WO2018059622A1 - GETRIEBE MIT DREHMOMENTENMESSVORRICHTUNG UND RADIAL ÄUßERER AUSWERTEELEKTRONIKEINHEIT - Google Patents

GETRIEBE MIT DREHMOMENTENMESSVORRICHTUNG UND RADIAL ÄUßERER AUSWERTEELEKTRONIKEINHEIT Download PDF

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WO2018059622A1
WO2018059622A1 PCT/DE2017/100814 DE2017100814W WO2018059622A1 WO 2018059622 A1 WO2018059622 A1 WO 2018059622A1 DE 2017100814 W DE2017100814 W DE 2017100814W WO 2018059622 A1 WO2018059622 A1 WO 2018059622A1
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transmission
input shaft
torque
measuring device
unit
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PCT/DE2017/100814
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French (fr)
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Bernhard Walter
Sebastian Köpfler
Reinhard Stehr
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/14—Inputs being a function of torque or torque demand
    • F16H59/16—Dynamometric measurement of torque
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/66—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for continuously variable gearings
    • F16H61/662—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for continuously variable gearings with endless flexible members
    • F16H61/66272—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for continuously variable gearings with endless flexible members characterised by means for controlling the torque transmitting capability of the gearing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating

Definitions

  • the invention relates to a transmission for a drive train of a motor vehicle, comprising a shaft section on which a configured for measuring a torque applied to the shaft portion torque measuring device
  • a deformation-sensitive layer is applied to the rotatably mounted component, which conveys just that deformation to a further processing unit.
  • German patent application DE 10 2013 204 924 A1 is to be settled in this field of the prior art. It discloses a device for measuring a torque acting on a steering shaft, comprising a steering wheel side first steering shaft section, a steering gear side second steering section, and a torsion section connecting the steering shaft sections.
  • This torsion section has a strain gauge comprehensive
  • the European patent application EP 0 228 199 A2 relates to a voltage sensor which is used for torque detection in a continuously variable transmission.
  • the voltage sensor is in this case arranged on a roller bearing in order to determine voltages, for example via a piezo-electronic functional principle.
  • German Patent Application DE 10 2015 215 604 A1 discloses a continuously variable transmission, a so-called continuously variable transmission, in short CVT transmission, which has an electronic torque sensor.
  • This sensor is designed as a hydraulic-mechanical sensing device, which is hydraulically operatively coupled via a main line with different chambers. Those sensing device has a particularly high axial space requirement on a large axial space.
  • Torque sensing transmits electrical signals that allow conclusions about the torque.
  • the torque detecting device is in that
  • the published patent application DE 10 2013 207 864 A1 is directed to a roller bearing with a non-contact signal transmission. Two coils are aligned with each other in such a way that they transmit a signal from a rotating part to a static part as efficiently as possible.
  • MMI multi-mode interference
  • the present invention has for its object to overcome the disadvantages of the prior art, or at least mitigate, and in particular to provide a device that enables precise signal transmission with low space requirements and continues to be cost-effective and easy to assemble and manufacture.
  • Evaluation electronics unit is disposed radially outside of the preferably formed as an input shaft shaft portion. In this way, a pre-assembly of the torque measuring device on the shaft portion / the input shaft allows, which has an advantageous effect on both the temporal, as well as the economic efficiency.
  • the evaluation electronics unit is prepared to further process the detected data relating to the torque acting on the input shaft and to send it to a control unit.
  • a first process step / processing step of the detected torque is already made before the controller is supplied with data. This causes a decentralized
  • Control which reduces the required computing power of the respective processors.
  • a drive unit and an output unit which via the gearbox
  • a rotor antenna is arranged on the torque measuring device, which is operatively coupled to a stator antenna of the torque measuring device in such a way that signal and energy transmission between the rotor antenna and the stator antenna is made possible without contact, it becomes wear-resistant
  • the torque measuring device has a sensor layer, from which data can be transmitted to the evaluation electronics unit via at least one contact finger.
  • the torque measuring device has a sensor layer, from which data can be transmitted to the evaluation electronics unit via at least one contact finger.
  • the sensor layer is inventively low in its radial height, compared with the diameter of the input shaft.
  • the sensor layer is, for example, the Sensotect ® technology developed by Schaeffler. This is
  • the at least one contact finger with the sensor layer is materially connected and / or if in total four contact fingers in the
  • the evaluation electronics unit when the evaluation electronics unit is arranged with a circuit board on a separate rotor element which rotates with the rotational speed of the input shaft, a space neutrality is achieved.
