DE102004043710A1

DE102004043710A1 - Erfassen eines Betriebsparameters eines Objekts, das durch eine zwischenliegende Komponente verdeckt ist

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Publication number: DE102004043710A1
Application number: DE102004043710A
Authority: DE
Inventors: James M. Merner; Steve A. Frait; Daniel W. Mccarrick
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: DE102004043710B4; GB2406649B; US7218098B2; US20070152656A1; GB0419805D0; GB2406649A; US7489126B2; US20050057244A1

Abstract

Anordnung mit einer drehbaren Zielkomponente, einem Sensor, der zu einem Innenteil benachbart ist und in Richtung des Innenteiles ausgerichtet ist, um die Drehgeschwindigkeit der Zielkomponente zu messen, und einer Außenkomponente, die zwischen dem Sensor und der Zielkomponente angeordnet ist. Niedrige magnetische Permeabilität der Außenkomponente ist bei einer geeigneten Materialauswahl gesichert, wobei die Martensitkonzentration in der Außenkomponente unter einer Bezugskonzentration gehalten wird, die durch bestimmte Bezugsgrößen wie die Instabilitätsfunktion angegeben wird, und/oder durch Halten der Temperatur, bei der der Pressvorgang des Innenteils durchgeführt wird, über einer vorbestimmten Temperatur.

Description

Diese Erfindung betrifft das Gebiet des Erfassens einer Betriebsbedingung eines Zielobjekts, wenn das Zielobjekt von einer anderen Komponente verdeckt ist.

Gegenwärtig basieren elektronische Getriebesteuerungen auf genauen Informationen bezüglich der Drehgeschwindigkeit von Getriebekomponenten, die in einem Gehäuse angeordnet sind. Die Geschwindigkeitssignale werden als Eingangsinformation für komplexe Antriebsstrang-Steueralgorithmen benutzt. Auf die Geschwindigkeit der meisten Komponenten im Gehäuse kann direkt mittels magnetischen Sensorvorrichtungen zugegriffen werden, aber gelegentlich kann solch ein Zugriff nur durch erneutes Positionieren des zum Zielobjekt benachbarten Sensors erreicht werden. Diese erneuten Positionierungen beeinträchtigen oft die Energieflussanordnung im Getriebe und bringen Kosten und Aufwand für das mechanische Design, die hydraulische Betätigung und die elektronische Steuerung mit sich. Indirekter Zugriff, wobei Ersatzgeschwindigkeiten kombiniert mit algorithmischen Korrekturberechnungen an Stelle von der wahren Geschwindigkeit des Zielobjekts benutzt werden, opfert Antwortzeit und Genauigkeit.

Wenn zwischen der Zielkomponente und dem Geschwindigkeitssensor eine andere Komponente angeordnet ist, die von eisenhaltigem Metall gebildet ist, wird der magnetische Flussaustausch zwischen der Erfassungsvorrichtung und dem Oberflächenprofil des Zielelements abgeschwächt. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, ist es wünschenswert, dass die zwischengeordnete Komponente eine kleine magnetische Permeabilität hat, wobei sie eine große strukturelle Festigkeit bereitstellt.

U.S.-Patent 5,825,176 beschreibt ein Gerät, bei dem die Drehgeschwindigkeit eines rotierenden Innenteils von einem Signal dargestellt wird, welches von einem Geschwindigkeitssensor erzeugt wird, der zu der Außenfläche eines Außenteiles benachbart angebracht ist, das das Innenteil zumindest teilweise überdeckt. Das Außenteil ist mit einem Muster von durch seine Dicke hindurchgehenden winklig und axial angeordneten Fenstern ausgebildet. Diese Fenster ermöglichen einen intermittierenden direkten Zugang eines magnetischen Flusspfads von dem Sensor zur Zielkomponente und einen unterbrochenen direkten Zugang, wenn sich jedes Fenster am Flusspfad vorbei dreht.

Bei einer alternativen Methode, wobei nicht magnetisches Material für das zwischengeordnete Element benutzt wird, ist ein teuerer magnetischer Ring auf die Zielkomponente gepresst, um hinreichende magnetische Signaldurchdringung durch die zwischenliegende Außenkomponente zu bewirken.

Die Erfindung erzeugt ein zeitveränderliches elektrisches Signal, das die Drehgeschwindigkeit repräsentiert oder eine andere passende Variable der Zielkomponente, wobei das Signal für eine elektronische Getriebesteuerung verwendet wird. Zwischen dem signalerzeugenden Sensor und der drehbaren Komponente ist eine zweite Komponente angeordnet, die eine kleine magnetische Permeabilität hat, die einen ununterbrochenen Durchgang von magnetischem Fluss zwischen dem Sensor und der drehbarer Zielkomponente erlaubt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Erzeugen eines Signals, das die Drehgeschwindigkeit angibt, hat eine drehbar angebrachte Zielkomponente, eine zweite Komponente, von welcher ein Teil die drehbare Zielkomponente zumindest teilweise überlappt, und einen Sensor, der eine Spule und einen Magnet aufweist, die einen Flusspfad generieren, der sich durch den Teil der zweiten Komponente zur Zielkomponente erstreckt, wobei der Flusspfad eine magnetische Reluktanz hat, die mit der Drehung der Zielkomponente variiert, wobei die Spule ein Signal trägt, das in Antwort auf Variationen der magnetischen Reluktanz generiert wird, wobei das Signal eine vorbestimmte Doppel-Scheitel Amplitude und eine Frequenz hat, die die Drehgeschwindigkeit der Zielkomponente angibt.

