DE102016219355A1

DE102016219355A1 - Detecting a relative angle of rotation

Info

Publication number: DE102016219355A1
Application number: DE102016219355.4A
Authority: DE
Inventors: Jochen Lindenmaier; Tobias Seeberger
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2018-04-12

Abstract

Zwei Wellen sind jeweils bezüglich eines Fixelements drehbar gelagert. An der ersten Welle ist eine erste Kurvenscheibe und an der zweiten Welle eine zweite Kurvenscheibe jeweils drehfest angebracht. Am Fixelement sind im Bereich der ersten Kurvenscheibe ein erster Abstandssensor und im Bereich der zweiten Kurvenscheibe ein zweiter Abstandssensor angebracht. Die Außenkonturen der Kurvenscheiben sind jeweils derart geformt, dass ein Abstand zwischen der Außenkontur und einem zugeordneten Abstandssensor auf einen absoluten Drehwinkel der zugeordneten Welle in einem vorbestimmten Drehwinkelbereich hinweist. Ein Verfahren zum Bestimmen eines relativen Verdrehwinkels zwischen den Wellen umfasst Schritte des Abtastens eines ersten Abstandssignals des ersten Abstandssensors; des Abtastens eines zweiten Abstandssignals eines zweiten Abstandssensors; und des Bestimmens des relativen Verdrehwinkels auf der Basis der bestimmten Abstandssignale.Two waves are each rotatably mounted with respect to a Fixelements. On the first shaft, a first cam and the second shaft, a second cam plate each mounted rotatably. On the fixed element, a first distance sensor and in the region of the second cam, a second distance sensor are mounted in the region of the first cam. The outer contours of the cams are each shaped such that a distance between the outer contour and an associated distance sensor indicates an absolute angle of rotation of the associated shaft in a predetermined rotation angle range. A method for determining a relative angle of rotation between the shafts comprises steps of scanning a first distance signal of the first distance sensor; the scanning of a second distance signal of a second distance sensor; and determining the relative angle of rotation based on the determined distance signals.

Description

Die Erfindung betrifft die Bestimmung eines relativen Verdrehwinkels. Insbesondere betrifft die Erfindung die Erfassung eines Verdrehwinkels zwischen zwei sich drehenden Wellen.The invention relates to the determination of a relative angle of rotation. In particular, the invention relates to the detection of a twist angle between two rotating shafts.

Ein hydrodynamischer Drehmomentwandler ist zur Übertragung eines Drehmoments mittels eines Fluids eingerichtet. Der Drehmomentwandler umfasst ein Pumpenrad und ein Turbinenrad, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind. Das Pumpenrad, das Turbinenrad und ein Leitrad sind in einem Arbeitsraum aufgenommen, der zumindest teilweise mit dem Fluid gefüllt ist. Dabei umfasst zumindest eines der Schaufelräderverstellbare Schaufeln, die einen Strom des Fluids zwischen dem Turbinenrad und dem Pumpenrad beeinflussen. Zur Verstellung der Schaufeln ist ein Mechanismus vorgesehen, der eine Hohlwelle umfasst, die konzentrisch drehbar um eine Welle gelagert ist, die mit dem Pumpenrad verbunden ist. Ein Verdrehwinkel der Hohlwelle bezüglich der Welle ist kennzeichnend für eine Stellung der Schaufeln am Leitrad. Die Verstellung der Hohlwelle bezüglich der Welle erfolgt üblicherweise mittels eines hydraulischen Aktuators.A hydrodynamic torque converter is arranged to transmit a torque by means of a fluid. The torque converter includes an impeller and a turbine wheel which are rotatably mounted about a common axis of rotation. The impeller, the turbine wheel and a stator are accommodated in a working space which is at least partially filled with the fluid. In this case, at least one of the paddle wheels comprises adjustable blades which influence a flow of the fluid between the turbine wheel and the pump wheel. To adjust the blades, a mechanism is provided which comprises a hollow shaft which is mounted concentrically rotatable about a shaft which is connected to the impeller. An angle of rotation of the hollow shaft relative to the shaft is indicative of a position of the blades on the stator. The adjustment of the hollow shaft with respect to the shaft is usually carried out by means of a hydraulic actuator.

WO 2015/071042 A1 zeigt und beschreibt detailliert einen derartigen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit verstellbaren Pumpenschaufeln. WO 2015/071042 A1 shows and describes in detail such a hydrodynamic torque converter with adjustable pump blades.

Zur Bestimmung eines Drehwinkels einer Welle sind zahlreiche Vorschläge gemacht worden. Zum Einsatz an einem hydrodynamischen Drehmomentwandler sind jedoch nur wenige Vorrichtungen geeignet, da Umgebungsbedingungen im Messbereich häufig problematisch für einen Sensor sind. Beispielsweise können im Messbereich erhöhte Temperaturen auftreten, der Sensor kann einem Fluid, insbesondere Öl oder Wasser, ausgesetzt sein, der Drehmomentwandler kann im Betrieb vibrieren und im Messbereich kann ein metallischer Abrieb vorliegen. Ferner sind an den Sensor hohe Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit und Lebensdauer zu stellen. Beispielsweise kann ein geforderter MTBF-Wert (Mean Time Between Failures) sehr hoch liegen. Ist der Drehmomentwandler dazu eingerichtet, in explosionsgefährdeten Umgebungen eingesetzt zu werden, beispielsweise bei der Öl- oder Gasförderung, so muss auch der Sensor einschlägige Sicherheitsvorschriften wie beispielsweise die ATEX-Richtlinien der Europäischen Union erfüllen. Ein solcher Drehmomentwandler überträgt häufig Leistungen im Bereich von ca. 2 bis 10 MW, sodass er Wellen mit Durchmessern im Bereich von ca. 200 mm oder mehr aufweisen kann. Der Sensor ist bevorzugt derart beschaffen, dass seine Wartung keine vollständige Trennung des Drehmomentwandlers erfordert. Beispielsweise ist es häufig nicht akzeptabel, zur Wartung des Sensors einen Läufer, der beispielsweise das Pumpenrad und einen Wellenstumpf umfassen kann, aus seiner Lagerung zu entfernen. Ein Hohlwellengeber ist daher nach Möglichkeit zu vermeiden.To determine a rotation angle of a shaft numerous proposals have been made. However, only a few devices are suitable for use on a hydrodynamic torque converter, since ambient conditions in the measuring range are often problematic for a sensor. For example, elevated temperatures may occur in the measuring range, the sensor may be exposed to a fluid, in particular oil or water, the torque converter may vibrate during operation, and a metallic abrasion may be present in the measuring range. Furthermore, high demands are to be placed on the sensor in terms of reliability and service life. For example, a required MTBF value (Mean Time Between Failures) can be very high. If the torque converter is designed to be used in potentially explosive atmospheres such as oil or gas production, the sensor must also comply with relevant safety regulations, such as the European Union ATEX directives. Such a torque converter often transmits power in the range of about 2 to 10 MW, so it may have shafts with diameters in the range of about 200 mm or more. The sensor is preferably such that its maintenance does not require complete separation of the torque converter. For example, it is often unacceptable to remove a runner, which may include, for example, the impeller and a stub shaft, from its storage for servicing the sensor. A hollow shaft encoder is therefore to be avoided if possible.

WO 2011/0606465 A1 betrifft eine Messeinrichtung für die absolute Drehwinkelerfassung einer Welle. Dabei werden an der Welle Bereiche codiert, die mittels einer Spulenstruktur erfasst werden können. Eine Kombination erfasster Bereiche weist auf den Drehwinkel der Welle hin. WO 2011/0606465 A1 relates to a measuring device for the absolute rotation angle detection of a shaft. In this case, areas are encoded on the shaft, which can be detected by means of a coil structure. A combination of detected areas indicates the rotation angle of the shaft.

Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Technik zur Bestimmung eines relativen Verdrehwinkels zwischen zwei Wellen zu bestimmen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.It is an object of the present invention to provide an improved technique for determining a relative angle of rotation between two shafts. The invention solves this problem by means of the subjects of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments again.

