DE102018209914A1

DE102018209914A1 - Triebstrang mit Signalgebern sowie Verfahren zur Bestimmung eines Drehmoments in einem Triebstrang

Info

Publication number: DE102018209914A1
Application number: DE102018209914.6A
Authority: DE
Inventors: Eugen Sworowski; Paul Mehringer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-06-19
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2019-12-19

Abstract

Triebstrang (10) mit einem schräg verzahnten Zahnrad (19) und einem anderen schräg verzahnten Zahnrad (37), die beide, zumindest mittelbar miteinander kämmen, wobei zumindest das eine Zahnrad (19) axial verschiebbar gelagert ist und zumindest ein Federelement (35) zwischen dem einen Zahnrad (19) und einem Widerlager (33) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem verschiebbaren Zahnrad (19) ein Signalgeber (22) fest verbunden ist und mit dem Zahnrad (37) ein Signalgeber (44) fest verbunden ist, und dem einen Signalgeber (22) und dem anderen Signalgeber (44) jeweils ein Sensorelement (24, 46) benachbart ist, die zur Auswertung von jeweils gegebenen Signalen dienen.Verfahren zum Bestimmen eines Drehmoments M in einem Triebstrang (10), wobei der Triebstrang (10) ein schräg verzahntes Zahnrad (19) und ein anderes schräg verzahntes Zahnrad (37) aufweist, die beide zumindest mittelbar miteinander drehend und unter der Wirkung eines Drehmoments (M) kämmen, wobei sich das eine Zahnrad (19) relativ zu einer Lagerung axial verschiebt, und zumindest ein Federelement (35, 47) zwischen dem einen Zahnrad (19) und einem Widerlager (33, 48) eine Federkraft (F) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem verschiebbaren Zahnrad (19) ein Signalgeber (22) fest verbunden ist und dieser gedreht wird und mit dem Zahnrad (37) ein Signalgeber (44) fest verbunden ist und dieser gedreht wird und dem einen Signalgeber (22) und dem anderen Signalgeber (44) jeweils ein Sensor (24, 46) benachbart ist, deren Signale (s) ausgewertet werden und aus den Signalen (s) auf das wirkende Drehmoment (M) geschlossen wird.

Description

Stand der Technik
In Anwendungen mit Antriebsmotoren ist die Ermittlung bzw. Messung der abgegebenen Drehmomente ein häufig auftretendes Problem. Einerseits werden zur Übertragung von Drehmomenten gerne verdrehsteife Verbindungswellen verwendet, um eine Übertragung eines Antriebsmoments vorzunehmen. Beispiele hierfür sind zum Beispiel ein Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs und eine Antriebswelle, die Antriebsräder antreibt, ein Antriebsmotor einer Werkzeugmaschine wie beispielsweise eine Drehmaschine und das dabei angetriebene Werkstück, ein Antriebsmotor einer Handwerkzeugmaschine, wie beispielsweise einer Bohrmaschine und der durch diesen Motor angetriebene Bohrkopf. In diesen Fällen ist üblicherweise vorgesehen, die Übertragungsstrecke von der Entstehung des Drehmoments im Motor bis zu dem anzutreibenden Teil so drehfest wie möglich auszuführen, um eine gute Kraftübertragung zu gewährleisten. Dabei ist eine Herausforderung, dass eine Bestimmung eines Drehmomentes an einer drehfesten bzw. verdrehfesten („starren“) Übertragungsstrecke mit bekannten Mitteln nur noch mit sehr hohem technischem Aufwand eine sehr geringe Torsion innerhalb des Antriebsstrangs gemessen werden kann. Mittel für eine derartige Drehmomentenmessung sind beispielsweise Dehnmessstreifen, die eine „Minimaltorsion“ erfassen können. In vielen Anwendungen wird unter derartigen Umständen auf eine Messung des Drehmoments schließlich verzichtet und der Antriebsmotor gesteuert betrieben, ohne eine direkte Messung des Drehmoments und eines daran angeschlossenen Regelungsprozesses.
Aus der DE 485 924 ist ein Zahnradgetriebe mit Schrägverzahnung für alle oder etliche der vorhandenen Zahnräder bekannt. Durch die spezielle Ausführung des Getriebes ergibt sich nicht nur ein Axialschub, sondern auch eine Axialverschiebung und eine gleichzeitige Drehung. Die Verschiebung erfolgt gegen eine Federkraft. Die Verschiebung einer derartigen Welle wird über ein Ärmchen auf einen drehbaren Zeiger übertragen. Der Zeiger ist einer Anzeigevorrichtung direkt gegenübergestellt, so dass mit entsprechender Vergrößerung der Hub und damit Axialschub und ein Drehmoment ablesbar ist.
Aus der DE 745 890 ist ein Getriebe bekannt, dass mehrere schräg verzahnte Zahnräder aufweist, die alle axial verschieblich sind. Durch die Axialverschiebung der Zahnräder wird ein Zeigerinstrument betätigt, wodurch sowohl die axiale Verschiebung einer Welle und damit auch die Größe des Drehmoments angezeigt werden.