  • the rotor element is with respect to its
  • the rotor element is materially connected to the input shaft, a secure torque transmission is guaranteed at the same time high efficiency.
  • the rotor element is force and / or
  • a roller bearing which supports at least one disk of the disk pair serves as a data transmission unit.
  • the invention has the realization of a
  • Object Furthermore, according to the invention is a non-contact signal and
  • the measuring point / torque measuring device is integrated space neutral in the drive shaft of the drive unit.
  • a tubular member is used which is rotationally rigidly connected to the drive shaft.
  • This tubular part is also referred to as input shaft.
  • the measuring principle is strain-based and is made possible by means of a strain-sensitive coating, such as the Schaeffler Sensotect®.
  • the sensor layer is either coated directly on the component or, in the form of a welded measuring sleeve, is materially connected to the input shaft.
  • a data transmission unit serves as a bearing, such as a rolling bearing
  • the drive unit which is preferably positioned coaxially with the tubular member of the torque measuring device.
  • the entire torque measuring device on the rotor side is preferably configured independently of the inner ring of the rolling bearing, in order to prevent unwanted influences of the rolling bearing, such as micro-movements or a frictional torque, from flowing into the signal to be transmitted. This increases the
  • the input shaft is preferably formed on the output side with a spline to connect the component with a pulley set shaft.
  • Input side of the input shaft is preferably also a spline or other connection, such as a gear stage or a flange connection to the transducer shaft, formed to connect to other transmission components.
  • the inventive concept that the signal connection of the input shaft to the bearing inner ring via circumferentially distributed contact fingers, so-called spring plates, takes place, which can be additionally soldered / welded / glued as required in addition to the sensor layer.
  • the contact fingers simultaneously make the connection to the rotor electronics unit.
  • the rotor electronics are preferably located on a circuit board which can be mounted axially in an annular component, that is to say the rotor element.
  • This annular component is centered on the intended paragraph on the stub shaft and is also a carrier for the contact fingers, the rotor electronics unit with board and the
  • the annular component is positive or cohesive, such as by gluing, or frictionally with the tubular member, so the
  • Input shaft connected.
  • the constructive implementation of the invention is very production / assembly friendly, since the rotor electronics unit in a plastic component is preassembled and then castable to protect against transmission oil. Casting is also possible with the stator antenna and the electronics unit.
  • this subassembly can be summarized outside of the transmission with the stub shaft to a compact upper assembly, which is then mounted without much effort on the pulley shaft.
  • a torque measuring unit / torque measuring device with an integrated, radially external (measuring and) evaluation electronic unit is proposed.
  • the measured torque is according to the invention for controlling the contact pressure in particular in a CVT transmission, clutches, brakes, in a dual clutch, such as a dual clutch transmission, short DCT, and / or used in a step machine.
  • FIG. 2 shows a perspective partial section through the arranged on an input shaft torque measuring device.
  • FIG. 3 shows a schematic view of a continuously variable transmission.
  • FIG. 1 a section of a transmission according to the invention is shown in a drive train.
  • a transmission 1 is designed as a continuously variable transmission. This has, as shown in more detail in Fig. 3, a first disc pair 2 and a second disc pair 24.
  • an input shaft 3, on which a torque acts, is coupled to a torque measuring device 4.
  • Torque measuring device 4 is an evaluation electronics unit 5 of the torque acting on the input shaft 3 is integrated. According to the invention, the evaluation electronics unit 5 is arranged radially outside the input shaft 3.
  • Rolling 6 is also responsible for the signal transmission of the torque measuring device 4.
  • a part is connected to the stationary / static outer ring of the roller bearing 6 and to the rotating inner ring of the roller bearing 6 in order to enable non-contact signal transmission by a data transmission unit / signal transmission element 7.
  • a gap 8 which forms between a stator antenna 9 and a rotor antenna 10, is overcome inductively.
  • the rotor antenna 10 is disposed in a holder that faces in a U-shape in the direction of the stator antenna 9. Likewise, the stator antenna 9 is in one
  • Statorantennenhalterung which is designed as ferrite or electrical sheet 23, arranged, which also forms an open in the direction of the rotor antenna 10 U-shape.
  • the rotor antenna 10 and the evaluation electronics unit are arranged on a separate rotor element 11. This extends on the input shaft 3 sitting radially outward and has a substantially C-shape.
  • Rotor element is operatively coupled via at least one contact finger 12 with the sensor layer 13, which detects the torque acting on the input shaft 3.
