DE102012204612A1

DE102012204612A1 - Sensorvorrichtung für eine drehbare Welle, Antriebssystem und Verfahren zum Bestimmen zumindest einer Dreheigenschaft einer drehbaren Welle

Info

Publication number: DE102012204612A1
Application number: DE201210204612
Authority: DE
Inventors: Christoph Bauer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2013-09-26

Abstract

Es wird eine Sensorvorrichtung (120) für eine drehbare Welle (110) vorgeschlagen. Dabei weist die drehbare Welle (110) einen Drehmoment führenden Teil (112) und einen drehmomententkoppelten Teil (114) auf. Die Sensorvorrichtung (120) weist mindestens einen ersten Impulsgeber (121) auf, der an dem Drehmoment führenden Teil (112) der Welle (110) anordenbar ist. Auch weist die Sensorvorrichtung (120) mindestens einen zweiten Impulsgeber (122) auf, der an dem drehmomententkoppelten Teil (114) der Welle (110) anordenbar ist. Die Sensorvorrichtung (120) weist ferner eine Erfassungseinrichtung (124) auf, die ausgebildet ist, um bei einer Drehbewegung der Welle (110) zumindest einen ersten Impuls (201) von dem ersten Impulsgeber (121) und zumindest einen zweiten Impuls (202) von dem zweiten Impulsgeber (122) zu erfassen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung für eine drehbare Welle, auf ein Antriebssystem und auf ein Verfahren zum Bestimmen einer Dreheigenschaft einer drehbaren Welle, insbesondere für Antriebssysteme für Fahrzeuge, Maschinen oder dergleichen.
Eine Drehmomentmessung an einer drehbaren Welle beispielsweise eines Antriebssystems wird häufig unter Verwendung von zwei Sensoren vorgenommen. Die DE 10 2006 017 727 A1 offenbart eine berührungslose Sensorvorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Eigenschaften einer Welle.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Sensorvorrichtung für eine drehbare Welle, ein verbessertes Antriebssystem und ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen einer Dreheigenschaft einer drehbaren Welle, gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Sensorvorrichtung bei jeder Umdrehung einer Welle mindestens zwei Impulse erfassen. Einen Impuls von einem Drehmoment führenden Teil der Welle und einen Impuls von einem nicht Drehmoment führenden bzw. drehmomententkoppelten Teil der Welle. Wenn die Welle ein Drehmoment übertragt, wird der Drehmoment führende Teil der Welle tordiert bzw. verdreht, wobei der drehmomententkoppelte Teil der Welle keine bzw. keine wesentliche Torsion bzw. Verdrehung erfährt. Insbesondere unter Berücksichtigung von Drehzahl, Werkstoffeigenschaften und einer Geometrie der Welle oder unter Verwendung einer vorbestimmten Wertetabelle kann unter Verwendung des zeitlichen Abstands zwischen den Impulsen beispielsweise das Drehmoment berechnet werden.
Vorteilhafterweise kann insbesondere eine Drehmomentermittlung an umlaufenden Wellen unter Verwendung lediglich einer Sensorvorrichtung erfolgen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen hierzu insbesondere ein berührungsfreies Messen eines Verdrehwinkels bzw. einer Phasenverschiebung an einer umlaufenden, Drehmoment führenden Welle unter Verwendung lediglich einer Sensorvorrichtung. Somit können Platz, Bauteile und Kosten eingespart sowie Dreheigenschaften einer drehbaren Welle unaufwendig und präzise bestimmt werden.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Sensorvorrichtung für eine drehbare Welle, wobei die drehbare Welle einen Drehmoment führenden Teil und einen drehmomententkoppelten Teil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung einen ersten Impulsgeber, der an dem Drehmoment führenden Teil der Welle anorden bar ist, einen zweiten Impulsgeber, der an dem drehmomententkoppelten Teil der Welle anordenbar ist, und eine Erfassungseinrichtung aufweist, die ausgebildet ist, um bei einer Drehbewegung der Welle zumindest einen ersten Impuls von dem ersten Impulsgeber und zumindest einen zweiten Impuls von dem zweiten Impulsgeber zu erfassen.
Es besteht die Möglichkeit weitere Impulsgeber zu verwenden.
