstands des Kraftfahrzeugs verursacht sein kann. Der Schlupf
S steigt von null ausgehend an, bis ein automatischer Schlupfregelungsmechanismus
der Schlupfdetektionseinheit 10 eingreift und mittels der Einheit 15 den
Anpressdruck des Umschlingungsbands 14 erhöht, bis
sich der Schlupf S wieder dem Wert null nähert. Gleichzeitig berechnet
die Schlupfdetektionseinheit 10 mit ihrer Multiplikationseinheit 17 das
Produkt aus Drehmoment M und Schlupf S, das als momentane Verlustleistung
p in 2 dargestellt ist, und inkrementiert die Abnutzungskenngröße P in
jedem Zyklus um einen zur momentanen Verlustleistung p proportionalen
Wert. Durch den zyklischen Charakter des Programmablaufs hat der
zeitliche Verlauf der Abnutzungskenngröße P einen im Detail stufenförmigen Verlauf,
der hier allerdings nicht explizit dargestellt ist.
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Nach
etwa 2,5 Sekunden tritt ein zweites Schlupfereignis mit einem Verlauf
des Schlupfs S auf, der dem Verlauf des ersten Schlupfereignisses gleicht.
Aufgrund des niedrigeren Drehmoments M ist allerdings die momentane
Verlustleistung p und ein Anstieg der Abnutzungskenngröße P im
Vergleich zum ersten Schlupfereignis geringer.
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- 10
- Schlupfdetektionsein
-
- heit
- 11
- Wirkverbindung
- 12
- Signalverarbeitungsein
-
- heit
- 13
- Speichereinheit
- 14
- Umschlingungsband
- 15
- Einheit
- 16
- Kommunikationsleitung
- 17
- Multiplikationseinheit
- 18
- Integrationseinheit
- 19
- Ausleseschnittstelle
- 20
- Motor
- 21
- Pumpe
- 22
- Welle
- 23
- Druckleitung
- 24
- Eingangswelle
- 25
- Steuerleitung
- 26
- Ausgangswelle
- 27
- Druckraum
- 28
- Körper
- 29
- Druckraum
- 30
- Körper
- 31
- Drehzahlsensor
- 32
- Drehzahlsensor
- 33
- Doppelkegelrad
- 34
- Doppelkegelrad
- 35
- Druckleitung
- P
- Abnutzungskenngröße
- S
- Schlupf
- p
- Verlustleistung
- M
- Drehmoment
- PK1
- Druck
- PK2
- Druck
- ωin
- Drehzahl
- ωout
- Drehzahl
- R1
- Anlageradius
- R2
- Anlageradius