DE102015209868A1

DE102015209868A1 - Planetengetriebe mit zumindest einem Sensor

Info

Publication number: DE102015209868A1
Application number: DE102015209868.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes Schäfer; Björn Weigel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-12-01
Also published as: CN106402337A; CN106402337B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe mit einer Eingangswelle und einer ersten und zweiten Anschlusswelle, mindestens einem Planetenträger oder Steg mit einem um eine erste und zweite Drehachse drehbar gelagerten Planetenrad, wobei das Planetenrad die beiden Anschlusswellen derart miteinander koppelt, dass ein von der Eingangswelle auf den mindestens einen Planetenträger übertragbares Drehmoment auf die beiden Anschlusswellen übertragbar ist und mit zumindest einem Sensor zur Ermittlung einer Verdrehung des zumindest einen Planetenrads um zumindest eine der beiden und/oder zu zumindest einer der beiden Drehachsen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe mit einer Eingangswelle und einer ersten und zweiten Anschlusswelle, mindestens einem Planetenträger oder Steg mit einem um eine erste und zweite Drehachse drehbar gelagerten Planetenrad, wobei das Planetenrad die beiden Anschlusswellen derart miteinander koppelt, dass ein von der Eingangswelle auf den mindestens einen Planetenträger übertragbares Drehmoment auf die beiden Anschlusswellen übertragbar ist und mit zumindest einem Sensor zur Ermittlung einer Verdrehung des zumindest einen Planetenrads um zumindest eine der beiden und/oder zu zumindest einer der beiden Drehachsen.
Ein Planetengetriebe der vorgenannten Gattung, kann wegen seiner günstigen Eigenschaften und wegen seiner Einsatzmöglichkeit insbesondere als Übersetzungs-, Überlagerungs-, Schalt- oder Abzweiggetriebe in vielen Bereichen der Antriebstechnik angewendet werden. Dieser Getriebetyp hat sich besonders im Fahrzeug- und Schiffbau, sowie für stationäre Zwecke im Turbinen- und allgemeinen Maschinenbau durchgesetzt.
Ein wesentliches Merkmal für ein Verhalten eines Planetengetriebes ist dessen Laufgrad F. Der Laufgrad eines Getriebes gibt an, wie viele voneinander unabhängige Bewegungsgrößen als bekannt vorgegeben werden müssen, damit sein Bewegungszustand eindeutig bestimmbar ist. Während Standgetriebe stets zwangläufig sind (F = 1), können einfache Planetengetriebe Laufgrade von F = 1 oder F = 2, zusammengesetzte Planetengetriebe Laufgrade von F ≥ 1 aufweisen.
Konstruktiv lässt sich ein Planetengetriebe in ein einfaches Planetengetriebe mit einem Steg mit mindestens einem Planetenrad und ein oder zwei Zentralräder, und in ein zusammengesetztes Planetengetriebe mit mehreren einfachen Planetengetrieben unterscheiden. Einfache Planetengetriebe mit koaxialer Lage der Anschlusswellen werden auch als rückkehrende Planetengetriebebezeichnet. Planetengetriebe mit nur einem Zentralrad und einer nicht koaxialen umlaufenden Anschlusswelle werden auch als offene Planetengetriebe bezeichnet. Wird bei einem zusammengesetzten Planetengetriebe der Bauaufwand durch Vereinigung von Stegen, gleich großen Zentralrädern und/oder gleich großen Planetenrädern vereinfacht, so spricht man auch von reduzierten Planetengetrieben.
Nach der Nutzung lässt sich ein Planetengetriebe u.a. in ein Übersetzungsgetriebe und ein Überlagerungsgetriebe einteilen, wobei ein Übersetzungsgetriebe ein einfaches oder zusammengesetztes Planetengetriebe mit Laufgrad F = 1 ist und wobei ein Überlagerungsgetriebe ein einfaches oder zusammengesetztes Planetengetriebe mit Laufgrad F ≥ 2 zur Überlagerung von Drehzahlen oder Leistungen ist. Gebräuchliche Bezeichnungen für ein Überlagerungsgetriebe sind auch Differential-, Sammel-, Verteil- und Ausgleichsgetriebe.
