DE102010051500A1

DE102010051500A1 - kämmende Codierzahnrad- und Sensoranordnung

Info

Publication number: DE102010051500A1
Application number: DE102010051500A
Authority: DE
Inventors: Jesse B. Mich. Bradley
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2011-06-30
Also published as: US20110121823A1; CN102072738A

Abstract

Eine Sensoranordnung für ein Getriebe enthält ein kämmendes Codierzahnrad und einen nicht vormagnetisierten Sensor. Die Zahnradzähne des Codierzahnrads weisen Zieloberflächen auf, die ein Magnetfeld erzeugen. Der Sensor zielt auf die magnetisierten Zieloberflächen, um das Magnetfeld oder die Änderung des Magnetfelds zu detektieren, und sendet an einen Controller ein Signal, das in einen Drehzahlmesswert des Codierzahnrads umgesetzt wird.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf kämmende Zahnräder und Sensoren, wie sie in mechanischen Vorrichtungen verwendet werden, und insbesondere auf Zahnräder und Sensoranordnungen, wie sie in Kraftfahrzeuggetriebe eingebaut sind.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt bieten lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung und können, müssen jedoch nicht Stand der Technik bilden.
In mechanischen Vorrichtungen wie etwa Kraftübertragungen, Motoren oder anderen Maschinen stützt sich die effiziente Steuerung des Betriebs der Vorrichtung häufig auf einen Controller, der Daten von Sensoren innerhalb der Vorrichtung empfängt. Ein Getriebecontroller kann z. B. die Drehzahl eines Hohlrads, einer Welle oder eines anderen sich drehenden Elements benötigen. Üblicherweise wird dies unter Verwendung eines Codierrads, das drehfest an einer solchen Welle oder an einem solchen Element befestigt ist, und eines Sensors, der auf das Codierrad zielt, erreicht. Das Codierrad ist als ein zusätzliches Teil zu den Zahnrädern oder Wellen, die bereits in der Vorrichtung genutzt werden, erforderlich. Das Codierrad enthält Zielzähne, die durch den Sensor detektiert werden, während sie sich an dem Sensor vorbeidrehen. Der Sensor ist so positioniert, dass er auf die radiale Oberfläche der Zähne des Codierrads zielt. Der Sensor ist üblicherweise von einem vormagnetisierten Typ und enthält einen Magneten und ist kostspieliger als ein nicht vormagnetisierter Sensor. Die Codierrad- und Sensoranordnung erfordert zusätzliche Teile und einen vergrößerten Packungsraum.
Dementsprechend gibt es im Gebiet Raum für eine kombinierte Codierrad-, Zahnrad- und Sensoranordnung, die die Anzahl der erforderlichen Teile verringert, die Komplexität des Sensors vereinfacht und die Packung, das Gewicht und die Konfiguration der Anordnung verbessert.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird eine Codierzahnrad- und Sensoranordnung zum Erfassen der Drehzahl des Codierzahnrads geschaffen, wobei die Sensoranordnung enthält: ein Gehäuse, eine erste Welle, die durch das Gehäuse drehbar gelagert ist, ein erstes Zahnrad, das eine Mehrzahl von Zahnradzähnen aufweist, wobei jeder eine erste Zieloberfläche aufweist und wobei das erste Zahnrad durch die erste Welle drehbar gelagert ist, und einen Sensor, der an dem Gehäuse angebracht ist, und wobei der Sensor ein erstes Ende aufweist, das den Zieloberflächen der Mehrzahl von Zahnradzähnen gegenüberliegt. Die Zieloberfläche der Mehrzahl von Zahnradzähnen des ersten Zahnrads erzeugt ein Magnetfeld.
In einem Beispiel der vorliegenden Erfindung enthält die Sensoranordnung eine zweite Welle, die durch das Gehäuse drehbar gelagert ist, ein zweites Zahnrad, das eine Mehrzahl von Zahnradzähnen enthält. Das zweite Zahnrad ist durch die zweite Welle drehbar gelagert. Die Mehrzahl von Zahnradzähnen des zweiten Zahnrads kämmen mit der Mehrzahl von Zahnradzähnen des ersten Zahnrads.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung enthält die Zieloberfläche der Mehrzahl von Zahnradzähnen des ersten Zahnrads eine Beschichtung mit einem magnetischen Material, das das Magnetfeld erzeugt.
In einem nochmals weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung sind die Zieloberflächen [engl.: ”target surface”] der Zahnradzähne des ersten Zahnrads aus einem magnetischen Material gebildet.
In einem nochmals weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung wechselt das Magnetfeld der Zieloberflächen aufeinander folgender Zahnradzähne die Polarität.