Ein System zum Ermitteln einer Drehgeschwindigkeit einer Zielkomponente gemäß der Erfindung hat eine andere Komponente, die zumindest einen Teil hat, der die Zielkomponente umgibt und die aus einem Material hergestellt ist, das eine relative magnetische Permeabilität hat, die kleiner oder gleich 25.0 ist, eine magnetische Quelle, die einen magnetischen Flusspfad generiert, innerhalb welchem die Zielkomponente und die zweite Komponente angeordnet sind, wobei die Drehung der Zielkomponente Veränderungen in der Charakteristik des magnetischen Flusspfads verursacht, einen Detektor, der ein Positionssignal generiert, das in Antwort auf Veränderungen der Charakteristik variiert, und eine Steuervorrichtung zum Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit der Zielkomponente, die auf Werten des Positionssignals über der Zeit basiert.

Weil das zwischengeordnete Teil auch relativ große Antriebsdrehmomentbelastungen tragen muss, hat das Material dieser Komponente eine hohe Strukturfestigkeit und ist geeignet geschweißt ohne Verlust an Festigkeit und ohne die Sensorfunktion nachteilig zu beeinflussen.

Ein anderer Vorteil der Erfindung ist das Vermeiden des Bedarfes an erneutem Positionieren von Komponenten, um direkten Zugang für den Sensor zum Zielobjekt zu erreichen.

Statt dessen kann die Zielkomponente von dem Sensor überdeckt oder anderweitig verborgen werden, wobei Komplexität und Anstieg variabler Kosten und Herstellungskosten vermieden werden, die von solch einem erneuten Komponentenpositionieren verursacht würden.

Die zwischenliegende, überdeckende oder verdeckende Komponente gemäß der Erfindung kann aus rostfreiem Stahl hergestellt werden, der beständig gegenüber Martensitbildung ist, was eine kristalline Phasentransformation ist, die oft auftritt, wenn eine Komponente aus rostfreiem Stahl durch Pressen gebildet wird. Die mechanische Festigkeit des zwischenliegenden Elements gemäß der Erfindung ist hoch und liefert die Gelegenheit zum Minimieren der Dicke und des Gewichtes dieses Elements. Die Möglichkeit des Verformens des Teils ist beseitigt, weil nach dem Pressen keine Wärmebehandlung erforderlich ist.