Die drehbare Welle kann Teil eines Antriebssystems sein. Der Drehmoment führende Teil der Welle kann ein zylindrisches, insbesondere ein vollzylindrisches, Bauteil zur Kraftübertragung in einem Antriebssystem sein. Der drehmomententkoppelte Teil der Welle kann beispielsweise elf hülsenförmiges, stabförmiges, stabähnliches, rohrförmiges oder rohrähnliches Bauteil aufweisen, das an dem Drehmoment führenden Teil der Welle angebracht oder anbringbar ist. Die Impulsgeber können vom gleichen Typ sein. Die Impulsgeber können an den jeweiligen Teilen der Welle mittels einer stoffschlüssigen, kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung anbringbar sein. Die Erfassungseinrichtung kann ein geeignetes Sensorelement zum Erfassen der Impulse aufweisen. Die Erfassungseinrichtung kann auch eine Wandlereinrichtung zum Wandeln der erfassten Impulse in ein ausgebbares Erfassungssignal aufweisen, insbesondere ein digitales elektrisches oder optisches Signal.
Die Impulsgeber können gegenüberliegend angeordnet sein, es ist aber auch möglich, die Impulsgeber in unterschiedlichen Winkelstellungen anzuordnen, solange ein Abstand zwischen den beiden Impulsgebern vorhanden ist.
Gemäß einer Ausführungsform können der erste Impulsgeber und der zweite Impulsgeber magnetische Impulsgeber sein. Dabei kann die Erfassungseinrichtung ausgebildet sein, um magnetische Impulse zu erfassen. Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung ausgebildet sein, um Änderungen eines Magnetfeldes zu erfassen, welche durch die magnetischen Impulsgeber ausgelöst werden, wenn sich die Welle dreht und die Impulsgeber an der Erfassungseinrichtung vorbei bewegt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Impulse auf eine unkomplizierte, unaufwendige und zuverlässige Weise erfasst werden können.
Insbesondere können der erste Impulsgeber und der zweite Impulsgeber einander gegenüberliegend an der Welle anordenbar sein. Dabei kann eine Verbindungslinie zwischen dem ersten Impulsgeber und dem zweiten Impulsgeber eine Durchmesserlinie des Drehmoment führenden Teils der Welle darstellen. Bezogen auf eine Drehbewegung bzw. Umdrehung der Welle relativ zu einem feststehenden Bezugspunkt kann beispielsweise der erste Impulsgeber an einer 0 Grad bzw. 360 Grad der Umdrehung entsprechenden Position an der Welle anordenbar sein und kann der zweite Impulsgeber an einer 180 Grad der Umdrehung entsprechenden Position an der Welle anordenbar sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass bei der Erfassung die Impulse in einer definierten und berechnungsvereinfachenden Referenzphasenlage zueinander stehen, wenn eine drehmomentfreie Drehbewegung der Welle vorliegt.
Ferner kann die Sensorvorrichtung eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten des zumindest einen ersten Impulses und des zumindest einen zweiten Impulses aufweisen. Dabei kann die Auswerteeinrichtung räumlich getrennt von oder benachbart zu der Erfassungseinrichtung anordenbar sein. Die Auswerteeinrichtung kann ausgebildet sein, um eine Signalausgabe von der Erfassungseinrichtung zu empfangen und zu verarbeiten. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass unter Verwendung der Impulse auf eine genaue und zuverlässige Weise Dreheigenschaften der Welle gewonnen werden können.
Hierbei kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um unter Verwendung zumindest einer Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen ein auf die Welle wirkendes Drehmoment zu bestimmen. Insbesondere kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um eine Zeitdauer zwischen einem ersten Impuls und einem zweiten Impuls und/oder eine Zeitdauer zwischen einem zweiten Impuls und einem ersten Impuls zu messen. Die Auswerteeinrichtung kann ferner ausgebildet sein, um die Zeitdauer zwischen einem ersten Impuls und einem zweiten Impuls mit der Zeitdauer zwischen einem zweiten Impuls und einem ersten Impuls zu vergleichen. Dabei kann die Auswerteeinrichtung auch ausgebildet sein, um mehrere aufeinanderfolgende Zeitdauern zum Auswerten zu berücksichtigen. Auch kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um die Zeitdauer mit einer Referenzzeitdauer zu vergleichen. Die Referenzzeitdauer kann einer Zeitdauer bei Vorliegen einer drehmomentfreien Drehbewegung der Welle entsprechen. Basierend auf dem Vergleich der Zeitdauern miteinander bzw. mit der Referenzzeitdauer und/oder einem Vergleich aufeinanderfolgender Zeitdauern kann ein auf die Welle wirkendes Drehmoment bestimmt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass auf diese Weise ein Drehmoment zuverlässig, unaufwendig und genau bestimmt werden kann.