Ausführungsformen der Erfindung
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass im Triebstrang an einer Stelle ein schräg verzahntes Zahnrad und an einer anderen Stelle ein anderes schräg verzahntes Zahnrad vorhanden ist, die beide zumindest mittelbar miteinander kämmen, wobei das eine Zahnrad axial verschiebbar gelagert ist, und zumindest ein Federelement zwischen dem einen Zahnrad und einem Widerlager angeordnet ist. Dagegen ist das andere Zahnrad axial unverschieblich. Sowohl an dem verschiebbaren Zahnrad als auch an dem unverschieblichen Zahnrad ist jeweils ein Signalgeber fest verbunden angebracht. Sowohl dem einen als auch dem anderen Signalgeber ist jeweils ein Sensor benachbart, der jeweils zur Auswertung von jeweils gegebenen Signalen dient. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass somit ein Signalgeber an dem unverschieblichen Zahnrad einen Bezug erzeugt, mit dem ein Signal des Signalgebers an dem verschiebbaren Zahnrad verglichen werden kann. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung weist hierzu ein jeder Signalgeber ein Material mit einer Materialanordnung auf, die makroskopisch betrachtet eine Gesamtausrichtung einer Eigenschaft aufweist. Dies hat den Vorteil, dass von außen eine derartige Gesamtausrichtung der Eigenschaft ermittelt werden kann und somit ein Bezugssignal und ein darauf bezogenes Vergleichssignal ausgemessen werden kann. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass im Falle des Ruhezustands des Triebstrangs die Gesamtausrichtung der Eigenschaft des einen Signalgebers und die Gesamtausrichtung der Eigenschaft des anderen Signalgebers einander entgegengesetzt oder gleichgerichtet oder zueinander senkrecht ist. Derartige Relativanordnungen beziehungsweise Relativlagen der Gesamtausrichtung der Eigenschaft des einen Signalgebers und der Gesamtausrichtung der Eigenschaft des anderen Signalgebers ermöglichen, dass in diesen Zuständen (Relativlagen) ganz sicher aus Abweichungen der Relativlage auf eine zutreffende Größe eines Drehmoments geschlossen werden kann. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass im Falle seines Antriebszustands das eine Zahnrad in eine Antriebszustandslage verlagert ist und daher eine Lage des einen Signalgebers zur Lage des anderen Signalgebers im Antriebszustand vom Ruhestand abweicht. Aus diesem Unterschied kann auf das Anliegen bzw. Übertragen eines Antriebsdrehmoments geschlossen werden. Insbesondere ist dazu vorgesehen, dass eine Auswerteeinheit mit dem einen Signalgeber und dem anderen Signalgeber verbunden ist. Dies ermöglicht der Auswerteeinheit das Vergleichen der Signale der beiden Signalgeber und damit das Ermitteln der Unterschiede zwischen den beiden Signalen und daraus das Ermitteln des Antriebsmoments oder eines schleppenden Momentes. Jedenfalls ermöglicht dies das Ermitteln der Größe eines anliegenden Drehmoments an dem verschieblichen bzw. verschobenen Zahnrad.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das axial verschiebbare Zahnrad eine breitere Verzahnungsgeometrie als ein anderes über die Verzahnung direkt gekoppeltes Zahnrad hat. Dies hat den Vorteil, dass trotz einer axialen Verschiebung des einen Zahnrads die Überdeckung zwischen einem axial verschiebbaren Zahnrad und dem Zahnrad, welches das axial verschiebbare Zahnrad antreibt, nicht zu klein wird. Eine verringerte Überdeckung hat den Nachteil, dass eine Belastung der ein Drehmoment übertragenden Zähne der Zahnräder steigt und somit ein Verschleiß zunimmt. Durch eine breitere Verzahnungsgeometrie des verschiebbaren Zahnrads kann zumindest eine übermäßige Verringerung der Verzahnungsüberdeckung beschränkt werden, so dass bei der Drehmomentübertragung ein übermäßiger Verschleiß verringert wird. Im günstigsten Fall, d.h. bei voller Überdeckung von axial verschiebbarem Zahnrad und axial nicht verschiebbaren Zahnrad auch im verschobenen Zustand, ist ggf. die Verringerung des Verschleißes unwesentlich, falls überhaupt nachweisbar. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Durchmesser, insbesondere Nenndurchmesser, des einen Zahnrads gleich groß wie der Durchmesser, insbesondere Nenndurchmesser, des anderen Zahnrads ist. Derartige Größenverhältnisse haben den Vorteil, dass die Auswertung der beiden Signale und der Ermittlung des Unterschieds der beiden Signale eher einfach ist.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Durchmesser, insbesondere Nenndurchmesser, des einen Zahnrads ungleich dem Durchmesser, insbesondere Nenndurchmesser des anderen Zahnrads ist. Derartige Größenverhältnisse bzw. Unterschiede des einen und des anderen Zahnrads haben zwar zur Folge, dass zwangsläufig Signalunterschiede der Signalgeber erfolgen, die nicht zwingend mit einem Drehmoment zu tun haben. Allerdings ist es grundsätzlich möglich, aufgrund der Kenntnis erfolgter Umdrehungen beider Zahnräder, zu ermitteln, welcher Teil des Unterschieds ausschließlich auf die verschiebungsfreie Verdrehung und welcher Teil des Unterschieds, auf ein anliegendes Drehmoment, d. h. damit zusammenhängender axialer Relativverschiebung, zurückzuführen ist.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ist dabei vorgesehen, dass das eine Zahnrad eine Innenverzahnung und das andere Zahnrad eine Außenverzahnung aufweist.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Drehmoments in einem Triebstrang vorgeschlagen, wobei der Triebstrang ein schräg verzahntes Zahnrad und ein anderes schräg verzahntes Zahnrad aufweist, die beide zumindest mittelbar miteinander drehend und unter der Wirkung eines Drehmoments kämmen. Der Wirkung dieses Drehmoments entsprechend verschiebt sich das eine Zahnrad relativ zu einer Lagerung axial. Die Verschiebung bewirkt in zumindest einem Federelement zwischen dem einen Zahnrad und einem Widerlager eine Federkraft. Das andere Zahnrad ist axial unverschieblich. Ein Federelement zwischen dem einen Zahnrad und dem Widerlager kann ausreichen, wenn beispielsweise die Drehrichtung des angetriebenen Zahnrades, in die die Drehmomentermittlung erfolgen soll, dazu führt, dass dabei eine axiale Verlagerung des Zahnrades nur in eine axiale Richtung gegen eine Federkraft des Federelementes erfolgt. Beispielsweise kann dann das Federelement als Druckfeder ausgebildet sein. In diesem Fall kann das Federelement beispielsweise eine zylindrische Schraubenfeder sein, deren Drahtenden beispielsweise an der jeweils letzten Windung anliegen oder auch anliegen und geschliffen sind. Ein Federelement zwischen dem einen Zahnrad und dem Widerlager kann auch dann ausreichen, wenn beispielsweise die Drehrichtung des angetriebenen Zahnrades, in die die Drehmomentermittlung erfolgen soll, dazu führt, dass dabei eine axiale Verlagerung des Zahnrades in zwei Richtungen entlang einer Achse gegen eine Federkraft des Federelementes erfolgt. Beispielsweise kann dann das Federelement als Zug-Druckfeder ausgebildet sein. In diesem Fall kann das Federelement beispielsweise eine zylindrische Schraubenfeder sein, deren Drahtenden beispielsweise fest mit dem Widerlager und dem Federlager gekoppelt sind. Mit dem verschieblichen Zahnrad ist ein Signalgeber fest verbunden und mit dem unverschieblichen Zahnrad ist ebenfalls ein Signalgeber fest verbunden. Beide Signalgeber werden gedreht. Dem einen und dem anderen Signalgeber ist jeweils ein Sensor benachbart, der Signale des zugeordneten Signalgebers auswertet und aus den Signalen auf das wirkende Drehmoment schließt. Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass eine Relativverdrehung des einen Signalgebers gegenüber dem anderen Signalgeber berührungslos und sehr genau ermittelt werden kann und aus dieser Relativverdrehung sehr genau auf ein wirkendes Drehmoment an dem verschieblichen Zahnrad geschlossen werden kann. Dadurch dass ein jeder Signalgeber ein Material mit einer Materialanordnung aufweist, der eine makroskopische Gesamtausrichtung einer Eigenschaft aufweist, und die Signalgeber ungleichmäßig bzw. unsymmetrisch verdreht werden, kann mit großer Präzision auf das wirkende Drehmoment an dem verschieblichen Zahnrad geschlossen werden. Insbesondere wird hierbei aus der Unsymmetrie der Signalgeber zueinander auf das wirkende Drehmoment geschlossen. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung verläuft das Verfahren dabei derartig, dass ein der Unsymmetrie entsprechender Wert ermittelt wird, insbesondere ein Unterschiedswinkel, und danach dieser Wert einem in einer Speichereinheit gespeicherten Wert zugeordnet wird. Aus dieser Wertzuordnung wird dann ein Drehmomentwert oder ein Drehmomententsprechungswert ermittelt. Gemäß einem weiteren Ablauf des Verfahrens ist vorgesehen, dass nach dem Ermitteln des Drehmomentwerts oder des Drehmomententsprechungswerts ein Drehmoment einer Antriebsmaschine erhöht oder verringert wird.