Es ist kein zusätzlicher, am Zielelement angebrachter Ring zum Erhöhen der magnetischen Flussübertragung durch den Geschwindigkeitssensor erforderlich. Ein herkömmliches, geripptes Oberflächenprofil des Zielelements oder ein anderes Zahnprofil liefert eine hinreichende Signalanregung. Es ist wichtig, dass der optimale Energiefluss durch die Übertragung durch erneutes Positionieren von Komponenten nicht gefährdet werden muss.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert.
1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Querschnitt durch einen Teil eines Automatikgetriebe eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs darstellt, wobei ein Geschwindigkeitssensor, eine drehbare Zielkomponente und eine Außenteilkomponente gezeigt werden.
2 ist eine Rückansicht der Zielkomponente aus 1.
3 ist ein Querschnitt in der Ebene 3-3 in 2.
4 ist ein Querschnitt in der Ebene 4-4 in 3.
5 ist eine Rückansicht der Außenkomponente.
6 ist ein Querschnitt in der Ebene 6-6 in 5.
7 ist eine isometrische Ansicht, die die Position des Geschwindigkeitssensors und der Zielkomponente zeigt, wobei eine Außenkomponente zum Freilegen der Zielkomponente axial bewegbar ist.
8 ist ein schematischer Querschnitt des Sensors durch eine zentrale Ebene.
9 und 10 stellen schematisch die Flusspfade dar, die durch den Sensor generiert werden.
11 ist ein schematisches Diagram eines Systems zum Ermitteln der Drehgeschwindigkeit der Zielkomponente.
12 ist ein Graph, der die Temperaturabhängigkeit der Martensitbildung bei unterschiedlichen Stärken der plastischen Verformung darstellt.
Mit Bezug auf 1 sind die Getriebekomponenten 10 in einem Getriebegehäuse 12 eingeschlossen, das an einem Ansatz 14 mit einer erhöhten Wandstärke gebildet sein kann. Ein Geschwindigkeitssensor 16 ist an dem Getriebegehäuse am Ansatz mittels eines Bolzens 18 befestigt, der durch einen Flansch 20 durchgeht, der sich von dem Sensor erstreckt. Der Bolzen ist mit einem Gewinde 21 im Eingriff, das in die Dicke des Bolzens 14 geschnitten ist. Eingeordnet zwischen dem Sensor 16 und der Außenfläche eines Vorder-Kupplung-Zylinders 22, welcher die Zielkomponente ist, deren Drehgeschwindigkeit bestimmt werden soll, ist eine Hülse 24, die eine radiale Scheibe 26 aufweist. Die Hülse ist bei 28 an ein Rückwärts-Sonnen-Getriebezahnrad 30 geschweißt oder genietet und hat einen axial gerichteten Arm 32, der sich zwischen dem Sensor 16 und der Außenfläche des Zylinders 22 erstreckt.
Sensor 16 stellt eine Fläche 52 bereit, die zur Aufnahme eines elektrischen Verbinders angepasst ist, der an dem Sensor bei 54 einklinkt und eine elektrische Verbindung mit Bildschirmen (nicht gezeigt) komplettiert, die an eine Spule des Sensors angeschlossen sind.
Die Hülse 24 dreht sich unter den meisten Betriebsbedingungen mit einer anderen Geschwindigkeit als der Zylinder 22 und kann stationär oder synchron mit dem Zylinder 22 unter anderen Bedingungen sein. Die Positionierung der Hülse 24 zwischen dem Sensor 16 und dem Zielzylinder 22 stellt ein Problem dar, wenn konventionelle Technologie zum Erzeugen eines elektrischen Signals benutzt wird, das von dem Sensor erzeugt wird und das die Geschwindigkeit des Zielobjekts darstellt.
Bezugnehmend auf die 2–4 ist der Vorder-Kupplung-Zylinder 22 mittels eines Radialstegs 40 gebildet, der sich stufenweise radial nach außen zu einem axial gerichteten Flansch 44 erstreckt. Positioniert an der Außenfläche des Flansches 44 sind gerippte Keilwellen-Zähne 46, die im Winkelabstand voneinander angeordnet sind, wobei jeder Zahn sich radial nach außen zwischen aufeinanderfolgenden Stegen 48 erstreckt, die zwischen jedem Keilwellenzahn angeordnet sind. Der Gipfel jedes Keilwellenzahns ist auch mit einer radial ausgerichteten Rippe 50 ausgebildet. Auf dieser Weise variiert die Länge der Luftlücke, die zwischen der Innenfläche des Sensors 16 und der Außenfläche des Zylinders 22 vorhanden ist, wenn die Keilwellen-Zähne 46 und die Stege 48 unter dem Sensor passieren, während der Zylinder 22 um seine Achse rotiert. Das Material der Zielkomponente 22 kann jedes Material sein, das ein breites Spektrum an hoch eisenhaltigem magnetischem Material enthält, vorzugsweise SAE J403 1010 Stahl mit wenig Kohlenstoff.
5 und 6 stellen eine detaillierte Konfiguration der zweiten Komponente oder Hülse 24 dar, welche eine radiale Scheibe 26 und einen axial gerichteten Flansch 32 hat, der sich von der Scheibe aus erstreckt. Das Material der zweiten Komponente 26 ist wie unten beschrieben ausgesucht.