Ein Verfahren zum Bestimmen eines relativen Verdrehwinkels zwischen einer ersten und einer zweiten Welle, wobei die Wellen jeweils bezüglich eines Fixelements drehbar gelagert sind, umfasst Schritte des Abtastens eines ersten Signals eines ersten Abstandssensors, der am Fixelement angebracht ist, wobei das erste Signal auf einen radialen Abstand zwischen dem Fixelement und einer Außenkontur einer ersten Kurvenscheibe hinweist, die drehfest an der ersten Welle angebracht ist; des Abtastens eines zweiten Signals eines zweiten Abstandssensors, der am Fixelement angebracht ist, wobei das zweite Signal auf einen radialen Abstand zwischen dem Fixelement und einer Außenkontur einer zweiten Kurvenscheibe hinweist, die drehfest an der zweiten Welle angebracht ist, wobei hier die Außenkonturen der Kurvenscheiben jeweils derart geformt sind, dass ein radialer Abstand zwischen einem Abstandssensor und der Außenkontur der ihm zugeordneten Kurvenscheibe auf einen absoluten Drehwinkel der zugeordneten Welle in einem vorbestimmten Drehwinkelbereich hinweist; und des Bestimmens des relativen Verdrehwinkels auf der Basis der bestimmten Signale.A method for determining a relative angle of rotation between a first and a second shaft, wherein the shafts are each rotatably mounted with respect to a Fixelements comprises steps of scanning a first signal of a first distance sensor, which is attached to the fixed element, wherein the first signal to a radial Distance between the fixed element and an outer contour of a first cam plate points, which is rotatably mounted on the first shaft; the scanning of a second signal of a second distance sensor, which is attached to the fixed element, the second signal indicating a radial distance between the fixed element and an outer contour of a second cam, which is non-rotatably mounted on the second shaft, in which case the outer contours of the cam disks respectively are shaped such that a radial distance between a distance sensor and the outer contour of the cam plate assigned to it points to an absolute angle of rotation of the associated shaft in a predetermined rotational angle range; and determining the relative angle of rotation based on the determined signals.

Das Verfahren kann insbesondere zur Bestimmung eines Verdrehwinkels zwischen zwei Wellen eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers eingesetzt werden. Dort kann der Verdrehwinkel auf einen Steuerparameter des Drehmomentwandlers hinweisen. Das Abtasten der beiden Abstandssignale kann auf einfache und sichere Weise erfolgen. Die Abstandssensoren können insbesondere übliche Bauelemente umfassen, deren Einsatz beispielsweise im Bereich von hydrodynamischen Drehmomentwandlern erprobt ist. Das Verfahren kann zur Bestimmung des Verdrehwinkels sowohl bei stillstehenden als auch bei drehenden Wellen eingesetzt werden. Die Verarbeitung kann einfach durchgeführt werden, sodass keine besonders leistungsfähige Verarbeitungseinrichtung zur Durchführung erforderlich ist.The method can be used in particular for determining a twist angle between two shafts of a hydrodynamic torque converter. There, the angle of rotation can indicate a control parameter of the torque converter. The scanning of the two distance signals can be done in a simple and secure manner. The distance sensors may in particular comprise conventional components whose use has been tested, for example, in the field of hydrodynamic torque converters. The method can be used to determine the angle of rotation both stationary and rotating shafts. The processing can be done easily so that no particularly powerful processing device is required for implementation.

In einer ersten Variante wird der relative Verdrehwinkel auf der Basis einer Differenz der Abstände bestimmt, auf die die beiden Signale hinweisen. Diese Variante bietet sich insbesondere bei stillstehenden oder sich nur langsam drehenden Wellen an. Laufen die beiden Wellen konzentrisch, indem eine der Wellen als Hohlwelle ausgeführt ist, in der die andere Welle aufgenommen ist, so kann ein gemeinsamer Radialfehler beider Wellen bei der Differenzbildung ausgelöscht werden. Ein solcher Radialfehler kann insbesondere entstehen, wenn die Wellen mittels Gleitlagern gelagert sind. Diese Bestimmungsart wird hier auch abstandsbasiert genannt.In a first variant, the relative angle of rotation is determined on the basis of a difference of the distances to which the two signals indicate. This variant is particularly suitable for stationary or only slowly rotating waves. Run the two waves concentric, by one of the waves is designed as a hollow shaft in which the other wave is recorded, so a common radial error of both waves can be extinguished in the difference formation. Such a radial error can arise in particular if the shafts are mounted by means of slide bearings. This type of determination is also called distance-based here.

In einer anderen Variante, die hier zeitbasiert genannt wird, sind die Außenkonturen der Kurvenscheiben auf einem Umlauf um die Drehachse jeweils durch die gleiche Anzahl jeweils kongruenter Abschnitte gebildet. Das Verfahren umfasst dabei Schritte des Bestimmens einer Zeit, die zwischen einem Übergang zwischen benachbarten Abschnitten der ersten Kurvenscheibe am ersten Abstandssensor und einem Übergang zwischen benachbarten Abschnitten der zweiten Kurvenscheibe am zweiten Abstandssensor vergeht; und des Bestimmens des relativen Verdrehwinkels auf der Basis der bestimmten Zeit und einer Drehzahl einer der Wellen. Diese Variante bietet sich insbesondere für höhere Drehzahlen an. Die Auflösung der Bestimmung des Verdrehwinkels kann dadurch gesteigert werden. Pro Umdrehung der Wellen können maximal so viele Bestimmungen durchgeführt werden, wie kongruente Abschnitte an jeder der Kurvenscheiben vorgesehen sind.In another variant, which is called time-based here, the outer contours of the cam disks are formed in one revolution around the axis of rotation by the same number of respectively congruent segments. The method includes steps of determining a time that elapses between a transition between adjacent portions of the first cam on the first distance sensor and a transition between adjacent portions of the second cam on the second distance sensor; and determining the relative angle of rotation based on the determined time and a rotational speed of one of the shafts. This variant is particularly suitable for higher speeds. The resolution of the determination of the angle of rotation can be increased thereby. Per revolution of the waves, at most as many determinations can be made as congruent sections are provided on each of the cams.

Eine Drehrichtung der Wellen kann in dieser Variante auf der Basis der bestimmten Zeit bestimmt werden. Dazu kann insbesondere betrachtet werden, ob der Übergang zwischen benachbarten Abschnitten der ersten Kurvenscheibe dem Übergang zwischen benachbarten Abschnitten an der zweiten Kurvenscheibe vorauseilt oder folgt.A direction of rotation of the waves can be determined in this variant on the basis of the determined time. In particular, it may be considered whether the transition between adjacent sections of the first cam precedes or follows the transition between adjacent sections on the second cam.

Zur Bestimmung der in dieser Variante erforderlichen Drehzahl einer der Wellen kann ein Drehzahlsignal verwendet werden, das auf beliebige Weise bereitgestellt ist, beispielsweise auf der Basis eines dedizierten Drehzahl- oder Drehwinkelsensors. Die Drehzahl der Welle kann jedoch auch auf der Basis einer Zeit, die zwischen Übergängen zwischen benachbarten Abschnitten an der zugeordneten Kurvenscheibe am zugeordneten Abstandssensor vergeht, bestimmt werden. In einer Ausführungsform wird die Zeit bestimmt, die vergeht, bis so viele Übergänge zwischen benachbarten Abschnitten an der Kurvenscheibe am Abstandssensor passiert sind, wie kongruente Abschnitte an der Kurvenscheibe vorgesehen sind. Die Welle dreht sich innerhalb dieser Zeit genau einmal. Durch Bilden eines Kehrwerts kann die Drehzahl unmittelbar bestimmt werden. Die Drehzahl kann auch zur weiteren Verarbeitung, beispielsweise durch eine externe Verarbeitungseinrichtung oder eine externe Anzeigevorrichtung, bereitgestellt werden.To determine the speed of one of the shafts required in this variant, a speed signal can be used which is provided in any desired manner, for example on the basis of a dedicated speed or rotation angle sensor. However, the rotational speed of the shaft may also be determined based on a time passing between transitions between adjacent sections on the associated cam on the associated distance sensor. In one embodiment, the time that elapses until so many transitions have passed between adjacent sections on the cam at the distance sensor is determined as congruent sections are provided on the cam. The shaft rotates exactly once within this time. By forming a reciprocal, the speed can be determined directly. The speed can also be provided for further processing, for example by an external processing device or an external display device.

In noch einer weiteren Ausführungsform kann die oben beschriebene abstandsbasierte Bestimmung durchgeführt werden, falls die Drehzahl einer der Wellen unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, und die oben beschriebene zeitbasierte Bestimmung, falls die Drehzahl höher ist. Die Vorteile der unterschiedlichen Bestimmungsarten können dadurch drehzahlbasiert verbessert ausgenutzt werden. Der Schwellenwert kann beispielsweise im Bereich von ca. 5 bis 20 U/min, weiter bevorzugt bei ca. 10 U/min liegen.In yet another embodiment, the above-described distance-based determination may be performed if the rotational speed of one of the waves is below a predetermined threshold, and the above-described time-based determination if the rotational speed is higher. The advantages of the different types of determination can thereby be better exploited on the basis of speed. The threshold may be, for example, in the range of about 5 to 20 rpm, more preferably about 10 rpm.

