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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Getriebe und insbesondere auf Lager abstützende Getriebewellensysteme, welche Betriebscharakteristika von Getrieben erkennen und messen können.
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Hintergrund der Erfindung
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Lageranwendungen mit Sensoren sind bekannt. Diese Anwendungen beziehen sich auf Radlager und in Motorensystemen verwendete Lager, welche zur Steuerung des Fahrzeugbetriebs beitragen sollen zum Beispiel bei der Kalibrierung der Schaltung. Eine sich auf externe, nicht direkt dem Getriebe zugeordnete Sensoren basierende Schätzung der Betriebsbedingungen des Getriebes hinsichtlich Last- und Drehzahlcharakteristika ist jedoch mit Fehlern behaftet. Folglich ist es aufgrund dieses Fehlers nicht möglich, wirksame Charakteristika des Getriebebetriebs festzustellen.
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Siehe zum Beispiel U.S. Patentanmeldung Nr. 6,701,780, die ein Radlager zum Messen der Berührungskräfte zwischen den Fahrzeugreifen und der Straße offenbart. Hier weist die Radlagereinheit einen ersten, auf einem stationären Teil des Radlagers angeordneten Sensor zur Erkennung der zwischen einem rotierenden und einem stationären Teil des Lagers wirksamen Kräfte auf, sowie einen zweiten, auf einem Stützelement zwischen dem stationären Lagerring und einem Sattel einer Scheibenbremse angeordneten Sensor zum Messen der während eines Bremsvorgangs auf den Bremsensattel wirkenden Kräfte.
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Für weitere Beispiele von in Zusammenhang mit Radlagern verwendeten Sensoren, siehe auch
U.S. Patent Nr. 7,631,553 , U.S. Patentanmeldung Nr. 2008/0304779 (
DE 10 2005 059 393 A1 ) und U.S. Patentanmeldung Nr. 2006/0037411 (
DE 10 228 412 A1 ).
U.S. Patent Nr. 7,631,553 bezieht sich auf eine Lageranordnung, die eine Messhülse und einen auf der Messhülse gelagerten Sensor aufweist. U.S. Patentanmeldung Nr. 2008/0304779 (
DE 10 2005 059 393 A1 ) bezieht sich auf ein Radlager, das einen Sensor zum Messen der Dreh- bzw. Winkelbewegungen eines Rads eines Kraftfahrzeugs aufweist. U.S. Patentanmeldung Nr. 2006/0037411 (
DE 10 228 412 A1 ) bezieht sich auf ein Radlager, das einen auf einem stationären Teil der Lagereinheit montierten Sensor aufweist, der die Bremskräfte misst.
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Siehe weiterhin z. B. U.S. Patentanmeldung Nr. 2010/0262344, die ein auf die Beanspruchungserkennung eines Reibelements basierendes Verfahren und ein System für eine Closed-Loop Phasensteuerung zum Wechseln der Gänge in Automatikgetrieben lehrt. In diesem Fall weist das System mehrfache Sensoren für die Messung von Drehmomenten auf, sowie Aktuatoren zur Erhöhung der Drehmomentaufnahmefähigkeit und einen Regler, der auch dazu vorgesehen ist, das Drehmoment zu erhöhen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abtast- und Messsystem für ein Getriebe. Das System liefert Echtzeit-Feedback über verschiedene Betriebscharakteristika (z. B. Kräfte, Drehmomente, Momente) und ermöglicht somit eine unmittelbare synchronisierte Kalibrierung der Gangschaltung als Reaktion auf die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs. Das Abtast- und Messsystem für Getriebe kann Verwendung finden bei verschiedenen Getriebekomponenten und Lagen wie zum Beispiel bei Lagern, Wellen und Differentialen. Das System optimiert die Effizienz und die Lebensdauer des Getriebes, ermöglicht eine höhere Kraftstoffersparnis, verbessert die Fahrzeugleistung und führt zu einer höheren Zufriedenheit des Fahrers.
