DE102008002065A1

DE102008002065A1 - Anordnung zum berührungslosen Erfassen eines Drehmomentes

Info

Publication number: DE102008002065A1
Application number: DE102008002065A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. Schmitz
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2009-12-03
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: US7963179B2; DE102008002065B4; US20090293642A1

Abstract

Es wird eine Anordnung zum berührungslosen Erfassen eines Drehmomentes an einer Welle eines Getriebes mit zumindest einer Erfassungseinrichtung (1) zum Erfassen einer Veränderung an einem Magnetfeldbereich (2) in Abhängigkeit eines anliegenden Drehmomentes an der Welle vorgeschlagen, wobei die Welle als Hohlwelle (3) ausgeführt ist und wobei die Erfassungseinrichtung (1) im Inneren der Hohlwelle (3) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum berührungslosen Erfassen eines Drehmomentes an einer Welle eines Getriebes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 nähert definierten Art.
Aus der Fahrzeugtechnik ist es bekannt, dass zum Erfassen eines Drehmomentes an einer Welle eines Getriebes Sensoren verwendet werden, die z. B. den Kupplungsweg einer an der Welle vorgesehenen Kupplung oder auch den an der Kupplung anliegenden Druck messen, um daraus Rückschlüsse über das an der Welle anliegende Drehmoment zu haben. Hierbei ist die Genauigkeit und die Dynamik nicht ausreichend, um diese Drehmomenterfassung bei der Regelung der Drehmoment- beziehungsweise Kraftübertragung bei einem Getriebe zu verwenden.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 600 07 540 T2 ist ein Drehmomentsensor bekannt. Der Drehmomentsensor ermöglicht eine kontaktfreie Bestimmung eines Drehmomentes an einer Antriebswelle unter Verwendung eines Verfahrens der umgebungsmäßigen Magnetisierung. Die Antriebswelle wird dabei axial magnetisiert, wobei die axiale Magnetisierung ein vom Drehmoment abhängiges externes Randfeld ausstrahlt, das mit einem Sensor erfasst wird. Somit kann ein an der Antriebswelle anliegendes Drehmoment durch den bekannten Drehmomentsensor bestimmt werden. Jedoch ist der Drehmomentsensor radial außen am Umfangsbereich der Welle angeordnet. Dadurch ergibt sich in nachteiliger Weise ein erhöhter Bauraumbedarf insbesondere in radialer Richtung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung zum berührungslosen Erfassen eines Drehmomentes der eingangs be schriebenen Gattung vorzuschlagen, welche insbesondere hinsichtlich des erforderlichen Bauraumes und der Herstellungskosten optimiert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
Demnach wird eine Anordnung zum berührungslosen Erfassen eines Drehmomentes an einer Welle eines Getriebes mit zumindest einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Veränderung an einem Magnetfeldbereich in Abhängigkeit eines anliegenden Drehmomentes an der Welle vorgeschlagen, wobei die Welle als Hohlwelle ausgeführt ist und die Erfassungseinrichtung im Inneren der Hohlwelle angeordnet ist. Auf diese Weise kann der erforderliche Bauraum für die erfindungsgemäße Anordnung reduziert werden, da die Anordnung den im Inneren der Welle vorhandenen Bauraum ausnutzt.
Die erfindungsgemäße Anordnung verwendet das magnetoelastische Messprinzip zur berührungslosen Drehmomenterfassung, bei dem aufgrund einer auftretenden Torsion die Veränderung des Magnetfeldes an der Welle erfasst wird, wobei die Veränderung des Magnetfeldes proportional zum angelegten Drehmoment ist. Das auf diese Weise bestimmte Drehmoment ermöglicht eine Echtzeiterfassung für die Regelung der Kupplung des Getriebes. Somit können der Verschleiß und die Veränderung der Reibwerte über die Lebensdauer direkt Online überwacht und kompensiert werden, so dass auf eine Modellrechnung verzichtet werden kann. Somit können nicht nur die sonst erforderlichen Weg- beziehungsweise Drucksensoren entfallen, sondern es kann auch Speicherkapazität im elektronischen Steuergerät eingespart werden, da die sonst erforderlichen Software-Algorithmen nicht benötigt werden. Zudem ergibt sich eine höhere Genauigkeit und eine bessere Dynamik durch die verwendete erfindungsgemäße Anordnung in einem Getriebesystem. Darüber hinaus ergibt sich eine erhebliche Kosteneinsparung bei der Entwicklung und Erprobung der Kupplungsreibwerte über die Lebensdauer.
Mit der erfindungsgemäßen sehr bauraumsparenden Anordnung kann zudem eine optimale Integration in ein bestehendes Getriebesystem ermöglicht werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Erfassungseinrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung als in das Innere der Hohlwelle eingeführter Halter ausgebildet ist. Dadurch kann die Erfassungseinrichtung statisch an z. B. einem Gehäuse oder dergleichen befestigt werden, um die berührungslose und verschleißfreie Drehmomentauffassung zu realisieren.
