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Im Hinblick auf eine Verringerung des
Überarbeitungsaufwandes herkömmlicher Kraftfahrzeuggetriebe
um in diese einen zuverlässigen
Ausgangsgeschwindigkeitsmeßaufnehmer einzubauen, hat der
Erfinder einen neuen Geschwindigkeitsmeßaufnehmer für den
Ausgang eines Getriebes entwickelt mit keinem, oder nur
geringem zusätzlichem Raumbedarf im Getriebegehäuse.
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Die Technologie sowohl der Motoren, der Aufhängung, als
auch des Antriebs hat wesentliche mechanische
Verbesserungen erfahren, wobei das letzte Jahrzehnt durch
eine elektronische Revolution in der Automobilindustrie
gekennzeichnet war.
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Elektronische Steuereinheiten (UCE) erhalten Informationen
von Meßaufnehmern und steuern die Wirkung zahlreicher
wichtiger Funktionen in einem modernen Automobil. Dabei
gibt es vier Hauptbereiche in denen die elektronische
Steuerung erhebliche Auswirkungen hat: (1) den Motor, (2)
das Getriebe, (3) die Aufhängung und (4) die
Antiblockiersteuerung der Bremsung/Traktion in allen
diesen Fällen werden Signale der Rotationsverschiebung oder
einer Stellungsveränderung der Bauteile der elektronischen
Steuereinheit zugeführt, welche sie mit einem berechneten
oder programmierten Idealwert vergleicht hinsichtlich der
Betriebsbedingungen. Die elektronische Steuereinheit führt
anschließend Veränderungen der überwachten Funktion durch,
um so den Abstand zu den Idealbedingungen zu verringern
Damit dieses Verfahren wirksam umgesetzt werden kann,
müssen die Meßsysteme äußerst zuverlässig sein, eine gute
Auflösung aufweisen und wirtschaftlich einsetzbar sein.
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Zur Messung der Verschiebung und/oder der Stellung in einem
Automobil wurden bisher vier verschiedene Systeme
entwickelt: (1) passive Meßaufnehmer oder solche mit
variablem magnetischem Widerstand, (2) aktive Meßaufnehmer
wie z.B. die Halleffekt-Fühler, (3) optische Meßaufnehmer
und (4) Beschleunigungsmesser Meßaufnehmer mit variablem
magnetischem Widerstand werden hauptsächlich in
Antiblockiersystemen (ABS) eingesetzt um die
Geschwindigkeit der Räder zu messen, sowie in
Geschwindigkeitsmeßaufnehmern für den Ausgang automatischer
Getriebe. Halleffekt-Fühler werden häufig in
Beleuchtungssystemen eingesetzt, während optische
Meßaufnehmer und Beschleunigungsmesser in Systemen zur
Steuerung der Aufhängung Verwendung finden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft hauptsächlich
Meßaufnehmer, die zur Messung der Ausgangsgeschwindigkeit
von Kraftfahrzeuggetrieben dienen. Ganz allgemein werden
Meßaufnehmer mit variablem magnetischem Widerstand
eingesetzt um die Ausgangsgeschwindigkeit des Getriebes zu
messen. In der Praxis messen derartige Meßaufnehmer den
Intensitätswechsel eines Magnetfeldes wenn ein
ferromagnetischer Erregerring oder ein Zahnrad an einem
Detektor vorbeiläuft. Dies bedeutet, daß die beweglichen
Zähne des Erregerringes den magnetischen Fluß in der Nähe
des Detektors mit variablem magnetischem Widerstand
verändern, sei dies eine Spule oder ein Magnet und daß
elektrische Stromimpulse induziert werden. Das
Ausgsangssignal der Spule ist sinusförmig mit einer
Amplitude die proportional zur Geschwindigkeit des
Erregerringes ist. Die Frequenz des vom Detektor
abgegebenen Signals wird verwendet um die
Drehgeschwindigkeit des Getriebes zu berechnen.
