DE202004014914U1 - Anordnung zur Analyse von Drehschwingungen - Google Patents

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Abstract

Anordnung zur Analyse von Drehschwingungen an im Prüfling vorhandenen rotierenden Elementen, insbesondere Zahnrädern, Zahnketten oder dergleichen, welche auch geringe Zähnezahlen aufweisen können, mittels Abtastung der Zahnflanken durch Feldplatten-Sensoren und nachgeordneter Bewertungsschaltung,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sensorik eine Differential-Feldplatten-Einrichtung in Brückenschaltung umfasst, wobei eine Ausgangsspannung erhalten wird, deren Nulldurchgänge mittig über dem Zahnkopf und mittig über dem Zahngrund verlaufen, so dass zwei Messwerte pro Zahn sowie eine doppelte Winkelauflösung resultieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Analyse von Drehschwingungen an im Prüfling vorhandenen rotierenden Elementen, insbesondere Zahnrädern, Zahnketten oder dergleichen, welche auch geringe Zähnezahlen aufweisen können, mittels Abtastung der Zahnflanken durch Feldplatten-Sensoren und nachgeordneter Bewertungsschaltung, gemäß Oberbegriff des Schutzanspruchs.
  • Zur Analyse von modernen Kraftfahrzeug-Getrieben hinsichtlich Geräusch und Schwingungsminimierung ist es bekannt, rotatorische Messgrößen, z. B. mittels magnetisch wirkender Drehzahlsensoren zu erfassen.
  • Die erforderliche Messtechnik muss u.a. in der Lage sein, Drehzahlwerte mit hoher Winkelauflösung, d.h. viele Messwerte pro Umdrehung eines rotierenden Elements, z. B. eines Zahnrads, bereitzustellen.
  • Bevorzugt werden Drehschwingungen an bereits vorhandenen Getriebeverzahnungen durch Zeitmessungen von Zahn zu Zahn ermittelt. Neben den vorerwähnten magnetischen Sensoren, wie Feldplatten oder Hall-Sensoren, bieten sich auch induktive Messwertgeber an.
  • Die Verwendung von im Prüfling bereits vorhandenen Zahnrädern führt zu einer vereinfachten und kostengünstigen Anwendung, jedoch sind die Messergebnisse oft bestimmten Einschränkungen hinsichtlich der Aussagekraft unterworfen.
  • In vielen Fällen besitzen die eingesetzten, im Prüfling vorhandenen Zahnräder nur sehr geringe Zähnezahlen, beispielsweise bei Kfz-Anwendungen unter Umständen lediglich 13 oder weniger Zähne
  • Bei der Anwendung üblicher Messtechnik liefert ein Drehzahlsensor dann nur 13 oder weniger Messwerte pro Umdrehung.
  • Wird dann im vorliegenden Messdatensatz z. B. die 6. Ordnung der Ergebnisse untersucht, so ist das Resultat bereits mit im wesentlichen 45% bedämpft. Könnte man hier die gleiche Messung an einer Verzahlung mit 26 Zähnen durchführen, beträge das Maß der Bedämpfung lediglich 10%.
  • Aufgrund der angestrebten höheren Messgenauigkeit und besseren Ordnungsauflösung wird also grundsätzlich versucht, die Analyse an Verzahnungen mit höheren Zähnezahlen durchzuführen.
  • Feldplatten sind magnetisch steuerbare Widerstände aus Indiumantimonid/ Nickelantimonid. Feldplatten lassen sich als kontakt- und stufenlos steuerbare Widerstände einsetzen, wobei die Ansteuerung entweder mit einem Dauermagneten oder über einen Elektromagneten erfolgt, in dessen Luftspalt sich die Feldplatte befindet.
  • Bei Feldplatten-Sensoren ist der Magnet und die den magnetischen Fluss lenkende Anordnung zu einer Einheit zusammengefasst, so dass die Ansteuerung auch mit Eisenteilen, z.B. Zähnen von Zahnrädern erfolgen kann. Feldplatten-Sensoren werden bevorzugt als kontakt- und berührungslose Geber eingesetzt, wobei Feldplatten-Sensoren mit offenem und mit geschlossenem Kreis unterschieden werden. Bei einem offenen magnetischen Kreis werden die Feldplatten durch das Streufeld des Dauermagneten vormagnetisiert. Wird nun ein Eisenteil am Polschuh vorbei bewegt, so wird die magnetische Flussdichte im Bereich des Polschuhs vergrößert und der messbare Widerstand der Feldplatte nimmt zu.