Um die Zielkomponente 22 klar zu zeigen, zeigt 7 die zweite Außenkomponente 24 von der Zusammenbauposition, axial nach Rechts entlang der Achse 62 bewegt, welche Zusammenbauposition in der 1 am besten gezeigt ist. Der Kupplungszylinder 22 und die Hülse 24 drehen sich um die Achse 22. Wenn zusammengebaut, verdeckt der Flansch 32 die Zielkomponente und blockiert den direkten Pfad zwischen dem Sensor 16 und dem Zielobjekt 22.
Der Sensor ist ausgerichtet in Richtung des Inneren des Gehäuses 12 und ist direkt radial über dem Zielzylinder 22 positioniert. 8 zeigt schematisch den Sensor im Querschnitt. Der Sensor ist vorzugsweise ein Variabel-Reluktanz-Geschwindigkeitssensor, der aufweist: einen Magnet 68, der magnetisch entgegengesetzte Pole hat, ein Polstück 70 aus Eisen und eine Induktionsspule 74, die um eine Plastikrolle 76 aufgewickelt ist. Die Spule und die Rolle umgeben das Polstück 70, so dass der magnetische Flussaustausch, der von dem Magnet und den Zähnen 46 generiert wird, ein entsprechendes elektrisches Signal in der Spule generiert. Die Spule hat ein Paar Anschlussdrähte 84, die an eine Steuereinheit 82 (gezeigt in 11) angeschlossen sind, die einen Signalaufbereitungsschaltkreis oder eine programmierte Logik zur Bearbeitung des elektrischen Signals hat, das von dem Sensor 16 generiert wird, und die die Drehgeschwindigkeit der drehbaren Komponente 22 aus dem Signal 80 berechnet.
Wenn sich die Zielkomponente dreht, drehen sich die Keilwellenzähne 46 am Sensor 16 vorbei, wodurch aufgrund von Reluktanzänderungen eine sinusförmige Variation des Flusses verursacht wird. Diese Variation der Reluktanz und folglich des Flusses generiert eine Frequenz- und Amplitudenvariation im elektrischen Signal, das von der Spule des Sensors generiert wird. Die Frequenz des Signals ist direkt auf die Drehgeschwindigkeit der Zielkomponente 22 bezogen.
Durch Auswählen von passendem Material für die zweite Komponente, so dass das Material eine relativ niedrige Martensitkonzentration hat, ist ihre magnetische Permeabilität niedrig. Deswegen ist das Signal, das in der Sensorspule induziert wird, im Wesentlichen unbeeinflusst von der Anwesenheit der zweiten Komponente, die im Wesentlichen magnetisch transparent gegenüber dem Sensor ist.
9 und 10 stellen den Flusspfad schematisch dar, der von dem Magnet 68 in der Nähe der Zielkomponente 22 und der zweiten Komponente 24 generiert wird. 9 stellt einen der Zähne 46 der Zielkomponente dar, der zu dem Polstück 70 des Sensors winkelausgerichtet ist. Der Fluss, der von dem Magnet generiert wird, fließt von dem Polstück 70 durch das Material des zweiten Komponententeils 32, der das Zielobjekt 22 überlappt, entlang des axial gerichteten Zahns 46 an der Außenoberfläche der Zielkomponente 22 und zurück zu dem entgegengesetzten Polende des Sensors 16.
10 stellt schematisch den Flusspfad dar, der von dem Sensor generiert wird und beim Steg 48 zwischen alternierenden Zähnen auf der Zielkomponente 22 passiert. Der Flusspfad ist der gleiche wie der Flusspfad gezeigt in 9, ausgenommen, dass die Reluktanz der Zielkomponente gegenüber dem Fluss geändert ist, weil der Sensor jetzt eher zu einem Steg 48 zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen der Zielkomponente 22 als zu einem Zahn 46 auf der Zielkomponente ausgerichtet ist. Diese Änderung der Reluktanz und folglich des Flusses verursacht eine entsprechende Änderung in dem Ausgangsignal, das an der Spule 74 des Sensors 16 generiert wird.
Die Drehgeschwindigkeit des Zielobjekts 22 wird von dem Signal bestimmt, das in der Spule generiert wird, die an eine adäquate Aufbereitungseinrichtung angeschlossen ist, die einen Mikroprozessor zur Signalanalyse aufweisen kann. Wie 11 zeigt, variiert das Spannungssignal 80, das vom Sensor 16 generiert wird, sinusförmig mit der Zeit und hat eine vorbestimmte Amplitude 86 (vorzugsweise um 240 mV). Die Amplitude ist erkennbar von und kompatibel mit dem Signalaufbereitungsschaltkreis der Steuervorrichtung 82, der das in der Spule 74 induzierte Signal zu der Drehgeschwindigkeit des Zielobjekts 22 konvertiert. Das Signal 80 wird ständig von der Steuervorrichtung überwacht. Der Zustand des Abtasters geht jedes Mal hoch oder zu 1, wenn die abgetastete Spannung +240 mV erreicht, und diejenige Zeit wird aufgezeichnet. Ähnlich geht der Zustand jedes Mal tief oder auf 0, wenn die abgetastete Spannung –240 mV erreicht. Die Steuervorrichtung 82 hält eine laufende Zählung der Nummer der Hoch- und Tiefzustände aufrecht. Elektronischer Speicher, der für die Steuervorrichtung zugänglich ist, speichert die Anzahl der Zähne 46 der Zielkomponente, wobei in einem bevorzugten Beispiel vierunddreißig Zähne pro Umlauf vorgesehen sind. Die Steuervorrichtung 82 benutzt die Länge der Periode zwischen dem Auftreten von vierunddreißig Hochzuständen zur Bestimmung der Drehgeschwindigkeit des Zielobjekts 24 und zum Erzeugen eines digitalen Signals, das diese Geschwindigkeit darstellt und das über die Leitung 88 zu einem Antriebsstrangmodul 90 übertragen wird. Diese Geschwindigkeitsinformation wird zum Steuern verschiedener Funktionen der Übertragung benutzt, einschließlich elektronisch gesteuerter Gangwechsel.