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Das US-Patent 37 16 788 im Namen von Nishida beschreibt
einen herkömmlichen Meßaufnehmer mit variablem magnetischem
Widerstand der einem Radlager zugeordnet ist um die
Geschwindigkeit der Welle zu messen. Ein gezahnter Rotor
ist auf einem Innenring des sich drehenden Kugellagers
ausgebildet gegenüber einem gezahnten Stator, der an einem
feststehenden Außenring des Kugellagers angeordnet ist. Der
Außenring des Kugellagers trägt außerdem den Detektor oder
Meßaufnehmer mit magnetischer Spule, welche eine Spannung
als Funktion der Änderungen des induzierten magnetischen
Flusses durch Ausrichtung der Zähne des Rotors und des
Stators während der Drehung erzeugt. Die Frequenz des
erzeugten Wechselstroms ist proportional zur
Drehgeschwindigkeit der Welle.
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Ein ähnlicher Geschwindigkeitsfühler ist in dem US-Patent
38 26 933 im Namen von d'Anselmino beschrieben. Dieser
Geschwindigkeitsfühler weist eine magnetische Meßwicklung
oder Detektor auf, welche am feststehenden Ring eines
Lagers angeordnet ist, während ein Rad mit
ferromagnetischen Zähnen am sich drehenden Ring des
Wälzlagers befestigt ist.
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Ein Nachteil bei Verwendung von Meßaufnehmern mit variablem
magnetischem Widerstand zur Messung der
Ausgangsgeschwindigkeit eines Getriebes liegt in der
Tatsache begründet, daß üblicherweise ein eigener
Erregerring oder ein Zahnrad vorgesehen wird mit einer
Vielzahl von Zähnen, das an der Ausgangswelle des Getriebes
angeordnet wird. Diese Meßaufnehmer mit variablem
magnetischem Widerstand erfordern das Vorsehen eines vom
Getriebe bzw. der Kraftübertragung getrennten
Erregerringes, wodurch kostbarer Bauraum verlorengeht,
erhöht die Kosten der Anordnung, sowie das Gesamtgewicht
der Kraftübertragung. In der Praxis verfügt man nicht über
den erforderlichen Bauraum für herkömmliche Meßsysteme mit
variablem magnetischem Widerstand, ohne daß der
Meßaufnehmer speziell für eine neue Getriebeanordnung
entwickelt werden muß. So muß z.B. bei einem bestimmten
Fahrzeug mit Hinterradantrieb zur Anpassung eines
Meßaufnehmers an die Getriebeanordnung der zusätzliche
Bauraumbedarf für einen Erregerring in Betracht gezogen
werden, wobei Nachteile für andere wichtige
Konzeptionsparameter in Kauf genommen werden müssen, wie
z.B. die Gesamtabmessung.
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Ein anderes mit dem Einsatz getrennter Erregerringe in
Meßaufnehmern mit variablem magnetischem Widerstand
zusammenhängendes Problem liegt in der Tatsache, daß die
Bewegung des Erregerringes Ungenauigkeiten bei den
Messungen des Magnetfeldes bewirken kann.
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Jeglicher Meßaufnehmer, der den mechanischen Aufwand des
Systems verringert und gleichzeitig die Anforderungen an
die Leistung, die Zuverlässigkeit und die
Herstellungskosten erfüllt, ist höchst wünschenswert für
die Automobilplaner. Es wurde daher bereits des öfteren die
Aufgabe gestellt, einen Meßaufnehmer für die Messung der
Ausgangsgeschwindigkeit einer Getriebeanordnung zu
schaffen, mit keinem, oder nur geringem zusätzlichem
Raumbedarf in der Getriebeanordnung, die zuverlässig
arbeitet und ein gutes Verhältnis Kosten/Nutzen aufweist.
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In dieser Richtung beschreibt die europäische
Patentanmeldung EP 388 566 einen Axialanschlag mit einer
ringförmigen radialen Verlängerung zur Aufnahme eines
Senders, der gegenüber einem zweiten Anschlagring
angeordnet ist, an dem ein Fühler befestigt ist, welcher
Signale abgibt, die einer Drehgeschwindigkeit proportional
sind.