  • Bei einem geschlossenen magnetischen Kreis sind die Feldplatten in einem kleinen Magnetkreis eingebaut. Bewegt man einen Steuermagneten an der Feldplatte vorbei, so wird zunächst die Vormagnetisierung der Feldplatte durch das Streufeld des Steuermagneten erhöht und anschließend erniedrigt.
  • Dadurch wird der ebenfalls messbare Widerstand der Feldplatte in der beschriebenen Weise größer oder kleiner.
  • Aus dem Vorstehenden ist es Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Anordnung zur Analyse von Drehschwingungen von im Prüfling vorhandenen rotierenden Elementen, insbesondere Zahnrädern, Zahnketten oder dergleichen anzugeben, welche in der Lage ist, auch bei Zähnen geringer Zähnezahl Messwerte zu liefern, die eine effektive, reproduzierbare und aussagenrelevante spätere Datenanalyse ermöglicht.
  • Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Anordnung gemäß der Merkmalskombination nach dem Schutzanspruch.
  • Demnach besteht die Grundidee der Erfindung darin, dass beim Einsatz von Differential-Sonden mit nachgeschalteter Brücke sowohl steigende als auch fallende Flanken von der Messanordnung verwertbar sind, so dass quasi zwei Werte pro Zahn anfallen. Aufgrund dieser Tatsache kann eine Anwendung der Erfindung auch bei Zahnrädern mit sehr geringen Zähnezahlen in sehr vorteilhafter Weise erfolgen. Die Verwendungsmöglichkeit steigender und fallender Flanken ist hierbei unabhängig von der jeweiligen Zahnform.
  • Die Erfindung besteht also in der Kombination eines Differential-Sensors mit zwei Feldplatten mit entsprechender Verschaltung und anschließender Signalauswertung, wobei die Signalauswertung unter Beachtung der Dämpfungsproblematik, wie eingangs geschildert, auch dann noch sehr vorteilhaft ist, wenn Zahnräder mit geringen Zähnezahlen vorhandener Verzahnungen vorliegen.
  • Im Unterschied zum Stand der Technik wird bei der Erfindung nicht nur eine, sondern beide Perioden des Ausgangssignals verarbeitet, und zwar unabhängig davon, ob auswerteseitig ein Frequenz/Spannungswandler oder eine Periodendauermessung vorgenommen wird.
  • Mit der Anordnung zur Analyse von Drehschwingungen und den sich hieraus ergebenden Signalverhältnissen entsteht unabhängig von der jeweiligen Zahngeometrie ein Tastverhältnis von 1:1, so dass sich, wie bereits erwähnt, zwei unabhängige Messwerte pro Zahn ergeben, mit der Folge einer doppelten Winkelauflösung.
  • Wie anspruchsseitig dargelegt, umfasst die erfindungsgemäße Sensorik eine Differential-Feldplatten-Einrichtung in Brückenschaltung, wobei diese eine Ausgangsspannung liefert, deren Nulldurchgänge mittig über dem Zahnkopf und mittig über dem Zahngrund verlaufen, so dass sich die gewünschten zwei Messwerte pro Zahn und die vorteilhafte höhere Winkelauflösung einstellt.
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
  • Hierbei zeigen:
  • 1 eine typische Kontur einer Verzahnung;
  • 2 eine Abtastanordnung unter Verwendung einer Einzelsonde und
  • 3 eine Abtastung einer Verzahnung unter Verwendung eines Differential-Sensors in Brückenschaltung.
  • 1 stellt den typischen Konturverlauf einer Verzahnung dar mit der Teilung p, der Zahndicke sp und der Lückenweite ep.