Vorzugsweise kann der Halter bzw. das Haltergehäuse etwa stabförmig oder dergleichen ausgebildet sein, wobei an einem ersten in das Innere der Hohlwelle eingeführten Endbereich oder dergleichen zumindest ein Sensorelement angeordnet ist. Das vorgesehene Sensorelement ist dem magnetischen Bereich bzw. dem Magnetfeld der Hohlwelle zugeordnet, um die Veränderung beim magnetischen Bereich aufgrund von Torsion erfassen zu können. Auf diese Weise ist eine direkte Erfassung der für die Regelung notwendigen Größen möglich, ohne diese Größen z. B. aus fremden Signalen zu errechnen. Folglich kann ein Wirkungsgrad optimiertes System realisiert werden, welches somit zu Kosteneinsparungen, weniger Verschleiß, höherer Lebensdauer und bedarfsgerechtem Service führt.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Sensorelemente Spulen, Hallelemente (Hall) und/oder Magnetresonanzelemente (MR) oder dergleichen verwendet werden, um die Veränderungen des Magnetfeldes erfassen zu können. Die Sensorelemente sind so ausgeführt, dass sie den Umgebungsbedingungen, wie Öl, extreme Temperaturen, Vibrationen oder dergleichen standhalten. Vorzugsweise können auch geeignete Schutzumgebungen für die Sensorelemente vorgesehen sein.
Um die erfindungsgemäße Anordnung optimal in ein bestehendes Getriebesystem integrieren zu können, kann gemäß einer nächsten Weiterbildung vorgesehen sein, dass der zweite Endbereich des Halters einen Befestigungsflansch oder dergleichen aufweist. Mit dem Befestigungsflansch oder auch mit anderen Befestigungsmöglichkeiten kann die Erfassungseinrichtung stirnseitig befestigt werden, um mit einem ersten Ende in der Hohlwelle gehalten zu werden. Vorzugsweise kann der Befestigungsflansch zudem einen Kabelanschluss oder dergleichen umfassen, so dass keine zusätzliche elektrische Verbindung zum elektronischen Steuergerät erforderlich ist. Der Befestigungsflansch kann an die Erfassungseinrichtung angeformt oder auch als separates Bauteil ausgeführt sein.
Zur Abstützung der Erfassungseinrichtung in der Hohlwelle kann gemäß einer möglichen Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Erfassungseinrichtung über zumindest ein Gleitlager oder dergleichen in der Hohlwelle gelagert ist. Es sind auch andere Lagerungsmöglichkeiten denkbar.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann bevorzugt bei einem Allradverteilergetriebe zur Regelung der Drehmomentübertragung an einer Kupplung verwendet werden. Es sind auch andere Anwendungsbereiche der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anordnung möglich. Bei der bevorzugten Anwendung kann das Getriebeausgangsmoment durch die erfindungsgemäße Anordnung erfasst werden und mit dem Allradverteilergetriebe auf die Vorder- und die Hinterachse verteilt werden. Die Momentverteilung im Antriebsstrang kann zur Verbesserung der Fahrdynamik und der Sicherheit mit elektronischen Regelsystemen eingesetzt werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Die einzige Figur der Erfindung zeigt beispielhaft eine schematische Schnittansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Anordnung zum berührungslosen Erfassen eines Drehmomentes an einer Welle eines Verteilergetriebes.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine Erfassungseinrichtung 1 zum Erfassen einer Veränderung an einem Magnetfeldbereich 2 in Abhängigkeit eines anliegenden Drehmomentes an der als Hohlwelle 3 ausgebildeten Welle des Getriebes. Der Magnetfeldbereich 2 ist etwa ringförmig an dem Innendurchmesser der Hohlwelle 3 vorgesehen und erstreckt sich in axialer Richtung über einen vorbestimmten Bereich. Vorzugsweise kann der Magnetfeldbereich 2 entsprechend magnetisch kodiert sein.
Erfindungsgemäß ist die Erfassungseinrichtung 1 als stabförmiger Halter ausgebildet, der im Inneren der Hohlwelle 3 angeordnet ist und ein Gehäuse umfasst. Die Erfassungseinrichtung 1 umfasst an einem in der Hohlwelle 3 eingeführten ersten Endbereich mehrere Sensorelemente 4, die dem Magnetfeldbereich 2 der Hohlwelle 3 zugeordnet sind.
Der Magnetfeldbereich 2 wird durch einen magnetisierten Abschnitt gebildet. Als Sensorelemente 4 können zum Beispiel Spulen oder auch andere Elemente verwendet werden. Die Sensorelemente 4 sind bei der gezeigten Ausführungsvariante beispielhaft als zwei etwa ringförmig gebildete Spulen in einem vorbestimmten axialen Abstand zueinander vorgesehen. Damit die Sensorelemente 4 dem Magnetfeldbereich 2 zum Erfassen einer Veränderung des Magnetfeldbereiches 2 zugeordnet sind, ist bei der dargestellten Ausführungsvariante vorgesehen, dass die ringförmigen Sensorelemente 4 etwa an dem Außenumfang des ersten Endbereiches der Erfassungseinrichtung 1 angeordnet sind.
Das zweite Ende der Erfassungseinrichtung 1 ist als Befestigungsflansch 5 ausgebildet, um die Erfassungseinrichtung 1 gehäusefest zu befestigen. Der Befestigungsflansch 5 umfasst einen Kabelanschluss 6, um die Sensorelemente 4 mit einem nicht weiter dargestellten Steuergerät elektronisch zu verbinden.
Um die Erfassungseinrichtung 1 in der Hohlwelle 3 abzustützen, ist ein Gleitlager 7 angedeutet, mit dem die Erfassungseinrichtung 1 optimal in der Hohlwelle 3 des Getriebes gelagert ist.