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Hierbei wird vorgesehen einen Axialanschlag zu schaffen,
der einen Meßaufnehmer mit variablem magnetischem
Widerstand beinhaltet, sowie einen Axialanschlag mit einem
Halleffekt-Fühler. Angesichts der Tatsache, daß
Axialanschläge mit Halleffekt-Fühler oder Meßaufnehmer mit
variablem magnetischem Widerstand bereits existieren, wie
es aus dem US-Patent Nr. 48 75 785 im Namen von Santos et
al. hervorgeht, hat der Erfinder ausschließlich den
Axialanschlag einer Kraftfahrzeug-Getiebeanordnung
betrachtet, um in diesen einen Halleffekt-Meßaufnehiner oder
einen Meßaufnehmer mit variablem magnetischem Widerstand zu
integrieren.
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Aus diesem Grunde weist der Meßaufnehmer zur Feststellung
der Ausgangsgeschwindigkeit einer Getriebeanordnung einen
Halleffekt-Meßaufnehmer oder einen Meßaufnehmer mit
variablem magnetischem Widerstand auf, der um den
Axialanschlag einer Automobil-Getriebeanordnung herum
angeordnet ist. Der Axialanschlag ist üblicherweise um ein
Differentialgehäuse herum angeordnet, welches sich mit der
gleichen Geschwindigkeit wie die Ausgangswelle der
Getriebeanordnung dreht und weist ein Axiallager zwischen
einer ersten Ahschlagplatte und einer zweiten
Anschlagplatte auf. Die zweite Anschlagplatte dreht sich
bezüglich der ersten Anschlagplatte. Außerdem ist die
zweite Anschlagplatte dergestalt verlängert, daß sie einen
Rollweg für das axiale Anschlaglager bildet und
gleichzeitig als Halterung für einen radialen Abschnitt
dient, welcher permanent ein Magnetfeld liefert. Ein
Meßaufnehmerbauteil oder ein Detektor ist gegenüber diesem
radialen Abschnitt vorgesehen, um das Magnetfeld
festzustellen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Magnetfeld erzeugt
durch eine von dem radialen Abschnitt der zweiten
Anschlagplatte getragene Anordnung. Die magnetische
Anordnung besteht vorzugsweise aus einer Vielzahl von
Segmenten mit permanentmagnetisierten magnetischen Polen,
die entlang des gesamten Umfangs des radialen Abschnitts
der zweiten Anschlagplatte vorgesehen sind. Das Fühlerteil
oder der Detektor zur Feststellung des Magnetfeldes bei
diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Halleffekt-
Meßaufnehmer.
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Erfindungsgemäß kann die zweite Anschlagplatte verlängert
sein und weist Schlitze auf, die um den radialen Abschnitt
herum im regelmäßigen Abstand voneinander angeordnet sind.
Die geschlitzte Anschlagplatte ist gegenüber einem
Fühlerteil oder einem Detektor angeordnet und in der Lage,
eine Veränderung des durch die geschlitzte Anschlagplatte
induzierten Magnetfeldes derart festzustellen, daß die
Verwendung eines eigenen Zahnrades überflüssig wird. Die
zweite Anschlagplatte besteht typischerweise aus einem
ferromagnetischen Material. Das Fühlerteil oder der
Detektor ist entweder ein Detektor mit variablem
magnetischem Widerstand oder ein Foucault-Strom-Detektor.