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Das Abtast- und Messsystem kann bei verschiedenen Getriebekomponenten und Lagen einschließlich des/der Innenlagerrings(-ringe) oder des/der Außenlagerrings(-ringe), bei Lagerstützelementen für eine Hauptwelle, bei Lagerstützelementen für ein Antriebsdifferential einer Gegenwelle oder unmittelbar innerhalb des Differentials. Typischerweise sind ein Sensor zur Messung von Beanspruchung und Temperatur und ein integrierter Schaltkreis mit Messwertaufarbeitung unmittelbar im Innen- oder im Außenring des Lagers integriert. Der Sensor ist an dem stationären Teil befestigt, vorzugsweise durch Beschichten. Das stationäre Teil kann Sicherheitsmaßnahmen für eine Verriegelung des stationären Teils gegen Drehbewegungen enthalten. Hierdurch wird die Genauigkeit der Kraft- und Drehmomentleistung erhöht. Der Sensor kann auch auf das rotierende oder sich bewegende Teil angebracht werden. Alternativ können der/die Sensor(en) in Form einer alleinstehenden Einheit vorgesehen sein. Die Messdaten und die Messenergie können mit Hilfe von Telemetrie (z. B. Funkübertragung, induktive Kopplung oder kapazitive Kopplung) übertragen werden. Zum Beispiel werden die Beanspruchungswerte aus den auf den Außenlagerring wirkenden Kräften/aus den auf den Innenlagerring aufgebrachten Lasten abgeleitet. Die Messwerte der Beanspruchungsdaten werden verstärkt, gefiltert und von analog in digital umgewandelt. Die Daten werden mit einem Algorithmus, aus dem sich Kräfte, Momente und Drehmomente ergeben, berechnet und anschließend durch eine Regelvorrichtung auf einem Netzwerk weitergeleitet.
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Weiterhin können die analysierten Systemdaten mit Rad- und Motordaten kombiniert werden, um ein vollständiges Fahrzeug-Feedback und -Kontrolle zu erhalten, so dass sich ein vollkommen optimiertes und effizientes Fahrzeug ergibt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass das Abtast- und Messsystem für Getriebe bei einer beliebigen Lageranordnung des Getriebes verwendet werden kann. Zum Beispiel kann das Getriebeabtast- und Messsystem bei Rollenlagern, Schrägschulterkugellagern, Tandem-Kugellagern, Rillenkugellagern, Kegelrollenlagern und dergleichen verwendet werden.
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Ganz allgemein gesehen, kann die vorliegende Erfindung als ein Abtast- und Messsystem für eine Getriebeeinheit definiert werden, die eine Lageranordnung aufweisen kann, welche mit einem Außenring, einem Innenring, einer Mehrzahl von zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordneten Wälzkörpern, einem unmittelbar an einem der Ringe angeordneten Sensor und einer am Sensor befestigten und sich davon erstreckenden, Kabelverbindung zum Weiterleiten der gesammelten Daten, versehen sein kann.
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Die Lagereinheit kann so konzipiert sein, dass sie innerhalb der Getriebeeinheit an eine mit einer Ausnehmung versehene Getriebewelle montiert werden kann.
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Der Außenring des Lagers kann mit einem Flansch versehen sein, der durch Befestigungselemente an ein Gehäuse des Getriebes angebracht werden kann.
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Der erste Sensor kann auf einer axialen Seite des Innen- oder des Außenrings montiert werden. Alternativ kann der erste Sensor auf einer radialen Fläche des Innen- oder des Außenrings angeordnet sein.
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Der erste Sensor kann an dem Außenring befestigt sein.
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Der Innenring oder der Außenring kann stationär sein, und der Sensor kann an dem stationären Ring befestigt sein. Weiterhin weist der stationäre Ring Sicherheitsmaßnahmen auf, die zur Verriegelung des Rings gegen Drehbewegungen dienen.
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Das Abtast- und Messsystem kann weiterhin einen zweiten Sensor aufweisen, wobei der erste Sensor am Innen- oder am Außenring montiert ist und der zweite Sensor am anderen der Innen- oder Außenringe montiert ist. Der erste Sensor und der zweite Sensor können auf einer axialen Seite des Innen- und/oder des Außenrings montiert sein. Alternativ können der erste Sensor und der zweite Sensor auf der radialen Seite des Innen- und/oder des Außenrings montiert sein.