  • the contact finger 12 passes through the rotor element 1 1 in such a way that the signal is transmitted to the side of the rotor element 12 on which a circuit board of the evaluation electronics unit 5 is arranged.
  • a shield 14 is arranged in the region of the gap 8. This protects that
  • the shield 14 is rigidly coupled to a stator 15, which in turn is rigidly connected to the outer ring of the rolling bearing 6.
  • the Statorfuß 15 defines the position of the stator antenna 9 and forms additional space for the ferrite or electrical steel 23 from.
  • Stator is C-shaped and smaller in its radial extent than the rotor element 1 first
  • Rotor element 1 1, the input shaft 3, the inner ring of the rolling bearing 6 and the disc wheel pair 17 all rotate at a synchronous speed and have no slip on each other.
  • the speed is supplied to the input shaft 3 via a toothing 18 approximately via a planetary gear.
  • the toothing 18 is arranged on the outside of the input shaft 3.
  • a gap 20 is present, which is filled to a part of the sensor layer 13.
  • About a stop 21 between the inner ring of the rolling bearing 6 and the Scheibenziprad 17 is ensured, for example by an interference fit of the inner ring, the synchronous speed between the inner ring and the Scheibenformrad 17.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (1) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Wellenabschnitt, an dem eine zum Messen eines an dem Wellenabschnitt anliegenden Drehmomentes ausgestaltete Drehmomentenmessvorrichtung (4) angebracht ist, wobei eine mit der Drehmomentenmessvorrichtung (4) verbundene Auswerteelektronikeinheit (5) radial außerhalb des als Eingangswelle (3) ausgebildeten Wellenabschnitts angeordnet ist.

Description

Getriebe mit Drehmomentenmessvorrichtung
und radial äußerer Auswerteelektronikeinheit
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Wellenabschnitt, an dem eine zum Messen eines an dem Wellenabschnitt anliegenden Drehmomentes ausgestaltete Drehmomentenmessvorrichtung
angebracht ist.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, die sich der Messung und dem Detektieren sowie der Verarbeitung von ermittelten Drehmomenten in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs widmen.
So offenbart die internationale Patentanmeldung WO 2016/050241 A1 eine
Vorrichtung zur Erfassung eines an einem drehbar gelagerten Bauelement
anliegenden Drehmoments. Hierfür wird an dem drehbar gelagerten Bauelement eine verformungssensitive Schicht aufgetragen, die eben jene Verformung an eine weiterverarbeitende Einheit übermittelt.
Auch die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2013 204 924 A1 ist auf diesem Gebiet des Standes der Technik anzusiedeln. Sie offenbart eine Vorrichtung zur Messung eines auf eine Lenkwelle einwirkenden Drehmoments, die einen lenkradseitigen ersten Lenkwellenabschnitt, einen lenkgetriebeseitigen zweiten Lenkabschnitt und einen die Lenkwellenabschnitte verbindenden Torsionsabschnitt umfasst. Dieser Torsionsabschnitt weist eine einen Dehnungsmessstreifen umfassende
Direktbeschichtung zur Drehmomentmessung auf.
Die europäische Patentanmeldung EP 0 228 199 A2 hat einen Spannungssensor zum Gegenstand, der zur Drehmomentermittlung in einem stufenlosen Getriebe eingesetzt ist. Der Spannungssensor ist hierbei auf einem Wälzlager angeordnet, um etwa über ein piezo-elektronisches Funktionsprinzip, Spannungen zu ermitteln. Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2015 215 604 A1 ist ein stufenlos verstellbares Getriebe, ein sogenanntes Continuously Variable Transmission, kurz CVT-Getriebe, bekannt, das einen elektronischen Drehmomentfühler aufweist. Jener Fühler ist als eine hydraulisch-mechanische Sensiereinrichtung ausgestaltet, die über eine Hauptleitung mit verschiedenen Kammern hydraulisch wirkgekoppelt ist. Jene Sensiereinrichtung weist besonders axial einen hohen Bauraumbedarf auf.
In der deutschen Patentanmeldung DE 10 2015 225 102 A1 ist ein Getriebe offenbart, das eine Drehmomenterfassungseinrichtung aufweist, die über einen
Drehmomentsensierbereich elektrische Signale überträgt, die Rückschlüsse auf das Drehmoment ermöglichen. Die Drehmomenterfassungsvorrichtung ist in jener
Vorrichtung direkt auf eine Außenkontur einer Getriebewelle aufgebracht.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2013 207 864 A1 ist auf ein Wälzlager mit einer berührungslosen Signalübertragung gerichtet. Zwei Spulen sind hierbei derart zueinander ausgerichtet, dass sie möglichst effizient Ein Signal von einem rotierenden Teil auf ein statisches Teil übertragen.