Figurenliste
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Getriebes bzw. Triebstrangs,
2 eine schematische Darstellung eines Teils der Anordnung aus 1,
3 eine schematische, stirnseitige Ansicht der beiden Signalgeber in einer Ausgangsstellung,
4 eine Ansicht der beiden Signalgeber aus 3, während der Wirkung eines Drehmoments,
5 die beiden Zahnräder aus 2 während des Wirkens eines Drehmoments,
6 eine Ansicht auf die beiden Sensorelemente aus 3 während des Wirkens eines Drehmoments in eine Richtung, die dem Wirken eines Drehmoments gemäß 5 entgegengesetzt ist.
7 zeigt das Ausführungsbeispiel aus den vorstehenden Figuren unter dem Einfluss eines - verglichen mit der Darstellung nach 4 - umgekehrt wirkenden Drehmoments,
8 zeigt die Wirkung des umgekehrt wirkenden Drehmoments aus 7,
9 zeigt den Fall des Ruhezustands im Falle von zwei Signalgebern, deren Gesamtausrichtungen einer auszuwertenden Eigenschaft einander entgegengesetzt sind,
10 zeigt den Ruhezustand des Triebstrangs, wobei die Gesamtausrichtung des einen Signalgebers und die Gesamtausrichtung des anderen Signalgebers - gemessen an deren jeweiliger makroskopischer Eigenschaft - zueinander senkrecht ist,
11 zeigt auf Grundlage der bisher dargestellten Ausführungsbeispiele ein weiteres Ausführungsbeispiel. Ein Zahnrad ist schmaler als das andere Zahnrad,
12 ein Ausführungsbeispiel mit zwei Zahnrädern, bei dem ein Zahnrad eine Innenverzahnung und das andere Zahnrad eine Außenverzahnung aufweist,
13 und 14 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die beiden miteinander in Eingriff stehenden Zahnräder unter Federkräften schwimmend gelagert sind,
15 zeigt ein Diagramm, in dem für mehrere axiale Versätze eines Zahnrads je ein Drehmomentwert zugeordnet ist,
16 zeigt einen beispielhaften Verfahrensablauf.

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauteile.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Triebstrangs 10 dargestellt. Ausgehend von einem beispielhaften Antrieb 13, beispielsweise ausgeführt als Elektromotor, wird eine Welle 16 angetrieben. Auf dieser Welle 16 sitzt ein schräg verzahntes Zahnrad 19. Die Welle 16 weist einen Wellenzapfen 20 auf, an dessen Ende ein Signalgeber 22 fest verbunden ist. Dem Signalgeber 22 gegenüber ist ein Sensorelement 24 ortsfest angeordnet. Der Antrieb 13 ist axial, d. h. drehaxial, d. h. in Richtung einer Drehachse 26, welche die Drehachse der Welle 16 ist, verschieblich aufgehängt bzw. gelagert. Die Verschieblichkeit ist in der 1 durch den Doppelpfeil im oberen Bereich des Antriebs 13 symbolisiert. Am Antrieb 13 ist ein Federlager 29 ausgebildet (oder angeordnet), an einem Antriebslager 31 ist ein Widerlager 33 ausgebildet. Zwischen dem Federlager 29 und dem Widerlager 33 ist zwecks Kraftübertragung ein Federelement 35 angeordnet. Des Weiteren ist ein anderes Zahnrad 37 offenbart, welches in diesem Fall direkt mit dem einen schräg verzahnten Zahnrad 19 kämmt. Das Zahnrad 37 ist daher ebenfalls schräg verzahnt. Dieses Zahnrad 37 ist auf einer Welle 38 gelagert. Die Welle 38 weist ebenfalls eine Drehachse 40 auf. Die Drehachse weist einen Wellenzapfen 42 auf, an dessen Ende ein Signalgeber 44 fest verbunden ist. Dem Signalgeber 44 gegenüber sitzt ein weiteres Sensorelement 46. Aus diesem ersten Ausführungsbeispiel ist demnach ein Triebstrang 10 bekannt, der ein schräg verzahntes Zahnrad 19 aufweist und des Weiteren ein anderes schräg verzahntes Zahnrad 37. Die beiden Zahnräder 19, 37 kämmen in diesem Fall direkt miteinander, d.h. beide Zahnräder 19, 37 kämmen zumindest mittelbar miteinander. Nicht direktes Miteinanderkämmen liegt dann vor, wenn zwischen den beiden Zahnrädern 19 und 37 zumindest ein drittes Zahnrad angeordnet ist, welches die beiden Zahnräder 19, 37 miteinander koppelt. Das eine Zahnrad 19 ist axial verschiebbar gelagert. Zumindest ein Federelement 35 ist zwischen dem einen Zahnrad und 19 und einem Widerlager 33 angeordnet. Diese Art der Anordnung bezieht sich zumindest auf einen Kraftweg, in dem das Federelement 35 zwischen dem einen Zahnrad 19 und einem Widerlager 33 angeordnet ist und eine Kraft (Druckkraft oder Zugkraft) überträgt. Mit dem verschiebbaren Zahnrad 19 ist ein Signalgeber 22 fest verbunden. Mit dem anderen Zahnrad 37 ist ebenfalls ein Signalgeber 44 fest verbunden. Dem einen Signalgeber 22 und dem anderen Signalgeber 44 ist jeweils ein Sensorelement 24, 46 benachbart, das zur Auswertung von jeweils gegebenen Signalen des einen Signalgebers 22 bzw. des anderen Signalgebers 44 dient. Je nach Drehrichtung des antreibenden Zahnrads, welches hier das Zahnrad 19 ist, kann zum Zwecke der Ermittlung eines Drehmoments erforderlich sein, dass nicht nur ein Federelement 31 für die eine Drehrichtung, sondern auch ein zweites Federelement 47 vorhanden ist. Wird nämlich durch die Drehrichtungsänderung des Zahnrads 19 eine axiale Kraftkomponente in Richtung der Drehachse 26 umgekehrt, so kann es erforderlich sein, das Federelement 47 so vorgesehen zu haben, eine Verlagerung des Zahnrads 19 gegen eine Kraft der Feder und gegenüber dem Zahnrad 37 auch in die andere Richtung zu ermöglichen (Zug-Druck-Feder). Oder anders formuliert: Je nach Drehrichtung des Zahnrades 19 verändert sich die axiale Kraft, welche über eine Verzahnung 50 des Zahnrads 19 bzw. eine Verzahnung 51 des Zahnrads 37 bewirkt wird. Je nach Axialrichtung der Axialkraft wird dann eine Verlagerung des Zahnrads 19 in Richtung zum Sensorelement 24 oder von diesem Sensorelement 24 weg erfolgen. Die Richtung der axialen Kraftkomponente ist neben der Drehrichtung auch von der Polarität des Drehmoments abhängig. So ist es vorstellbar, dass der Antrieb 13 einmal treibend wirkt, also ein mechanisches Drehmoment abgibt oder bremsend wirkt, also mechanisches Drehmoment aufnimmt. Somit spannen Drehmomentrichtung und Drehrichtung eine 2-dimensionale Matrix auf. Sowohl die Veränderung der Drehrichtung als auch die Veränderung der Drehmomentrichtung verändert die Orientierung der resultierenden axialen Kraft.