Eine Vorrichtung zur Bestimmung eines relativen Verdrehwinkels zwischen einer ersten und einer zweiten Welle, wobei die Wellen jeweils bezüglich eines Fixelements drehbar gelagert sind, umfasst eine erste Kurvenscheibe zur drehfesten Anbringung an der ersten Welle; eine zweite Kurvenscheibe zur drehfesten Anbringung an der zweiten Welle; einen ersten Abstandssensor zur Anbringung am Fixelement im axialen Bereich der ersten Kurvenscheibe; einen zweiten Abstandssensor zur Anbringung am Fixelement im axialen Bereich der zweiten Kurvenscheibe, wobei die Abstandssensoren jeweils zur Bereitstellung eines Abstandssignals eingerichtet sind; und eine Verarbeitungseinrichtung. Dabei sind Außenkonturen der Kurvenscheiben jeweils derart geformt, dass ein radialer Abstand zwischen der Kurvenscheibe und einem zugeordneten Abstandssensor auf einen absoluten Drehwinkel der zugeordneten Welle in einem vorbestimmten Drehwinkelbereich hinweist. Die Verarbeitungseinrichtung ist die dazu eingerichtet, den relativen Verdrehwinkel auf der Basis der Abstandssignale zu bestimmen.A device for determining a relative angle of rotation between a first and a second shaft, wherein the shafts are each rotatably mounted with respect to a Fixelements comprises a first cam plate for non-rotatable attachment to the first shaft; a second cam plate for non-rotatable attachment to the second shaft; a first distance sensor for attachment to the fixed element in the axial region of the first cam; a second distance sensor for attachment to the fixed element in the axial region of the second cam, wherein the distance sensors are each arranged to provide a distance signal; and a processing device. In this case, outer contours of the cam disks are each shaped such that a radial distance between the cam disc and an associated distance sensor indicates an absolute rotational angle of the associated shaft in a predetermined rotational angle range. The processing device is configured to determine the relative angle of rotation on the basis of the distance signals.

Insbesondere kann die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet sein, das oben beschriebene Verfahren wenigstens teilweise durchzuführen. Dazu kann die Verarbeitungseinrichtung einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller oder ein FPGA umfassen. Merkmale bezüglich des Verfahrens und der Vorrichtung können in entsprechender Weise mit dem Gegenstand der jeweils anderen Kategorie kombiniert werden.In particular, the processing device can be set up to carry out the method described above at least partially. For this purpose, the processing device may comprise a programmable microcomputer or microcontroller or an FPGA. Features relating to the method and the device can be combined in a corresponding manner with the object of the respective other category.

Es wird davon ausgegangen, dass der relative Verdrehwinkel kleiner als der vorbestimmte Drehwinkelbereich ist. Die Kurvenscheiben sind bevorzugt derart geformt, dass in diesem Drehwinkelbereich der Abstand zwischen ihren Außenkonturen und der Drehachse streng monoton steigt bzw. fällt. Die genaue Kurvenform kann dabei frei gewählt werden. Es ist bevorzugt, dass der Unterschied zwischen dem größten und dem kleinsten Radius der Kurvenscheibe innerhalb des vorbestimmten Drehwinkelbereichs in Abhängigkeit eines maximalen Messbereichs des zugeordneten Abstandssensors gewählt ist. Ist der Messbereich des Abstandssensors beispielsweise auf 10 mm beschränkt, so sollte die Differenz zwischen den Radien diesen Wert nicht übersteigen. Andererseits sollte dieser Bereich möglichst vollständig ausgeschöpft werden, um eine maximale Abtastgenauigkeit zu erzielen.It is assumed that the relative rotation angle is smaller than the predetermined rotation angle range. The cams are preferably shaped such that in this rotation angle range, the distance between their outer contours and the axis of rotation increases or decreases strictly monotonically. The exact curve shape can be chosen freely become. It is preferred that the difference between the largest and the smallest radius of the cam within the predetermined rotation angle range is selected in dependence on a maximum measuring range of the associated distance sensor. For example, if the range of the distance sensor is limited to 10 mm, the difference between the radii should not exceed this value. On the other hand, this area should be used as completely as possible in order to achieve maximum scanning accuracy.

Die Außenkontur einer der Kurvenscheiben im vorbestimmten Drehwinkelbereich kann insbesondere einer Spirale folgen. Dabei ist insbesondere bevorzugt, dass die Außenkontur einer archimedischen Spirale (auch arithmetische Spirale genannt) folgt. Auf diese Weise besteht ein linearer Zusammenhang zwischen dem Radius der Kurvenscheibe bzw. dem Abstand zum Abstandssensor und dem absoluten Drehwinkel der Kurvenscheibe bzw. der Welle, an der sie angebracht ist. Eine Umrechnung des Abstands in einen Drehwinkel kann auf der Basis eines einfachen linearen Faktors erfolgen, der durch die Art der verwendeten archimedischen Spirale vorbestimmt ist. Obwohl es für die vorliegende Erfindung nicht unbedingt erforderlich ist, sind die beiden Wellen bevorzugt um eine gemeinsame Drehachse konzentrisch zueinander gelagert. Dabei kann eine der Wellen eine Hohlwelle umfassen, in der die andere Welle aufgenommen ist. In einer anderen Ausführungsform können die beiden Wellen entlang der Drehachse axial versetzt sein. In noch einer weiteren Ausführungsform können die Wellen um unterschiedliche Drehachsen jeweils drehbar gelagert sein.The outer contour of one of the cams in the predetermined rotation angle range can in particular follow a spiral. It is particularly preferred that the outer contour of an Archimedean spiral (also called arithmetic spiral) follows. In this way, there is a linear relationship between the radius of the cam or the distance to the distance sensor and the absolute angle of rotation of the cam or the shaft to which it is attached. A conversion of the distance into a rotation angle can be based on a simple linear factor, which is predetermined by the type of Archimedean spiral used. Although not essential to the present invention, the two shafts are preferably mounted concentric with each other about a common axis of rotation. In this case, one of the shafts may comprise a hollow shaft in which the other shaft is received. In another embodiment, the two shafts may be axially offset along the axis of rotation. In yet another embodiment, the shafts may each be rotatably mounted about different axes of rotation.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass eine Außenkontur einer der Kurvenscheiben auf einem Umlauf um die Drehachse durch eine vorbestimmte Anzahl zueinander kongruenter Abschnitte gebildet ist. Anders ausgedrückt ist bevorzugt, dass auf einer vollen Umdrehung der Kurvenscheibe eine vorbestimmte Anzahl Abschnitte am Abstandssensor vorbeistreicht, wobei die Abschnitte jeweils deckungsgleiche Verläufe von Radien aufweisen. Der Winkelbereich jedes Abschnitts ist dabei wenigstens so groß wie der vorbestimmte Drehwinkelbereich, in dem der bestimmte Verdrehwinkel bestimmt werden kann. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere die zeitbasierte Bestimmung des Verdrehwinkels zusätzlich zur abstandsbasierten Bestimmung ermöglicht werden. Die mit dieser Bestimmung verbundenen Vorteile können so auf einfache Weise genutzt werden.It is further preferred that an outer contour of one of the cams is formed on a circuit around the axis of rotation by a predetermined number of mutually congruent sections. In other words, it is preferred that a predetermined number of sections pass the distance sensor on one complete revolution of the cam, the sections each having congruent curves of radii. The angular range of each section is at least as large as the predetermined rotation angle range in which the determined angle of rotation can be determined. As a result of this configuration, in particular the time-based determination of the angle of rotation can be made possible in addition to the distance-based determination. The advantages associated with this provision can be used in a simple manner.

Vorzugsweise wird ein Abstandsensor eingesetzt, der direkt den Abstand der Kurvenscheibe zur Sensorfläche misst.Preferably, a distance sensor is used, which measures directly the distance of the cam to the sensor surface.