Ebenso sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, die ein
Motormomentensignal (multi mode interference, MMI) nutzen, um den Anpressdruck eines Scheibenpaars auf den jeweiligen Betriebszustand, also das jeweils zu übertragende Drehmoment, anzupassen. Das MMI-Signal ist besonders im
Teillastbereich von hohen Unsicherheitsfaktoren beeinträchtigt, was in einem überhöhten Anpressdruck, einer sogenannten Überanpressung, resultiert. Diese senkt, aufgrund einer unnötig hohen Hydraulikpumpenleistung der Pumpe, die mittels eines Hydraulikdrucks die Einstellung des Scheibenpaars vornimmt, den
Wirkungsgrad des Getriebes und somit des Antriebsstrangs. Nachteilig am Stand der Technik ist also, dass die Lösungen einen hohen
Bauraumbedarf aufweisen und die Signalübertragung jeweils in hohen
Unsicherheitsfaktoren resultiert, die den Wirkungsgrad senken.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben oder zumindest zu mildern, und insbesondere eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die bei geringem Bauraumbedarf eine präzise Signalübertragung ermöglicht und weiterhin kostengünstig sowie montage- und fertigungsfreundlich ist.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Getriebe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine mit der Drehmomentenmessvorrichtung verbundene
Auswerteelektronikeinheit radial außerhalb des vorzugsweise als Eingangswelle ausgebildeten Wellenabschnitts angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine Vormontage der Drehmomentmessvorrichtung auf dem Wellenabschnitt / der Eingangswelle ermöglicht, was sich sowohl auf die zeitliche, als auch auf die wirtschaftliche Effizienz vorteilhaft auswirkt.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn die Auswerteelektronikeinheit dazu vorbereitet ist, die erfassten Daten bezüglich des an der Eingangswelle wirkenden Drehmoments weiterzuverarbeiten und an ein Steuergerät zu senden. So ist ein erster Prozess- Schritt / Verarbeitungsschritt des ermittelten Drehmoments bereits vorgenommen, bevor das Steuergerät mit Daten versorgt wird. Dies bewirkt eine dezentrale
Steuerung, was die benötigte Rechenleistung der jeweiligen Prozessoren senkt. Für den Einsatz in besonders komfortablen Kraftfahrzeugen bietet es sich an, eine Antriebseinheit und eine Abtriebseinheit einzusetzen, die über das Getriebe
miteinander gekoppelt sind, wobei zumindest ein Scheibenpaar vorhanden ist, an dem in Abhängigkeit eines an der Eingangswelle wirkenden Drehmoments ein variabler Anpressdruck anliegt, und das an der Eingangswelle wirkende Drehmoment über eine Drehmomentmessvorrichtung, in die eine Auswerteelektronikeinheit des an der Eingangswelle wirkenden Drehmoments integriert ist, ermittelbar ist. Der Einsatz von und bei CVT-Getrieben wird dadurch erleichtert.
Sobald auf der Drehmomentmessvorrichtung eine Rotorantenne angeordnet ist, die derart mit einer Statorantenne der Drehmomentmessvorrichtung wirkgekoppelt ist, dass eine Signal- und Energieübertragung zwischen der Rotorantenne und der Statorantenne berührungslos ermöglicht ist, wird eine verschleißarme
Datenübertragung erreicht. Weiterhin zeichnet sich jener Übertragungsmechanismus durch ein hohes Maß an Zuverlässigkeit aus.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Drehmomentmessvorrichtung eine Sensorschicht auf, von der Daten über zumindest einen Kontaktfinger an die Auswerteelektronikeinheit übertragbar sind. Vorzugsweise sind in der
Umfangsrichtung mehrere Kontaktfinger angeordnet, was die Robustheit des Systems erhöht. Die Sensorschicht ist erfindungsgemäß gering in ihrer radialen Höhe, verglichen mit dem Durchmesser der Eingangswelle.
