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Die Erfindung betrifft eine Messanordnung mit einem Getriebe und einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Belastungsgrades des Getriebes.
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Die Kenntnis des Belastungsgrades eines Getriebes durch Drehmomenteinwirkung und die daraus resultierende Torsion der im Leistungsfluss des Getriebes angeordneten Getriebekomponenten, insbesondere Getriebewellen ist eine wichtige Kenngröße für einen sicheren Betrieb des Getriebes. Die Belastung des Getriebes wird in der Regel durch Drehmomentsensoren, die sich im Leistungsfluss des Getriebes befinden, gemessen. Die Nutzung von Drehmomentsensoren zur Messung der Belastung des Getriebes ist je nach Getriebe aufwendig und teuer.
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Aus der
DE 10 2009 011 352 B3 geht ein Torsionswinkelsensor zur Messung des Torsionswinkels von zwei miteinander gekoppelten Wellen hervor. Der Torsionswinkelsensor umfasst ein Gehäuse und mindestens ein Drehstellungssensor, der ein der Drehstellung eines drehbaren Elementes entsprechendes Ausgangssignal erzeugt. Die zwei Wellen sind über einen Torsionsstab miteinander verbunden. Ferner sind zwei Planetengetriebe vorgesehen, deren Sonnenräder jeweils an einer der zwei Wellen befestigt sind. Die Planetenräder der zwei Planetengetriebe sind an einem gemeinsamen Planetenradträger gelagert. Demgegenüber stehen die Planetenräder des ersten Planetengetriebes mit einem ortsfesten Hohlrad in Eingriff. Die Planetenräder des zweiten Planetengetriebes stehen mit einem drehbaren Hohlrad in Eingriff, wobei das drehbare Hohlrad mit einem ersten Sensorrad in Eingriff steht, welches mit einem ersten Drehstellungssensor gekoppelt ist. Der Drehstellungssensor erzeugt ein dem zu messenden Torsionswinkel entsprechendes Ausgangssignal. Insbesondere ist der Torsionswinkelsensor für eine Lenkanordnung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Messanordnung mit einem Getriebe und einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Belastungsgrades des Getriebes zu schaffen, welches eine geringe Komplexität aufweist und günstig herstellbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Hauptanspruchs. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Messanordnung umfasst ein Getriebe mit mindestens einer Antriebswelle, mindestens einer Abtriebswelle und mindestens einer Zwischenwelle sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Belastungsgrades des Getriebes, wobei die Vorrichtung zumindest eine erste und eine zweite Welle umfasst, wobei ferner die mindestens eine Antriebswelle mit der ersten Welle drehfest verbunden ist, und wobei die mindestens eine Abtriebs- oder Zwischenwelle mit der zweiten Welle drehfest verbunden ist, um über eine Drehzahl- oder Drehwinkeldifferenz zwischen der ersten und der zweiten Welle den Belastungsgrad des Getriebes zu bestimmen. Mit anderen Worten umfasst das Getriebe mindestens eine Antriebswelle zur Einspeisung eines Drehmoments in das Getriebe und mindestens eine Abtriebswelle zur Weiterleitung des Drehmoments aus dem Getriebe. Das Getriebe ist insbesondere als Übersetzungsgetriebe aufgebaut. Die mindestens eine Zwischenwelle ist zwischen der mindestens einen Antriebswelle und der mindestens einen Abtriebswelle im Getriebe angeordnet und befindet sich im Leistungsfluss des Getriebes. Vorzugsweise kann die Zwischenwelle als Vorgelegewelle ausgebildet sein.
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Der Leistungsfluss des Getriebes beschreibt dabei verallgemeinert die Übertragung eines Drehmoments, insbesondere zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang.
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Des Weiteren umfasst die Vorrichtung zum Bestimmen des Belastungszustands des Getriebes zumindest zwei Wellen, wobei entweder die erste Welle mit der mindestens einen Antriebswelle drehfest verbunden ist und die zweite Welle mit der mindestens einen Abtriebswelle drehfest verbunden ist oder die erste Welle mit der mindestens einen Antriebswelle drehfest verbunden ist und die zweite Welle mit der mindestens einen Zwischenwelle drehfest verbunden ist.