Nach der Nutzung lässt sich ein Planetengetriebe zusätzlich u.a. in ein Schaltgetriebe und Wendegetriebe unterscheiden.
Ein Planetengetriebe lässt sich auch nach seiner Stegbewegung unterteilen. Ist der Steg bei einem einfachen Planetengetriebe feststehend, so ist der Laufgrad F = 1. Diese Getriebeart ist als Standgetriebe bekannt. Umlaufrädergetriebe wird ein einfaches Planetengetriebe mit einem umlaufenden Steg (F = 1 oder F = 2) oder ein zusammengesetztes Planetengetriebe mit mindestens einem umlaufenden Steg (F ≥ 1) genannt.
Weitere Unterteilungen nach u.a. Anzahl der laufenden Anschlusswellen, Vorzeichen der Standgetriebeübersetzung, Veränderliche Standgetriebeübersetzung oder Getriebekombinationen sind möglich.
Ein Sensor in einem Planetengetriebe kann mehrere Funktionen erfüllen: Er kann einen oder mehrere Betriebszustände und/oder einen oder mehrere vorgebbare Werte erfassen und/oder physikalische Größen und/oder chemische Größen in elektrische Signale umwandeln. Der Sensor fungiert als eine Art Bindeglied zwischen dem Planetengetriebe eines Fahrzeugs oder eines Luftfahrzeugs mit seinen komplexen Funktionen und elektronischen Steuergeräten als Verarbeitungseinheiten. Der Sensor kann eine Anpassschaltung umfassen, die ein Signal aufbereiten und verstärken kann, damit es von einem Steuergerät weiterverarbeitet werden kann. Sensoren können heutzutage eine hohe Integrationsstufe aufweisen, d.h., dass viele Funktionen, wie z.B. Signalaufbereitung, Analog-Digital-Wandlung, Selbstkalibrierungsfunktionen und Mikroprozessor bereits im Sensor untergebracht sein können.
Eine Ermittlung einer Winkellage eines Planetenrads in einem Planetengetriebe mittels eines Sensors ist wünschenswert, um frühzeitig Fehlstellungen von einem oder mehreren Planetenräderädern erkennen zu können, da eine Fehlstellung weder konstruktiv noch mittels „externer“ Sensoren abfangbar bzw. erkennbar ist.
Aus Konventioneller Antriebsstrang und Hybridantriebe (Hrsg. Konrad Reif, Vieweg+Teubner Verlag, 2010, S. 150ff.) ist eine allgemeine Anwendung eines Sensors als Getriebe-Drehzahlsensor beschrieben. Der Sensor kann dabei in ein Getriebesteuermodul integriert oder als „stand-alone“-Version ausgelegt sein. Der Getriebe-Drehzahlsensor kann einen differentiellen Hall-Effekt-IC mit 2-Draht-Sromschnittstelle besitzen und ist zum Betrieb an eine Spannungsquelle angeschlossen. Der Getriebe-Drehzahlsensor kann das Drehzahlsignal von ferromagnetischen Zahnrädern, Stanzblechen oder aufgebrachten Multipolen detektieren, wobei er den Hall-Effekt ausnutzt und ein Signal mit einer von der Drehzahl unabhängigen konstanten Amplitude liefert. Zur Signalabgabe wird der Versorgungsstrom im Rhythmus des Inkrementsignals moduliert. Die Strommodulation lässt sich dann im Steuergerät mit einem Messwiderstand in eine Signalspannung umwandeln.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik bekannt, Sensoren bei Planetengetrieben, insbesondere bei Differentialgetrieben, einzusetzen, um beispielsweise eine Drehzahl eines Tellerrades feststellen zu können. Aus der US2007197338AA ist bekannt, eine Position eines Differentialgehäuses oder eines daran angeordneten Schaftes mittels Sensor festzustellen. Aus der JP2007154939A2 ist bekannt, Sensoren in Kegelraddifferentialgetrieben einzusetzen, um einen Zustand desselben laufend zu überprüfen. Aus der EP0939247A2 ist bekannt, in einem Differential mittels Sensor die Differentiationsbedingungen zwischen dem Kegelrad und dem Antriebskegelrad zu erfassen.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einerseits ein Planetengetriebe mit einem Sensor und andererseits ein Verfahren zur Ermittlung einer Verdrehung eines Planetenrads bereitzustellen.