Es ist weiterhin denkbar, dass wenigstens einer der Abstandssensoren einen Schwingungsaufnehmer umfasst. Insbesondere kann ein Schwingungsaufnehmer verwendet werden, dessen Verwendung in einem explosionsgeschützten Bereich erprobt ist. Derartige Sensoren sind bis zu den hohen ATEX-Klassen 1G und 1D und mit unterschiedlichen Messbereichen verfügbar. Der Schwingungsaufnehmer kann eine Beschleunigung der Welle bestimmen und auf der Basis der Beschleunigung kann der Abstand bestimmt werden. Die Vorrichtung kann dadurch auf einfache und kostengünstige Weise geltende Richtlinien zum Betrieb von Vorrichtungen in explosionsgefährdeten Bereichen, insbesondere die ATEX-Richtlinien der Europäischen Union, erfüllen. Dadurch kann ein beispielsweise optischer Sensor vermieden werden, der etwa durch Öl oder ein anderes Fluid im Abtastbereich der zugeordneten Kurvenscheiben gestört werden kann. Ebenfalls kann ein magnetischer Sensor vermieden werden, der durch mechanischen Abrieb im Messbereich gestört werden kann. Die Vorrichtung kann dadurch robust und wartungsarm ausgebildet sein.It is also conceivable that at least one of the distance sensors comprises a vibration sensor. In particular, a vibration sensor can be used, the use of which has been tested in an explosion-proof area. Such sensors are available up to the high ATEX classes 1G and 1D and with different measuring ranges. The vibration pickup can determine an acceleration of the shaft, and based on the acceleration, the distance can be determined. The device can thereby meet simple and cost-effective guidelines for the operation of devices in potentially explosive atmospheres, in particular the ATEX directives of the European Union. As a result, an example optical sensor can be avoided, which can be disturbed by oil or other fluid in the scanning of the associated cams. Also, a magnetic sensor can be avoided, which can be disturbed by mechanical abrasion in the measuring range. The device can be designed to be robust and low maintenance.

Ein System umfasst eine erste und eine zweite Welle, die jeweils bezüglich eines Fixelements drehbar gelagert sind, und die oben beschriebene Vorrichtung, dabei ist die erste Kurvenscheibe an der ersten Welle und die zweite Kurvenscheibe an der zweiten Welle jeweils drehfest angebracht. Außerdem sind die Abstandssensoren am Fixelement, jeweils im Bereich der ihr zugeordneten Kurvenscheibe, angebracht.A system comprises a first and a second shaft, which are each rotatably mounted with respect to a Fixelements, and the device described above, wherein the first cam on the first shaft and the second cam on the second shaft are each rotatably mounted. In addition, the distance sensors on the fixed element, in each case in the region of its associated cam, mounted.

Das System kann insbesondere einen hydrodynamischen Drehmomentwandler umfassen. Die Wellen können vom Drehmomentwandler umfasst oder gebildet sein und eine Stellung von Schaufeln, insbesondere Umlenkschaufeln des Drehmomentwandlers kann durch den relativen Verdrehwinkel reflektiert werden. Eine Einrichtung zur Verstellung der Umlenkschaufeln kann in Abhängigkeit des bestimmten relativen Verdrehwinkels verbessert gesteuert werden. Insbesondere kann anhand des Verdrehwinkels überwacht werden, ob eine vorbestimmte Steuerung der Stellung der Umlenkschaufeln tatsächlich durchgeführt wurde. Insbesondere ist der Drehmomentwandler mit wenigstens einem Pumpenrad mit zumindest einer, vorzugsweise einer Mehrzahl von verstellbaren Schaufeln ausgebildet. The system may in particular comprise a hydrodynamic torque converter. The shafts may be comprised or formed by the torque converter and a position of blades, in particular turning vanes of the torque converter, may be reflected by the relative angle of rotation. A device for adjusting the deflecting vanes can be controlled in an improved manner depending on the specific relative angle of rotation. In particular, it can be monitored on the basis of the angle of rotation, whether a predetermined control of the position of the turning vanes has actually been carried out. In particular, the torque converter is formed with at least one impeller with at least one, preferably a plurality of adjustable blades.

Denkbar ist jedoch auch der Einsatz bei Drehmomentwandlern mit verstellbaren Schaufeln, insbesondere Verdrehschaufeln am Turbinenrad.However, it is also conceivable to use in torque converters with adjustable blades, in particular turning blades on the turbine wheel.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Drehmomentwandler von einem Überlagerungsgetriebe umfasst, das ferner ein mit dem Drehmomentwandler verbundenes Umlaufgetriebe umfasst. Das Überlagerungsgetriebe kann dazu eingerichtet sein, eine Umsetzung von Drehmoment zwischen einer Antriebsseite und einer Abtriebsseite hydrodynamisch zu steuern. Dazu können die Umlenkschaufeln passend verstellt werden. So kann die Übertragungscharakteristik des Überlagerungsgetriebes von dem bestimmten relativen Verdrehwinkel abhängig sein. In another embodiment, the torque converter is comprised of a superposition gearing further comprising a planetary gear connected to the torque converter. The superposition gear can be set up for this be hydrodynamically to control an implementation of torque between a drive side and an output side. For this purpose, the deflection vanes can be adjusted appropriately. Thus, the transmission characteristic of the superposition gear can be dependent on the specific relative angle of rotation.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:The invention will now be described in more detail with reference to the attached figures, in which:

1 ein System mit einem steuerbaren hydrodynamischen Drehmomentwandler; 1 a system with a controllable hydrodynamic torque converter;

2 Drehwinkel an Wellen des Systems von 1; 2 Angle of rotation of shafts of the system of 1 ;

3 ein Detail einer Kurvenscheibe für eine Welle des Systems von 1; 3 a detail of a cam for a shaft of the system of 1 ;

4 eine beispielhafte Kurvenscheibe für eine Welle des Systems von 1; 4 an exemplary cam for a shaft of the system of 1 ;

5 Zusammenhänge zwischen Abstandssignalen und Verdrehwinkeln am System von 1; 5 Relationships between distance signals and twist angles at the system of 1 ;

6 zeitliche Zusammenhänge zwischen Abstandssignalen und Verdrehwinkeln am System von 1; und 6 temporal relationships between distance signals and angles of rotation on the system of 1 ; and

7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen eines Verdrehwinkels zwischen Wellen des Systems von 1
darstellt. 7 a flowchart of a method for determining a twist angle between waves of the system of 1
represents.

1 zeigt ein System 100, das ein steuerbares hydrodynamisches Überlagerungsgetriebe 105 umfasst, das beispielsweise unter der Bezeichnung Vorecon bekannt ist. Das Überlagerungsgetriebe 105 umfasst einen steuerbaren hydrodynamischen Drehmomentwandler 110 und ein Umlaufgetriebe 115, die bezüglich einer gemeinsamen Drehachse 120 axial versetzt angeordnet sind. Der Drehmomentwandler 110 umfasst eine erste Welle 125, die als Eingangsseite für eine Drehmomentübertragung dient und mit einem Pumpenrad 130 verbunden ist, eine Ausgangsseite 135, die mit einem Turbinenrad 140 verbunden ist, und ein Leitrad 145. Mittels eines Fluids 150 sind die Drehbewegungen des Pumpenrads 130 und des Turbinenrads 140 hydrodynamisch miteinander gekoppelt. Im Betrieb des Drehmomentwandlers 110 strömt Fluid 150 durch Schaufeln des Leitrads 145. Bei dieser Ausführung des Drehmomentwandlers 110 kann ein Anstellwinkel der Schaufeln eines Schaufelrades, vorzugsweise des Pumpenrades mittels einer Verstelleinrichtung 155 verstellt werden. Die Verstelleinrichtung 155 umfasst bevorzugt einen hydraulischen Aktor im Bereich des Pumpenrades 130 und ein hydraulisches Ventil, das mittels einer zweiten Welle 165 gesteuert werden kann, die bevorzugt als Hohlwelle um die Drehachse 120 ausgeführt ist und die erste Welle 125 in ihren Innenbereich aufnimmt. Ein relativer Verdrehwinkel zwischen der ersten Welle 125 und der zweiten Welle 165 steuert so einen Anstellwinkel von Schaufeln des Pumpenrades 130, sodass die Übertragung von Drehmoment zwischen der ersten Welle 125 und der Ausgangsseite 135 beeinflusst wird. 1 shows a system 100 , which is a controllable hydrodynamic superposition gearbox 105 which is known, for example, under the name Vorecon. The superposition gearbox 105 includes a controllable hydrodynamic torque converter 110 and a planetary gearbox 115 related to a common axis of rotation 120 are arranged offset axially. The torque converter 110 includes a first wave 125 , which serves as an input side for a torque transmission and with an impeller 130 connected, an output side 135 that with a turbine wheel 140 connected, and a stator 145 , By means of a fluid 150 are the rotational movements of the impeller 130 and the turbine wheel 140 hydrodynamically coupled with each other. In operation of the torque converter 110 flows fluid 150 by blades of the stator 145 , In this embodiment of the torque converter 110 can be an angle of attack of the blades of a paddle wheel, preferably the impeller by means of an adjusting device 155 be adjusted. The adjusting device 155 preferably comprises a hydraulic actuator in the region of the impeller 130 and a hydraulic valve, which by means of a second shaft 165 can be controlled, preferably as a hollow shaft about the axis of rotation 120 is executed and the first wave 125 in their interior absorbs. A relative angle of rotation between the first shaft 125 and the second wave 165 thus controls an angle of attack of blades of the impeller 130 , so that the transmission of torque between the first shaft 125 and the output side 135 being affected.