Ein magnetisches Feld ist wegen des Vorhandenseins des Permanentmagnets erzeugt, der in dem Sensor 16 angeordnet ist. Wenn sich der Zylinder 22 dreht, weitet sich und kollabiert das Magnetfeld kontinuierlich, wenn die Rippen 46 und Stege 48 sich am Sensor vorbei drehen. Die Aufweitung und die Kollabierung des Magnetfeldes induzieren ein elektrisches Signal in der Spule, das eine akzeptable Spannungsamplitude und eine Frequenz hat, die eine genaue Messung der Drehgeschwindigkeit des Zylinders 22 ist. Die Steuerfaktoren, die die Größe der induzierten Spannung beeinflussen, sind die Magnetstärke, die Spulenwindungszahl, die Drehgeschwindigkeit des Zielobjekts 22, die Luftlücke, der Durchmesser des Zielobjektsrads und das Material der Komponente 24, die zwischen dem Sensor 16 und dem Zielobjektzylinder 22 angeordnet ist. Vorzugsweise erzeugt der Sensor ein Signal, dessen Doppel-Scheitel-Amplitude größer als ± 240 mV ist (480 mV Scheitel zu Scheitel), wenn die Geschwindigkeit des Zielobjekts 22 450 rpm ist. Abhängig von den Anforderungen des elektronischen Systems, das das Signal empfängt und verarbeitet, das vom Sensor 16 erzeugt wird, wie eines Antriebsstrangs-Steuermoduls für einen Fahrzeugmotor, weisen andere akzeptable Doppel-Scheitel-Größen des Sensorsignals ± 72 mV (144 mV Doppel-Scheitel) und ± 160 mV (320 mV Doppel-Scheitel) auf.
Ein Sensor, der geeignet ist, eine akzeptable Ausgangsignalgröße zu produzieren, ist ein variabler Reluktanzsensor, erhältlich vom HI-STAT Manufacturing, eine Abteilung von StoneRidge, Inc. of Novi, Michigan, wobei der Sensor die Teilnummer PN 8624-201 hat. Der Sensor kann ein elektromagnetischer Sensor, ein Hallsensor (wie Allegro TS640-zwei-Draht) oder ein Magnet-Wiederstandssensor (MR-type) sein.
Akzeptable Materialen für die Außenkomponente 32 sind, (genannt als nicht einschränkende Beispiele): Aluminium, Titan, rostfreier Stahl und andere Materialen, die eine relative magnetische Permeabilität haben, die relativ zu der der Luft in dem Bereich 1.0–25.0 liegt. Austenitischer, rostfreier Stahl ist allgemein akzeptabel für die Außenkomponente, vorausgesetzt, dass geeignete Schritte unternommen werden, um die relative magnetische Permeabilität kleiner oder gleich 25 zu behalten. Martensitkonzentration von rostfreiem Stahl und andere Materiale liefern andere Hinweise zur Akzeptanz von Material für den Teil 32 der zweiten Komponente 24, welche zwischen dem Sensor 16 und der Zielkomponente 22 angebracht ist. Ferritischer rostfreier Stahl, der magnetisch ist, wird vorzugsweise vermieden, weil seine relative magnetische Permeabilität 25 übersteigt. Martensitischer rostfreier Stahl, der auch magnetisch ist, wird vorzugsweise vermieden, es sei denn seine Martensitkonzentration ist niedrig oder seine relative magnetische Permeabilität kleiner als 25. Diese Faktoren beeinflussen die Fähigkeit des Sensors 16 zum Generieren eines Signals, das eine akzeptable Doppel-Scheitel-Amplitude ohne starkes elektrisches Rauschen hat.
Obwohl austenitischer rostfreier Stahl nicht magnetisch ist, ist er anfällig gegenüber Änderungen der kristallinen Struktur während der Bildungsvorgänge, insbesondere wegen des Pressens. Diese Änderungen in der kristallinen Struktur erhöhen seine Martensitkonzentration. Deswegen sollte, wie unten offenbart und beschrieben, Vorsicht geboten sein bei der Auswahl eines rostfreien Stahlmaterials für eine zweite Komponente 32, während ihres Bildungsvorganges und um nach der Bildung abzusichern, dass die Martensitkonzentration der zweiten Komponente 24 die Generierung eines akzeptablen Signals vom Sensor nicht verhindert, eines, das kompatibel mit den Anforderungen des Steuersystem ist, in welches es eingegeben wird.
Das Vorhandensein von Martensit in der zweiten Komponente 24 blockiert das Fließen des Flusses von dem Magnetsensor 68 zur Zielkomponente 22 und senkt die Sensorspannungsausgabe.
Zusätzlich hat der magnetischen Grad, der in der zweiten Komponente 24 vorhanden ist, nur einen leichten Einfluss auf die Spannungsgröße, die von dem Sensor ausgegeben wird. Die Hülse 24 ist ein Pressteil und der Pressvorgang seinerseits beeinflusst die Martensitkonzentration in der Nähe des gepressten Metalls. Weiterhin beeinflusst auch die Metalltemperatur der zweiten Komponente 24, wenn sie gepresst wird, die Martensitkonzentration in der Hülse 24. Wie 12 zeigt, fällt die Martensitkonzentration mit der Zunahme des gepressten Metalls allmählich ab, und diese Konzentration fällt schnell ab, wenn die Temperatur des Materials während des Pressens in dem approximierten Bereich zwischen –50°C und +25°C liegt.
