DE4410127A1

DE4410127A1 - Drehzahlmeßvorrichtung zur Bestimmung von Drehgeschwindigkeiten- und beschleunigungen an rotierenden Teilen mit beliebiger Kontur

Info

Publication number: DE4410127A1
Application number: DE19944410127
Authority: DE
Inventors: Michael Hinz; Hardo Tumm
Original assignee: Individual
Current assignee: Hinz Michael 39167 Wellen De Tumm Hardo 38108
Priority date: 1994-03-24
Filing date: 1994-03-24
Publication date: 1995-09-28

Description

Die Erfindung kommt aus dem Gebiet der Meßtechnik.

Herkömmliche Drehzahlmeßsysteme sind abhängig von der Kontur des rotierenden Meßobjektes und beschränken sich zur Zeit auf die Drehzahlmessung an rotierenden Zahnrädern mit fester Rotationsachse. Hierbei haben Zahnteilungsfehler sowie Zahnform und andere Fertigungstoleranzen Einfluß auf die Meßergebnisse. Deshalb wird nicht direkt am Meßobjekt Zahnrad gemessen, sondern indirekt mit einer sehr genauen Teilscheibe, die koaxial fest mit dem Meßobjekt verbunden wird. Hierbei werden die Impulse der Teilscheibe in einem bestimmten Zeitraum gezählt und somit die Drehzahl ermittelt. Die Genauigkeit der Messung ist abhängig vom Teilungsfehler der Teilscheibe, ihre Auflösung vom Auflösungsgrad der Teilscheibe. Hochauflösende Teilscheiben sind sehr teuer, weil sie einen erheblichen Fertigungsaufwand erfordern.

Hersteller derartiger Meßsysteme:

- IRION & VOSSELER GmbH & CO
- SONY (System Magnescale)
- ROTEC GmbH Prüfsysteme für den Maschinenbau.

Das Problem besteht darin, an sich drehenden Zahnrädern in Getriebegehäusen die Drehbeschleunigung und die Drehzahl zu messen. Dieses ist nur über die im 2. Absatz beschriebenen Teilscheiben oder Drehbeschleunigungssensoren möglich, die z. B. bei Fahrzeuggetrieben aus Platzgründen nicht eingebaut werden können. Außerdem muß bei Drehbeschleunigungssensoren das gemessenen Signal vom rotierenden Teil über Schleifkontakte oder Telemetrie abgegriffen werden, was auf Grund der sehr kompakten Bauweise nicht möglich ist.

Die Erfindung für die in den Patentansprüchen Schutz begehrt wird besteht aus einer Meßvorrichtung mit deren Hilfe Drehzahlen und Drehbeschleunigungen berührungslos gemessen werden können, wobei das rotierende Objekt eine beliebige Kontur aufweisen darf (siehe Fig. 1). Das bedeutet, daß z. B. bei Zahnrädern Fehler in der Form und der Teilung auftreten dürfen, die keinen Einfluß auf die gemessene Drehzahl haben.

Die Erfindung besteht aus zwei, die Kontur des rotierender Teiles mit fester Drehachse, berührungslos abtastenden Sensoren, welche die Drehzahl aufnehmen und in zwei elektrische Meßsignale (M1, M2) umformen. Aus deren Phasenlage kann die Drehzahl bestimmt werden (siehe Fig. 2). Die beiden Sensoren S1 und S2 sind radial in einem fest, aber beliebig einstellbaren Winkel zur Drehachse der rotierenden Kontur angeordnet (siehe Fig. 1). Dabei wird die Zeit gemessen, die ein beliebiger Konturpunkt zum Durchfahren zwischen den beiden Sensoren braucht. Auf diese Weise erzeugt ein beliebiger Konturpunkt ein Meßsignal M1 zum Zeitpunkt t₁ am Sensor S1, und zeitlich verschoben zum Zeitpunkt t₂ am Sensor S2 ein Meßsignal M2, welches vom Niveau gleich dem Meßsignal M1 ist (siehe Fig. 2). Die Zeit t₁-t₂, die dabei gemessen wurde, ist ein Maß für die momentane Drehzahl und damit für die Drehgeschwindigkeit. Die Messung erfolgt immer an demselben Konturpunkt und ist somit unabhängig von der globalen Kontur des rotierenden Teiles. Eine relative Drehzahländerung (Drehbeschleunigung) kann ohne Kenntnis des Sensorwinkels ϕ_S (siehe Fig. 1 und 3) der Sensoren bestimmt werden. Durch Messung des Sensorwinkels ϕ_S kann leicht die absolute Drehzahl bestimmt werden.