Der Drehmomentwandler 110 kann eigenständig zur Übertragung von Drehmoment zwischen der Eingangsseite 125 und der Ausgangsseite 135 verwendet werden. In der dargestellten Ausführungsform ist der Ausgangsseite 135 das Umlaufgetriebe 115 nachgestellt, das im Dreiwellenbetrieb verwendet wird. Dazu umfasst das Umlaufgetriebe 115 bevorzugt ein Planetengetriebe mit einem Hohlrad, das drehfest mit der Ausgangswelle 170 verbunden ist, und einem oder mehreren Planetenrädern, die mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmen und bezüglich eines Planetenradträgers gelagert sind, der drehfest mit der Eingangsseite 125 des Drehmomentwandlers 110 verbunden ist.The torque converter 110 can autonomously transmit torque between the input side 125 and the output side 135 be used. In the illustrated embodiment, the output side 135 the epicyclic gearbox 115 readjusted, which is used in three-wave operation. This includes the epicyclic gear 115 preferably a planetary gear with a ring gear rotatably connected to the output shaft 170 is connected, and one or more planet gears, which mesh with the ring gear and the sun gear and are mounted with respect to a Planetenradträgers, the rotationally fixed to the input side 125 of the torque converter 110 connected is.

Das Überlagerungsgetriebe 105 oder der Drehmomentwandler 110 kann insbesondere zum Einsatz in einer explosionsgeschützten Umgebung vorgesehen sein. Beide Elemente 105, 110 können insbesondere bei der Förderung oder Verarbeitung von Öl oder Gas eingesetzt werden, beispielsweise um ein Drehmoment zwischen einer Antriebseinrichtung und einer Fördereinrichtung zu übertragen. Es ist bevorzugt, dass der Drehmomentwandler 110 bzw. das Überlagerungsgetriebe 105 zum Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen ausgestattet ist.The superposition gearbox 105 or the torque converter 110 may be provided in particular for use in an explosion-proof environment. Both elements 105 . 110 can be used in particular in the promotion or processing of oil or gas, for example, to transmit torque between a drive device and a conveyor. It is preferred that the torque converter 110 or the superposition gear 105 is equipped for use in potentially explosive environments.

Zur Bestimmung des Verdrehwinkels zwischen der ersten Welle 125 und der zweiten Welle 165 ist eine Vorrichtung 175 vorgesehen, die eine Verarbeitungseinrichtung 180, einen ersten Abstandssensor 182, einen zweiten Abstandssensor 184, eine erste Kurvenscheibe 186 und eine zweite Kurvenscheibe 188 umfasst. Die erste Kurvenscheibe 186 ist drehfest mit der ersten Welle 125 und die zweite Kurvenscheibe 188 drehfest mit der zweiten Welle 165 verbunden. Die Abstandssensoren 182, 184 sind datentechnisch mit der Verarbeitungseinrichtung 180 verbunden und jeweils fest bezüglich eines Fixelements 190 am System 100 angebracht, wobei das Fixelement 190 beispielsweise ein Gehäuse oder eine Lagerung umfassen kann. Die Abstandssensoren 182, 184 drehen sich daher nicht mit den Wellen 125, 165 mit. Die erste Welle 125 und die zweite Welle 165 können jeweils um die Drehachse 120 bezüglich des Fixelements 190 gedreht werden. Der erste Abstandssensor 182 ist dazu eingerichtet, ein Signal bereitzustellen, das abhängig von einem radialen Abstand einer Außenkontur der ersten Kurvenscheibe 186 ist. In entsprechender Weise ist der zweite Abstandssensor 184 dazu eingerichtet, ein Abstandssignal bereitzustellen, das von einem radialen Abstand zur Außenkontur der zweiten Kurvenscheibe 188 abhängig ist. Die Verarbeitungseinrichtung 180 ist dazu eingerichtet, einen relativen Verdrehwinkel zwischen der ersten Welle 125 und der zweiten Welle 165 in einem vorbestimmten Drehwinkelbereich zu bestimmen und den bestimmten Winkel bevorzugt an einer Schnittstelle 192 nach außen bereitzustellen. Die Schnittstelle 192 kann insbesondere einen Feldbus wie den Profibus oder Modbus umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann eine analoge Schnittstelle 192 unterstützt werden, die beispielsweise einen Strom im Bereich von 4 bis 20 mA bereitstellen kann, der auf den bestimmten Verdrehwinkel hinweist.For determining the angle of rotation between the first shaft 125 and the second wave 165 is a device 175 provided, which is a processing device 180 , a first distance sensor 182 , a second distance sensor 184 , a first cam 186 and a second cam 188 includes. The first cam 186 is non-rotatable with the first shaft 125 and the second cam 188 non-rotatable with the second shaft 165 connected. The distance sensors 182 . 184 are data technology with the processing device 180 connected and each fixed with respect to a Fixelements 190 at the system 100 attached, wherein the fixed element 190 For example, may include a housing or a storage. The distance sensors 182 . 184 therefore do not rotate with the waves 125 . 165 With. The first wave 125 and the second wave 165 can each about the rotation axis 120 with regard to the fixelement 190 to be turned around. The first distance sensor 182 is configured to provide a signal that is dependent on a radial distance of an outer contour of the first cam 186 is. In a corresponding way, the second distance sensor 184 set up to provide a distance signal from a radial distance to the outer contour of the second cam 188 is dependent. The processing device 180 is adapted to a relative angle of rotation between the first shaft 125 and the second wave 165 to determine in a predetermined rotation angle range and the particular angle preferably at an interface 192 to provide to the outside. the interface 192 In particular, it may comprise a field bus such as the Profibus or Modbus. Additionally or alternatively, an analog interface 192 which can provide, for example, a current in the range of 4 to 20 mA, which indicates the specific angle of rotation.

Die Kurvenscheiben 186, 188 weisen Außenkonturen auf, deren radialer Abstand von der Drehachse 120 bzw. dem jeweils zugeordneten Abstandssensor 182, 184 jeweils von einer Drehstellung um die Drehachse 120 abhängig ist. Je kleiner der Radius bzw. der radiale Abstand ist, desto größer ist der Abstand zum Abstandssensor 182, 184, dessen Abstand zur Drehachse 120 ja konstant ist. The cams 186 . 188 have outer contours whose radial distance from the axis of rotation 120 or the respectively assigned distance sensor 182 . 184 each from a rotational position about the axis of rotation 120 is dependent. The smaller the radius or the radial distance, the greater the distance to the distance sensor 182 . 184 whose distance from the axis of rotation 120 yes is constant.

2 zeigt Drehwinkel an den Wellen 125 und 165 des Systems 100 von 1. Die beiden Wellen 125, 165 sind konzentrisch zueinander gelagert, wobei die erste Welle 125 bevorzugt radial innen liegt und die zweite Welle 165 als Hohlwelle ausgebildet ist, in deren Ausnehmung die erste Welle 125 liegt. In rein beispielhafter Weise drehen sich beide Wellen 125 und 165 im Uhrzeigersinn mit einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit ω. Zu einem gegebenen Zeitpunkt weist die erste Welle 125 einen absoluten Drehwinkel 205 und die zweite Welle 165 einen absoluten Drehwinkel 210 auf. Der Unterschied zwischen den Drehwinkeln 205 und 210 wird Verdrehwinkel 215 genannt. Eine Änderungsgeschwindigkeit des Verdrehwinkels 215 ist üblicherweise unabhängig von einer Winkelgeschwindigkeit einer der Wellen 125, 165. Vorliegend wird davon ausgegangen, dass der Verdrehwinkel 215 während seiner Bestimmung konstant bleibt. 2 shows angles of rotation at the waves 125 and 165 of the system 100 from 1 , The two waves 125 . 165 are mounted concentrically to each other, with the first wave 125 preferably located radially inward and the second shaft 165 is designed as a hollow shaft, in the recess of the first shaft 125 lies. In a purely exemplary way, both waves rotate 125 and 165 in a clockwise direction with a predetermined angular velocity ω. At a given time, the first wave points 125 an absolute angle of rotation 205 and the second wave 165 an absolute angle of rotation 210 on. The difference between the angles of rotation 205 and 210 becomes twist angle 215 called. A rate of change of the angle of rotation 215 is usually independent of an angular velocity of one of the waves 125 . 165 , In the present case it is assumed that the twist angle 215 remains constant during its determination.