Wenn das Material der zweiten Komponente 24 rostfreier Stahl ist, kann seine Martensitkonzentration bezüglich eines Instabilitätsfaktors I(f) vorhergesagt werden, der von der folgenden Gleichung (1) bestimmt wird: I(f) = (37.19) – 51.25(%C) – 2.59(%Ni) – 1.02(%Mn) – 0.47(%Cr) – 34.4(%N), wobei die Symbole die Gewichtskonzentrationen von Kohlenstoff, Nickel, Mangan, Chrom und Stickstoff im Material darstellen. Diese Gleichung wurde im US Patent 3,599,320 publiziert.
Alternativ kann die Martensitkonzentration im Metall der zweiten Komponente aus der Martensitverformung MD(30) bestimmt werden, die aus der folgenden Gleichung (2) bestimmt wird: MD(30) = (413) – 462 (%C + %N) – 9.2(%Si) – 8.1(%Mn) – 13.7(%Cr) – 9.5(%Ni) – 18.5(%Mo) und die Martensitformation M_s, welche aus der folgenden Gleichung (3) bestimmt ist: M_s= 75(14.6 – %Cr) + 110(8.9 – Ni) + 60(1.33 – Mn) + 50(0.47 – Si) + 3000[0.068 – (C + N)]. Gleichungen (2) und (3) sind im ASTM Specially Handbook For Steinelss Steel erschienen, in der dritten Auflage, August 1999, publiziert von ASTM International.
Es wurde entdeckt, dass, wenn I(F) kleiner als 2.9 ist und die Temperatur, bei der die Komponente 24 aus rostfreiem Stahl gepresst ist, größer als etwa 32°F ist, dann ist die Martensitkonzentration in der zweiten Komponente (wie durch ein Ferrit-Detektor gemessen), die dem Sensor benachbart ist, kleiner als 30 Prozent, und der Doppel-Scheitel Spannungsbetrag des Signals, das vom Sensor erzeugt wird, ist innerhalb eines akzeptablen Bereichs. Wenn die Presstemperatur erhöht wird, dann kann der Instabilitätsfaktor und seine entsprechende Martensitkonzentration erhöht werden und die Doppelt- Scheitel-Spannungsgröße des Signals, das von dem Sensor erzeugt wird, ist in einem akzeptablen Bereich. In einem anderen Beispiel der Anmeldung der Erfindung, wobei I(f) kleiner als 1.0 ist und das Temperaturminimum des Materials beim Pressen größer als 50°F ist, ist die Martensitkonzentration in dem rostfreien Stahl kleiner als 15 Prozent, und der Doppel-Scheitel-Spannungsgröße des Signals, das von dem Sensor erzeugt wird, ist in einem akzeptablen Bereich. Vorzugsweise ist das Material der Hülse 24 aus rostfreiem Stahl AISI 304 mit wenig Kohlenstoff.
Ein Verfahren zur Erzeugung der zweiten Komponente, der Hülse 24, weist auf: Erlangen einer Zertifizierung der Konzentrationen der unterschiedlichen Legierungselemente in dem Blechmaterial aus dem die Komponente 24 gepresst werden soll. Weiterhin wird der Instabilitätsfaktor mittels der Gleichung (1) berechnet und die Martensitkonzentration wird aus dem Betrag von I(f) vorhergesagt. Dann wird die Hülse 24 aus einem flachen Blechmaterial gepresst, sofern ihre Presstemperatur größer als eine Temperatur ist, die eine Martensitkonzentration in der Komponente 22 an dem Sensor erzeugen würde, die größer als eine Martensitkonzentration ist, die in einem Ausgangsignal von dem Sensor außerhalb eines akzeptablen Bereichs resultieren würde. Weiterhin kann ein Ferritdetektor oder ein magnetische Permeabilität Messgerät zum Messen der Martensitkonzentration der zweiten Komponente an der Stelle des Sensors und der Zielkomponente benutzt werden. Die Hülse kann bei 28 durch Nieten oder Schweißen an dem Getrieberad 30 befestigt werden, ohne Verlust an Strukturfestigkeit und ohne nachteiliges Beeinflussen der Bedingungen der Hülse in der Nähe des Sensors. Die Hülse wird in der Anordnung angebracht, sofern der Ferritdetektor (Ferritscope), eine Martensitkonzentration anzeigt, die in einem akzeptablen Sensorsignal resultiert. Wenn die Ferritdetektor-Überprüfung nicht benutzt wird, dann kann die gepresste Hülse in der Anordnung angebracht werden.
Dieser Vorgang reduziert die magnetische Permeabilität der Hülse so, dass sie gegenüber dem Sensor magnetisch transparent ist. Auf diese Weise erzeugt der Sensor ein elektrisches Signal, dessen Frequenz eine korrekte Messung der Drehgeschwindigkeit der Vorder-Zylinderkupplung 22 ist.
Obwohl die Form der hier gezeigten und beschriebenen Erfindung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellt, ist es nicht beabsichtigt alle mögliche Formen der Erfindung zu zeigen. Hier benutzte Wörter sind eher Wörter der Beschreibung als der Limitierung. Verschiedene Änderungen in der Form der Erfindung können ohne Entfernung von dem Umfang der Erfindung gemacht werden.