Darüber hinaus sei an dieser Stelle erwähnt, dass aufgrund der schrägen Verzahnung 50 bzw. der schrägen Verzahnung 51 und der axialen Beweglichkeit des Zahnrads 19 relativ zum Zahnrad 37 nicht nur eine axiale Verlagerung des Zahnrads 19, sondern auch eine Verdrehung des Zahnrads 19 relativ zur Verzahnung des Zahnrads 37 erfolgt. Durch die schräge Verzahnung 50 und das Gleiten in der schrägen Verzahnung 51 ergibt sich letztlich, dass die Signalgeber 22, 44 nicht nur axial zueinander relativ verschoben werden, sondern auch in Drehrichtung zueinander verdreht werden.
Das Federelement 47 stützt sich zwischen dem Lager 29 und einem weiteren Widerlager 48 ab. Dieses Widerlager 48 befindet sich dabei in Richtung der Drehachse 26 zwischen dem Antrieb 13 und dem Zahnrad 19. Alternativ kann die Lage des Widerlagers 48 auch so beschrieben werden, dass dieses Widerlager zwischen dem Federelement 35 und dem Zahnrad 19 angeordnet ist (axiale Richtung der Drehachse 26).
In 2 ist eine schematische Ansicht des Triebstrangs 10 aus 1 dargestellt. Beide Drehachsen 26, 40 sind zueinander parallel und liegen somit in einer Ebene. Auf den hier nicht ausdrücklich gezeigten Wellen 16, 38 sind die Zahnräder 19, 37 angeordnet. Die beiden Zahnräder 19, 37 greifen wechselseitig über ihre Verzahnungen 50, 51 ineinander ein.
Anhand der Darstellung nach 2 kann im Übrigen auch erkannt werden, dass ein Durchmesser D19 des einen Zahnrads 19 gleichgroß wie der Durchmesser D37 des anderen Zahnrads 37 ist. Insbesondere gilt dies für die hier jeweils nicht dargestellten sogenannten Nenndurchmesser des Zahnrads 19 und des Zahnrads 37.
Die beiden Signalgeber 22, 44 sind nach 3 zueinander derartig ausgerichtet, dass deren signalgebende Eigenschaft gleich ausgerichtet ist. Im Beispiel sind beide Signalgeber 22, 44 derartig ausgestaltet, dass diese ein Material 52 mit einer Materialanordnung aufweisen, das jeweils eine makroskopische Gesamtausrichtung aufweist. So weisen beide Signalgeber 22, 44 ein permanentmagnetisches Material 52 auf, welches derartig angeordnet ist, dass in Bezug zu einer Verbindungsachse 54 zwischen den beiden Drehachsen 26, 40 beide permanentmagnetischen Felder in der gleichen Achsenrichtung, d.h. in Richtung der Verbindungsachse 54 ausgerichtet sind. Die 2 und 3 zeigen eine Ausgangsstellung in Ruhe, in der keine Antriebskraft wirkt.
Die 4 zeigt, wie sich unter einer Last eines antreibenden Drehmoments in der Anordnung nach den 2 und 3 um die Drehachse 26 und unter dem Einfluss der schräg verzahnten Zahnräder 19, 37 die Relativlage der beiden Signalgeber 22, 44 zueinander verändert. Bei der gezeigten Veränderung von 3 zu 4 hat der Signalgeber 44 seine makroskopische Gesamtausrichtung, sein permanentmagnetisches Feld, um genau 180 Winkelgrade geändert. Das heißt, der Signalgeber 44 hat sich mit der Welle 40 um genau 180 Winkelgrade gedreht. Unter dem Einfluss der Schrägverzahnung bzw. der Verzahnung 50, 51 hat sich der Signalgeber 22 jedoch nicht nur um 180 Grad gedreht, sondern zusätzlich um einen Winkel mit der Bezeichnung α (alpha), 4. Diesem Verdrehversatz α entspricht zudem ein axialer Versatz der Welle 16 bzw. des Zahnrades 19 in Richtung der Drehachse 26. Der axiale Versatz hat hier die Bezeichnung Δa, 5. Dieser Wert Δa entspricht gemäß dem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit 1 einer Verlagerung des Antriebs 13 entlang der Drehachse 26. D. h. nicht nur das Zahnrad 19 sondern auch der Antrieb 13 verlagert sich um den Wert Δa entlang der Drehachse 26. Dies bedeutet, dass an dem Widerlager 33 eine Kraft (Druckkraft) F33 wirkt, die über das Federelement 35 an das Widerlager 33 übertragen wird. Das heißt, dass diese Kraft F33 vom Zahnrad 19 über die Welle 16 auf den Antrieb 13, das Federlager 29, das Federelement 35 und zuletzt auf das Widerlager 33 übertragen wird. Der axiale Versatz Δa entspricht folglich auch einem axialen Versatz Δa, um den ein Abstand zwischen dem Widerlager 33 und dem Federlager 29 (Ausgangsposition in Ruhelage) verringert wird. Diese Wegveränderung entspricht letztlich einer Kompression des Federelements 35, die folglich einer auf die Feder bzw. das Federelement 35 wirkenden Federkraft F33 entspricht.
Aufgrund der bei diesem Zahneingriff wegen des übertragenen Drehmoments wirkenden Kräfte ergeben sich entsprechend der Darstellung gemäß 6 folgende Kräfte an der Eingriffsstelle zwischen den beiden Zahnrädern 19, 37. Wie diesem dort gezeigten Kräftedreieck entnommen werden kann, ergibt sich somit eine tangential zwischen den Zahnrädern 29, 37 wirkende Tangentialkraft Ft19, die direkt ein Maß für das wirkende Drehmoment ist. Eine normal auf die Verzahnung 50 wirkende Kraft Ft19n ergibt sich aus der Federkraft F33, die gleich der sich aus der Schrägverzahnung ergebenden axial wirkenden Kraft Fa19 ist.