3 zeigt beispielhaft einen Abschnitt der ersten Kurvenscheibe 186 des Systems 100 von 1. Die erste Kurvenscheibe 186 ist drehfest mit der ersten Welle 125 verbunden und somit drehbar um die Drehachse 120. Die erste Kurvenscheibe 186 weist eine radiale Außenkontur 305 auf, deren Radius, also deren Abstand von der Drehachse 120 innerhalb eines vorbestimmten Drehwinkelbereichs 310 abhängig ist. Der Verdrehwinkel 215 der Wellen 125 und 165 ist maximal so groß wie der vorbestimmte Drehwinkelbereich 310. Ein radialer Abstand 315 zwischen der Außenkontur 305 und dem zugeordneten ersten Abstandssensor 182 ist, nachdem der Abstandssensor 182 in einem festen radialen Abstand 315 zur Drehachse 120, aber nicht drehbar mit der ersten Welle 125 angebracht ist, ebenfalls vom ersten Drehwinkel 205 abhängig. Dazu ist die Außenkontur 305 im Drehwinkelbereich 310 so geformt, dass der radiale Abstand 315 über die Drehung der ersten Kurvenscheibe 186 innerhalb des Drehwinkelbereichs 310 streng monoton steigt oder streng monoton fällt. Insbesondere ist bevorzugt, dass ein linearer Zusammenhang zwischen dem ersten absoluten Drehwinkel 205 und dem Abstand 315 besteht. Dazu folgt die Außenkontur 305 im Drehwinkelbereich 310 bevorzugt einer archimedischen Spirale. Der Unterschied 320 zwischen einem minimalen und einem maximalen radialen Abstand 315 innerhalb des Drehwinkelbereichs 310 kann in Abhängigkeit eines Messbereichs des ersten Abstandssensors 182 bestimmt werden. Der Unterschied 320 sollte den Messbereich möglichst weitgehend ausfüllen, ihn jedoch nicht überschreiten. 3 shows by way of example a section of the first cam 186 of the system 100 from 1 , The first cam 186 is non-rotatable with the first shaft 125 connected and thus rotatable about the axis of rotation 120 , The first cam 186 has a radial outer contour 305 on, whose radius, so their distance from the axis of rotation 120 within a predetermined rotation angle range 310 is dependent. The twist angle 215 the waves 125 and 165 is at most as large as the predetermined rotation angle range 310 , A radial distance 315 between the outer contour 305 and the associated first distance sensor 182 is after the distance sensor 182 in a fixed radial distance 315 to the axis of rotation 120 but not rotatable with the first shaft 125 is attached, also from the first rotation angle 205 dependent. This is the outer contour 305 in the rotation angle range 310 shaped so that the radial distance 315 about the rotation of the first cam 186 within the rotation angle range 310 strictly monotonous or strictly monotonous. In particular, it is preferred that a linear relationship between the first absolute rotation angle 205 and the distance 315 consists. This is followed by the outer contour 305 in the rotation angle range 310 preferably an Archimedean spiral. The difference 320 between a minimum and a maximum radial distance 315 within the rotation angle range 310 can be dependent on a measuring range of the first distance sensor 182 be determined. The difference 320 should fill the measuring range as much as possible, but not exceed it.

Die zweite Kurvenscheibe 188 ist bevorzugt entsprechend der ersten Kurvenscheibe 186 aufgebaut. Die Außenkontur 305 der zweiten Kurvenscheibe 188 kann unabhängig von der Außenkontur 305 der ersten Kurvenscheibe 186 gewählt werden, die Drehwinkelbereiche 310 müssen jedoch auf beiden Kurvenscheiben 186, 188 gleich gewählt sein.The second cam 188 is preferred according to the first cam 186 built up. The outer contour 305 the second cam 188 can be independent of the outer contour 305 the first cam 186 be selected, the rotation angle ranges 310 however, must be on both cams 186 . 188 be chosen equal.

4 zeigt eine axiale Ansicht einer vollständigen, beispielhaften Kurvenscheibe 186 des Systems 100 von 1. Es ist bevorzugt, dass die Außenkontur 305 eine vorbestimmte Anzahl Abschnitte 405 umfasst, die sich jeweils in Umfangsrichtung um die Drehachse 120 erstrecken. Jeder Abschnitt 405 deckt wenigstens den Drehwinkelbereich 310 ab und die Abschnitte 405 sind bevorzugt zueinander kongruent. Insbesondere ist bevorzugt, dass die Abschnitte 405 zueinander kongruent sind bezüglich einer Drehung um die Drehachse 120. Der durch einen Abschnitt 405 eingenommene Winkelbereich bezüglich der Drehachse 120 ist gleich für alle Abschnitte 405. Dabei erstrecken sich die Außenkonturen 305 der Abschnitte 405 insgesamt auf einem Vollkreis um die Drehachse 120. Je nach Drehstellung der Kurvenscheibe 186 bezüglich des ersten Abstandssensors 182 liegt der jeweils wirksame Radius zwischen einem minimalen Radius 410 und einem maximalen Radius 415. 4 shows an axial view of a complete, exemplary cam 186 of the system 100 from 1 , It is preferred that the outer contour 305 a predetermined number of sections 405 includes, each circumferentially about the axis of rotation 120 extend. Every section 405 at least covers the rotation angle range 310 off and the sections 405 are preferably congruent to one another. In particular, it is preferred that the sections 405 are congruent with respect to a rotation about the axis of rotation 120 , The by a section 405 assumed angular range with respect to the axis of rotation 120 is the same for all sections 405 , In this case, the outer contours extend 305 the sections 405 in total on a full circle around the axis of rotation 120 , Depending on the rotational position of the cam 186 with respect to the first distance sensor 182 is the effective radius between a minimum radius 410 and a maximum radius 415 ,

5 zeigt Zusammenhänge zwischen Abstandssignalen der Abstandssensoren 182, 184 und Drehwinkeln 205, 210 am System 100 von 1. Die erste Kurvenscheibe 186 und die zweite Kurvenscheibe 188 sind konzentrisch zur Drehachse 120 dargestellt, wobei die erste Kurvenscheibe 186 exemplarisch verkleinert dargestellt ist. In 5A, 5B und 5C sind jeweils in einem linken Bereich die erste Kurvenscheibe 186 mit dem zugeordneten ersten Abstandssensor 182 und die zweite Kurvenscheibe 188 mit dem zugeordneten zweiten Abstandssensor 184 dargestellt, während im rechten Bereich ein erstes Abstandssignal 505 des ersten Abstandssensors 182, ein zweites Abstandssignal 510 des zweiten Abstandssensors 184 und der Verdrehwinkel 215 zwischen den Wellen 125, 165 bzw. den Kurvenscheiben 186, 188 dargestellt ist. 5A betrifft einen Verdrehwinkel 215 von 0°, 5B ein Vorauseilen der ersten Kurvenscheibe 186 und 5C ein Vorauseilen der zweiten Kurvenscheibe 188. Die Drehrichtung der Kurvenscheiben 186, 188 erfolgt hier exemplarisch entgegen dem Uhrzeigersinn. 5 shows relationships between distance signals of the distance sensors 182 . 184 and angles of rotation 205 . 210 at the system 100 from 1 , The first cam 186 and the second cam 188 are concentric to the axis of rotation 120 shown, wherein the first cam 186 is shown in an enlarged scale as an example. In 5A . 5B and 5C are each in a left area the first cam 186 with the associated first distance sensor 182 and the second cam 188 with the associated second distance sensor 184 shown while in the right Area a first distance signal 505 of the first distance sensor 182 , a second distance signal 510 of the second distance sensor 184 and the twist angle 215 between the waves 125 . 165 or the cams 186 . 188 is shown. 5A concerns a twist angle 215 from 0 °, 5B a leading edge of the first cam 186 and 5C a leading edge of the second cam 188 , The direction of rotation of the cam discs 186 . 188 takes place here by way of example counterclockwise.

Der Verdrehwinkel 215 kann einfach bestimmt werden, indem zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Differenz der Abstandssignale 505 und 510 gebildet und in einen Winkel umgerechnet wird. Dazu wird eine Konstante m verwendet, die die archimedischen Spiralen beider Kurvenscheiben 186, 188 definiert, wie oben genauer beschrieben ist.The twist angle 215 can be easily determined by at any time a difference of the distance signals 505 and 510 formed and converted into an angle. For this purpose, a constant m is used, the Archimedean spirals of both cams 186 . 188 defined as described in more detail above.