Bei einem Planetengetriebe der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der zumindest eine Sensor auf ein äußeres radiales Ende des zumindest einen Planetenrads gerichtet ist.
Bei dem Planetengetriebe handelt es sich um ein aus dem Stand der Technik bekanntes Planetengetriebe.
Zur Ermittlung der Winkelstellung des Planetenrads, das auch Kegelrad, Ausgleichsrad oder Zahnrad genannt wird, ist der Sensor auf ein radial äußeres Ende des Planetenrads richtbar. Mittels einer solchen Ausrichtung ist die Ermittlung einer Verdrehung des Planetenrads sowohl um die erste, welche zugleich die eigene Drehachse des Planetenrads ist, und um die zweite Drehachse, als auch zu den beiden Drehachsen möglich.
Verdrehung um die erste Drehachse bedeutet eine Drehung um die eigene Achse des Planetenrads in eine von zwei Drehrichtungen. Verdrehung um die zweite Drehachse bedeutet einen Umlauf des Planetenrads in eine von zwei Umlaufrichtungen um die zweite Drehachse oder anders ausgedrückt, das Planetenrad kann radial beabstandet um die zweite Drehachse rotieren.
Mit Verdrehung zu der ersten Drehachse ist eine „Verkippung“ des Planetenrads mit oder auch ohne seinen Planetenträger relativ zur ersten Drehachse gemeint.
Die Ermittlung einer Winkelstellung erfolgt grundsätzlich so, dass mittels des Sensors ein Signal erzeugt wird, das eine Verdrehung des Planetenrads um die zweite Drehachse repräsentiert, und dass ein Signalwert dieses Signals mit einem Signalwert eines zuvor oder danach erzeugten Signals und/oder mit einem vorgebbaren Signalwert verglichen werden kann, beispielsweise Amplituden und/oder Frequenzen. Auch kann z.B. ein Signalwert eines ersten Planetenrads mit einem Signalwert eines zweiten Planetenrads verglichen werden.
Liegt eine Fehlstellung eines Planetenrads vor, so ändert sich der Signalwert des erzeugten Signals. Der Signalwert kann stärker oder schwächer sein als ein vorgegebener Grenzwert oder das Signal kann früher oder später erzeugt werden. Auch eine Kombination aus beidem ist vorstellbar
Für die Ermittlung einer Verdrehung um die eigene Drehachse, kann ein Planetenrad Wirkelemente umfassen, die mit dem Sensor zusammenwirken und einen Verdrehungsgrad des Planetenrads repräsentieren, insbesondere ein Winkelmaß in Bezug auf eine Ausgangslage angeben.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass neben dem Umlauf zwei weitere Verdrehungsarten des zumindest einen Planetenrads ermittelt werden können, nämlich eine Verkippung, d.h., ein Planetenrad ist mit seinem Planetenträger oder Steg gegen die erste Drehacshe geneigt, wobei die Verkippung z.B. bei Abriss eines Planetenträgers und Einwirkung einer Last auftreten kann und eine Verdrehung um die jeweils erste Drehachse, die z.B. eine Ausgleichsbewegung sein kann.