Auch kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um unter Verwendung zumindest einer weiteren Zeitdauer zwischen zwei von dem gleichen Impulsgeber stammenden, aufeinanderfolgenden Impulsen eine Drehzahl der Welle zu bestimmen. Insbesondere kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um eine weitere Zeitdauer zwischen einem ersten Impuls und dem nächstfolgenden ersten Impuls und/oder eine weitere Zeitdauer zwischen einem zweiten Impuls und dem nächstfolgenden zweiten Impuls zu messen. Dabei kann die Auswerteeinrichtung auch ausgebildet sein, um mehrere aufeinanderfolgende Zeitdauern zum Auswerten zu berücksichtigen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass auf diese Weise eine Drehzahl zuverlässig, unaufwendig und genau bestimmt werden kann.
Die vorlegende Erfindung schafft auch ein Antriebssystem mit folgenden Merkmalen:
einer drehbaren Welle mit einem Drehmoment führenden Teil und einem drehmomententkoppelten Teil; und
einer vorstehend genannten Sensorvorrichtung, wobei der erste Impulsgeber an dem Drehmoment führenden Teil der Welle angeordnet ist, der zweite Impulsgeber an dem drehmomententkoppelten Teil der Welle angeordnet ist und die Erfassungseinrichtung benachbart zu der Welle in einer Umlaufbereich des ersten Impulsgebers und des zweiten Impulsgebers angeordnet ist.
In Verbindung mit dem Antriebssystem kann eine oben genannte Sensorvorrichtung vorteilhaft eingesetzt bzw. verwendet werden. Der Umlaufbereich kann einen gemeinsamen Umlaufbereich des ersten Impulsgebers und des zweiten Impulsgebers repräsentieren. Dabei können eine kürzeste Verbinndungslinie von dem ersten Impulsgeber zu einer Längsachse bzw. Drehachse der Welle und eine kürzeste Verbindungslinle von dem zweiten Impulsgeber zu der Längsachse der Welle einander innerhalb des Umlaufbereichs oder in einem gemeinsamen Punkt innerhalb des Umlaufbereichs auf der Längsachse schneiden. Der Umlaufbereich kann sich entlang einer Längserstreckungsrichtung der Welle über eine Länge erstrecken, die zumindest einer größten Abmessung eines der Impulsgeber entlang der Längserstreckungsrichtung entspricht. Der Umlaufbereich kann sich radial von der Drehachse der Welle um einen Erfassungsabstand nach außen weg von der Welle erstrecken. Die Erfassungseinrichtung ist maximal um den Erfassungsabstand von der Welle beabstandet angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform kann der drehmomententkoppelte Teil der Welle radial außen bezüglich des Drehmoment führenden Teils der Welle angeordnet sein. Hierbei kann der drehmomententkoppelte Teil an einer Fügestelle mechanisch mit dem Drehmoment führenden Teil verbunden sein. Auch können dabei der erste Impulsgeber und der zweite Impulsgeber entlang einer Längserstreckungsrichtung der Welle um einen Mindestabstand von der Fügestelle beabstandet sein. Dabei kann der Drehmoment führende Teil in einer geringeren radialen Abstand von einer Drehachse der Welle angeordnet sein als der drehmomententkoppelte Teil der Welle. Bei der Fügestelle kann es sich um eine Verbindungsstelle einer stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem drehmomententkoppelten Teil und dem Drehmoment führenden Teil handeln. Der erste Impulsgeber und der zweite Impulsgeber können entlang einer Längserstreckungsrichtung der Welle auch um einen Mindestabstand von insbesondere innerhalb Fertigungstoleranzen bzw. Montagetoleranzen gleichem Betrag von der Fügestelle beabstandet sein. Die Auswerteeinrichtung kann ausgebildet sein, um insbesondere das Drehmoment auch unter Verwendung des Mindestabstands zu bestimmen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass auf diese Weise das Drehmoment zuverlässig, unaufwendig und genau bestimmt werden kann.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Bestimmen zumindest einer Dreheigenschaft einer drehbaren Welle, wobei das Verfahren folgenden Schritt aufweist
Erfassen zumindest eines ersten Impulses von einem an einem Drehmoment führenden Teil der Welle angeordneten, ersten Impulsgeber und zumindest eines zweiten Impulses von einem an einem drehmomententkoppelten Teil der Welle angeordneten, zweiten Impulsgeber bei einer Drehbewegung der Welle; und
Auswerten des zumindest einen ersten Impulses und des zumindest einen zweiten Impulses, um die zumindest eine Dreheigenschaft der drehbaren Welle zu bestimmen.