In einem nochmals weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung ist der Sensor nicht vormagnetisiert.
In einem nochmals weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung ist das erste Zahnrad ein Stirnrad.
In einem nochmals weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung ist das erste Zahnrad ein Schrägstirnrad.
Weitere Aufgaben, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen mit Bezug auf die folgende Beschreibung und auf die beigefügten Zeichnungen hervor, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf dieselbe Komponente, dasselbe Element oder dasselbe Merkmal beziehen.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
1 ist eine Draufsicht eines Beispiels einer kämmenden Codierzahnrad- und Sensoranordnung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung; und
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Codierzahnrads in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, die vorliegende Anwendung oder die vorliegenden Verwendungen nicht einschränken.
In den Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten beziehen, ist in 1 ein Beispiel einer kämmenden Codierzahnrad- und Sensoranordnung 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Zahnrad- und Sensoranordnung 10 enthält ein Gehäuse 12, ein Codierzahnrad 14, ein Ritzelzahnrad 16 und einen Sensor 18. Genauer sind das Codierzahnrad 14 und das Ritzelzahnrad 16 jeweils durch ein Paar Wellen 20, 22 drehbar gelagert, die durch das Gehäuse 12 drehbar gelagert sind. Das Codierzahnrad 14 enthält eine Mehrzahl von Zahnradzähnen 24, die jeweils eine Zieloberfläche 26 aufweisen, die in einer Richtung senkrecht zur Drehachse 14A des Codierzahnrads 14 verläuft. Die Zieloberfläche 26 jedes Zahnradzahns 24 ist magnetisiert, um ein Magnetfeld zu erzeugen.
Der Sensor 18 ist an einer Wand 12A des Gehäuses 12 fixiert oder fest befestigt. Der Sensor 18 weist ein Ende 18A auf, das ein durch die Drehung des Codierzahnrads 14 induziertes Signal [engl.: ”as signal”] erzeugt. Das Signal ist ein elektrischer Strom, der durch die Bewegung der magnetisierten Zieloberfläche 26 der Zahnradzähne 24 an dem Sensorende 18A vorbei erzeugt wird. Der Sensor 18 kann von verschiedenen Typen sein, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispiele geeigneter Sensoren 18 enthalten, sind aber nicht beschränkt auf, Sensoren vom nicht vormagnetisierten Typ und Sensoren vom Hall-Effekt-Typ. In Übereinstimmung mit einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist der Sensor 18 der nicht vormagnetisierte Typ, der keinen Magneten enthält. Innen enthält der Sensor 18 eine Drahtspule, die um einen Eisenkern gewickelt ist. Die Enden der Spule sind zu einer Drahtzuleitung 18B verlängert, die mit einem Controller 28 verbunden ist. Der Sensor 18 ist so positioniert, dass sich das Sensorende 18A in nächster Nähe zu dem Codierzahnrad 14 befindet. Die Entfernung zwischen dem Codierzahnrad 14 und dem Sensorende 14A erzeugt einen Luftspalt ”L”. Während die magnetisierte Zieloberfläche 26 eines Zahnradzahns 24 in die nächste Nähe des Sensorendes 18A kommt, geht das von der Zieloberfläche 26 ausgehende Magnetfeld durch den Sensor 18. Die ununterbrochene Drehung des Codierzahnrads 14 und somit der Durchgang der Zahnradzähne 24 an dem Sensor 18 vorbei veranlasst, dass der Sensor 18 eine ununterbrochene Änderung des magnetischen Flusses erfährt. Die Änderung des magnetischen Flusses in dem Eisenkern des Sensors 18 induziert in der Spule des Sensors 18 eine Spannung. Die in der Spule induzierte Spannung erzeugt einen Spannungssignalstrom, der von dem Controller 28 empfangen wird. Während sich das Codierzahnrad 14 dreht, erzeugt die Änderung des magnetischen Flusses in dem Sensor 18 ein Signal, das eine veränderliche Spannung angibt. Die Größe des Spannungssignals ist proportional zu der Änderungsrate des in dem Sensor 18 induzierten magnetischen Flusses. Falls sich das Codierzahnrad 14 z. B. langsam dreht, ist die Änderungsrate des magnetischen Flusses in dem Sensor 18 kleiner und ist der resultierende Spannungsbetrag niedriger. Falls sich das Codierzahnrad 14 dagegen mit höherer Drehzahl bewegt, ist die Änderungsrate des magnetischen Flusses in dem Sensor 18 höher und ist der resultierende Spannungsbetrag ebenfalls höher. Dementsprechend gibt das an den Controller 28 übermittelte Spannungssignal die Drehzahl des Codierzahnrads 14 an.