Auch wenn die Sensorschicht direkt auf der Eingangswelle beschichtet ist, also etwa über oder wenn die Sensorschicht in Form einer Materialhülse stoffschlüssig mit der Eingangswelle verbunden ist, folgen Vorteile. Bei der Sensorschicht handelt es sich etwa um die von Schaeffler entwickelte Technologie Sensotect ®. Diese ist
platzsparend und zuverlässig. Ein stoffschlüssiges Verbinden der Materialhülse bewirkt ein simples System, das wirtschaftliche Vorteile nach sich zieht. Wenn der zumindest eine Kontaktfinger mit der Sensorschicht stoffschlüssig verbunden ist und/oder wenn in der Gesamtheit vier Kontaktfinger in der
Umfangsrichtung angeordnet sind, ist der Kontakt zwischen der Sensorschicht und der Auswerteelektronikeinheit auch unter extremen Bedingungen sichergestellt, was die Zuverlässigkeit des Systems erhöht.
Insbesondere dann, wenn die Auswerteelektronikeinheit mit einer Platine auf einem separaten Rotorelement angeordnet ist, das mit der Drehzahl der Eingangswelle rotiert, ist eine Bauraumneutralität erreicht. Das Rotorelement ist bezüglich seiner
Geometrie flexibel gestaltbar, was das Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung erhöht.
Sobald das Rotorelement stoffschlüssig mit der Eingangswelle verbunden ist, ist eine sichere Drehmomentübertragung bei zeitgleich hoher Wirtschaftlichkeit garantiert. In einer alternativen Ausführungsform wird das Rotorelement kraft- und/oder
formschlüssig mit der Eingangswelle verbunden. Je nach Anwendungsfall ist somit eine ideal auf die Umgebungsbedingungen angepasste Verbindung herstellbar.
In einer weiteren Ausführungsform dient ein Wälzlager, das zumindest eine Scheibe des Scheibenpaars lagert, als Datenübertragungseinheit. Somit ist die Kompaktheit der Anordnung dadurch erhöht, das das Wälzlager mehrere Funktionen einnimmt, wodurch andere, separate Komponenten entfallen.
Auch dann, wenn zwischen dem Rotorelement und dem Wälzlager, das synchron mit der Drehzahl des Rotorelements rotiert, zumindest teilweise eine Abschirmung angeordnet ist, um ein Messsignal, das von der Rotorantenne übertragen ist, zu schützen, ist die Präzision des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs erhöht. Den Problemen aus dem Stand der Technik kann somit Abhilfe geschaffen werden.
In anderen Worten ausgedrückt hat die Erfindung die Realisierung einer
kostengünstigen, fertigungs- und montagefreundlichen und bauraumgünstigen elektronischen Drehmomentenmesseinheit / Drehmomentmessvorrichtung mit integrierter, radial außenliegender (Mess- und ) Auswerteelektronikeinheit zum
Gegenstand. Weiterhin ist erfindungsgemäß eine berührungslose Signal- und
Energieübertragung zwischen der Auswerteelektronikeinheit und dem weiterleitenden Teil möglich. Hierfür wird von einer neuartigen Kontaktierung / Verbindung der dehnungsmessenden Schicht / der Sensorschicht mit der Rotorelektronik, also der Auswerteelektronikeinheit Gebrauch gemacht.
Die Messstelle / Drehmomentmessvorrichtung ist erfindungsgemäß bauraumneutral in die Antriebswelle der Antriebseinheit integriert. Für die Drehmomentmessung wird hierbei ein rohrförmiges Bauteil verwendet, das drehstarr mit der Antriebswelle verbunden ist. Dieses rohrförmige Teil ist auch als Eingangswelle bezeichnet. Das Messprinzip erfolgt dehnungsbasiert und wird mithilfe einer dehnungsempfindlichen Beschichtung, wie etwa der Schaeffler Sensotect ®, ermöglicht. Die Sensorschicht ist erfindungsgemäß entweder direkt auf dem Bauteil beschichtet oder ist in Form einer aufgeschweißten Messhülse materialschlüssig mit der Eingangswelle verbunden.
Für die Signalauswertung benötigte Elektronikbausteine werden in einem separaten Bauteil, dem Rotorelement, radial außerhalb der Eingangswelle angebracht. Von der dehnungsempfindlichen Beschichtung gemessene Signale werden über eine
Datenübertragungseinheit von den rotierenden Bauteilen der
Drehmomentmessvorrichtung auf die mit dem Getriebegehäuse gekoppelten, signalverarbeitenden Bauteile übertragen. Als Datenübertragungseinheit dient etwa ein Lager, wie ein Wälzlager, der Antriebseinheit, das vorzugsweise koaxial zum rohrförmigen Bauteil der Drehmomentmessvorrichtung positioniert ist. Die gesamte Drehmomentmesseinrichtung auf der Rotorseite ist erfindungsgemäß bevorzugt unabhängig vom Innenring des Wälzlagers ausgestaltet, um unerwünschte Einflüsse des Wälzlagers, wie etwa Mikrobewegungen oder ein Reibmoment, nicht in das zu übertragende Signal einfließen zu lassen. Dies erhöht die
Übertragungsgenauigkeit.