Weiterhin zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Ausrichtung des Sensors auf das radial äußere Ende in vorteilhafter Weise den Umlauf und/oder die Verdrehung des zumindest einen Planetenrads weder hemmt, erschwert noch verhindert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der zumindest eine Sensor ein Näherungsschalter, insbesondere ein induktiver, kapazitiver, magnetischer oder optischer Näherungsschalter und dass das Planetenrad ausgebildet ist, mit dem zumindest einen Näherungsschalter zusammenzuwirken
Bevorzugt ist in einer Ausgestaltung der Erfindung, dass der zumindest eine Sensor in einem Planetengetriebegehäuse gehäusefest angeordnet ist. In Abgrenzung zu einem auf einem rotierenden Bauteil angeordneten Drehwinkelsensor, der ein Signal auf eine nicht rotierende Einheit übertragen müsste, ist eine gehäusefeste Anordnung mit weniger Aufwand und geringerer Komplexität verwirklichbar.
Weiterhin bevorzugt ist, dass mittels des zumindest einen Sensors ein Signal erzeugbar ist, wenn das zumindest eine Planetenrad mit seinem äußeren radialen Ende an dem zumindest einen Sensor vorbeiläuft. Ein Zusammenwirken des Sensors mit dem radial äußeren Ende ermöglicht eine Sensierung sowohl einer Verdrehung um die erste Drehachse als auch eine Verdrehung um die zweite Drehachse. Die Verdrehungen um die beiden Achsen können somit mit einem Signal ermittelt werden.
Insbesondere ist bevorzugt, dass das zumindest eine Planetenrad einen Markierungskörper aufweist, der sich in Umfangsrichtung über ein Winkelintervall erstreckt und dass mittels des zumindest einen Sensors ein Signal erzeugbar ist, wenn das zumindest eine Planetenrad mit seinem Markierungskörper an dem zumindest einen Sensor vorbeiläuft. Der Markierungskörper kann auf dem Planetenrad an einem radial äußeren Rand angeordnet und fest mit einer Oberfläche des Planetenrads verbunden sein. Der Markierungskörper ermöglicht eine einfachere und/oder genauere Sensierung mittels des Sensors, sodass immer dann ein Signal erzeugbar ist, wenn der Sensor einen Erfassungsbereich des Markierungskörper sensiert.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Markierungskörper des zumindest einen Planetenrads in Umfangsrichtung zumindest eine Unterbrechung aufweist. Hierdurch ist auf konstruktiv einfache Art eine Verdrehung des zumindest einen Planetenrads um die eigene Drehachse und um die zweite Drehachse sensierbar. So kann z.B. die Detektion des Markierungskörpers den Umlauf des zumindest einen Planetenrads und die Detektion der Unterbrechung die Verdrehung dieses Planetenrads um die eigene Drehachse bedeuten. Der Sensor kann grundsätzlich derart ausgebildet sein, dass er ein Signal erzeugt, wenn er den Markierungskörper oder invers hierzu, wenn er die Unterbrechung des Markierungskörpers sensiert.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das zumindest eine Planetenrad einen Markierungskörper aufweist, der spiralförmig um die erste Drehachse angeordnet ist, sodass bei einer Verdrehung des zumindest einen Planetenrads um die erste Drehachse ein minimaler Abstand zwischen dem Markierungskörper und dem Sensor veränderbar ist. Durch eine Veränderbarkeit des minimalen Abstandes kann durch den Sensor eine sich mit einer Verdrehung um die erste Drehachse ändernde, d.h. kleiner oder größer werdende, Amplitude erfasst werden. Dem Signal ist eine Kennlinie über den Abstand hinterlegbar, sodass aus einer Amplitude des Sensorsignals auf einen Verdrehwinkel des Planetenrads geschlossen werden kann. Zudem kann ein zeitlicher Verlauf einer Amplitude Aufschluss über eine Winkelgeschwindigkeit des Planetenrads liefern. Ein Zeitabstand zwischen den Signalen kann eine Information über eine Drehzahl des umlaufenden Planetenrads im Planetengetriebe liefern.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Markierungskörper mit Daten kodiert ist und dass der Sensor ausgebildet ist, diese kodierten Daten zu empfangen und zu verarbeiten, wobei die kodierten Daten zumindest einen Verdrehungsgrad des Planetenrads um die erste Drehachse repräsentieren.