Mit dieser Vorrichtung ist es nun möglich, Drehzahlen und damit Drehgeschwindigkeiten, sowie Drehbeschleunigungen an rotierenden Teilen mit fester Rotationsachse mit nur zwei Sensoren zu messen. Gemessen wird direkt am Objekt (siehe Fig. 3). Ein Anwendungsgebiet ist eine genaue Drehzahlbestimmung direkt an Zahnrädern in Fahrzeuggetrieben.

Durch die neue Meßvorrichtung wird die bisher verwendete aufwendige Teilscheibe eingespart. Es ist eine sehr hohe Auflösung der Messung möglich, die nur von der Abtastrate des Meßwertaufnahmesystems abhängt. Mit dieser Vorrichtung kann jegliche Art von rotierenden Konturen gemessen werden, da die Messung von der Kontur des Meßobjektes unabhängig ist. Durch die direkte Messung am Objekt können auch Drehbeschleunigungen unverfälscht ermittelt werden.

Eine mögliche Ausführung

Es werden zwei induktive Aufnehmer verwendet, die berührungslos die Kontur eines beliebigen Zahnrades abtasten (siehe Fig. 3). Mit einer Meßkarte (A/D-Wandler) und einem PC werden die Meßdaten (Spannungssignale der Sensoren S1 und S2) unter Zuhilfenahme eines Softwareprogrammes erfaßt und ausgewertet (Blockschaltbild siehe Fig. 4). Der Aufbau wurde realisiert. Fig. 5 zeigt exemplarisch den mit dieser Anwendung gemessenen Drehzahlverlauf an einem Kettenrad, das ungleichmäßige Teilung und unterschiedliche Zahnhöhen aufweist. Deutlich wird der Einbruch im Drehzahlverlauf (erste Ordnung), der sich auf eine Unwucht des Zahnrades zurückführen läßt. Mit dieser Anwendung ist eine Messung der Drehzahlschwankung im Bereich von ca. 0,5% möglich und bestätigt die Güte der Meßvorrichtung.

Claims

1. Drehzahlmeßvorrichtung zur Bestimmung von Drehgeschwindigkeiten und -beschleunigungen an rotierenden Teilen mit beliebiger Kontur, dadurch gekennzeichnet, daß zwei, berührungslos abtastende Sensoren die Kontur des rotierenden Teiles mit fester Drehachse, aufnehmen und in zwei elektrische Meßsignale umformen, aus deren Phasenlage die Drehzahl bestimmt werden kann. Die beiden Sensoren sind radial in einem fest, aber beliebig einstellbaren Winkel zur Drehachse der rotierenden Kontur angeordnet. Dabei wird die Zeit gemessen, die ein beliebiger Konturpunkt zum Durchfahren zwischen den beiden Sensoren braucht. Auf diese Weise erzeugt ein beliebiger Konturpunkt ein Meßsignal M1 zum Zeitpunkt t₁ am Sensor S1, und zeitlich verschoben zum Zeitpunkt t₂ am Sensor S2 ein Meßsignal M2 welches vom Niveau gleich dem Meßsignal M1 ist. Die Zeit t₁-t₂, die dabei gemessen wurde, ist ein Maß für die momentane Drehzahl und damit für die Drehgeschwindigkeit. Die Messung erfolgt immer an demselben momentanen Konturpunkt und ist somit unabhängig von der globalen Kontur des rotierenden Teiles.

2. Drehzahlmeßvorrichtung nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Drehzahlen und Drehbeschleunigungen an beliebig geformten rotierenden Zahnrädern mit fester Rotationsachse gemessen werden können, z. B. in Getrieben durch einfache Anbringung von nur zwei Meßsensoren. Fehler in der Zahnform sowie der Zahnteilung haben keinen Einfluß auf die gemessene Drehgeschwindigkeit bzw. Drehbeschleunigung.