Die Eingangswelle ist an der Ausgangsseite vorzugsweise mit einer Steckverzahnung ausgeführt, um das Bauteil mit einer Scheibensatzwelle zu verbinden. Auf der
Eingangsseite der Eingangswelle ist bevorzugt ebenfalls eine Steckverzahnung oder eine andere Verbindung, wie eine Zahnradstufe oder eine Flanschverbindung zur Wandlerwelle, ausgebildet, um eine Verbindung zu anderen Getriebebauteilen herstellen.
Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße Gedanke, dass die Signalverbindung der Eingangswelle zum Lagerinnenring über am Umfang verteilte Kontaktfinger, sogenannte Federbleche, erfolgt, die bei Bedarf zusätzlich mit der Sensorschicht stoffschlüssig verlötet / verschweißt / verklebt werden können. Die Kontaktfinger stellen gleichzeitig die Verbindung zur Rotorelektronikeinheit her.
Die Rotorelektronik befindet sich vorzugsweise auf einer Platine, die axial in ein ringförmiges Bauteil, also das Rotorelement, montierbar ist. Dieses ringförmige Bauteil zentriert sich auf dem dafür vorgesehen Absatz auf der Steckwelle und ist gleichzeitig ein Träger für die Kontaktfinger, die Rotorelektronikeinheit mit Platine sowie die
Rotorantenne. Das ringförmige Bauteil ist formschlüssig oder stoffschlüssig, etwa durch Kleben, oder kraftschlüssig mit dem rohrförmigen Bauteil, also der
Eingangswelle, verbunden.
Im Allgemeinen ist die erfindungsgemäße konstruktive Umsetzung sehr fertigungs-/ montagefreundlich, da die Rotorelektronikeinheit in einem Kunststoffbauteil vormontierbar ist und anschließend auch zum Schutz vor Getriebeöl vergießbar ist. Der Verguss ist auch bei der Statorantenne und der Elektronikeinheit möglich.
Weiterhin kann diese Unterbaugruppe außerhalb des Getriebes mit der Steckwelle zu einer kompakten Oberbaugruppe zusammengefasst werden, die dann ohne hohen Aufwand auf die Scheibensatzwelle montierbar ist.
Zusammenfassend gesagt ist eine Drehmoment-Messeinheit / Drehmomentmessvorrichtung mit einer integrierten, radial außenliegenden (Mess- und) Auswerte- elektronikeinheit vorgeschlagen. Das gemessene Drehmoment ist erfindungsgemäß zur Regelung des Anpressdrucks insbesondere bei einem CVT-Getriebe, bei Kupplungen, bei Bremsen, bei einer Doppelkupplung, etwa einer dual clutch transmission, kurz DCT, und/oder in einem Stufenautomaten einsetzbar.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 : einen Teilschnitt durch ein stufenlos einstellbares Getriebe mit einer
Drehmomentmessvorrichtung;
Fig. 2: einen perspektivischen Teilschnitt durch die auf einer Eingangswelle angeordnete Drehmomentmessvorrichtung; und
Fig. 3: eine schematische Ansicht eines stufenlos einstellbaren Getriebes.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem
Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. ln Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Getriebes in einem Antriebsstrang dargestellt. Ein Getriebe 1 ist als stufenloses Getriebe ausgestaltet. Dieses weist, wie in Fig. 3 näher dargestellt, ein erstes Scheibenpaar 2 und ein zweites Scheibenpaar 24 auf. Zurückkommend zu Fig. 1 ist eine Eingangswelle 3, an der ein Drehmoment wirkt, mit einer Drehmomentmessvorrichtung 4 gekoppelt. In die
Drehmomentmessvorrichtung 4 ist eine Auswerteelektronikeinheit 5 des an der Eingangswelle 3 wirkenden Drehmoments integriert ist. Erfindungsgemäß ist die Auswerteelektronikeinheit 5 radial außerhalb der Eingangswelle 3 angeordnet.