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Die erstgenannte Ausführungsform dient insbesondere dazu, die Belastung des Getriebes durch die Bestimmung der Belastung aller im Leistungsfluss angeordneter Getriebekomponenten zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle zu bestimmen. Unter Berücksichtigung der jeweiligen Steifigkeit aller im Leistungsfluss angeordneter Getriebekomponenten zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle wird somit die Belastung des Getriebes bestimmt.
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Die zweitgenannte Ausführungsform dient insbesondere dazu, die Belastung des Getriebes durch die Bestimmung der Belastung aller im Leistungsfluss angeordneter Getriebekomponenten zwischen der Antriebswelle und der Zwischenwelle zu bestimmen. Unter Berücksichtigung der jeweiligen Steifigkeit aller im Leistungsfluss angeordneter Getriebekomponenten zwischen der Antriebswelle und der Zwischenwelle wird somit die Belastung des Getriebes bestimmt.
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Mithin ist zur Bestimmung des Belastungsgrades des Getriebes die Kenntnis der Steifigkeit des Getriebes notwendig. Die Steifigkeit kann berechnet oder gemessen werden. Ferner wird auch der Torsionswinkel zur Bestimmung des Belastungsgrades des Getriebes benötigt. Der Torsionswinkel ergibt sich aus der Drehwinkeldifferenz zwischen der ersten und der zweiten Welle. Unter dem Belastungszustand des Getriebes ist eine Drehmomentbelastung des Getriebes zu verstehen, die zu einer Verwindung der im Leistungsfluss des Getriebes angeordneten Wellen führt, mithin eine Torsion der im Leistungsfluss des Getriebes angeordneten Wellen bewirkt.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die erste und zweite Welle außerhalb eines Leistungsflusses zwischen der Antriebswelle und der Abtriebs- oder Zwischenwelle angeordnet sind. Dadurch können die erste und die zweite Welle besonders leicht, kompaktbauend und günstig ausgebildet werden. Insbesondere können die erste und zweite Welle aus Kunststoff, einem Leichtmetall oder einem herkömmlichen, vorzugsweise nicht gehärteten Stahl ausgebildet werden. Des Weiteren sind die beiden Wellen vorzugsweise über eine Verzahnung, einem Ketten- oder Riementrieb, oder einer schlupffreien Kupplung mit der jeweiligen Antriebswelle, Abtriebswelle oder Zwischenwelle drehfest verbunden.
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Vorzugsweise ist die erste Welle und/oder die zweite Welle, dazu vorgesehen, mit mindestens einer Getriebestufe zur Anpassung einer Übersetzung zusammenzuwirken. Die Getriebestufe kann ferner auch zur Drehrichtungsumkehr dienen. Insbesondere weist entweder die erste Welle oder die zweite Welle oder beide Wellen mindestens eine Getriebestufe auf. Mithin können auch mehrere Getriebestufen an zumindest eine der Wellen angeordnet sein. Die Getriebestufe kann als Stirnradstufe oder Planetengetriebe ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung als Dreiwellengetriebe ausgebildet, wobei eine dritte Welle dazu vorgesehen ist, den Belastungsgrad des Getriebes anzugeben. Unter einem Dreiwellengetriebe ist insbesondere ein Planetengetriebe zu verstehen. Die Wellen des Planetengetriebes sind im Wesentlichen Hohlrad, Sonne und Steg, wobei Planetenräder drehbar am Steg gelagert sind.