Das Verfahren kann unter Verwendung eines oben beschriebenen Antriebssystems bzw. in Verbindung mit einem oben beschriebenen Antriebssystem vorteilhaft ausgeführt werden. Bei der zumindest einen Dreheigenschaft der Welle kann es sich um ein Drehmoment der Welle und/oder eine Drehzahl der Welle handeln. Auch kann die zumindest eine Dreheigenschaft der Welle eine zeitliche Änderung des Drehmoments der Welle und/oder der Drehzahl der Welle umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Auswertens unter Verwendung zumindest einer Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen ein auf die Welle wirkendes Drehmoment als die Dreheigenschaft bestimmt werden. Zusätzlich oder alternativ kann unter Verwendung zumindest einer weiteren Zeitdauer zwischen zwei von dem gleichen Impulsgeber stammenden, aufeinanderfolgenden Impulsen eine Drehzahl der Welle als die Dreheigenschaft bestimmt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass auf diese Weise das Drehmoment bzw. die Drehzahl zuverlässig, unaufwendig und genau bestimmt werden kann.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Signalausgabe einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine weitere Signalausgabe einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt ein Antriebssystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind das Antriebssystem 100, eine Welle 110, eine Drehachse 111, ein Drehmoment führender Teil 112, ein drehmomententkoppelter Teil 114, eine Fügestelle 116, eine Sensorvorrichtung 120, ein erster Impulsgeber 121, ein zweiter Impulsgeber 122, eine Erfassungseinrichtung 124, eine Auswerteeinrichtung 126 und ein Mindestabstand 130. 1 zeigt das Antriebssystem 100 in einer Seitenansicht bzw. Draufsicht, wobei der drehmomententkoppelte Teil 114 zeichnerisch partiell entfernt ist. Anders ausgedrückt zeigt 1 eine Funktionsskizze des Antriebssystems 100. Das Antriebssystem 100 weist die Welle 110 und die Sensorvorrichtung 120 auf.
Die Welle 110 weist die Drehachse 111, den Drehmoment führenden Teil 112, den drehmomententkoppelten Teil 114 und die Fügestelle 116 auf. Die Welle kann sich um die Drehachse 111 drehen. Der drehmomententkoppelte Teil 114 der Welle 110 ist an der Fügestelle 116 mittels einer Fügeverbindung an dem Drehmoment führenden Teil 112 der Welle 110 angebracht. Der Drehmoment führende Teil 112 der Welle 110 ist in Gestalt eines Vollzylinders ausgeformt. Der drehmomententkoppelte Teil 114 der Welle 110 ist in Gestalt eines Rohres bzw. eines Hohlzylinders ausgeformt. Der drehmomententkoppelte Teil 114 der Welle 110 ist einen Teilabschnitt des Drehmoment führenden Teils 112 der Welle 110 hülsenähnlich umgebend angeordnet.