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Das Abtast- und Messsystem kann weiterhin Lagerstützelemente aufweisen, auf denen der Sensor montiert ist.
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Die Getriebeeinheit kann weiterhin ein Differential aufweisen, das ein Gehäuse aufweist, wobei die Lagereinheit unmittelbar innerhalb des Gehäuses des Differentials montiert ist.
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Die vom Sensor gesammelten Daten können u. a. die axiale Last, die radiale Kraft und das übertragene Drehmoment sein.
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Die vom Sensor gesammelten Daten können unmittelbar innerhalb der Getriebeeinheit gemessen werden.
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Die vom Sensor gemessenen Daten können durch Telemetrie weitergeleitet werden.
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Die gemessenen Daten können verstärkt, gefiltert und von analog in digital umgewandelt werden.
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Das Abtast- und Messsystem kann weiterhin einen Prozessor aufweisen, der die Daten verarbeiten und die optimalen Betriebscharakteristika mithilfe eines Algorithmus berechnen kann, woraus sich Kräfte, Momente und Drehmomente ergeben, die durch eine Regelvorrichtung auf einem Netzwerk an die Getriebeeinheit weitergeleitet werden.
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Das Abtast- und Messsystem des Getriebes kann vor dem Einbau kalibriert werden.
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Die analysierten Daten können mit den Rad- und Motordaten eines Fahrzeugs kombiniert werden.
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Die vorliegende Erfindung kann weiter als ein Verfahren zum Messen der Betriebscharakteristika eines Getriebes definiert werden. Dieses Verfahren kann folgende. Schritte beinhalten: Zusammenbau eines Lagers innerhalb eines Getriebegehäuses, welches Lager einen Außenring, einen Innenring, eine Mehrzahl von zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordneten Wälzkörpern, einen unmittelbar auf einem der Ringe angeordneten Sensor, eine am Sensor befestigte und sich davon erstreckende Kabelverbindung, um die gesammelten Daten zur Prüfung, Analyse und Einstellung der Betriebscharakteristika weiterzuleiten; Messen der auf das Lager wirkenden Beanspruchungsdaten durch den Sensor; Verstärken, Filtern und Umwandeln der Daten von analog in digital; Weiterleiten der gesammelten Daten an eine Regelvorrichtung des Getriebes; und Verarbeiten der Daten und Berechnen der optimalen Betriebscharakteristika des Getriebes mithilfe eines Algorithmus, woraus sich Kräfte, Momente und Drehmomente ergeben, die durch eine Regelvorrichtung auf einem Netzwerk an das Getriebe weitergeleitet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Durch das Lesen der folgenden Beschreibung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen wird die vorliegende Erfindung besser verstanden und gewürdigt werden können. Die Figuren zeigen:
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1 eine Querschnittsansicht einer ersten Anwendung eines in einem Getriebe montierten Abtast- und Messsystems;
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2 eine Querschnittsansicht einer zweiten Anwendung des Abtast- und Messsystems;
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3 eine Querschnittsansicht einer dritten Anwendung des Abtast- und Messsystems;
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4 eine Querschnittsansicht einer vierten Anwendung des Abtast- und Messsystems;
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5 eine Querschnittsansicht des in einer Differential-Anwendung montierten und mit der in 1 gezeigten Anordnung versehenen Abtast- und Messsystems;
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6 eine Querschnittsansicht des in einer Lageranordnung verwendeten Abtast- und Messsystems; und
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7–17 partielle Querschnittsansichten verschiedener Lageranwendungen, welche im Zusammenhang mit dem Abtast- und Messsystem verwendet werden können.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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In 1 ist eine erste Anwendung eines Abtast- und Messsystems 10 für ein Getriebesystem 12 dargestellt. Das Getriebesystem 12 weist ein Getriebegehäuse 14, eine Getriebewelle 16, ein erstes, an der Getriebewelle 16 montiertes Zahnrad 18, ein zweites, an der Getriebewelle 16 montiertes Zahnrad 20, und eine Lagereinheit 26 auf. Die Lagereinheit 26 weist einen Innenring 28, einen Außenring 30 mit einem Montageflansch 22, zwischen dem Innenring 28 und dem Außenring 30 angeordnete Rollen 34, und einen Sensor 36 mit einer Kabelverbindung 38 auf. Der Sensor 36 ist typischerweise an einer radialen Fläche des Rings 28, 30, zum Beispiel durch Beschichten befestigt, welche nicht in eine Bohrung gepresst sondern an das Getriebegehäuse 14 befestigt ist. Wie in 1 zu sehen, ist der Sensor 36 durch den Montageflansch 22 an das Getriebegehäuse 14 mithilfe eines Befestigungselements 24 derart befestigt, dass durch den Montageflansch 22 das Lager 26 freitragend montiert werden kann.