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Vorzugsweise ist eine jeweilige Übersetzung der ersten und zweiten Welle derart eingestellt, dass die dritte Welle in einem torsionsfreien Zustand des Getriebes stationär festgelegt ist. Mit anderen Worten überlagern sich die Drehzahlen der ersten und zweiten Welle derart im Planetengetriebe, dass die dritte Welle stillsteht. Tritt nun aufgrund eines Drehmomentes, das durch das Getriebe geleitet wird, eine Torsion der im Leistungsfluss des Getriebes angeordneten Getriebewellen auf, ergibt sich auch eine Drehzahländerung und das Verhältnis der Drehzahlen an der Antriebs- und Abtriebswelle stimmen in diesem instationären Zustand nicht exakt mit der eingestellten Übersetzung überein. In diesem instationären Zustand ergibt sich an der dritten Welle eine Drehzahl. Mithin erfährt die dritte Welle eine Rotation, die abhängig ist von der Differenzdrehzahl zwischen der ersten und der zweiten Welle. Eine Torsionsabnahme führt zu einer Rückstellung der dritten Welle.
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Des Weiteren bevorzugt ist die dritte Welle zur Anzeige des Belastungsgrades des Getriebes mit einem Positionssensor verbunden. Ferner bevorzugt ist die dritte Welle zur Anzeige des Belastungsgrades des Getriebes mit einer Zeigervorrichtung verbunden. Bei einer Torsion der im Leistungsfluss des Getriebes angeordneten Getriebekomponenten kommt es zu einer Auslenkung eines Zeigers der Zeigervorrichtung bzw. zu einer Betätigung des Positionssensors. Die Einstellung einer konstanten Verwindung im Getriebe führt zum Stillstand des Zeigers bzw. zur Stagnation der angezeigten Belastung. Ferner sind je nach Drehrichtung der Antriebswelle sowohl positive als auch negative Belastungen darstellbar.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste und zweite Welle zumindest mittelbar mit einem Sensor verbunden, wobei der Sensor dazu vorgesehen ist, eine Drehzahldifferenz zwischen der ersten und zweiten Welle zu messen. Somit entfällt das Planetengetriebe, das zur Bestimmung des Belastungsgrades mit den beiden Wellen verbunden ist. Dadurch sinkt die Komplexität der Vorrichtung. Es wird lediglich ein Sensor verwendet, der dazu vorgesehen ist, aus der Drehzahldifferenz zwischen der ersten und zweiten Welle einen Torsionswinkel zu bestimmen. Dieses Ausführungsbeispiel lässt eine sehr gute Integration der Vorrichtung bei koaxialen Getrieben zu. Bei einer mechanischen Übertragung des Sensorsignals, ist eine Anbindung des Sensors, insbesondere eines Schleifrings, an die langsam laufende Welle des Getriebes sinnvoll. Ferner kann durch entsprechende Wahl der Übersetzung der ersten oder zweiten Welle das Drehzahlniveau einer der beiden Wellen beliebig klein eingestellt werden.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen, in welcher gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Hierbei zeigt
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1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung mit einem Getriebe und einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Belastungsgrades des Getriebes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine vereinfachte schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Messanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
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3 eine vereinfachte schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Messanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß 1 weist eine erfindungsgemäße Messanordnung ein Getriebe 1 mit einer Antriebswelle 2 und einer Abtriebswelle 3 auf. Im Getriebe 1 ist ferner auch eine – hier nicht dargestellte – Zwischenwelle angeordnet. Des Weiteren weist die Messanordnung eine Vorrichtung 5 zum Bestimmen eines Belastungsgrades des Getriebes 1 auf. Die Vorrichtung 5 ist als Dreiwellengetriebe, insbesondere als Planetengetriebe ausgebildet, wobei eine erste Welle 6a drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden ist, wobei ferner eine zweite Welle 6b drehfest mit der Abtriebswelle 3 verbunden ist, und wobei eine dritte Welle 6c dazu vorgesehen ist, den Belastungsgrad des Getriebes 1 anzugeben. Der Belastungsgrad des Getriebes 1 gibt das Maß einer zur Torsion der Getriebewellen führenden Drehmomentbelastung des Getriebes 1 an. Dazu ist die dritte Welle 6c mit einer Zeigervorrichtung 9 verbunden, die die Drehmomentbelastung anzeigt. Insbesondere ist die Zeigervorrichtung kalibriert, wodurch insbesondere ein Spiel im Getriebe 1 und in der Vorrichtung 5 Berücksichtigung finden. Die erste Welle 6a und die zweite Welle 6b sind dazu vorgesehen, mit einer jeweiligen Getriebestufe 7a, 7b zur Anpassung einer Übersetzung zusammenzuwirken. Eine jeweilige Übersetzung der ersten und zweiten Welle 6a, 6b ist derart eingestellt, dass die dritte Welle 6c in einem torsionsfreien Zustand des Getriebes 1 stationär festgelegt ist und somit die Zeigervorrichtung 9 den Belastungswert Null anzeigt. Ferner sind die erste und zweite Welle 6a, 6b außerhalb des Leistungsflusses des Getriebes 1 angeordnet und somit unabhängig vom Getriebe ausgebildet.