Zur Lagerung des Getriebes 1 sind verschiedene Lagerelement eingesetzt. Ein
Wälzlager 6 ist zudem für die Signalübertragung der Drehmomentmessvorrichtung 4 zuständig. Hierfür ist mit dem stehenden / statischen Außenring des Wälzlagers 6 sowie mit dem rotierenden Innenring des Wälzlagers 6 jeweils ein Teil verbunden, um eine berührungslose Signalübertragung durch eine Datenübertragungseinheit / ein Signalübertragungselement 7 zu ermöglichen. Hierfür wird ein Spalt 8, der sich zwischen einer Statorantenne 9 und einer Rotorantenne 10 ausbildet, induktiv überwunden.
Die Rotorantenne 10 ist in einer Halterung angeordnet, die in einer U-Form in die Richtung der Statorantenne 9 zeigt. Ebenso ist die Statorantenne 9 in einer
Statorantennenhalterung, die als Ferrit- oder Elektroblech 23 ausgestaltet ist, angeordnet, die ebenfalls eine in Richtung der Rotorantenne 10 offene U-Form ausbildet. Die Rotorantenne 10 sowie die Auswerteelektronikeinheit sind auf einem separaten Rotorelement 1 1 angeordnet. Dieses erstreckt sich auf der Eingangswelle 3 sitzend nach radial außen und weist im Wesentlichen eine C-Form auf. Das
Rotorelement ist über zumindest einen Kontaktfinger 12 mit der Sensorschicht 13, die das an der Eingangswelle 3 wirkenden Drehmoment erfasst, wirkgekoppelt. Der Kontaktfinger 12 durchläuft das Rotorelement 1 1 derart, dass das Signal auf die Seite des Rotorelements 12 übertragen wird, auf der eine Platine der Auswerteelektronik- einheit 5 angeordnet ist. Zwischen dem Signalübertragungselement 7 und dem Wälzlager 6 ist im Bereich des Spalts 8 eine Abschirmung 14 angeordnet. Diese schützt das
Signalübertragungselement 7 vor Störeinflüssen des Wälzlagers 6. Die Abschirmung 14 ist starr mit einem Statorfuß 15 gekoppelt, der wiederum starr mit dem Außenring des Wälzlagers 6 verbunden ist. Der Statorfuß 15 definiert die Lage der Statorantenne 9 und bildet zusätzlich Bauraum für das Ferrit- oder Elektroblech 23 aus. Der
Statorfuß ist C-förmig und in seiner radialen Erstreckung kleiner als das Rotorelement 1 1 .
Bezugnehmend auf Fig. 2 ist eine Innenseite 16 der Eingangswelle 3 erkennbar, auf der das Scheibenpaarrad 17 axial verschieblich angeordnet ist. Für jene Verschiebung ist das von der Sensorschicht 13 ermittelte Drehmoment maßgeblich. Das
Rotorelement 1 1 , die Eingangswelle 3, der Innenring des Wälzlagers 6 und das Scheibenradpaar 17 rotieren sämtlich mit einer synchronen Drehzahl und weisen keinen Schlupf zueinander auf. Die Drehzahl wird der Eingangswelle 3 über eine Verzahnung 18 etwa über ein Planetenrad zugeführt. Die Verzahnung 18 ist auf der Außenseite der Eingangswelle 3 angeordnet. Über eine weitere Welle-Nabe- Verbindung 19 wird das Drehmoment, nachdem es von der Sensorschicht 13 ermittelt worden ist, an das Scheibenpaarrad 17 weitergegeben. Zwischen der Eingangswelle und dem eingangswellenzugewandten Abschnitt des Scheibenpaars 17 ist ein Spalt 20 vorhanden, der zu einem Teil von der Sensorschicht 13 aufgefüllt wird. Über einen Anschlag 21 zwischen dem Innenring des Wälzlagers 6 und dem Scheibenpaarrad 17 ist, etwa durch eine Übermaßpassung des Innenrings, die synchrone Drehzahl zwischen dem Innenring und dem Scheibenpaarrad 17 sichergestellt.