In 7 ist das Ausführungsbeispiel aus den 1, 2 und 3 nach dem Einfluss eines verglichen mit der Darstellung der 4 umgekehrt wirkenden Drehmoments M oder einer umgekehrten Drehzahl n dargestellt. Dies führt dazu, dass sich an dem Zahnrad 19 der Winkel α einstellt, um den sich das Zahnrad 19 weiter verdreht als das Zahnrad 37. Diesem Winkel α entspricht bzw. ist direkt proportional der axiale Versatz Δa, wie in 8 dargestellt ist. Dieser axiale Versatz ist analog zu den Ausführungen nach 4, 5 und 6 direkt proportional zu der an der Verzahnung 50 des Zahnrads 19 wirkenden Axialkraft, die wiederum direkt proportional zu dem am Zahnrad 19 wirkenden Drehmoment M ist.
Nachfolgend ist ein Vergleich verschiedener Ausgangsstellungen von paarweisen Signalgebern 22, 44 und deren makroskopischer Eigenschaft (z. B. Permanentmagnetfeld) gegeben: Anhand der 3 kann erkannt werden, dass im Fall des Ruhezustands des Triebstrangs 10 die Gesamtausrichtung des einen Signalgebers 44 und die Gesamtausrichtung des anderen Signalgebers 22 gleichgerichtet ist.
Ausgehend von den Figuren des ersten Ausführungsbeispiels, insbesondere den 1, 2 und 3, kann erkannt werden, dass verschiedene Momentensituationen zwischen den beiden Wellen 26, 40 bzw. Zahnrädern 19, 37 vorliegen können:
Fließt der Momentenfluss von der Welle 16 des Antriebs 13 in mathematisch positiver Drehrichtung (1) entlang der Achse 26 des Antriebs 13 über das Zahnrad 19 zum Zahnrad 37, so wird die Welle 38 in negativer Drehrichtung um die Achse 40 bewegt. Fließt der Momentenfluss von der Welle 38 in mathematisch positiver Drehrichtung entlang der Achse 40 über das Zahnrad 37 zum Zahnrad 19, so wird die Welle 16 in negativer Drehrichtung um die Achse 26 bewegt. Fließt der Momentenfluss von der Welle 16 des Antriebs 13 in mathematisch negativer Drehrichtung entlang der Achse 26 des Antriebs 13 über das Zahnrad 19 zum Zahnrad 37, so wird die Welle 38 in positiver Drehrichtung um die Achse 40 bewegt. Fließt der Momentenfluss von der Welle 38 in mathematisch negativer Drehrichtung entlang der Achse 40 über das Zahnrad 37 zum Zahnrad 19, so wird die Welle 16 in positiver Drehrichtung um die Achse 26 bewegt.
Wird beispielsweise über den Antrieb 13 ein positives Drehmoment entlang der Achse 26 des Antriebs 13 über das Zahnrad 19 zum Zahnrad 37 übertragen gleichzeitig aber ein positives Drehmoment entlang der Achse 40 des Abtriebs über das Zahnrad 37 zum Zahnrad 19 übertragen (zum Beispiel ein erhöhter Bewegungswiderstand) - zum Beispiel im Schubbetrieb nach dem Übergang von einer Horizontal- in eine Steigungsfahrt - so führt dies zum Abbremsen der beiden Wellen 16, 38. Wird beispielsweise über den Antrieb 13 ein negatives Drehmoment entlang der Achse 26 des Antriebs 13 über das Zahnrad 19 zum Zahnrad 37 übertragen gleichzeitig aber ein positives Drehmoment entlang der Achse 40 des Abtriebs über das Zahnrad 37 zum Zahnrad 19 übertragen (zum Beispiel ein verringerter Bewegungswiderstand) - zum Beispiel nach dem Übergang von einer Horizontal- in eine Gefällefahrt - so führt dies zur Beschleunigung der beiden Wellen 16, 38.
Anhand der 9 kann der Fall des Ruhezustands erkannt werden, wonach die Gesamtausrichtung des einen Signalgebers 44 und die Gesamtausrichtung des anderen Signalgebers 22 einander entgegengesetzt sind.
Anhand der Darstellung nach 10 kann erkannt werden, dass im Falle des Ruhezustands des Triebstrangs 10 die Gesamtausrichtung des einen Signalgebers 22 und die Gesamtausrichtung des anderen Signalgebers 44 zueinander senkrecht ist.
Grundsätzlich erscheint eine Auswertung von Signalen gleich ausgerichteter Signalgeber 22, 44 nach 3 am einfachsten, da - bezogen auf eine wiedergekehrte Position des Signalgebers 44, lediglich ein Differenzwinkel des Signalgebers 22 zu ermitteln ist. Dennoch ist bei den Anordnungen nach 9 und 10 die Vorgehensweise genau die gleiche.
In 1 kann erkannt werden, dass eine Auswerteeinheit 60 mit dem einen Signalgeber 22 und dem anderen Signalgeber 44 verbunden ist. Insbesondere erfolgt dies über Datenleitungen 62.
In 11 ist dargestellt, dass das axialverschiebbare Zahnrad 19 in drehaxialer Richtung bzw. in Richtung der Drehachse 26 eine breitere Verzahnung 50 als ein anderes über die Verzahnung 50 direkt gekoppeltes Zahnrad 37 hat. Im Beispiel nach 11 ist insbesondere vorgesehen, dass die Lage des Zahnrads 19 im Ruhestand derartig ist, dass das schmalere Zahnrad 37 bzw. das Zahnrad 37 mit der schmaleren Verzahnung 51 dem Zahnrad 19 mittig gegenübersteht. Dies bedeutet, dass im Ruhezustand die Verzahnung 50 des Zahnrads 19 derartig relativ zum Zahnrad 37 ausgerichtet ist, dass gegenüber dem Zahnrad 37 das Zahnrad 19 in Richtung der Drehachse 26 in eine Richtung um den Betrag des axialen Versatzes Δa, welcher maximal auftreten kann, in eine Richtung, und in die andere Richtung der Drehachse 26 um den Betrag Δa, der in die andere Richtung maximal auftreten kann, übersteht.
Der Triebstrang 10 und insbesondere seine Sensorvorrichtung funktioniert selbstverständlich grundsätzlich nicht nur bei gleich großen Zahnrädern 19, 37, sondern auch bei unterschiedlich großen Zahnrädern 19, 37. Die damit verbundene Herausforderung für einen Entwicklungsingenieur besteht allerdings darin, die zwangsläufig durch die Verzahnung einhergehende Relativverdrehung der Signalgeber 22, 44 zueinander nicht nur den unterschiedlichen damit einhergehenden Übersetzungen zuzuschreiben, sondern gleichzeitig zu erkennen, dass ein Teil der Verdrehung α auch durch ein wirkendes Drehmoment M, die Schrägverzahnung und den dadurch hervorgerufenen Anteil der Verdrehung verursacht ist. Insbesondere bei Zahnrädern 19, 37, deren Durchmesser beispielsweise in einem Verhältnis von 1 zu 2 oder 1 zu 4 oder 1 zu 3 oder ähnlichem charakteristischen Verhältnissen stehen, kann durch eine entsprechende Intelligenz in der Auswerteeinheit 60 mit relativem geringen Aufwand auch dann auf ein Drehmoment M geschlossen werden. Dementsprechend ist alternativ auch ein Triebstrang 10 vorgesehen, der ein Zahnrad 19 mit einem Durchmesser D19, insbesondere Nenndurchmesser aufweist, der ungleich dem Durchmesser D37, insbesondere Nenndurchmesser, des andern Zahnrads 37 ist.