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Nach 2 weist die erfindungsgemäße Messanordnung ein Getriebe 1 mit einer Antriebswelle 2, einer Abtriebswelle 3 und einer Zwischenwelle 4 auf. Des Weiteren weist die Messanordnung eine Vorrichtung 5 zum Bestimmen eines Belastungsgrades des Getriebes 1 auf. Die Vorrichtung 5 ist als Dreiwellengetriebe, insbesondere als Planetengetriebe ausgebildet, wobei eine erste Welle 6a drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden ist, wobei ferner eine zweite Welle 6b drehfest mit der Zwischenwelle 4 verbunden ist, und wobei eine dritte Welle 6c dazu vorgesehen ist, den Belastungsgrad des Getriebes 1 anzugeben. Dazu ist die dritte Welle 6c mit einem Positionssensor 8 verbunden, der die Drehmomentbelastung des Getriebes 1 aus der Position der dritten Welle 6c bestimmt. Die erste Welle 6a und die zweite Welle 6b sind dazu vorgesehen, mit einer jeweiligen Getriebestufe 7a, 7b zur Anpassung einer Übersetzung zusammenzuwirken. Eine jeweilige Übersetzung der ersten und zweiten Welle 6a, 6b ist derart eingestellt, dass die dritte Welle 6c in einem torsionsfreien Zustand des Getriebes 1 stationär festgelegt ist. Ferner sind die erste und zweite Welle 6a, 6b außerhalb des Leistungsflusses des Getriebes 1 angeordnet.
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Gemäß 3 weist eine erfindungsgemäße Messanordnung ein Getriebe 1 mit einer Antriebswelle 2 und einer Abtriebswelle 3 auf. Im Getriebe 1 ist ferner auch eine – hier nicht dargestellte – Zwischenwelle angeordnet. Des Weiteren weist die Messanordnung eine Vorrichtung 5 zum Bestimmen eines Belastungsgrades des Getriebes 1 auf. Die Vorrichtung 5 weist eine erste und eine zweite Welle 6a, 6b sowie einen Sensor 10 auf. Die erste und zweite Welle 6a, 6b sind mit dem Sensor 10 verbunden, wobei der Sensor 10 dazu vorgesehen ist, eine Drehzahl- oder Drehwinkeldifferenz zwischen der ersten und zweiten Welle 6a, 6b zu messen, um daraus die Drehmomentbelastung des Getriebes 1 zu bestimmen. Insbesondere umfasst der Sensor 10 einen inneren Rotor 11a und einen äußeren Rotor 11b, wobei der innere Rotor 11a an der ersten Welle 6a ausgebildet ist, und wobei der äußere Rotor 11b an der zweiten Welle 6b ausgebildet ist. Ferner sind die erste und zweite Welle 6a, 6b außerhalb des Leistungsflusses des Getriebes 1 angeordnet. Die erste Welle 6a ist dazu vorgesehen, mit einer Getriebestufe 7a zur Anpassung einer Übersetzung zusammenzuwirken, um die Drehzahl der ersten Welle 6a anzupassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Abtriebswelle
- 4
- Zwischenwelle
- 5
- Vorrichtung
- 6a–6c
- Welle
- 7a, 7b
- Getriebestufe
- 8
- Positionssensor
- 9
- Zeigervorrichtung
- 10
- Sensor
- 11a,
- 11b Rotor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009011352 B3 [0003]