Die Sensorvorrichtung 120 weist den ersten Impulsgeber 121, den zweiten Impulsgeber 122, die Erfassungseinrichtung 124 und die Auswerteeinrichtung 126 auf. Der erste Impulsgeber 121 ist an dem Drehmoment führenden Teil 112 der Welle 110 angeordnet. Der zweite Impulsgeber 122 ist an dem drehmomententkoppelten Teil 114 der Welle 110 angeordnet. Der erste Impulsgeber 121 und der zweite Impulsgeber 122 sind entlang der Drehachse 111 der Welle 110 in dem Mindestabstand 130 von der Fügestelle 116 entfernt angeordnet. Der erste Impulsgeber 121 und der zweite Impulsgeber 122 sind relativ zu der Welle 110 einander gegenüberliegend angeordnet. Die Erfassungseinrichtung 124 ist benachbart zu dem ersten Impulsgeber 121 und dem zweiten Impulsgeber 122 angeordnet. Die Erfassungseinrichtung 124 ist ortsfest bezüglich der Welle 110 bzw. dem ersten Impulsgeber 121 und dem zweiten Impulsgeber 122 angeordnet.
Gemäß dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Auswerteeinrichtung 126 beispielhaft als optional, als entfernt von der Erfassungseinrichtung 124 und als mit der Erfassungseinrichtung 124 mittels einer elektrischen Leitung verbunden dargestellt. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Auswerteeinrichtung 126 auch kein physischer Teil der Sensorvorrichtung 120 sein, sondern Teil eines externen Steuergeräts sein oder in der Erfassungseinrichtung 124 integriert sein.
Wenn auf die Welle 110 bzw. den Drehmoment führenden Teil 112 der Welle 110 ein Drehmoment wirkt, wird der Drehmoment führende Teil 112 der Welle 110 relativ zu dem drehmomententkoppelten Teil 114 der Welle 110 verdreht bzw. tordiert. Bei dem Mindestabstand 130 handelt es sich in diesem Kontext um eine relevante Länge mit Relativverdrehung. Die Erfassungseinrichtung 124 ist ausgebildet, um bei einer Drehbewegung der Welle 110 zumindest einen ersten Impuls von dem ersten Impulsgeber 121 und zumindest einen zweiten Impuls von dem zweiten Impulsgeber 122 zu erfassen. Die Erfassungseinrichtung 124 ist ausgebildet, um basierend auf einer zeitlichen Abfolge der Impulse, auf dem Mindestabstand sowie auf zumindest einer Materialeigenschaft der Welle 110 ein Drehmoment und/oder eine Drehzahl der Welle 110 zu bestimmen.
2 zeigt eine Signalausgabe 200 einer Erfassungseinrichtung einer Sensorvorrichtung eines Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Antriebssystem bzw. der Sensorvorrichtung und somit auch der Erfassungseinrichtung kann es sich um das Antriebssystem bzw. die Sensorvorrichtung und somit auch die Erfassungseinrichtung aus 1 handeln. Insbesondere zeigt 2 die Signalausgabe 200 der Erfassungseinrichtung in einem lastfreien Zustand bzw. drehmomentfreien Zustand der Welle des in 1 gezeigten und beschriebenen Antriebssystems. Zudem ist gemäß der in 2 dargestellten Signalausgabe 200 eine Drehzahl der Welle konstant.
Gezeigt ist eine Signalauftragung eines digitalen Signals der Signalausgabe 200, wie dasselbe beispielsweise von der Erfassungseinrichtung aus 1 ausgegeben werden kann, über der Zeit. Der in 2 gezeigte zeitliche Ausschnitt des digitalen Signals weist beispielhaft fünf logisch niedrige Zustände und vier logisch hohe Zustände auf. Die vier logisch hohen Zustände sind einer abwechselnden Abfolge von ersten Impulsen 201 und zweiten Impulsen 202 zugeordnet. Eine Abfolge der logischen Zustände des in 2 gezeigten zeitlichen Ausschnitt der Signalausgabe 200 beginnt mit einem ersten logisch niedrigen Zustand, gefolgt von einem ersten logisch hohen Zustand, der einem ersten Impuls 201 zugeordnet ist, einem zweiten logisch niedrigen Zustand, einem zweiten logisch hohen Zustand, der einem zweiten Impuls 202 zugeordnet ist, einem dritten logisch niedrigen Zustand, einem dritten logisch hohen Zustand, der einem weiteren ersten Impuls 201 zugeordnet ist, einem vierten logisch niedrigen Zustand, einem vierten logisch hohen Zustand, der einem weiteren zweiten Impuls 202 zugeordnet ist, und einem fünften logisch niedrigen Zustand.