In 12 ist ein Ausführungsbeispiel mit zwei Zahnrädern 19 bzw. 37 dargestellt, bei dem ein Zahnrad 19 eine Innenverzahnung 70 und das andere Zahnrad 37 eine Außenverzahnung 73 aufweist (beide mit Schrägverzahnung). Vorhandene Signalgeber 22, 44 und Sensorelemente 24, 26 sind hier nicht dargestellt. Die technischen Effekte entsprechen denen der zuvor beschriebenen Beispiele, die Auswertung ist gleich.
In 13 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die beiden Zahnräder 19, 37 zueinander relativ verschiebbar sind. Dabei ist vorgesehen, dass sowohl das Zahnrad 19 relativ zu einem Widerlager 33 verschiebbar ist, als auch das Zahnrad 37 relativ zu einem Widerlager 33 verschiebbar ist. Das Widerlager 33 des Zahnrads 19 ist hierbei wie bereits beim Ausführungsbeispiel nach 1 ein Widerlager für ein Federelement 35.
Gemäß 13 ist auf der Drehachse 26 das Zahnrad 19 angeordnet. Dieses schräg verzahnte Zahnrad 19 ist relativ zu einem Widerlager 3 und relativ zu einem Widerlager 48 angeordnet. Zwischen dem Widerlager 33 und dem Zahnrad 19 ist das Federelement 37, zwischen dem Widerlager 48 und dem Zahnrad 19 das Federelement 47 angeordnet. Die beiden Federelemente 35, 47 halten das Zahnrad 19 derartig auf der Drehachse 26 in der Waage, dass eine Mittelebene des Zahnrades 19 mit einer Ebene E zusammenfällt. Auf der Drehachse 40 ist das Zahnrad 37 angeordnet. Dieses Zahnrad 37 ist ebenfalls ein schräg verzahntes Zahnrad und kämmt mit dem Zahnrad 19. Dieses Zahnrad 37 ist auf der einen Seite mittels eines Federelements 35 gegenüber das Widerlager 33 abgestützt. Auf der anderen Seite des Zahnrads 37 ist dieses gegen das Widerlager 48 mittels eines Federelements 47 abgestützt. Auch hier ist eine Mittelebene des Zahnrads 37 in der Ebene E angeordnet. Diese Anordnung kann dabei derartig austariert bzw. justiert sein, dass die Mittelebene des Zahnrades 37 und die Mittelebene des Zahnrades 19 ineinander fallen, so dass, wie bereits zuvor beschrieben, diese beiden Mittelebenen in der Ebene E angeordnet sind. Die Situation kann aber auch derartig sein, dass die Mittelebenen die einzelnen Zahnräder 19, 37 zueinander parallel verschoben sind und sich im antriebslosen Zustand somit keine gemeinsame Ebene E einstellt. Antriebsloser Zustand heißt hier, dass über keine Welle 16, 38 ein Antriebsmoment übertragen wird. Wird das Zahnrad 19 durch ein Antriebsmoment wegen der durch die Schrägverzahnung auftretenden Axialkräfte aus dieser Gleichgewichtslage verschoben, so wird beispielsweise das Federelement 35 auf Zug und das Federelement 47 auf Druck beansprucht. Eine entsprechende Darstellung findet sich in 14. Durch dieses Wechselspiel der Kräfte findet nicht nur eine axiale Verlagerung des Zahnrads 19 um beispielsweise den Weg a19 statt, sondern beispielsweise auch eine gleichgroße axiale Verlagerung des Zahnrades 37 um den Weg a37. Beide Verlagerungen finden axial entgegengesetzt statt. Das Zahnrad 37 wird durch das Wechselspiel der Kräfte an der Eingriffsstelle beider Zahnräder 19, 37 und die Eigenschaften der beiden Federelemente 35 und 47 beeinflusst. Sind die Federelemente 35, 47 bei der Drehachse 40 gleich wie die Federelemente 35, 47 bei der Drehachse 26, so sind die Beträge der axialen Versätze a19 und a37 gleich groß. Die Darstellung des Ausführungsbeispiels nach 13 und 14 sieht vor, dass die beiden Federelemente 35, 47 über die Zahnräder 18, 37 gekoppelt sind. Das heißt, dass auf die Federelemente 35, 47 auch Zugkräfte übertragen werden können. Die Ausgestaltung dieses Ausführungsbeispiels kann in einer Variante aber auch derartig erfolgen, dass auf der Drehachse 26 beispielsweise das Federelement 35 keine Zugkräfte übertragen werden kann und auf der Drehachse 40 das Federelement 47 ebenfalls keine Zugkräfte übertragen kann. Je nach Drehrichtung des Drehmoments (14) kann das Zahnrad 19 auch in die andere Richtung der Drehachse 26 versetzt werden. Gleiches gilt dann selbstverständlich auch für das Zahnrad 37 auf der Drehachse 40. Dabei kann je nach technischer Ausgestaltung dieser Anordnung vorgesehen sein, dass - wie in dem Ausführungsbeispiel nach 13 und 14 - sowohl Zugkräfte als auch Druckkräfte übertragen werden können. In einer Variante kann das Ausführungsbeispiel selbstverständlich auch so ausgelegt werden, dass keine Zugkräfte, jedoch Druckkräfte von den Federelementen 35, 47 übertragen werden können.
Das Ausführungsbeispiel nach 13 und 14 zeigt demnach einen Triebstrang 10 mit einem schräg verzahnten Zahnrad 19 und einem anderen schräg verzahnten Zahnrad 37, die beide zumindest mittelbar miteinander kämmen, in diesem Fall unmittelbar miteinander kämmen, wobei nicht nur zumindest das eine Zahnrad 19 axial verschiebbar gelagert ist, sondern auch das andere Zahnrad 37 axial verschiebbar gelagert ist, so dass das Zahnrad 19 und auch das Zahnrad 37 zueinander relativ verschiebbar sind. Es ist zumindest ein Federelement 35 zwischen dem einen Zahnrad 19 und einem Widerlager 33 angeordnet. Mit dem verschiebbaren Zahnrad 19 ist ein Signalgeber 22 fest verbunden und mit dem Zahnrad 37 ist ebenfalls ein Signalgeber fest verbunden. Dem einen Signalgeber 22 und dem anderen Signalgeber 44 ist jeweils ein Sensorelement 24, 46 benachbart, welches zur Auswertung von jeweils gegebenen Signalen dient.