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Erfindung ist der Sensor 18 ein Sensor von Hall-Effekt-Typ. Ein typischer Hall-Effekt-Sensor 18 enthält einen Leiter, der einen konstanten Strom aufweist, der durch den Leiter fließt. Wenn ein Magnetfeld in den Leiter eingeführt wird, lenkt das Magnetfeld die Elektronen davon ab, direkt durch den Leiter zu fließen, und führt zu einer Differenz des gemessenen Stroms. Während die Zähne 24 des Codierzahnrads 14 vor dem Hall-Effekt-Sensor 18 vorbeigehen, wird das resultierende Signal durch den Controller 28 in ein Drehzahlsignal umgesetzt. Der Hall-Effekt-Sensor 18 kann die Stärke eines Magnetfelds mit hoher Genauigkeit messen. Da sich der Hall-Effekt-Sensor 18 nicht auf die Änderung der Stärke des magnetischen Flusses stützt, um ein Signal zu erzeugen, stellt der Hall-Effekt-Sensor 18 darüber hinaus die Fähigkeit bereit, die Drehzahl des Codierzahnrads 14 mit sehr niedrigen Drehzahlen zu messen oder sogar zu detektieren, wenn das Codierzahnrad 14 feststehend ist. Es sollte wieder gewürdigt werden, dass irgendein Typ eines Sensors 18 genutzt werden kann, der zum Detektieren der Zähne 24 des Codierzahnrads 14 betreibbar ist.
Nun in 2 ist ein Beispiel eines Codierzahnrads 14 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Codierzahnrad 14 kann nach einem typischen Stirnrad oder einem anderen Typ eines Zahnrads modelliert sein, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Das Codierzahnrad 14 enthält einen scheibenförmigen Körper 28 und eine Mehrzahl von Zahnradzähnen 24, die an dem Außenumfang 30 des Körpers 28 angeordnet sind. In dem gegebenen Beispiel weist jeder Zahnradzahn 24 eine Kante 24A auf, die parallel zu der Kante 24A des benachbarten Zahnradzahns 24 ist. Allerdings betrachtet die Erfindung außerdem andere Zahn- und Zahnradanordnungen wie etwa ein Schrägstirnrad, das angewinkelte oder schräge Zahnradzähne aufweist. Vorzugsweise weisen die Zahnradzähne 24 eine Zieloberfläche 26 auf, die radial in einer Richtung senkrecht zur Drehachse 14A des Codierzahnrads 14 verläuft. Die Zieloberfläche 26 jedes Zahnradzahns 24 ist zum Erzeugen eines Magnetfelds konfiguriert. Genauer ist jede Zieloberfläche 26 aus einem Magneten gebildet oder zum Erzeugen eines Magnetfelds behandelt worden. Darüber hinaus kann die Polarität des Magnetfelds der Zieloberfläche 26 an aufeinander folgenden oder benachbarten Zahnradzähnen 24 alternieren. Zum Beispiel können zwei beliebige benachbarte Zahnradzähne 24 eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.
Ein Verfahren zum Erzielen einer Zieloberfläche, die ein Magnetfeld aufweist, enthält das Auftragen einer Beschichtung 32 auf die Zieloberfläche 26. Die Beschichtung 32 enthält Teilchen, die magnetisiert werden können. Eine solche Beschichtung 32 ist im Handel erhältlich von Freudenberg NOK aus Plymouth, Michigan. Allerdings können alternative Verfahren und Mechanismen verwendet werden, um die Zieloberfläche 32 zu magnetisieren, ohne von dem Umfang dieser Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel enthält ein anderes Verfahren zum Magnetisieren der Zieloberfläche 26 das Herstellen des Codierzahnrads 14 aus einem Eisenmaterial und das Magnetisieren der Zieloberfläche 26 jedes Zahnradzahns 24 des Codierzahnrads 14. Ein solches Verfahren ist im Handel erhältlich von der Methode Electronic Inc. aus Chicago, Illinois.
Die Beseitigung eines Codierzahnrads in Anordnungen wie etwa Getrieben bietet neben anderen Betrachtungen verbesserte Packungsmöglichkeiten, Anordnungen mit niedrigerem Gewicht und verbesserte Herstellbarkeit. Die Verwendung des Codierzahnrads 14 als ein Ziel für einen Drehzahlsensor 18 liefert außerdem gegenüber dem Zielen auf ein Codierzahnrad ein genaueres Signal. Die Verwendung eines nicht vormagnetisierten Sensors 18 schafft Kostenchancen sowie Packungs- und Zuverlässigkeitsverbesserungen. Darüber hinaus dient die Nutzung der Zieloberfläche 26 als das Sensorziel anstelle der radialen Oberfläche wiederum als eine Packungsverbesserung.
Die Beschreibung der Offenbarung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft, wobei Änderungen, die vom Hauptpunkt der Offenbarung nicht abweichen, im Umfang der Offenbarung liegen sollen. Solche Änderungen werden nicht als Abweichung vom Erfindungsgedanken und vom Schutzumfang der Offenbarung angesehen.