Gezeigt sind ferner sich abwechselnd wiederholende Zeitabschnitte, zeitliche Abstände bzw. erste Zeitdauern t1 und zweite Zeitdauern t2. Die ersten Zeitdauern t1 erstrecken sich von einem Beginn eines ersten Impulses 201 bis zu einem Beginn eines unmittelbar folgenden zweiten Impulses 202. Die zweiten Zeitdauern t2 erstrecken sich von einem Beginn eines zweiten Impulses 202 bis zu einem Beginn eines unmittelbar folgenden ersten Impulses 201. Gemäß dem in 2 gezeigten Fall eines drehzahlkonstanten sowie lastfreien bzw. drehmomentfreien Zustands der Welle des in 1 gezeigten und beschriebenen Antriebssystems sind die ersten Zeitdauern t1 und die zweiten Zeitdauern t2 gleich lang. Basierend auf der zeitlichen Abfolge der Impulse 201 und 202 in der Signalausgabe 200 kann eine Auswerteeinrichtung, wie die Auswerteeinrichtung aus 1, den drehzahlkonstanten sowie drehmomentfreien Zustand der Welle bzw. Werte von Drehzahl und Drehmoment bestimmen. Wenn eine erste Zeitdauer t1 und eine unmittelbar folgende zweite Zeitdauer t2 gleich lang sind, liegt kein Drehmoment an der Welle an. Die Drehzahl ergibt sich unter Verwendung einer Summe aus einer ersten Zeitdauer t1 und einer unmittelbar folgenden zweiten Zeitdauer t2 bzw. unter Verwendung des zeitlichen Abstands vom Beginn eines ersten Impulses 201 bis zum Beginn eines nächstfolgenden ersten Impulses 201 oder vom Beginn eines zweiten Impulses 202 bis zum Beginn eines nächstfolgenden zweiten Impulses 202.
Anders ausgedrückt zeigt 2 eine Signalausgabe 200 in einem Fall, in dem die Welle ohne Drehmoment dreht. Es entsteht deshalb keine Relativverdrehung zwischen dem Drehmoment führenden und dem drehmomententkoppelten Teil der Welle. Der zeitliche Abstand zwischen den Impulsen ist gleich. Dabei ist eine Anordnung der Impulsgeber 180° zueinander bzw. gegenüberliegend. Hierbei wird ein Fall ohne Reibung angenommen. Nach Ablauf eines Paars einer ersten Zeitdauer t1 und einer zweiten Zeitdauer t2 ist eine vollständige Umdrehung der Welle erfolgt.
3 zeigt eine weitere Signalausgabe 300 einer Erfassungseinrichtung einer Sensorvorrichtung eines Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem Antriebssystem bzw. der Sensorvorrichtung, somit auch der Erfassungseinrichtung, kann es sich um das Antriebssystem bzw. die Sensorvorrichtung, somit auch die Erfassungseinrichtung, aus 1 handeln. Insbesondere zeigt 3 zeigt die Signalausgabe 300 der Erfassungseinrichtung in einem Lastzustand bzw. Drehmoment übertragenden Zustand der Welle des in 1 gezeigten und beschriebenen Antriebssystems. Gemäß der in 3 dargestellten Signalausgabe 300 ist eine Drehzahl der Welle hierbei konstant. Hierbei entspricht die Darstellung in 3 der Darstellung aus 2 bis auf die zeitlichen Abstände zwischen den Impulsen 201 und 202.