Der Differenzwinkel 215 kann wie folgt ermittelt werden: φ_A = y_A·m_A φ_B = y_B·m_B φ_A ≥ φ_B ⇒ Δφ = (φ_A – φ_B) φ_B > φ_A ⇒ Δφ = φ_S + (φ_A – φ_B) mit dem Umrechnungsfaktor m:

The difference angle 215 can be determined as follows:

φ _A = y _A · m _A

φ _B = y _B · m _B

_A φ ≥ φ _B ⇒ Δφ = (φ _A - φ _B)

φ _B > φ _A ⇒ Δφ = φ _S + (φ _A - φ _B )

with the conversion factor m:

Dabei bedeuten:

Δφ:: Verdrehwinkel 215
φ_A:: absoluter erster Drehwinkel 205 der ersten Welle 125
φ_B:: absoluter zweiter Drehwinkel 205 der zweiten Welle 165
y: _A: radialer Abstand 315 am ersten Abstandssensor 182
y_B:: radialer Abstand 315 am zweiten Abstandssensor 184
φ_S:: Drehwinkelbereich 310
h_A:: Höhenunterschied 320 an der ersten Kurvenscheibe 186
h_B:: Höhenunterschied 320 an der zweiten Kurvenscheibe 186

Where:

Δφ:: angle of twist 215
φ _A :: absolute first rotation angle 205 the first wave 125
φ _B :: absolute second angle of rotation 205 the second wave 165
y: _A : radial distance 315 at the first distance sensor 182
y _B :: radial distance 315 at the second distance sensor 184
φ _S :: Rotation angle range 310
h _A :: Height difference 320 at the first cam 186
h _B :: Height difference 320 on the second cam 186

Diese Bestimmung wird auch abstandsbasierte Bestimmung genannt. Alternativ dazu ist auch eine zeitbasierte Bestimmung möglich. 6 zeigt zeitliche Zusammenhänge zwischen absoluten Drehwinkeln 205 und 210 von Abstandssignalen 505 und 510 am System 100 von 1. Immer dann, wenn an einem Abstandssensor 182, 184 ein Übergang zwischen benachbarten Abschnitten 405 vorbeiläuft, weist das korrespondierende Abstandssignal 505, 510 einen Sprung zwischen seinem Maximalwert und seinem Minimalwert auf. Ein erster zeitlicher Abstand 605 zwischen einem solchen Sprung im ersten Abstandssignal 505 und einem korrespondierenden Sprung im zweiten Abstandssignal 510 weist auf den Verdrehwinkel 215 hin. Ein zweiter zeitlicher Abstand 610 zwischen aufeinanderfolgenden Sprüngen des gleichen Abstandssignals 505 oder 510 weist auf eine Drehzahl der korrespondierenden Welle 125, 165 hin. Der erste zeitliche Abstand 605 kann pro Umdrehung der zugeordneten Welle 125, 165 so oft bestimmt werden, wie kongruente Abschnitte 405 an der korrespondierenden Kurvenscheibe 186, 188 vorgesehen sind.This provision is also called distance-based determination. Alternatively, a time-based determination is possible. 6 shows temporal relationships between absolute angles of rotation 205 and 210 of distance signals 505 and 510 at the system 100 from 1 , Whenever at a distance sensor 182 . 184 a transition between adjacent sections 405 passes, has the corresponding distance signal 505 . 510 a jump between its maximum value and its minimum value. A first time interval 605 between such a jump in the first distance signal 505 and a corresponding jump in the second distance signal 510 points to the twist angle 215 out. A second time interval 610 between successive jumps of the same distance signal 505 or 510 indicates a speed of the corresponding shaft 125 . 165 out. The first time interval 605 can per revolution of the associated shaft 125 . 165 be determined as often as congruent sections 405 at the corresponding cam 186 . 188 are provided.

Es gilt: ω =2·π·f = 2π / t1·n und somit Δφ = 360° / n· t1 / dt The following applies: ω = 2 · π · f = 2π / t1 · n and thus Δφ = 360 ° / n · t1 / dt

Dabei bedeuten:

Δφ:: Verdrehwinkel 215
t1:: erster zeitlicher Abstand 605
n:: Anzahl Abschnitte an der zugeordneten Kurvenscheibe 186, 188

Where:

Δφ:: angle of twist 215
t1:: first time interval 605
n:: Number of sections on the assigned cam 186 . 188

Die Drehrichtung der Wellen 125, 165 kann daran bestimmt werden, welches der Signale 505, 510 dem anderen vorauseilt.The direction of rotation of the waves 125 . 165 can be determined by which of the signals 505 . 510 precedes the other.

7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Bestimmen des Verdrehwinkels 215 zwischen den Wellen 125 und 165 am System 100 von 1. In einem ersten Schritt 705 wird das erste Abstandssignal 505 mittels des ersten Abstandssensors 182 und in einem Schritt 710 das zweite Abstandssignal 510 mittels des zweiten Abstandssensors 184 abgetastet. In einem optionalen Schritt 715 wird eine Drehzahl einer der Wellen 125, 165 bestimmt. Die Drehzahl kann auf der Basis eines der Abstandssignale 505, 510 bestimmt werden. Alternativ kann die Drehzahl auf andere Weise bezogen aus einem Drehzahlsignal abgeleitet werden. 7 shows a flowchart of a method 700 for determining the twist angle 215 between the waves 125 and 165 at the system 100 from 1 , In a first step 705 becomes the first distance signal 505 by means of the first distance sensor 182 and in one step 710 the second distance signal 510 by means of the second distance sensor 184 sampled. In an optional step 715 becomes a speed one of the waves 125 . 165 certainly. The speed may be based on one of the distance signals 505 . 510 be determined. Alternatively, the speed may be derived in other ways from a speed signal.

In einem optionalen Schritt 720 wird überprüft, ob die bestimmte Drehzahl einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet. Ist dies der Fall, so kann in einem Schritt 725 eine Differenz der abgetasteten Abstandssignale 505, 510 bestimmt werden. Daraus kann in einem Schritt 730 der Verdrehwinkel 215 bestimmt werden. Alternativ dazu kann auch jeweils auf der Basis eines Abstandssignals 505, 510 ein absoluter Drehwinkel 205, 210 bestimmt werden, wobei der Verdrehwinkel 215 aus einer Differenz der Drehwinkel 205, 210 bestimmt wird. Weitere Bestimmungen, beispielsweise einer Drehrichtung einer der Wellen 125, 165 oder eines Vorzeichens des Verdrehwinkels 215 können ebenfalls im Schritt 730 erfolgen. In an optional step 720 it is checked whether the specific speed falls below a predetermined threshold. If this is the case, so in one step 725 a difference of the sampled distance signals 505 . 510 be determined. This can be done in one step 730 the twist angle 215 be determined. Alternatively, each may also be based on a distance signal 505 . 510 an absolute angle of rotation 205 . 210 be determined, the angle of rotation 215 from a difference of the rotation angle 205 . 210 is determined. Further Determinations, for example, a direction of rotation of the waves 125 . 165 or a sign of the twist angle 215 can also step in 730 respectively.

Wurde im Schritt 720 bestimmt, dass die bestimmte Drehzahl den vorbestimmten Schwellenwert nicht unterschreitet, so kann in einem Schritt 735 der erste zeitliche Abstand 605 zwischen Übergängen jeweils benachbarter Abschnitte 405 an den unterschiedlichen Kurvenscheiben 186 und 188 bestimmt werden. Anschließend kann in einem Schritt 740 der Verdrehwinkel 215 auf der Basis des ersten zeitlichen Abstands 605 bestimmt werden. Zusätzliche Bestimmungen können ebenfalls durchgeführt werden.Was in the step 720 determines that the certain speed does not fall below the predetermined threshold, so can in one step 735 the first time interval 605 between transitions of adjacent sections 405 at the different cams 186 and 188 be determined. Subsequently, in one step 740 the twist angle 215 based on the first time interval 605 be determined. Additional provisions may also be made.