Claims

Sensoranordnung, die umfasst: ein Gehäuse; eine erste Welle, die durch das Gehäuse drehbar gelagert ist; ein erstes Zahnrad, das eine Mehrzahl von Zahnradzähnen aufweist, wobei jeder eine Zieloberfläche aufweist und wobei das erste Zahnrad durch die erste Welle drehbar gelagert ist; und einen Sensor, der an dem Gehäuse angebracht ist und wobei der Sensor ein erstes Ende aufweist, das den Zieloberflächen der Mehrzahl von Zahnradzähnen gegenüberliegt; und wobei die Zieloberflächen der Mehrzahl von Zahnradzähnen des ersten Zahnrads ein Magnetfeld erzeugen [engt.: ”generates”].
Sensoranordnung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine zweite Welle, die durch das Gehäuse drehbar gelagert ist; ein zweites Zahnrad, das eine Mehrzahl von Zahnradzähnen enthält, wobei das zweite Zahnrad durch die zweite Welle drehbar gelagert ist und wobei die Mehrzahl von Zahnradzähnen des zweiten Zahnrads mit der Mehrzahl von Zahnradzähnen des ersten Zahnrads kämmen.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Zieloberfläche der Mehrzahl von Zahnradzähnen des ersten Zahnrads eine Beschichtung enthält, die ein magnetisches Material aufweist, das das Magnetfeld erzeugt.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei die Zieloberflächen der Zahnradzähne des ersten Zahnrads aus einem magnetischen Material gebildet sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei das Magnetfeld der Zieloberflächen aufeinander folgender Zahnradzähne die Polarität wechselt.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei der Sensor nicht vormagnetisiert ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei das erste Zahnrad ein Stirnrad ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei das erste Zahnrad ein Schrägstirnrad ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Sensor vom Hall-Effekt-Typ ist.
Sensoranordnung, die umfasst: ein Gehäuse; eine erste und eine zweite Welle, die durch das Gehäuse drehbar gelagert sind; ein erstes Zahnrad, das eine Mehrzahl von Zahnradzähnen aufweist, wobei jeder eine Zieloberfläche aufweist und wobei das erste Zahnrad durch die erste Welle drehbar gelagert ist; und ein zweites Zahnrad, das eine Mehrzahl von Zahnradzähnen enthält, wobei das zweite Zahnrad durch die zweite Welle drehbar gelagert ist und wobei die Mehrzahl von Zahnradzähnen des zweiten Zahnrads mit der Mehrzahl von Zahnradzähnen des ersten Zahnrads kämmen; einen Sensor, der an dem Gehäuse angebracht ist und wobei der Sensor ein erstes Ende aufweist, das den Zieloberflächen der Mehrzahl von Zahnradzähnen gegenüberliegt; und wobei die Zieloberflächen der Mehrzahl von Zahnradzähnen des ersten Zahnrads ein Magnetfeld erzeugen [engl.: ”generates”].