Gemäß dem in 3 gezeigten Fall eines drehzahlkonstanten sowie Drehmoment übertragenden Zustands der Welle des in 1 gezeigten und beschriebenen Antriebssystems sind die ersten Zeitdauern t1 und die zweiten Zeitdauern t2 ungleich lang. So sind insbesondere die ersten Zeitdauern t1 von dem Beginn eines ersten Impulses 201 bis zu dem Beginn eines unmittelbar folgenden zweiten Impulses 202 geringer als die zweiten Zeitdauern t2 von dem Beginn eines zweiten Impulses 202 bis zu dem Beginn eines unmittelbar folgenden ersten Impulses 201. Basierend auf der zeitlichen Abfolge der Impulse 201 und 202 in der Signalausgabe 300 kann eine Auswerteeinrichtung, wie die Auswerteeinrichtung aus 1, den drehzahlkonstanten sowie Drehmoment übertragenden Zustand der Welle bzw. Werte von Drehzahl und Drehmoment bestimmen. Wenn eine erste Zeitdauer t1 und eine unmittelbar folgende zweite Zeitdauer t2 ungleich lang sind, liegt ein Drehmoment an der Welle an. Dabei ergibt sich ein Wert des anliegenden Drehmoments aus einem Verhältnis der ersten Zeitdauer t1 und der unmittelbar folgenden zweiten Zeitdauer t2.
Anders ausgedrückt zeigt 3 eine Signalausgabe 300 in einem Fall, in dem ein in die Welle eingeleitetes Drehmoment den Drehmoment führenden Teil der Welle tordiert. Es entsteht eine Relativverdrehung zwischen Drehmoment führendem und nicht Drehmoment führendem Teil der Welle. Die zeitlichen Abstände zwischen den Impulsen 201 und 202 ändern sich. Dabei ist eine Anordnung der Impulsgeber im unverdrehten Zustand 180° zueinander bzw. gegenüberliegend.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Bestimmen zumindest einer Dreheigenschaft einer drehbaren Welle, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorlegenden Erfindung. Das Verfahren 400 weist einen Schritt des Erfassens 410 zumindest eines ersten Impulses von einem an einem Drehmoment führenden Teil der Welle angeordneten, ersten Impulsgeber und zumindest eines zweiten Impulses von einem an einem drehmomententkoppelten Teil der Welle angeordneten, zweiten Impulsgeber bei einer Drehbewegung der Welle auf. Auch weist das Verfahren 400 einen Schritt des Auswertens 420 des zumindest einen ersten Impulses und des zumindest einen zweiten Impulses auf, um die zumindest eine Dreheigenschaft der drehbaren Welle zu bestimmen.
Dabei wird im Schritt des Auswertens 420 unter Verwendung zumindest einer Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen ein auf die Welle wirkendes Drehmoment als die Dreheigenschaft bestimmt. Zusätzlich oder alternativ wird im Schritt des Auswertens 420 unter Verwendung zumindest einer weiteren Zeitdauer zwischen zwei von dem gleichen Impulsgeber stammenden, aufeinanderfolgenden Impulsen eine Drehzahl der Welle als die Dreheigenschaft bestimmt.
Durch die Ausführung des Verfahrens 400 kann mittels einer Sensorvorrichtung, wie der in 1 gezeigten und beschriebenen Sensorvorrichtung, zumindest eine Dreheigenschaft einer drehbaren Welle bestimmt werden. Schritte des Verfahrens können dabei von oder unter Verwendung geeigneter Einrichtungen der Sensorvorrichtung ausgeführt werden. Die drehbare Welle und die Sensorvorrichtung können somit Teil des in 1 gezeigten und beschriebenen Antriebssystems sein.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Bezugszeichenliste

100: Antriebssystem
110: Welle
111: Drehachse
112: Drehmoment führender Teil
114: drehmomententkoppelter Teil
116: Fügestelle
120: Sensorvorrichtung
121: erster Impulsgeber bzw. Impulsgeber A
122: zweiter Impulsgeber bzw. Impulsgeber B
124: Erfassungseinrichtung bzw. Sensor
126: Auswerteeinrichtung
130: Mindestabstand
200: Signalausgabe der Erfassungseinrichtung im lastfreien Zustand
201: erster Impuls
202: zweiter Impuls
t1: erste Zeitdauer
t2: zweite Zeitdauer
300: Signalausgabe der Erfassungseinrichtung im Lastzustand
400: Verfahren zum Bestimmen
410: Schritt des Erfassens
420: Schritt des Auswertens

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 102006017727 A1 [0002]

Claims

Sensorvorrichtung (120) für eine drehbare Welle (110), wobei die drehbare Welle (110) einen Drehmoment führenden Teil (112) und einen drehmomententkoppelten Teil (114) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (120) mindestens einen ersten Impulsgeber (121), der an dem Drehmoment führen den Teil (112) der Welle (110) anordenbar ist, mindestens einen zweiten Impulsgeber (122), der an dem drehmomententkoppelten Teil (114) der Welle (110) anordenbar ist, und eine Erfassungseinrichtung (124) aufweist, die ausgebildet ist, um bei einer Drehbewegung der Welle (110) zumindest einen ersten Impuls (201) von dem ersten Impulsgeber (121) und zumindest einen zweiten Impuls (202) von dem zweiten Impulsgeber (122) zu erfassen.
