DE19609792A1 - Sensor system for stepless gear unit with primary and secondary cone pulleys - Google Patents
Sensor system for stepless gear unit with primary and secondary cone pulleysInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung befaßt sich mit einer Sensoranordnung für ein stufenloses Getriebe nach Anspruch 1. Die Wirkungs weise eines stufenlosen Getriebes und eine mögliche Art und Anordnung von Sensoren zur Drehzahlmessung und Überset zungsmessung ist in der deutschen Offenlegungsschrift 44 09 738 beschrieben. Die in dieser Schrift vorgeschlagene Anordnung hat den Nachteil, daß zwei Geberräder und zwei Sensoren an zwei räumlich getrennten Orten im Getriebe an geordnet werden müssen und daß die Drehrichtung nicht er kannt wird.The invention is concerned with a sensor arrangement for a continuously variable transmission according to claim 1. The effects way of a continuously variable transmission and a possible way and Arrangement of sensors for speed measurement and translation measurement is in the German Offenlegungsschrift 44 09 738. The one proposed in this document Arrangement has the disadvantage that two encoder wheels and two Sensors at two spatially separate locations in the transmission must be ordered and that the direction of rotation is not he is known.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensoranordnung zu schaffen, die mit einem Geberrad und einem Sensor auskommt und die Drehrichtung erkennt.The object of the invention is to provide a sensor arrangement create that gets by with a sensor wheel and a sensor and recognizes the direction of rotation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by the kenn Drawing features of claim 1 solved.
Das der Erfindung zugrunde liegende stufenlose Getrie be ist aus jeweils einer ortsfesten und einer axial beweg lichen Primär- und Sekundärkegelscheibe sowie einem die Kegelscheiben umschlingenden Kraftübertragungselement auf gebaut. Letzteres kann als Schubgliederband, Riemen oder Kette ausgebildet sein. Das Übersetzungsverhältnis ist von dem Eingriffsradius des Kraftübertragungselements auf den Kegelscheiben abhängig. Die jeweils spiegelbildlich koaxial gegenübergestellten Primär- bzw. Sekundärkegelscheiben zei gen mit den Kegelmantelflächen zueinander, d. h. ihr Abstand ist innen am kleinsten und außen am größten. Das die Kegel scheiben umschlingende Kraftübertragungselement hat eine konstante, definierte Breite. Der Kegelwinkel von Primär- und Sekundärkegelscheiben ist konstant und bei beiden gleich. Das bedeutet, der Eingriffsradius des Kraftübertra gungselements auf den Kegelscheiben ändert sich linear mit der Änderung des axialen Abstandes zwischen jeweils den Primär- bzw. Sekundärkegelscheiben. In dem Maße, in dem der Eingriffsradius des Kraftübertragungselements auf der Pri märkegelscheibe zunimmt, d. h. der axiale Abstand dieser Scheiben abnimmt, nimmt der Eingriffsradius des Kraftüber tragungselements auf der Sekundärkegelscheibe ab, d. h. der axiale Abstand dieser Scheiben nimmt zu, da das Kraftüber tragungselement eine konstante Länge aufweist. Das bedeu tet, der axiale Abstand eines Kegelscheibenpaares, oder bei raumfester Anbringung einer Kegelscheibe die axiale Posi tion der zweiten axial beweglichen Kegelscheibe, bestimmt das Übersetzungsverhältnis. Dieses kann damit über die axiale Lage einer der beweglichen Kegelscheiben gemessen werden.The stepless transmission on which the invention is based be is made up of one stationary and one axially movable primary and secondary conical pulley and a Conical disks wrapping around the power transmission element built. The latter can be used as a push belt, belt or Chain be formed. The gear ratio is from the engagement radius of the power transmission element on the Conical disks depending. The mirror image is coaxial opposite primary or secondary conical pulleys zei with each other with the conical surfaces, d. H. their distance is the smallest inside and the largest outside. That the cone disc-wrapping power transmission element has one constant, defined width. The cone angle of primary and secondary cone pulleys is constant and both equal. This means the radius of engagement of the power transmission tion element on the conical disks changes linearly with the change in the axial distance between each Primary or secondary cone pulleys. To the extent that Engagement radius of the power transmission element on the Pri Mark cone disc increases, d. H. the axial distance of this As the disks decrease, the radius of engagement of the force increases support element on the secondary cone disc, d. H. of the axial spacing of these disks increases as the force over Carrying element has a constant length. That means tet, the axial distance of a pair of conical pulleys, or at fixed installation of a conical disk the axial posi tion of the second axially movable conical disk the gear ratio. This can be done via the axial position of one of the movable conical disks measured will.
