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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.
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Zur
Analyse von modernen Kraftfahrzeug-Getrieben hinsichtlich Geräusch und
Schwingungsminimierung ist es bekannt, rotatorische Messgrößen, z.
B. mittels magnetisch wirkender Drehzahlsensoren zu erfassen.
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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.
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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.
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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.
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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
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Bei
der Anwendung üblicher
Messtechnik liefert ein Drehzahlsensor dann nur 13 oder weniger Messwerte
pro Umdrehung.
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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%.
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Aufgrund
der angestrebten höheren
Messgenauigkeit und besseren Ordnungsauflösung wird also grundsätzlich versucht,
die Analyse an Verzahnungen mit höheren Zähnezahlen durchzuführen.
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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.
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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.
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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.
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Dadurch
wird der ebenfalls messbare Widerstand der Feldplatte in der beschriebenen
Weise größer oder
kleiner.
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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.
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Die
Lösung
der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Anordnung gemäß der Merkmalskombination
nach dem Schutzanspruch.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter
Zuhilfenahme von Figuren näher
erläutert
werden.
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Hierbei
zeigen:
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1 eine typische Kontur einer
Verzahnung;
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2 eine Abtastanordnung unter
Verwendung einer Einzelsonde und
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3 eine Abtastung einer Verzahnung
unter Verwendung eines Differential-Sensors in Brückenschaltung.
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1 stellt den typischen Konturverlauf
einer Verzahnung dar mit der Teilung p, der Zahndicke sp und der
Lückenweite
ep.
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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.
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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.
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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.
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Da
die Zahndicke und die Lückenweite
verschiedene Breite haben, kann nur eine der beiden pro Teilung
p anfallenden Flanken ausgewertet werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß 3 befindet sich der Nulldurchgang
der Ausgangsspannung mittig über
dem Zahnkopf und mittig über
dem Zahngrund.
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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.