1: Erfassungseinrichtung
2: Magnetfeldbereich
3: Hohlwelle
4: Sensorelement
5: Befestigungsflansch
6: Kabelanschluss
7: Gleitlager

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 60007540 T2 [0003]

Claims

Anordnung zum beführungslosen Erfassen eines Drehmomentes an einer Welle eines Getriebes, mit zumindest einer Erfassungseinrichtung (1) zum Erfassen einer Veränderung an einem Magnetfeldbereich (2) in Abhängigkeit eines anliegenden Drehmomentes an der Welle, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle als Hohlwelle (3) ausgeführt ist, wobei die Erfassungseinrichtung (1) im Inneren der Hohlwelle (3) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (1) als in das Innere der Hohlwelle (3) einführbarer Halter ausgeführt ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter etwa stabförmig ausgebildet ist, wobei an einem ersten in das Innere der Hohlwelle (3) eingeführten Endbereich zumindest ein Sensorelement (4) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Sensorelement (4) dem Magnetfeldbereich (2) der Hohlwelle (3) zugeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensorelement (4) eine Spule, ein Hallelement, und/oder ein Magnetresonanzelement vorgesehen ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Endbereich des Halters als Befestigungsflansch (5) ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsflansch (5) einen Kabelanschluss (6) umfasst.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung über zumindest ein Gleitlager (7) in der Hohlwelle (3) gelagert ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung bei einem Allradverteilergetriebe zur Regelung der Drehmomentübertragung an einer Kupplung verwendet wird.