Zum Messen der Drehrichtung und Drehzahl von den den Kegelscheiben zugeordneten Getriebewellen und des Überset zungsverhältnisses des Getriebes ist auf dem Umfang eines Geberrades, das mit einer der beweglichen Kegelscheiben verbunden und zu dieser koaxial angeordnet ist, oder auf dieser Kegelscheibe selbst eine Struktur aufgebracht, die aus einer periodischen Fortsetzung von einzelnen Struktur musterelementen besteht. Diese Struktur wird von einem Sen sor abgetastet, der gegenüber dem Geberrad raumfest ange bracht ist. Bei einer günstig gewählten Struktur läßt sich damit die Drehzahl und über die Veränderung der Struktur in axialer Richtung die axiale Position der Kegelscheibe und damit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes bestimmen, wobei sich die Drehrichtung anhand des Signalverlaufs eines einzelnen Strukturmusterelements ermitteln läßt. Denn der Eingriffsradius des Kraftübertragungselements auf den Ke gelscheiben ist von der axialen Position der beweglichen Kegelscheibe abhängig. Durch den Eingriffsradius des Kraftübertragungselements bei einem Kegelscheibenpaar ist der Eingriffsradius des anderen wegen der konstanten Länge des Kraftübertragungselements bestimmt und damit auch das Verhältnis der Radien, d. h. das Übersetzungsverhältnis des Getriebes.For measuring the direction of rotation and speed of the Gearbox shafts associated with conical pulleys and the transmission ratio of the transmission is on the scope of a Encoder wheel with one of the movable conical disks connected and arranged coaxially therewith, or on this conical disc itself applied a structure that from a periodic continuation of individual structure pattern elements. This structure is used by a sen sor scanned, which is fixed against the sensor wheel is brought. With a favorably chosen structure, hence the speed and about changing the structure in axial direction the axial position of the conical disk and thus determining the gear ratio of the transmission the direction of rotation based on the signal curve of a individual structure pattern element can be determined. Because the Engagement radius of the power transmission element on the Ke Gel washer is movable from the axial position Conical disc dependent. By the radius of engagement of the Power transmission element in a pair of conical disks the other's radius of engagement because of the constant length determines the power transmission element and thus that Ratio of radii, d. H. the gear ratio of the Gearbox.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht diese Struktur aus einzelnen Strukturmusterelemen ten gleichen Abstandes. Ein Strukturmusterelement ist je weils aus zwei zusammenlaufenden Linien unterschiedlicher Breite aufgebaut. Die axiale Ausdehnung der Struktur ist größer als die Summe von der axialen Breite des von dem Sensor erfaßten Gebiets und der maximalen axialen Verschie bungslänge der beweglichen Kegelscheibe. Der Abstand der einzelnen Strukturmusterelemente in Umfangsrichtung ist größer als der maximale Abstand der beiden Linien eines Strukturmusterelements.In an advantageous embodiment of the invention this structure consists of individual structural pattern elements th equal distance. There is one structural pattern element because two different lines converge Width built. The axial extent of the structure is greater than the sum of the axial width of that of that Sensor detected area and the maximum axial displacement exercise length of the movable conical disc. The distance of the individual structural pattern elements in the circumferential direction greater than the maximum distance between the two lines of one Structured pattern element.