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Gegebenfalls können die entlang des geschlitzten Umfangs
der zweiten Anschlagplatte angeordneten Zähne gebogen sein
bezüglich des Detektors, um so das Magnetfeld zu
vergrößern
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Die Erfindung wird zusammen mit ihren zahlreichen Vorteilen
besser verstanden im Zusammenhang mit der nachfolgenden
ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnung;
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es zeigen
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Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer
Getriebeanordnung nach dem Stand der Technik mit einem
Axialanschlag welcher eine Anordnung aufweist zur Erzeugung
eines Magnetfeldes, welches durch einen Halleffekt-Fühler
festgestellt wird,
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Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines
Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung, bei
dem eine geschlitzte Axialanschlagplatte eine Veränderung
des Magnetfeldes erzeugt, welche durch einen Meßaufnehmer
mit variablem magnetischem Widerstand festgestellt wird,
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Figur 3 eine Schematische Schnittansicht eines anderen
Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung, bei
dem die geschlitzte Anschlagplatte gebogene Zähne aufweist,
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Figur 4 eine Ansicht in vergrößertern Maßstab der Einzelheit
A von Figur 2, wobei ein Detektor mit variablem
magnetischem Widerstand und eine geschlitzte Anschlagplatte
dargestellt sind,
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Figur 5 eine Seitenansicht der in Figur 4 gezeigten
geschlitzten Anschlagplatte,
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Figur 6 eine Ansicht in vergrößertem Maßstab der in Figur 3
gezeigten Einzelheit A' mit einem Detektor mit variablem
magnetischem Widerstand und einer geschlitzten
Anschlagplatte mit gebogenen Zähnen,
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Figur 7 eine Draufsicht auf die geschlitzte Anschlagplatte
mit den gebogenen Zähnen nach Figur 6 und
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Figur 8 eine Seitenansicht der in Figur 7 gezeigten
Anschlagplatte
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Die neuartigen Meßaufnehmer für die Ausgangsgeschwindigkeit
einer Getriebeanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung
erfordern das Einsetzen eines geeigneten Detektors und die
Integration einer Anordnung die in der Lage ist, ein
Magnetfeld zu erzeugen in einem mit Nadeln versehenen
Axialanschlag, der um das Differentialgehäuses einer
Automobilkraftübertragung herum angeordnet ist und
dergestalt eine strukturelle Veränderung der
Kraftübertragung, d.h. der Getriebeanordnung selbst, zu
vermeiden.
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Die Verwendung eines Halleffekt-Fühlers zur Messung der
Ausgangsgeschwindigkeit einer Getriebeanordnung hat den
Erfinder veranlaßt, die sich drehende Anschlagplatte oder
den inneren Ring eines Axialanschlages zu verändern, zur
Aufnahme eines mehrpoligen Magnetes. Eine austauschbare
Meßsonde wird danach im Inneren des Getriegegehäuses
angeordnet. Der Aufbau der Meßsonde ermöglicht es,
ausreichende Abmessungstoleranzen bezüglich des Spaltes
beizubehalten. Die Meßsonde umfaßt einen Hall-Fühler, der
in der Lage ist, eine Geschwindigkeit "in der Nähe von
Null" festzustellen und numerische Ausgangssignale
abzugeben. Da in den meisten Fällen die mit Nadeln
versehenen Axialanschläge herkömmliche Bauteile
automatischer Getriebe sind, erfordert der Einbau eines
Halleffekt-Meßaufnehmers nur eine minimale Überarbeitung
der Getriebeanordung und absolut keine Veränderung der
Abmessung in der Längsachse.
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Der Halleffekt-Meßaufnehmer funktioniert wie folgt. Bei
jedem Vorbeilauf eines Segmentes abwechselnder Polarität
vor dem Fühlerteil oder Detektor bewirkt die Polarität und
die Intensität des Magnetfeldes die Erzeugung elektrischer
Signale im Detektor. Das Spannungssignal kann anschließend
durch Schaltkreise weiterverarbeitet werden um ein
Ausgangssignal zu erzeugen, welches eine zunehmende Einheit
der Winkelverschiebung anzeigt. Die zunehmende Einheit der
Winkelverschiebung ist gleich der Anzahl der Winkelgrade
eines jeden Polsegmentes. Das Ausgangssignal kann ein
Analogsignal oder ein numerisches Signal sein, als Funktion
des elektronischen Weiterverarbeitungsschaltkreises des
Signals, welcher im Detektor vorhanden ist. Die
Veränderungen der Amplitude des Ausgangssignals zeigen die
zunehmende Winkelverschiebung an. Das Ausgangssignal der
Winkelverschiebung kann auch durch eine integrierte
Schaltung im Detektor verarbeitet werden um ein
Positionssignai, ein Geschwindigkeitssignal oder ein
Beschleunigungssignal zu erzeugen. Die Tatsache, das
Drehteil zu magnetisieren, indem eine erhebliche Anzahl von
Segmenten vorgesehen wird, ermöglicht eine sehr hohe
Auflösung. Gegebenenfalls kann gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen sein, einen Meßaufnehmer mit variablem
magnetischem Widerstand zu verwenden um die
Ausgangsgeschwindigkeit einer Getriebeanordnung
festzustellen. Dies erfordert eine Veränderung der sich
drehenden Anschlagplatte oder des Innenringes des
Axialanschlages um dort die Schlitze um einen
Radialabschnitt herum vorzusehen. Die geschlitzte
Anschlagplatte wird aus einem ferromagnetischen Material
derart gefertigt, daß sie in der Lage ist, ein Magnetfeld
zu verändern. Ein Detektor mit variablem magnetischem
Widerstand, beispielsweise ein Detektor, der einen Magneten
und eine Spule aufweist, ist in austauschbarer Weise im
Getriebegehäuse angeordnet. Auch hier sei betont, daß
aufgrund der Tatsache, daß der Axialanschlag ein
herkömmliches Bauteil für den Ausgang automatischer
Getriebe darstellt, der Einbau eines Meßaufnehmers mit
variablem magnetischem Widerstand nur eine geringfügige
Änderung der Getriebeanordnung erfordert, ohne eine
Veränderung der Axialabmessung in Längsrichtung.