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Dadurch ist das System widerstandsfähig gegen Toleranzen in der mechanischen gegenseitigen Beeinflussung von Lagereinheit 26 und Getriebegehäuse 14. Hierdurch ergibt sich wiederum eine höhere Messgenauigkeit. Wie in 1 dargestellt, ist der Sensor 36 am Außenring 30 befestigt. 2 zeigt eine alternative Ausführung, in der der Sensor 36 am Innenring 28 befestigt. Durch eine Zusammenschau der 1 und 2 wird verstanden werden, dass der Sensor 36 wahlweise am Innenring 28 oder am Außenring 30 befestigt werden kann. In weiteren, in 3 und 4 gezeigten Ausführungen, kann der Sensor 36 auf einer axialen Fläche des Innenrings 28 oder des Außenrings 30 montiert werden. Durch eine Zusammenschau der 3 und 4 wird es klar, dass der Sensor 36 wahlweise am Innenring 28 oder am Außenring 30 befestigt werden kann.
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Wie in den 1 bis 4 dargestellt, ist die Lagereinheit 26 im Getriebegehäuse 14 auf der Getriebewelle 16 montiert. Die Lagereinheit 26 ist in einer Ausnehmung 40 der Getriebewelle 16 angeordnet. Allerdings kann die Lagereinheit 26 auch an einer beliebigen Stelle der Getriebewelle 16 angeordnet werden. Weiterhin, wie gezeigt, ist der Außenring 30 vorzugsweise ein stationärer Ring. Weiter, obwohl die Figuren einen Montageflansch 22 zeigen, ist es auch möglich, ein beliebiges anderes Verbindungsmittel zu verwenden. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass das System vor dem Einbau kalibriert werden kann.
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Die 1 bis 4 zeigen weiterhin einen Prozessor 39, und eine Regelvorrichtung 32 für das Getriebe. Der Prozessor 39 zum Beispiel hilft bei der Berechnung, Verstärkung, Filtrierung und Umwandlung von Daten.
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In 5 ist eine weitere Anwendung eines Abtast- und Messlagersystems 40 für eine Differentialanwendung 42 dargestellt. Die Differentialanwendung 42 weist ein Differentialgehäuse 44, eine Differentialwelle 46, ein an der Differentialwelle 46 befestigtes Zahnrad 48, und die Lagereinheit 26 auf. Der Montageflansch 22 dient zur Montage der Lagereinheit 26 an das Differentialgehäuse 44 mithilfe des Befestigungselements 24. Es ist weiterhin möglich, bei der Differentialanwendung 42, zusätzlich ein nicht abtastendes Lager 50 vorzusehen.
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6 zeigt eine Querschnittsansicht der Lagereinheit 26.
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Die 7 bis 17 zeigen verschiedene Lagerausführungen, in denen der Sensor 36 an einem Außenring angeordnet ist und die Kabelverbindung 38 sich von dem Sensor 36 erstreckt. Die in den 7 bis 17 gezeigten Ausführungen können beliebig miteinander kombiniert werden und können alternativ auch mit dem Innenring zum Einsatz kommen.
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7 zeigt ein Schrägkugellager 52, an dem der Sensor 36 angeordnet ist, wobei das Lager einen mit einer Montageschulter 54 und einem Flansch 56 versehenen Außenring 53 aufweist.
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8 zeigt ein Rillenkugellager 58, an dem der Sensor 36 angeordnet ist, wobei das Lager einen mit einer Montageschulter 60 und einem Flansch 62 versehenen Außenring 59 aufweist.