Beim Umlaufen der Kegelscheibe detektiert der Sensor ein Signal, wenn ein Strukturmusterelement vorbeiläuft. Die Frequenz dieses Signals eines gesamten Strukturmusterele ments ist proportional zur Umlaufgeschwindigkeit der Kegel scheibe. Das Signal eines Strukturmusterelements setzt sich aus einem Teilsignal mit längerer und einem mit kürzerer Zeitdauer zusammen, wobei das längere Teilsignal durch den Durchgang der breiten Linie und das kürzere Teilsignal durch den Durchgang der schmalen Linien hervorgerufen wird. Die Drehrichtung ist anhand der zeitlichen Reihenfolge der beiden Teilsignale zu erkennen. Die axiale Lage der Kegel scheibe und damit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes ist durch den zeitlichen Abstand zwischen dem längeren und dem kürzeren Teilsignal in Relation zu der Frequenz des Gesamtsignals der Strukturmusterelemente bestimmbar. In an deren Worten, der Quotient aus "Zeitintervall zwischen dem Durchgang der breiten und der schmalen Linie" und "Zeitin tervall des Durchgangs der einzelnen Strukturmusterelemen te" ist ein Maß für das Übersetzungsverhältnis des Getrie bes.The sensor detects when the conical disk rotates a signal when a structural pattern element passes. The Frequency of this signal of an entire structural pattern is proportional to the rotational speed of the cone disc. The signal of a structure pattern element settles from a partial signal with a longer and one with a shorter one Period together, the longer partial signal by the Passage of the wide line and the shorter partial signal is caused by the passage of the narrow lines. The direction of rotation is based on the chronological order of the to recognize both partial signals. The axial position of the cone disc and thus the gear ratio of the transmission is due to the time interval between the longer and the shorter partial signal in relation to the frequency of the Total signal of the structural pattern elements can be determined. In an whose words, the quotient from "time interval between the Passage of the wide and narrow line "and" Zeitin tervall of the passage of the individual structural pattern elements te "is a measure of the gear ratio of the transmission esp.
Diese Struktur kann eine optisch erkennbare sein, die von optischen Sensoren detektiert wird.This structure can be an optically recognizable one is detected by optical sensors.
Sie kann aber auch als magnetische Struktur ausgebil det sein, die von magnetischen Sensoren detektiert wird.But it can also be designed as a magnetic structure be detected by magnetic sensors.
Der Sensor kann beispielsweise eine Induktionsspule sein, in der ein Induktionsspannungssignal hervorgerufen wird, wenn eine Linie der magnetischen Struktur die Spule passiert. Die magnetische Struktur kann vorzugsweise auf magnetisiert sein, oder ein magnetisches Material besitzt eine Formstruktur. Vorteilhaft kann auch ein magnetisches Material auf ein Geberrad als Struktur aufgebracht werden.The sensor can be an induction coil, for example in which an induction voltage signal is generated when a line of magnetic structure the coil happens. The magnetic structure can preferably be be magnetized, or has a magnetic material a shape structure. A magnetic can also be advantageous Material can be applied to a donor wheel as a structure.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Er findung ist neben der Induktionsspule ein Permanentmagnet angebracht. Das Geberrad besitzt dabei eine Struktur unter schiedlicher Magnetisierbarkeit oder eine Formstruktur und besteht aus einem magnetisierbaren Material. Die Linien der Struktur wirken dabei als magnetisches Joch, wenn sie die Spule und den Permanentmagneten passieren.In another advantageous embodiment of the Er In addition to the induction coil, the invention is a permanent magnet appropriate. The encoder wheel has a structure below different magnetizability or a shape structure and consists of a magnetizable material. The lines of the Structure act as a magnetic yoke if they have the Pass the coil and the permanent magnet.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung besteht das Geberrad aus einem magnetisierbaren Material und be sitzt eine Formstruktur. Die Spule ist stromdurchflossen und erzeugt damit ein Magnetfeld. Passiert eine Linie der Struktur die Spule, so ändert sich die Permeabilität und damit das Magnetfeld. Diese führt in der Spule zu einer induzierten Gegenspannung, die den Spulenstrom ändert. Durch eine geeignete Schaltung läßt sich ein Signal abneh men. In another embodiment of the invention the encoder wheel made of a magnetizable material and be sits a shape structure. The coil is energized and creates a magnetic field. Passes a line of Structure of the coil, the permeability and changes so the magnetic field. This leads to one in the coil induced reverse voltage that changes the coil current. A signal can be decreased by a suitable circuit men.