Zum Verfahren sei wie folgt ausgeführt:
Wird beispielsweise und ausgehend von 1 und bei einer ausschließlichen Verschiebbarkeit des Zahnrads 19 ein Antriebsmoment bzw. Drehmoment M26 entlang der Drehachse 26 übertragen, welches entsprechend der üblichen Definition positiv ist, so führt dies zu einer Verschiebung des Zahnrads 19 in positiver Richtung (in 1 nach rechts). Ein derartiger Zustand entspricht beispielsweise dem Betriebspunkt P1 in 15. Wird beispielsweise entlang der Drehachse 26 ein entsprechend den üblichen Definitionen negatives Drehmoment M26 übertragen, so führt dies zu einer negativen Auslenkung des Zahnrads 19 in Richtung der Drehachse 26, d.h. zu einer Verschiebung des Zahnrads 19 nach links. Dies entspricht dem Zustand gemäß dem Punkt P2. Die gleiche Veränderung kann allerdings auch erreicht werden, wenn statt der Vorzeichenänderung des Drehmomentes eine Vorzeichenänderung der Drehrichtung erfolgt. Der Betriebszustand nach dem Punkt P1 gemäß 15 entspricht dabei dem Betriebszustand nach 7 und 8. D. h., dass ein Relativwinkel zwischen den beiden Zahnrädern 19, 37, wie er durch α bzw. einen Differenzwinkel α gekennzeichnet, dem Drehmoment M26 zuordnen lässt. Ein entsprechender Differenzwinkel α, wie er in 4 dargestellt ist, entspricht dann dem Betriebspunkt P2. Eine derartige Situation, wie sie durch die Punkte P1 oder P2 beschrieben ist, ergibt sich für P1 beispielsweise für Drehmaschinen, Bohrmaschinen oder auch Kraftfahrzeuggetriebe bei Elektrofahrzeugen oder auch bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor oder jeder Art von Turbinen. Fließt beispielsweise das Drehmoment von der Welle 38 bzw. über die Drehachse 40 vom Zahnrad 37 auf das Zahnrad 19 in der Art, dass beispielsweise das vom Zahnrad 37 auf das Zahnrad 19 übertragene ursächliche Drehmoment in positiver Richtung wirkt, so bewirkt dies einen Versatz Δa des Zahnrads 19 in positiver Richtung, d.h. gemäß 1 nach rechts. Dies entspräche dann beispielsweise dem Betriebspunkt P3 gemäß 15. Würde über die Drehachse 40 bzw. die Welle 38 ein Drehmoment M40 übertragen werden, das gemäß den üblichen Konventionen negativ ist, so würde sich ein Betriebspunkt P4 einstellen, wonach sich eine Axialverschiebung Δa des Zahnrads 19 einstellte, welche negativ ist. Ein derartiger axialer Versatz Δa entspräche einer Verschiebung nach links in 1. Auch hier wäre eine Situation vorhanden, wie sie für den Axialversatz in 4 dargestellt ist. D. h., dass der Winkelversatz bzw. der Mehrwinkel der Verdrehung der Welle 16 α betrüge. Dieser drehaxiale Versatz α entspräche einem axialen Versatz Δa = a19. Ein derartiges Übersetzen des Zahnrads 19 entspräche einem Kompressionsweg einer Druckfeder und gegebenenfalls zusätzliche oder alternativ der Streckung einer Zugfeder. Aus diesen Wegänderungen bzw. Längenänderungen einer Feder 35, 47 ließe sich aufgrund der definierten Verzahnung 50, 51 bzw. Schrägverzahnung der Zahnräder 19, 37 ermitteln, wie groß das am Zahnrad 19 wirkende Drehmoment M bzw. M26 wäre.
Um dies bespielhaft zu erläutern sei im Weiteren von zwei Zahnrädern mit einem Durchmesser von 20mm ausgegangen und von einer Schrägverzahnung mit einem Schrägwinkel von 45°. In diesem Fall entspricht eine Winkelverdrehung der Wellen von 180 Grad einem axialen Versatz von Π*r, also etwa 31mm. Eine Relativverdrehung eines Zahnrads 19, um einen Winkel α von 3 Grad bedeutet dann in der gleichen Konstellation eine Verschiebung des Zahnrads 19 relativ zum Zahnrad 37, um 0,52 mm. Diese 0,52 mm entsprechen einer Kompression eines Federelements 35, um 0,52 mm. Eine Federstreckung des Federelements 47 wird hier nicht weiter berücksichtigt, da nur Federn, die auf Druck reagieren, verwendet werden. Vereinfachend sei nun von einer einer Federkonstante von c = N/0,52mm bei der Feder 35 ausgegangen
Damit ist die Axialkraft 1N, die Tangentialkraft ebenfalls 1N (wegen eines Schrägverzahnungswinkels von 45°) und das anliegende Drehmoment 1N*10mm= 0,01Nm.
Das heißt, dass beispielsweise in einer Auswerteinheit 60 eine Speichereinheit 80 vorhanden ist, in der eine Tabelle gespeichert ist, wonach einem festgestellten Unterschiedsdrehwinkel (16, Schritt S1: Feststellen eines Unterschiedswinkels S1) beziehungsweise Differenzwinkel α ein Drehmoment M zugeordnet ist (16, Schritt S2: Zuordnen des Differenzwinkels α einem Drehmoment). Das heißt, dass durch Erfassen des Differenzwinkels α und dem Gegenüberstellen des korrespondierenden Wertes für ein Drehmoment auf sehr kurzem Wege das entsprechende Drehmoment ermittelt werden kann. Es ist somit ein Verfahren zum Bestimmen eines Drehmoments M26 in einem Triebstrang 10 offenbart, wonach der Triebstrang 10 ein schräg verzahntes Zahnrad 19 und ein anderes schräg verzahntes Zahnrad 37 aufweist, die beide zumindest mittelbar miteinander drehen und unter der Wirkung eines Drehmoments M26, M40 kämmen, wobei sich das eine Zahnrad 19 relativ zu einer Lagerung axial verschiebt und zumindest ein Federelement 35, 47 zwischen dem einen Zahnrad 19 und einem Widerlager 33, 48 eine Federkraft F bewirkt. Mit dem verschiebbaren Zahnrad 19, 37 ist ein Signalgeber 22, 44 fest verbunden, wobei dieser gedreht wird und mit dem Zahnrad 37, 19 ein Signalgeber 44, 22 fest verbunden ist, und dieser gedreht wird und dem einen und dem anderen Signalgeber 22, 44, jeweils ein Sensor 24, 46 benachbart ist, deren Signale ausgewertet werden und aus den Signalen auf das wirkende Drehmoment M geschlossen wird. Aus der Unsymmetrie der Signale der Signalgeber 22, 44 zueinander und damit aus der Unsymmetrie der Signalgeber 22, 44 zueinander wird auf das wirkende Drehmoment M26, M40 geschlossen. Aus der Unsymmetrie wird ein entsprechender Wert eines Winkels ermittelt, insbesondere ein Unterschiedswinkel α und danach dieser Wert einem in einer Speichereinheit 80 gespeicherten Wert zugeordnet, wodurch ein Drehmomentwert M26, M40 oder ein Drehmomententsprechungswert ermittelt wird. Ein Drehmomententsprechungswert wäre hier beispielsweise ein Wert, der für einen Drehmomentwert steht. Ist beispielsweise vorgesehen, dass mit Erreichen eines bestimmten Drehmomentwerts oder eines Drehmomententsprechungswert ein Drehmoment