Sensorvorrichtung (120) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Impulsgeber (121) und der zweite Impulsgeber (122) magnetische Impulsgeber sind, wobei die Erfassungseinrichtung (124) ausgebildet ist, um magnetische Impulse zu erfassen.
Sensorvorrichtung (120) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Impulsgeber (121) und der zweite Impulsgeber (122) einander gegenüberliegend an der Welle (110) anordenbar sind.
Sensorvorrichtung (120) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (120) eine Auswerteeinrichtung (126) zum Auswerten des zumindest einen ersten Impulses (201) und des zumindest einen zweiten Impulses (202) aufweist.
Sensorvorrichtung (120) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (126) ausgebildet ist, um unter Verwendung zumindest einer Zeitdauer (t1, t2) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen (201, 202) ein auf die Welle (110) wirkendes Drehmoment zu bestimmen.
Sensorvorrichtung (120) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (126) ausgebildet ist, um unter Verwendung zumindest einer weiteren Zeitdauer (t1, t2) zwischen zwei von dem gleichen Impulsgeber (121, 122) stammenden, aufeinanderfolgenden Impulsen (201, 202) eine Drehzahl der Welle (110) zu bestimmen.
Antriebssystem (100) mit folgenden Merkmalen: einer drehbaren Welle (110) mit einem Drehmoment führenden Teil (112) und einem drehmomententkoppelten Teil (114); und einer Sensorvorrichtung (120) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der erste Impulsgeber (121) an dem Drehmoment führenden Teil (112) der Welle (110) angeordnet ist, der zweite Impulsgeber (122) an dem drehmomententkoppelten Teil (114) der Welle (110) angeordnet ist und die Erfassungseinrichtung (124) benachbart zu der Welle (110) in einem Umlaufbereich des ersten Impulsgebers (121) und des zweiten Impulsgebers (122) angeordnet ist.
Antriebssystem (100) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der drehmomententkoppelte Teil (114) der Welle (110) radial außen bezüglich des Drehmoment führenden Teils (112) der Welle (110) angeordnet ist, wobei der drehmomententkoppelte Teil (114) an einer Fügestelle (116) mechanisch mit dem Drehmoment führenden Teil (112) verbunden ist, wobei der der erste Impulsgeber (121) und der zweite Impulsgeber (122) entlang einer Längserstreckungsrichtung der Welle (110) um einen Mindestabstand (130) von der Fügestelle (116) beabstandet sind.
Verfahren (400) zum Bestimmen zumindest einer Dreheigenschaft einer drehbaren Welle (110), wobei das Verfahren (400) folgenden Schritt aufweist: Erfassen (410) zumindest eines ersten Impulses (201) von einem an einem Drehmoment führenden Teil (112) der Welle (110) angeordneten, ersten Impulsgeber (121) und zumindest eines zweiten Impulses (202) von einem an einem drehmomententkoppelten Teil (114) der Welle (110) angeordneten, zweiten Impulsgeber (122) bei einer Drehbewegung der Welle (110); und Auswerten (420) des zumindest einen ersten Impulses (201) und des zumindest einen zweiten Impulses (202), um die zumindest eine Dreheigenschaft der drehbaren Welle (110) zu bestimmen.
Verfahren (400) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Auswertens (420) unter Verwendung zumindest einer Zeitdauer (t1, t2) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen (201, 202) ein auf die Welle (110) wirkendes Drehmoment als die Dreheigenschaft bestimmt wird und/oder unter Verwendung zumindest einer weiteren Zeitdauer (t1, t2) zwischen zwei von dem gleichen Impulsgeber (121, 122) stammenden, aufeinanderfolgenden Impulsen (201, 202) eine Drehzahl der Welle (110) als die Dreheigenschaft bestimmt wird.