  • Für verschiedene Profilformen entstehen zwischen Zahndicke und Lückenweite verschiedene Verhältnisse. Für Kettenräder wird beispielsweise sp:ep sehr klein. Bei Geberrädern für Antiblockiersysteme geht das Verhältnis im Regelfall gegen 0,5.
  • Bei der Verwendung von Messwertaufnehmern mit einer Einzelsonde sind vom nachgeschalteten Messgerät nur steigende oder fallende Flanken auswertbar, so dass nur ein Messwert pro Zahn anfällt.
  • Die erste Signalflanke entsteht bei Beginn von sp, die zweite nach sp, die dritte nach ep und die vierte wieder nach sp und so weiter.
  • Da die Zahndicke und die Lückenweite verschiedene Breite haben, kann nur eine der beiden pro Teilung p anfallenden Flanken ausgewertet werden.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anwendung von Differential-Sensoren mit nachgeschalteter Brücke können jedoch steigende und fallende Flanken vom Messgerät genutzt werden, wobei zwei Werte pro Zahn anfallen.
  • Die erste Messwertauslösung erfolgt bei 1/2 sp, die zweite Auslösung bei 1/2 sp + 1/2 ep, die dritte bei 1/2 ep + 1/2 sp und so weiter.
  • Da 1/2 sp und 1/2 ep genau die gleiche Breite wie 1/2 ep + 1/2 sp besitzen, nämlich die halbe Teilung p, können also zwei signifikante Messwerte berücksichtigt werden.
  • Gemäß der Darstellung nach 2 ist mit 1 die Kontur eines Zahnrads, mit 2 der Sensor mit einer Feldplatte, mit 3 das Ausgangssignal des Sensors und mit 4 das TTL-Ausgangssignal der Sensorelektronik bezeichnet.
  • Der Nulldurchgang der Ausgangsspannung befindet sich gemäß 2 auf den Zahnflanken. Hierdurch wird das Tastverhältnis des Ausgangspulsstroms abhängig von der Geometrie der Verzahnung, wobei das Messgerät zur Zeitmessung entweder nur die steigende oder die fallende Flanke auswerten kann.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach 3 ist wiederum die Kontur 1 eines Zahnrads mit der Anordnung eines Sensors, jedoch in Form eines Differential-Sensors 2 mit zwei Feldplatten symbolisiert. Anhand des Ausgangssignals 3 des Sensors und des TTL-Ausgangssignals 4 der Sensorelektronik kann der geänderte Verlauf der erhaltenen Messwerte nachvollzogen werden.
  • Gemäß 3 befindet sich der Nulldurchgang der Ausgangsspannung mittig über dem Zahnkopf und mittig über dem Zahngrund.
  • Damit wird das Tastverhältnis des Ausgangspulsstroms unabhängig von der Geometrie der Verzahnung immer 50% betragen. Demnach kann das Messgerät zur Zeitmessung sowohl die steigende als auch die fallende Flanke ausnutzen.

Claims (1)

  1. Anordnung zur Analyse von Drehschwingungen an im Prüfling vorhandenen rotierenden Elementen, insbesondere Zahnrädern, Zahnketten oder dergleichen, welche auch geringe Zähnezahlen aufweisen können, mittels Abtastung der Zahnflanken durch Feldplatten-Sensoren und nachgeordneter Bewertungsschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik eine Differential-Feldplatten-Einrichtung in Brückenschaltung umfasst, wobei eine Ausgangsspannung erhalten wird, deren Nulldurchgänge mittig über dem Zahnkopf und mittig über dem Zahngrund verlaufen, so dass zwei Messwerte pro Zahn sowie eine doppelte Winkelauflösung resultieren.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007025731A1 (de) * 2007-06-01 2008-12-11 Audi Ag Verfahren zum Erkennen einer Längung einer Endloskette eines Endloskettentriebs und entsprechende Detektionseinrichtung
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CN106353528A (zh) * 2015-07-13 2017-01-25 现代摩比斯株式会社 电机转速测量装置和方法

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