M einer Antriebsmaschine erhöht oder verringert werden soll, so wird das Drehmoment M der Antriebsmaschine 13 erhöht oder verringert (16, Schritt S3: Entscheiden ob Drehmoment M zu hoch oder zu gering). Als Beispiel kann hier beispielsweise genannt sein, dass Verhalten einer Bohrmaschine bzw. eines Bohrschraubers. In solchen Fällen wählt man beispielsweise zum Festschrauben einer Schraube ein bestimmtes Festschraubmoment. Wird dieses Festschraubmoment durch die Antriebsmaschine bzw. den Antrieb 13 erreicht, also ein Unterschiedswinkel α ermittelt, der einem bestimmten Axialversatz Δa entspricht (Kompression, Dehnung von Federn 35, 47), welcher wiederum einem Drehmomentwert bzw. einem Drehmomententsprechungswert entspricht, so wird die Antriebsleistung der Antriebsmaschine 13 verringert, insbesondere zu Null verringert (16 Schritt S4: Verändern des Drehmoments M). Des Weiteren kann in dem Fall beispielsweise für eine gleiche Maschine in einer ähnlichen Situation noch vor dem Erreichen eines Drehmomentabschaltwerts vorgegangen werden: Ist also das Antriebsmoment der Antriebsmaschine bzw. des Antriebs 13 noch nicht ausreichend hoch, d.h. eine Kompression bzw. Streckung der Federelement 35, 47 noch nicht groß genug, d.h. ein Unterschiedswinkel α, ist noch nicht groß genug, so bedeutet dies, dass ein Drehmomententsprechungswert bzw. ein Drehmoment M des Antriebs 13 noch nicht erreicht und damit auch ein Festschraubmoment einer Schraube noch nicht erreicht ist. Dementsprechend wäre in einem derartigen Fall beispielsweise ein Antriebsstrom des Antriebs 13, sofern es sich um eine elektrische Maschine handelt, zu erhöhen, um ein Drehmoment M zu erhöhen.
Ein anderer Fall wäre beispielsweise, ein elektrischer Fahrantrieb (Antrieb 13), der mittels einer Geschwindigkeitsregelung geregelt bzw. gesteuert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 485924 [0002]
DE 745890 [0003]

Claims

Triebstrang (10) mit einem schräg verzahnten Zahnrad (19) und einem anderen schräg verzahnten Zahnrad (37), die beide, zumindest mittelbar miteinander kämmen, wobei zumindest das eine Zahnrad (19) axial verschiebbar gelagert ist und zumindest ein Federelement (35) zwischen dem einen Zahnrad (19) und einem Widerlager (33) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem verschiebbaren Zahnrad (19) ein Signalgeber (22) fest verbunden ist und mit dem Zahnrad (37) ein Signalgeber (44) fest verbunden ist, und dem einen Signalgeber (22) und dem anderen Signalgeber (44) jeweils ein Sensorelement (24, 46) benachbart ist, die zur Auswertung von jeweils gegebenen Signalen dienen.
Triebstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeder Signalgeber (22, 44) ein Material mit einer Materialanordnung aufweist, die eine makroskopische Gesamtausrichtung aufweist.
Triebstrang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle seines Ruhezustands des einen Signalgebers (22, 44) und die Gesamtausrichtung des anderen Signalgebers (44, 22) einander entgegengesetzt oder gleichgerichtet oder zueinander senkrecht ist.
Triebstrang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle seines Antriebszustands das eine Zahnrad (19) in einen Antriebszustand verlagert ist und daher eine Lage des einen Signalgebers (22, 44) zur Lage des anderen Signalgebers (44, 22) vom Ruhezustand abweicht.
Triebstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit (60) mit dem einen Signalgeber (22) und dem anderen Signalgeber (44) verbunden ist.
Triebstrang nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verschiebbare Zahnrad (19) eine breitere Verzahnung (50) als ein anderes über die Verzahnung (50) direkt gekoppeltes Zahnrad (37) hat.
Triebstrang nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser (D19), insbesondere Nenndurchmesser des einen Zahnrads (19) gleichgroß wie der Durchmesser (D37), insbesondere Nenndurchmesser, des anderen Zahnrads (37) ist.
Triebstrang nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, ein Durchmesser (D19), insbesondere Nenndurchmesser, des einen Zahnrads (19) ungleich dem Durchmesser (D37), insbesondere Nenndurchmesser, des anderen Zahnrads (37) ist.
Triebstrang nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Zahnrad (19) eine Innenverzahnung (70) und das andere Zahnrad (37) eine Außenverzahnung (73) aufweist.
Verfahren zum Bestimmen eines Drehmoments M in einem Triebstrang (10), wobei der Triebstrang (10) ein schräg verzahntes Zahnrad (19) und ein anderes schräg verzahntes Zahnrad (37) aufweist, die beide zumindest mittelbar miteinander drehend und unter der Wirkung eines Drehmoments (M) kämmen, wobei sich das eine Zahnrad (19) relativ zu einer Lagerung axial verschiebt, und zumindest ein Federelement (35, 47) zwischen dem einen Zahnrad (1) und einem Widerlager (33, 48) eine Federkraft (F) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem verschiebbaren Zahnrad (19) ein Signalgeber (22) fest verbunden ist und dieser gedreht wird und mit dem Zahnrad (37) ein Signalgeber (44) fest verbunden ist und dieser gedreht wird und dem einen Signalgeber (22) und dem anderen Signalgeber (44) jeweils ein Sensor (24, 46) benachbart ist, deren Signale (s) ausgewertet werden und aus den Signalen (s) auf das wirkende Drehmoment (M) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeder Signalgeber (22, 44) ein Material mit einer Materialanordnung aufweist, die eine makroskopische Gesamtausrichtung aufweist und die Signalgeber (22, 44) unsymmetrisch verdreht werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Unsymmetrie der Signalgeber (22, 44) zueinander auf das wirkende Drehmoment (M) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein der Unsymmetrie entsprechender Wert (α) ermittelt wird, insbesondere ein Unterschiedswinkel, und danach dieser Wert (α) einem in einer Speichereinheit (80) gespeicherten Werte zugeordnet wird, wodurch ein Drehmomentwert (M) oder ein Drehmomententsprechungswert ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch (13), dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ermitteln des Drehmomentwert (M) oder des Drehmomententsprechungswerts ein Drehmoment eines Antriebs (13) erhöht oder verringert wird.