Ein Axialspalt 22 zwischen dem Innenring des Wälzlagers 6 und dem Rotorelement 1 1 erleichtert die Anordnung der Abschirmung 13. Auf diese Weise wird die Signalreinheit des Signalübertragungselements 7 gewährleistet. Ebenso ist um die Statorantenne 9 herum das Ferrit- oder Elektroblech 23 angeordnet, was jener Signalreinheit weiter Rechnung trägt. In Fig. 3 ist das Getriebe 1 weiter dargestellt. Hier ist neben dem ersten Scheibenpaar 2 das zweite Scheibenpaar 24 dargestellt. Dieses überträgt über eine weitere
Übersetzung ein Drehmoment auf eine Abtriebswelle 26, das je nach Betriebszustand eine unterschiedliche Drehzahl zu einer Antriebswelle 27 aufweist. Zwischen den beiden Wellen 26 und 27 ist somit eine Zwischenwelle 25 angeordnet. Der mit dem Bezugszeichen I umrandete Bereich ist der, der in Zusammenhang mit Fig. 1 detaillierter beschrieben worden ist.
Bezugszeichenliste
Getriebe
Erstes Scheibenpaar
Eingangswelle
Drehmomentmessvorrichtung
Auswerteelektronikeinheit
Wälzlager
Signalübertragungselement
Spalt
Statorantenne
Rotorantenne
Rotorelement
Kontaktfinger
Sensorschicht
Abschirmung
Statorfuß
Innenseite
Scheibenpaarrad
Verzahnung
Welle-Nabe-Verbindung
Spalt
Anschlag
Axialspalt
Ferrit- oder Elektroblech
zweites Scheibenpaar
Zwischenwelle
Abtriebswelle
Antriebswelle

Claims

Patentansprüche
Getriebe (1 ) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem
Wellenabschnitt, an dem eine zum Messen eines an dem Wellenabschnitt anliegenden Drehmomentes ausgestaltete Drehmomentenmessvorrichtung (4) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der
Drehmomentenmessvorrichtung (4) verbundene Auswerteelektronikeinheit (5) radial außerhalb des als Eingangswelle (3) ausgebildeten Wellenabschnitts angeordnet ist.
Getriebe (1 )nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Auswerteelektronikeinheit (5) dazu vorbereitet ist, die erfassten Daten bezüglich des an der Eingangswelle (3) wirkenden Drehmoments weiterzuverarbeiten und an ein Steuergerät zu senden und/oder eine Antriebseinheit und eine
Abtriebseinheit vorhanden ist, die über das Getriebe (1 ) miteinander gekoppelt sind, wobei zumindest ein Scheibenpaar
(2) vorhanden ist, an dem in
Abhängigkeit eines an der Eingangswelle (3) wirkenden Drehmoments ein variabler Anpressdruck anliegt, und das an der Eingangswelle (3) wirkende Drehmoment über eine Drehmomentmessvorrichtung (4), in die eine
Auswerteelektronikeinheit (5) des an der Eingangswelle
(3) wirkenden
Drehmoments integriert ist, ermittelbar ist.
Getriebe (1 )nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Drehmomentmessvorrichtung (4) eine Rotorantenne (10) angeordnet ist, die derart mit einer Statorantenne (9) der Drehmomentmessvorrichtung (4) wirkgekoppelt ist, dass eine Signal- und Energieübertragung zwischen der Rotorantenne (10) und der Statorantenne (9) berührungslos ermöglicht ist.
Getriebe (1 )nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentmessvorrichtung
(4) eine Sensorschicht (13) aufweist, von der Daten über zumindest einen Kontaktfinger (12) an die Auswerteelektronikeinheit (5) übertragbar sind.
5. Getriebe (1 )nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorschicht (13) direkt auf der Eingangswelle (3) beschichtet ist oder dass die Sensorschicht (13) in Form einer Materialhülse stoffschlüssig mit der Eingangswelle (3) verbunden ist.
6. Getriebe (1 )nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kontaktfinger (12) mit der Sensorschicht (13) stoffschlüssig verbunden ist.
7. Getriebe (1 )nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronikeinheit (5) mit einer Platine auf einem separaten Rotorelement (1 1 ) angeordnet ist, das mit der Drehzahl der Eingangswelle (3) rotiert.
8. Getriebe (1 )nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorelement (1 1 ) stoffschlüssig mit der Eingangswelle (3) verbunden ist.
9. Getriebe (1 )nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wälzlager (6), das zumindest eine Scheibe des Scheibenpaars (2) lagert, als Datenübertragungseinheit (7) dient.
10. Getriebe (1 )nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem
Rotorelement (1 1 ) und dem Wälzlager (6), das synchron mit der Drehzahl des Rotorelements (1 1 ) rotiert, zumindest teilweise eine Abschirmung (14) angeordnet ist, um ein Messsignal, das von der Rotorantenne (10) übertragen ist, zu schützen.
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