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9 zeigt ein Tandem-Kugellager 64, an dem der Sensor 36 angeordnet ist, wobei das Lager einen mit einer Montageschulter 66 und einem Flansch 68 versehenen Außenring 65 aufweist.
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10 zeigt ein zweireihiges Rillenkugellager 70, an dem der Sensor 36 angeordnet ist, wobei das Lager einen mit einem Montageflansch 72 versehenen Außenring 71 aufweist.
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11 zeigt ein Tandem-Kugellager 74, an dem der Sensor 36 angeordnet ist, wobei das Lager einen mit einer ausgesparten Montagekonsole 76 versehenen Außenring 75 aufweist.
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12 zeigt ein Kegelrollenlager 78, an dem der Sensor 36 angeordnet ist, wobei das Lager einen mit einem ausgesparten Montageflansch 80 versehenen Außenring 79 aufweist.
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13 zeigt ein Tandem-Kugellager 82, an dem der Sensor 36 angeordnet ist, wobei das Lager einen mit einer ausgesparten Montagekonsole 84 versehenen Außenring 83 aufweist.
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14 zeigt ein Zylinderrollenlager 86, an dem der Sensor 36 angeordnet ist, wobei das Lager einen mit einer Montagekonsole 88 versehenen Außenring 87 aufweist.
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15 zeigt ein Tandem-Kugellager 90, an dem der Sensor 36 angeordnet ist, wobei das Lager einen mit einer Montagekonsole 92 versehenen Außenring 91 aufweist.
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16 zeigt ein Tandem-Kugellager 94, das durch Presssitz montiert ist, wobei der Sensor 36 an einem Außenring 95 angeordnet ist.
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17 zeigt ein Tandem-Kugellager 96, das durch Presssitz montiert ist, wobei der Sensor 36 an einem Außenring 97 angeordnet ist.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführung beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung sich durch die Ansprüche definiert und dass es nicht beabsichtigt ist, diesen Geltungsbereich auf die konkret beschriebene Ausführung zu begrenzen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Erste Anwendung eines Abtast- und Messlagers
- 12
- Getriebesystem
- 14
- Getriebegehäuse
- 16
- Getriebewelle
- 18
- Erstes Zahnrad
- 20
- Zweites Zahnrad
- 22
- Montagekonsole
- 24
- Befestigungselement
- 26
- Lagereinheit
- 28
- Innenring
- 30
- Außenring
- 32
- Montageflansch
- 34
- Rollen
- 36
- Sensor
- 38
- Kabelverbindung
- 39
- Prozessor
- 40
- Ausnehmung
- 42
- Differentialanwendung
- 44
- Differentialgehäuse
- 46
- Differentialwelle
- 48
- Zahnrad
- 50
- Nicht abtastendes Lager
- 52
- Schrägkugellager
- 54
- Montageschulter
- 53
- Außenring
- 56
- Flansch
- 58
- Rillenkugellager
- 59
- Außenring
- 60
- Montageschulter
- 62
- Flansch
- 64
- Tandem-Kugellager
- 65
- Außenring
- 66
- Montageschulter
- 68
- Flansch
- 70
- Zweireihiges Rillenkugellager
- 71
- Außenring
- 72
- Montageflansch
- 74
- Tandem-Kugellager
- 75
- Außenring
- 76
- Ausgesparte Montagekonsole
- 78
- Kegelrollenlager
- 79
- Außenring
- 80
- Ausgesparte Montagekonsole
- 82
- Tandem-Kugellager
- 83
- Außenring
- 84
- Ausgesparte Montagekonsole
- 86
- Zylinderrollenlager
- 87
- Außenring
- 88
- Montagekonsole
- 90
- Tandem-Kugellager
- 91
- Außenring
- 92
- Montagekonsole
- 94
- Tandem-Kugellager
- 96
- Tandem-Kugellager
- 97
- Außenring
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7631553 [0004]
- DE 102005059393 A1 [0004, 0004]
- DE 10228412 A1 [0004, 0004]
- DE 7631553 [0004]