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung besteht das Geberrad aus einem elektrisch leitenden Material und besitzt eine Formstruktur. Die Spule ist mit Wechselstrom beschaltet und erzeugt damit ein magnetisches Wechselfeld. Passiert eine Linie der Struktur die Spule, so wirkt sie als Gegeninduktivität und ändert damit die Gesamtinduktivi tät. Durch eine geeignete Schaltung läßt sich ein Signal abnehmen. Die Spule kann z. B. in einem Schwingkreis ge schaltet sein, beim Einwirken der Strukturlinie, d. h. der Gegeninduktivität, ändert sich die Resonanzfrequenz.In another embodiment of the invention the encoder wheel made of an electrically conductive material and has a shape structure. The coil is with alternating current wired and thus generates an alternating magnetic field. If a line of the structure passes the coil, it works as a mutual inductance and thus changes the total inductance act. A signal can be generated by a suitable circuit lose weight. The coil can e.g. B. ge in a resonant circuit be switched when the structure line acts, d. H. of the Mutual inductance, the resonance frequency changes.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung besteht das Geberrad aus einem elektrisch leitenden Material und besitzt eine Formstruktur. Alternativ besteht das Geberrad aus einem elektrisch leitenden Material und besitzt eine Struktur aus einem aufgebrachten Dielektrikum. Diese Struk turlinien des Geberrades wirken als Gegenkapazität eines kapazitiven Sensors. Letzteres kann als metallische Schicht oder Metallplättchen, das als Kondensatorplatte wirkt, aus gebildet sein. Beim Passieren einer Linie ändert sich die Kapazität und damit die Ladung des kapazitiven Sensors. Der Ladestrom kann als Signal herangezogen werden.In another embodiment of the invention the encoder wheel made of an electrically conductive material and has a shape structure. Alternatively, there is the encoder wheel made of an electrically conductive material and has one Structure from an applied dielectric. This structure Guidelines of the encoder wheel act as a counter-capacity of one capacitive sensor. The latter can be used as a metallic layer or metal plate that acts as a capacitor plate be educated. When passing a line, the changes Capacity and thus the charge of the capacitive sensor. Of the Charging current can be used as a signal.
Erweitert man die oben beschriebene Sensoranordnung um eine zweite Sensoranordnung, die analog auf der gegenüber liegenden, durch das Kraftübertragungselement verbundenen Welle angeordnet ist, so kann man aus dem Vergleich des nach obiger Methode bestimmten Übersetzungsverhältnisses zu dem Übersetzungsverhältnis, das aus dem Drehzahlverhältnis der Wellen ermittelt wird, eine Aussage über den Schlupf des Kraftübertragungselements gewinnen. Das Geberrad der zweiten Sensoranordnung kann als Struktur ein einfaches Strichmuster beinhalten. Beim Auftreten von einem Schlupf kann das Kraftübertragungselement nachgespannt werden. Die se Anordnung kann genutzt werden, um den minimal nötigen Anpreßdruck des Kraftübertragungselements auf die Kegel scheiben zu ermitteln. Die Größe des minimal nötigen An preßdrucks kann als Eingabegröße in ein Regelprogramm ein gehen.If you extend the sensor arrangement described above a second sensor arrangement, which is analogous to the opposite lying, connected by the power transmission element Shaft is arranged, so you can from the comparison of the certain transmission ratios according to the above method the gear ratio that results from the speed ratio of the waves is determined, a statement about the slip win the power transmission element. The encoder wheel of the second sensor arrangement can be a simple structure Include stroke patterns. When a slip occurs the power transmission element can be tightened. The This arrangement can be used to achieve the minimum necessary Contact pressure of the power transmission element on the cone to determine slices. The size of the minimum required number Preßdrucks can be used as an input variable in a control program go.
In Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung dargestellt.In drawings, an embodiment of the invention is shown.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein Geberrad mit einer Struktur und Fig. 1 is a transmitter wheel with a structure and
Fig. 2 das von dem Sensor aufgenommene Signal. Fig. 2 shows the signal picked up by the sensor.
Ein Geberrad 1 ist an einer axial beweglichen Kegel scheibe 2 eines stufenlosen Getriebes angebracht. Ein Sen sor 3 tastet eine Struktur 4 auf dem Außenmantel des Geber rades 1 ab. Diese Struktur 4 besteht aus einzelnen Struk turmusterelementen gleichen Abstandes. Dabei ist ein Struk turmusterelement aus zwei zusammenlaufenden Linien unter schiedlicher Breite aufgebaut. Die Drehzahl wird anhand der Frequenz des Durchgangs der Strukturmusterelemente be stimmt. Je nach axialer Verschiebung der Kegelscheibe und damit des Geberrades I ist der Abstand der beiden zusammen laufenden Linien in Umfangsrichtung größer oder kleiner. Da die Linien gerade sind und mit konstantem Winkel aufeinan der zulaufen, ist ihr Abstand in Umfangsrichtung direkt proportional zur axialen Position der Kegelscheibe. Das Zeitintervall zwischen dem Durchgang der breiten und der schmalen Linie berechnet sich aus ihrem Abstand, dividiert durch das Produkt aus Radius und Winkelgeschwindigkeit des Geberrades 1. Das Verhältnis von diesem Zeitintervall zu dem Zeitintervall zwischen den Durchgängen von zwei Struk turmusterelementen ist ein Maß für die axiale Verschiebung der Kegelscheibe 2 und damit ein Maß für den Eingriffs radius des Kraftübertragungselements 6 und damit für die Übersetzung. Die Drehrichtung der Kegelscheibe 2 wird an hand der Reihenfolge der Signale von der breiten und der schmalen Linie innerhalb eines Signals eines Struktur musterelements bestimmt. Die axiale Ausdehnung der Struktur ist größer als die Summe von der axialen Breite des von dem Sensor erfaßten Gebiets und der maximalen axialen Verschie bungslänge der beweglichen Kegelscheibe. Der Abstand der einzelnen Strukturmusterelemente in Umfangsrichtung ist größer als der maximale Abstand der beiden Linien der Struktur.A sensor wheel 1 is attached to an axially movable cone disc 2 of a continuously variable transmission. A sensor 3 scans a structure 4 on the outer surface of the encoder wheel 1 . This structure 4 consists of individual structural pattern elements of the same distance. A structural pattern element is made up of two converging lines of different widths. The speed is determined based on the frequency of the passage of the structural pattern elements. Depending on the axial displacement of the conical disk and thus the encoder wheel I, the distance between the two lines running together is larger or smaller in the circumferential direction. Since the lines are straight and converge at a constant angle, their circumferential distance is directly proportional to the axial position of the conical disk. The time interval between the passage of the wide and the narrow line is calculated from their distance, divided by the product of the radius and angular velocity of the encoder wheel 1 . The ratio of this time interval to the time interval between the passages of two structural pattern elements is a measure of the axial displacement of the conical disk 2 and thus a measure of the engagement radius of the force transmission element 6 and thus of the translation. The direction of rotation of the conical disk 2 is determined by means of the order of the signals from the wide and the narrow line within a signal of a structure pattern element. The axial extent of the structure is greater than the sum of the axial width of the area detected by the sensor and the maximum axial displacement length of the movable conical disk. The distance between the individual structure pattern elements in the circumferential direction is greater than the maximum distance between the two lines of the structure.
BezugszeichenlisteReference list
1 Geberrad
2 Kegelscheibe
3 Sensor
4 Struktur
5 Signal
6 Kraftübertragungselement. 1 encoder wheel
2 conical washers
3 sensor
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5 signal
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DE (1) | DE19609792A1 (en) |
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