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Der Meßaufnehmer mit variablem magnetischem Widerstand
gemäß der vorliegenden Erfindung funktioniert wie folgt.
Das Fühlerteil oder der Detektor mißt typischerweise die
Veränderung der Intensität des Magnetfeldes, wenn eine
ferromagnetische geschlitzte Anschlagplatte vor dem
Detektor vorbeiläuft. Es sei darauf hingewiesen, daß die
Ausgestaltung der Schlitze der Anschlagplatte zu einer
geringeren Feldintensität an der Stelle der Schlitze und zu
einer erhöhten Feldintensität der Zähne führt. Dabei wird
die Signalgfrequenz des Detektors verwendet um die
Drehgeschwindigkeit einer geschlitzten Anschlagplatte
festzustellen, die auf einer Getriebewelle angeordnet ist.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Zähne
entlang des Umfangs der geschlitzten Anschlagplatte
gebogen. Dies führt zu einer Erhöhung der Intensität des
durch die geschlitzte Anschlagplatte erzeugten Feldes,
wodurch die Präzision der Messung verbessert wird.
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In den Zeichnungen und insbesondere in Figur 1, welche den
Stand der Technik darstellt, wird ein axialer
Anschlagmeßaufnehmer eingesetzt, zur Feststellung der
Ausgangsgeschwindigkeit einer Getriebeanordnung 1, welche
eine Getriebewelle 2, ein Differentialbauteil 3,
Differentialritzel 4, ein Differentialgehäuse 5, ein
Getriebegehäuse 6 und einen Axialanschlag 7 aufweist,
welcher das Differentialgehäuse 5 umgibt. Der Axialanschlag
weist ein Nadellager 7 auf, das zwischen einer ersten
Anschlagplatte 8 und einer zweiten Anschlagplatte 9
vorgesehen ist und das sich zusammen mit der Anschlagplatte
8 dreht. Die zweite Anschlagplatte 9 ist derart verlängert,
daß sie einen Weg bildet für das Lager 7 und gleichzeitig
über einen Radialabschnitt eine Anordnung 10 trägt, welche
permanent ein Magnetfeld erzeugt. Ein im Inneren einer
austauschbaren Meßsonde 12 vorgesehener Detektor 11 ist
gegenüber der Magnetanordnung 10 vorgesehen, zur
Feststellung des Magnetfeldes, das entsteht, wenn die
Magnetanordnung 10 am Detektor 11 vorbeiläuft.
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Vorteilhafterweise ist der Detektor 11 ein
Halleffekt-Detektor und der Halleffekt-Detektor ist in einer Meßsonde
12 derart eingesetzt, daß er im Inneren des von der
Magnetanordnung 10 erzeugten Magnetfeldes positioniert
wird. Die Magnetanordnung 10, die ein Permanentmagnetfeld
erzeugt, besteht in der Praxis aus einer Vielzahl von
magnetischen Polsegmenten, die permanent magnetisiert sind
und entlang des gesamten Umfangs des radialen Abschnitts
der zweiten Anschlagplatte 9 angeordnet sind. Jedes
magnetische Polsegment weist einen Nordpol und einen Südpol
auf, wobei die Segmente derart angeordnet sind, daß jeder
Pol zwischen zwei Polen entgegengesetzter Polarität
angeordnet ist. Die Magnetanordnung 10 ist
vorteilhafterweise ein Ring aus ferromagnetichem Material,
welcher in die Anschlagplatte 9 eingesetzt ist, welche die
Form der Anschlagplatte 9 aufweist um so die Notwendigkeit
eines eigenen magnetischen Bauteils und die Überarbeitung
der Getriebeanordnung 1 zu vermeiden.