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen eines eine Drehgeschwindigkeit repräsentierenden Signals, aufweisend: eine drehbar gelagerte Zielkomponente; eine zweite Komponente, von welcher ein Teil die Zielkomponente zumindest teilweise überlappt, wobei der Teil aus einem Material ist, das eine relative magnetische Permeabilität hat, die kleiner oder gleich 25 ist; und einen Sensor, der eine Spule und einen Magnet aufweist, die einen Flusspfad generieren, der sich durch den Teil der zweiten Komponente zur Zielkomponente hin erstreckt, wobei der Flusspfad eine Reluktanz hat, die sich mit der Drehung der Zielkomponente ändert, wobei die Spule ein Signal transportiert, das in Antwort auf die Reluktanzänderungen generiert wird, wobei das Signal eine Frequenz hat, die die Drehgeschwindigkeit der Zielkomponente darstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Signal eine vorbestimmte Amplitude hat und der Teil aus einem Material ist, das im Wesentlichen keinen Effekt auf die Amplitude des Signals hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Signal eine vorbestimmte Amplitude hat und der Teil aus einem Material besteht, das im Wesentlichen keinen Effekt auf den Betrag der Reluktanz des Flusspfades hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Material der zweiten Komponente eine Martensitkonzentration hat, die kleiner als dreißig Prozent ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Material des Teils ein Element der aus Aluminium, Titan oder rostfreiem Stahl bestehenden Gruppe ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zielkomponente eine Außenfläche aufweist, die dem Sensor zugewandt ist und die eine Mehrzahl von im Abstand voneinander angeordneten Oberflächenvariationen an der Außenfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Oberflächenvariationen sich radial erstreckende Zähne sind, wobei jeder Zahn über einen Steg im Winkelabstand von einem benachbarten Zahn angeordnet ist und der Abstand zwischen benachbarten Zähnen gleichmäßig und im Wesentlichen konstant ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Magnet ein magnetisches Feld generiert und der Sensor weiterhin einen ferritischen Kern enthält und die Spule um den Kern gewickelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Teil der zweiten Komponente aus rostfreiem Stahl ist und mittels Pressens bei einer Temperatur gebildet wird, die größer als 32 Grad F ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Teil der zweiten Komponente aus rostfreiem Stahl ist, das einen Instabilitätsfaktor hat, der kleiner als 2.9 Prozent ist, und mittels Pressens bei einer Temperatur ausgebildet ist, die größer als 32 Grad F ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Teil der zweiten Komponente aus rostfreiem Stahl ist, der eine Martensitkonzentration hat, die kleiner als 15 Prozent ist und mittels Pressens bei einer Temperatur ausgebildet ist, die größer als 50 Grad F ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Teil der zweiten Komponente aus rostfreiem Stahl ist, der einen Instabilitätsfaktor hat, der kleiner als 1.0 Prozent ist, und mittels Pressens bei einer Temperatur ausgebildet ist, die größer als 50 Grad F ist.
Vorrichtung zum Erzeugen eines eine Drehgeschwindigkeit repräsentierenden Signals, aufweisend: eine drehbar gelagerte Zielkomponente; eine zweite Komponente, von welcher ein Teil die Zielkomponente zumindest teilweise überlappt; und einen Sensor, der eine Spule und einen Magnet aufweist, die einen magnetischen Flusspfad generieren, der sich durch den Teil der zweiten Komponente zur Zielkomponente hin erstreckt, wobei der Flusspfad eine magnetische Reluktanz hat, die mit der Drehung der Zielkomponente variiert, wobei die Spule ein Signal transportiert, das in Antwort auf die Reluktanzänderungen generiert wird, wobei das Signal eine vorbestimmte Doppelt-Scheitel-Amplitude und eine Frequenz hat, die für die Drehgeschwindigkeit der Zielkomponente Indikativ sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Material des Teils im Wesentlichen keinen Effekt auf die Amplitude des Signals hat.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Material des Teils im Wesentlichen keinen Effekt auf die magnetische Reluktanz des Flusspfades zwischen dem Sensor und der Zielkomponente hat.
System zur Bestimmung einer Drehgeschwindigkeit einer drehbaren Zielkomponente, wobei das System aufweist: eine zweite Komponente, die zumindest einen Teil hat, der die Zielkomponente umgibt, wobei der Teil aus einem Material ist, das eine relative magnetische Permeabilität hat, die kleiner oder gleich 25 ist; und eine magnetische Quelle, die einen magnetischen Flusspfad generiert, innerhalb welchem die Zielkomponente und die zweite Komponente positioniert sind, wobei die Drehung der drehbaren Komponente Änderungen in der Charakteristik des magnetischen Flusspfades verursacht; einen Detektor, der ein Positionssignal erzeugt, das in Antwort auf Änderungen der Charakteristik variiert; und eine Steuereinheit zum Ermitteln einer Drehgeschwindigkeit der Zielkomponente, die auf Werten des Positionssignals über der Zeit basiert.
Getriebeeinrichtung, aufweisend: ein Gehäuse, das im Wesentlichen drehfest befestigt ist und Getriebekomponenten enthält; eine Zielkomponente, die in dem Gehäuse drehbar angeordnet ist; eine zweite Komponente, die in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei einen Teil davon die drehbare Zielkomponente zumindest teilweise umgibt, wobei der Teil aus einem Material ist, das eine relative magnetische Permeabilität hat, die kleiner oder gleich 25.0 ist; und einen Sensor, der an dem Gehäuse in der Nähe der Zielkomponente und der zweiten Komponente angebracht ist, wobei der Teil der zweiten Komponente zwischen dem Sensor und der Zielkomponente angeordnet ist, der ferner eine Spule und einen Magnet aufweist, die einen Flusspfad generieren, der sich durch den Teil der zweiten Komponente zur Zielkomponente hin erstreckt, wobei der Flusspfad eine Reluktanz hat, die mit der Rotation der Zielkomponente variiert, wobei die Spule ein Signal transportiert, das in Antwort auf Änderungen in der Reluktanz generiert wird, wobei das Signal eine Frequenz hat, die für die Drehgeschwindigkeit der Zielkomponente Indikativ ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das Signal eine vorbestimmte Amplitude hat und der Teil aus einem Material ist, das im Wesentlichen keinen Effekt auf die Amplitude des Signals hat.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das Signal eine vorbestimmte Amplitude hat und der Teil aus einem Material ist, das im Wesentlichen keinen Effekt auf den Betrag der Reluktanz des Flusspfads hat.