Das Verfahren 700 ist insbesondere zum Ablaufen auf der Verarbeitungseinrichtung 180 des Systems 100 von 1 eingerichtet. Variationen und Modifikationen des Verfahrens 700 sind möglich. Beispielsweise kann das Verfahren 700 periodisch oder ereignisgesteuert durchgeführt werden, oder es kann stets eine abstandsbasierte Bestimmung mittels der Schritte 705, 710, 725 und 730 oder stets eine zeitbasierte Bestimmung mittels der Schritte 705, 710, 735 und 740 durchgeführt werden. The procedure 700 is especially for draining on the processing device 180 of the system 100 from 1 set up. Variations and modifications of the method 700 are possible. For example, the method 700 periodically or event-controlled, or it can always be a distance-based determination by means of the steps 705 . 710 . 725 and 730 or always a time-based determination by means of the steps 705 . 710 . 735 and 740 be performed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: System system
105105: hydrodynamisches Überlagerungsgetriebe hydrodynamic superposition gearbox
110110: hydrodynamischer Drehmomentwandler hydrodynamic torque converter
115115: Umlaufgetriebe epicyclic gear
120120: Drehachse axis of rotation
125125: erste Welle (Eingangsseite) first wave (input side)
130130: Pumpenrad impeller
135135: Ausgangsseite output side
140140: Turbinenrad turbine
145145: Leitrad stator
150150: Fluid fluid
155155: Verstelleinrichtung adjustment
165165: zweite Welle second wave
170170: Ausgangswelle output shaft
175175: Vorrichtung contraption
180180: Verarbeitungseinrichtung processing device
182182: erster Abstandssensor first distance sensor
184184: zweiter Abstandssensor second distance sensor
186186: erste Kurvenscheibe first cam
188188: zweite Kurvenscheibe second cam
190190: Fixelement fixed element
192192: Schnittstelle interface
205205: absoluter erster Drehwinkel der ersten Welle absolute first rotation angle of the first shaft
210210: absoluter zweiter Drehwinkel der zweiten Welle absolute second angle of rotation of the second shaft
215215: Verdrehwinkel angle of twist
305305: Außenkontur outer contour
310310: Drehwinkelbereich Rotation angle range
315315: radialer Abstand radial distance
320320: Unterschied difference
405405: Abschnitt section
410410: minimaler Radius minimal radius
415415: maximaler Radius maximum radius
505505: erstes Abstandssignal first distance signal
510510: zweites Abstandssignal second distance signal
605605: erster zeitlicher Abstand first time interval
610610: zweiter zeitlicher Abstand second time interval
700700: Verfahren method
705705: Abtasten erstes Abstandssignal Sampling first distance signal
710710: Abtasten zweites Abstandssignal Sampling second distance signal
715715: Bestimmen Drehzahl Determine speed
720720: Drehzahl unter vorbestimmtem Schwellenwert? Speed below a predetermined threshold?
725725: Bestimmen Differenz der Abstände Determine difference of distances
730730: Bestimmen Verdrehwinkel Determine twist angle
735735: Bestimmen zeitlicher Abstand der Übergänge an unterschiedlichen KurvenscheibenDetermine the temporal distance of the transitions on different cams
740740: Bestimmen Verdrehwinkel Determine twist angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2015/071042 A1 [0003]
WO 2011/0606465 A1 [0005]

Claims

Procedure ( 700 ) for determining a relative angle of rotation ( 215 ) between a first ( 125 ) and a second wave ( 165 ), where the waves ( 125 . 165 ) each with respect to a fixelement ( 190 ) are rotatably mounted, the method ( 700 ) comprises the following steps: - scanning ( 705 ) of a first distance signal ( 505 ) of a first distance sensor ( 182 ) attached to the fixed element ( 190 ), wherein the first distance signal ( 505 ) to a radial distance between the fixed element ( 190 ) and an outer contour ( 305 ) of a first cam ( 186 ), which rotatably on the first shaft ( 125 ) is attached; - scanning ( 710 ) of a second distance signal ( 510 ) of a second distance sensor ( 184 ) attached to the fixed element ( 190 ), wherein the second distance signal ( 510 ) to a radial distance between the fixed element ( 190 ) and an outer contour ( 305 ) a second cam ( 188 ), which rotatably on the second shaft ( 165 ) - the outer contours ( 305 ) of the cam discs ( 186 . 188 ) are each shaped such that a radial distance between a distance sensor ( 182 . 184 ) and the outer contour ( 305 ) of its associated cam ( 186 . 188 ) to an absolute angle of rotation ( 205 . 210 ) of the assigned shaft ( 125 . 165 ) in a predetermined rotation angle range ( 310 ) indicates; and - determining the relative angle of rotation ( 215 ) based on the determined distance signals ( 505 . 510 ).

Procedure ( 700 ) according to claim 1, wherein the relative angle of rotation ( 215 ) is determined on the basis of a difference of the distances ( 725 . 730 ), to which the two distance signals ( 505 . 510 ) clues.

Procedure ( 700 ) according to claim 1, wherein the outer contours ( 305 ) of the cam discs ( 186 . 188 ) in one revolution around the axis of rotation ( 120 ) each by the same number of respectively congruent sections ( 405 ), and the method ( 700 ) comprises the following further steps: - determining ( 735 ) a time between a transition between adjacent sections ( 405 ) of the first cam ( 186 ) at the first distance sensor ( 182 ) and a transition between adjacent sections ( 405 ) of the second cam ( 188 ) on the second distance sensor ( 184 ) passes away; and - determining ( 740 ) of the relative angle of rotation ( 215 ) based on the determined time and a rotational speed of one of the shafts ( 125 . 165 ).

Procedure ( 700 ) according to claim 3, further comprising determining ( 730 ) a direction of rotation of the waves ( 125 . 165 ) on the basis of the determined time.

Procedure ( 700 ) according to claim 3 or 4, further comprising determining ( 715 ) the speed of one of the shafts ( 125 . 165 ) on the basis of a time between transitions between adjacent sections ( 405 ) on the assigned cam disc ( 186 . 188 ) at the assigned distance sensor ( 182 . 184 ) passes.

Procedure ( 700 ) according to claim 2 and one of claims 3 to 5, wherein the relative angle of rotation ( 215 ) determined according to claim 2 distance-based ( 725 . 730 ), if the speed of one of the shafts ( 125 . 165 ) is below a predetermined threshold, and otherwise time-based according to any one of claims 3 to 5 ( 735 . 740 ) is determined.

Contraption ( 175 ) for determining a relative angle of rotation ( 215 ) between a first ( 125 ) and a second wave ( 165 ), where the waves ( 125 . 165 ) each with respect to a fixelement ( 190 ) are rotatably mounted, wherein the device ( 175 ) comprises: - a first cam ( 186 ) for the rotationally fixed attachment to the first shaft ( 125 ); A second cam ( 188 ) for rotationally fixed attachment to the second shaft ( 165 ); A first distance sensor ( 182 ) for attachment to the fixed element ( 190 ) in the axial region of the first cam ( 186 ); A second distance sensor ( 184 ) for attachment to the fixed element ( 190 ) in the axial region of the second cam ( 188 ), - where the distance sensors ( 182 . 184 ) each for providing a distance signal ( 505 . 510 ) are set up; - where outer contours ( 305 ) of the cam discs ( 186 . 188 ) are each shaped such that a radial distance between the cam ( 186 . 188 ) and an associated distance sensor ( 182 . 184 ) to an absolute angle of rotation ( 205 . 210 ) of the assigned shaft ( 125 . 165 ) in a predetermined rotation angle range ( 310 ) indicates; A processing device ( 180 ), which is adapted to the relative angle of rotation ( 215 ) based on the distance signals ( 505 . 510 ).

Contraption ( 175 ) according to claim 7, wherein the outer contour ( 305 ) one of the cams ( 186 . 188 ) in the predetermined rotation angle range ( 310 ) follows an Archimedean spiral.

Contraption ( 175 ) according to one of the preceding claims, wherein the shafts ( 125 . 165 ) about a common axis of rotation ( 120 ) are mounted concentrically to each other.

Contraption ( 175 ) according to one of the preceding claims, wherein the outer contour ( 305 ) one of the cams ( 186 . 188 ) on a round about the axis of rotation ( 120 ) by a predetermined number of mutually congruent sections ( 405 ) is formed.

Contraption ( 175 ) according to one of the preceding claims, wherein one of the distance sensors ( 182 . 184 ) comprises a vibration sensor.

System ( 100 ), comprising a first ( 125 ) and a second wave ( 165 ), each with respect to a Fixelements ( 190 ) are rotatably mounted, and a device ( 175 ) according to one of claims 7 to 11, wherein the first cam ( 186 ) on the first wave ( 125 ), the second cam ( 188 ) on the second wave ( 165 ) and the distance sensors ( 182 . 184 ) on the fixed element ( 190 ), in each case in the axial region of the associated cam disc ( 186 . 188 ) are attached.

System ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the shafts ( 125 . 165 ) of a controllable hydrodynamic torque converter ( 110 ) and a position of a pump wheel ( 130 ) by the relative angle of rotation ( 215 ) are reflected.

System ( 100 ) according to claim 13, wherein the torque converter ( 110 ) of a superposition gearing ( 105 ), further comprising a torque converter ( 110 ) connected epicyclic gearbox ( 115 ).

System ( 100 ) according to claim 14, wherein the planetary gear ( 115 ) comprises a planetary gear with at least one sun gear, a ring gear, a planet carrier, wherein the planet carrier with the input side ( 125 ) and the sun gear with the output side ( 135 ) of the torque converter ( 110 ) Is connected and the ring gear with an output shaft, in particular a coupled to the output shaft work machine is connectable.