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Die Getriebeanordnung 1 weist außerdem eine Dichtung 13 und
eine Lagerbuchse 14 auf. Die Meßsonde 12 ist austauschbar
im Getriebegehäuse 6 mittels einer Befestigungsanordnung
oder einer Schraube 15 gehalten.
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Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel bei
dem der Meßaufnehmer mit variablem inagnetischem Widerstand
für den Axialanschlag verwendet wird zur Feststellung der
Ausgangsgeschwindigkeit einer Getriebeanordnung 1. Die
Anordnung 1 weist eine Getriebeausgangswelle 2 auf, ein
Differentialbauteil 3, Differentialritzel 4, ein
Differentialgehäuse 5, ein Getriebegehäuse 6 und einen
Axialanschlag welcher das Differential 5 umgibt. Der
Axialanschlag weist ein Axiallager 7 auf, welches zwischen
einer ersten Anschlagplatte 20 und einer zweiten
Anschlagplatte 21 vorgesehen ist, die sich relativ zur
ersten Anschlagplatte 20 dreht. Die zweite Anschlagplatte
21 ist verlängert und weist Schlitze um einen radialen
Abschnitt herum auf. Ein Fühlerteil oder Detektor 22 ist in
einer Meßsonde 23 eingesetzt, gegenüber den Schlitzen der
zweiten Anschlagplatte 21, um ein Magnetfeld festzustellen,
welches von dieser erzeugt wird, um so die Verwendung eines
eigenen Zahnrades zu vermeiden.
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Die zweite geschlitzte Anschlagplatte 21 wird aus einem
ferromagnetischen Material hergestellt und induziert eine
Veränderung im Magnetfeld, welche durch das Fühlerteil oder
den Detektor 22 gemessen wird. Vorzugsweise ist der
Detektor 22 ein Detektor mit variablem magnetischem
Widerstand oder ein Foucault-Strom-Detektor. Die Anordnung
aus Detektor 22 und zweiter gechlitzter Anschlagplatte 21
geht aus Figur 4 hervor. Figur 5 ist eine seitliche
Teilansicht der zweiten geschlitzten Anschlagplatte 21 und
zeigt die Schlitze 40 zwischen den Zähnen 41.
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Wie Figur 3 zeigt, kann die zweite geschlitzte
Anschlagplatte 30 gegebenenfalls Zähne aufweisen, die
bezüglich des Detektors 22 gebogen sind. Damit soll die
Feststellung des Magnetfeldes verbessert werden wenn die
zweite geschlitzte Anschlagplatte 30 am Detektor 22
vorbeiläuft. Figur 6 zeigt die Stellung von Detektor 22 und
zweiter geschlitzter Anschlagplatte 30 mit den gebogenen
Zähnen. Figur 7 ist eine Draufsicht auf die zweite
geschlitzte Anschlagplatte 30 von Figur 6 mit einer
Darstellung der gebogenen Zähne 50. Figur 8 ist eine
Teilansicht der zweiten geschlitzten Anschlagplatte 30 von
Figur 7 mit den gebogenen Zähnen 50.
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Es kann vorkommen, daß der Anschlagring sich nicht in
optimaler Weise aus ferromagnetischem Material herstellen
läßt und daß seine Abmessungen ungünstig sind um eine
Veränderung des Magnetfeldes zu erzeugen. Zur Optimierung
der Meßleistungen eines derartigen Anschlagringes kann an
diesem ein Bauteil aus einem Material besserer
ferromagnetischer Eigenschaften und gewünschter Abmessungen
befestigt werden.