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das Material der zweiten Komponente eine Martensitkonzentartion hat, die kleiner als dreißig Prozent ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das Material des Teils ein Element der aus Aluminium, Titan und rostfreiem Stahl bestehenden Gruppe ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Zielkomponente eine Außenfläche aufweist, die dem Sensor zugewandt ist und eine Mehrzahl von im Abstand voneinander angeordneten Oberflächenvariationen der Außenfläche aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Oberflächenvariationen sich radial erstreckende Zähne sind, wobei jeder Zahn über einen Steg im Winkelabstand von einem benachbarten Zahn angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen benachbarten Zähnen gleichmäßig und im Wesentlichen konstant ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Magnet ein Magnetfeld generiert und der Sensor weiterhin einen ferritischen Kern aufweist und die Spule um den Kern gewickelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Reluktanzvariation des Flusspfads eine Frequenz hat, die bezeichnend für die Drehgeschwindigkeit der Zielkomponente ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Magnet ein magnetisches Feld generiert; und der Sensor einen ferritischen Kern und eine Induktionsspule aufweist, die um den Kern gewickelt ist und wobei das Signal ein Spannungssignal ist, das in der Spule in Antwort auf die Rotation der Zielkomponente in dem Magnetfeld induziert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die zweite Komponente aus rostfreiem Stahl ist, das mittels Pressens bei einer Temperatur ausgebildet ist, die größer als 32 Grad F ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die zweite Komponente aus rostfreiem Stahl ist, der einen Instabilitätsfaktor hat, der kleiner als 2.9 Prozent ist und mittels Pressens bei einer Temperatur ausgebildet ist, die größer als 32 Grad F ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die zweite Komponente aus rostfreiem Stahl ist, der eine Martensitkonzentration aufweist, die kleiner als 15 Prozent ist, und mittels Pressens bei einer Temperatur ausgebildet ist, die größer als 50 Grad F ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die zweite Komponente aus rostfreiem Stahl ist, der einen Instabilitätsfaktor hat, der kleiner als 1.0 Prozent ist, und mittels Pressens bei einer Temperatur ausgebildet ist, die größer als 50 Grad F ist.
Verfahren zum Erzeugen einer Annordnung, das die Schritte aufweist: Bilden eines Gehäuses, das im Wesentlichen drehfest ist und zum Aufnehmen von Getriebekomponenten vorgesehen ist; Drehbares Installieren einer Zielkomponente im Gehäuse; Bilden einer zweiten Komponente, von welcher zumindest ein Teil davon aus einem Material gebildet wird, das eine relative magnetische Permeabilität von kleiner oder gleich 25.0 hat; Installieren der zweiten Komponente in dem Gehäuse, so dass der Teil davon die drehbaren Komponente zumindest teilweise umgibt; und Anbringen eines Sensors an dem Gehäuse in der Nähe der Zielkomponente und der zweiten Komponente, wobei der Teil der zweiten Komponente zwischen dem Sensor und der Zielkomponente angeordnet ist und der Sensor eine Spule und einen Magnet aufweist, die einen Flusspfad generieren, der sich durch den Teil der zweiten Komponente bis zur Zielkomponente erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei der Schritt zum Bilden einer zweiten Komponente weiterhin die Schritte aufweist: Bestimmen einer Martensitkonzentration in dem Material des Teils, die die Generierung eines Signals vom Sensor erlauben würde, das eine vorbestimmte Doppel-Scheitel-Amplitude hat; und Bestimmen einer akzeptablen Temperatur, bei der das Metall mittels Pressens geformt werden kann, ohne dass die akzeptable Martensitkonzentration nach dem Pressen überschritten ist; Bestimmen der chemischen Zusammensetzung der chemischen Komponente des Metalls aus dem die zweite Komponente bestehen kann; Bestimmung der Martensitkonzentration, die in dem Metall vorhanden ist unter Verwendung der chemischen Zusammensetzung; Vergleichen der Martensitkonzentration mit einer akzeptablen Konzentration; und, wenn die Martensitkonzentration kleiner als die akzeptable Konzentration ist, dann Pressen der zweiten Komponente bei einer Temperatur, die größer als oder gleich der akzeptablen Temperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 32, das weiterhin den Schritt aufweist: Installieren der zweiten Komponente in der Anordnung.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei der Schritt zum Bestimmen der Martensitkonzentration weiterhin aufweist: Bestimmen der Gewichts-Konzentration des Martensits, der in dem Metal vorhanden ist, unter Verwendung der chemischen Zusammensetzung; Berechnen des Instabilitätsfaktors I(f) des Metalls mit der folgenden Gleichung I(f) = (37.19) – 51.25(%C) – 2.59(%Ni) – 1.02(%Mn) – 0.47(%Cr) – 34.4(%N); und Bestimmen der Martensitkonzentration aus dem Betrag des Instabilitätsfaktors.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei der Schritt zum Bestimmen der Martensitkonzentration weiterhin aufweist: Bestimmen der Gewichts-Konzentration des Martensits, der in dem Metal vorhanden ist, unter Verwendung der chemischen Zusammensetzung; Berechnen der Martensitverformung MD(30) des Metalls mit der folgenden Beziehung MD(30) = (413) –462 (C+N) – 9.2(Si) – 8.1(Mn) – 13.7(Cr) – 9.5(Ni) – 18.5(Mo); und Bestimmen der Martensitkonzentration aus dem Betrag der Martensitverformung.
Verfahren nach Anspruch 32, weiterhin die Schritte aufweisend: Verwenden eines Ferritscopes zum Messen der Martensitkonzentration in der zweiten Komponente; und Installieren der zweiten Komponente in der Anordnung, wenn das Ferritscope anzeigt, dass die Martensitkonzentration kleiner oder gleich als die akzeptable Konzentration ist.
Verfahren zum Bestimmen der Drehgeschwindigkeit einer drehbaren Zielkomponente, wobei die Zielkomponente zumindest teilweise von einer zweiten Komponente umgeben ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Generieren eines magnetischen Flusspfades, der im Wesentlichen die zweite Komponente passiert und sich zur Zielkomponente hin erstreckt, wobei die Rotation der Zielkomponente Änderungen der Charakteristik des magnetischen Flusspfades verursacht; Generieren eines Positionssignals, das in Antwort auf Änderungen in der Charakteristik variiert; und Bestimmen einer Drehgeschwindigkeit der Zielkomponente, die auf Werten des Positionssignals über der Zeit basiert