Der Markierungskörper kann magnetisch oder optisch kodiert sein. Bei diesen beiden Möglichkeiten kann eine Amplitude des Signals eine Information für eine Position des Planetenrads, insbesondere einen Verdrehwinkel, liefern. Dazu ist bei einer magnetischen Kodierung dem Signal eine Kennlinie über das Magnetfeld hinterlegt. Bei einer optischen Kodierung kann dem Signal einer Kennlinie über den Abstand hinterlegt sein. So kann aus einer Amplitude des Sensorsignals auf einen Verdrehwinkel des Planetenrads geschlossen werden kann. Zudem kann ein zeitlicher Verlauf einer Amplitude Aufschluss über eine Winkelgeschwindigkeit des zumindest einen Planetenrads liefern. Ein Zeitabstand zwischen den Signalen kann eine Information über eine Drehzahl des umlaufenden Planetenrads im Planetengetriebe liefern.
Es hat sich vorteilhafter Weise herausgestellt, dass mit dieser bevorzugten Ausgestaltung auf unterschiedliche Fahrsituationen geschlossen werden kann. Beispielsweise lassen sich die Drehzahl eines Fahrzeugs in Kurvenfahrt und/oder plötzlicher Druckverlust in einem Reifen plausibilisieren. Auch kann das Sensorsignal als Regelgröße für eine Differentialsperre insbesondere für Traktoren verwendet werden.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass ein Drehwinkel des zumindest einen Planetenrads um die erste Drehachse und das Winkelintervall des Markierungskörpers derart miteinander korrespondieren, dass bei einer Verdrehung des Planetenrads um diesen Drehwinkel entweder die Unterbrechung des Markierungskörpers zu einer Verhinderung der Signalerzeugung zum Sensor gerichtet ist oder der Markierungskörper zu einer Verhinderung der Signalerzeugung zum Sensor gerichtet ist. Mit Korrespondieren des Drehwinkelbereiches mit dem Winkelintervall ist gemeint, dass das Planetenrad nach einer Drehung in eine der beiden Drehrichtungen in einer Ausgleichsstellungen sein kann und die Unterbrechung des Markierungskörper oder der Markierungskörper durch die Drehung gleichzeitig unmittelbar vor den Sensor gedreht wird, sodass der Sensor auf diese Unterbrechung oder diesen Markierungskörper gerichtet ist und kein Signal erzeugen kann.
Bei der Verwendung eines Markierungskörpers ist es bevorzugt, dass der Sensor in einem ca. 45° Winkel auf den Markierungskörper richtbar ist und dass der Markierungskörper eine dazu korrespondierende Oberflächengeometrie aufweist. Zweckmäßiger Weise weist die korrespondierende Oberflächengeometrie eine um 45° geneigte Oberfläche auf, so dass eine Sensorfläche und eine Oberseitenfläche des Markierungskörpers im Wesentlichen parallel zueinander ausrichtbar sind. Durch eine solche Ausbildung des Markierungskörpers kann ein Einbau des Sensors im Planetengetriebegehäuse vereinfacht werden.
Weiterhin bevorzugt ist es, wenn das Planetengetriebe einen neben dem ersten Sensor angeordneten zweiten Sensor umfasst. Die Anordnung eines zweiten Sensors ermöglicht neben einer Realisierung einer Redundanz eine Ermittlung einer Drehrichtung um die zweite Drehachse.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Verdrehung eines Planetenrads in einem Planetengetriebe mit einem Sensor mit einer Eingangswelle und einer ersten und zweiten Anschlusswelle, mindestens einem Planetenträger mit zumindest einem um eine erste und zweite Drehachse drehbar gelagerten Planetenrad, wobei das Planetenrad die beiden Anschlusswellen derart miteinander koppelt, dass ein von der Eingangswelle auf den Planetenträger übertragbares Drehmoment auf die beiden Anschlusswellen übertragbar und eine Relativverdrehung zwischen beiden Anschlusswellen durch eine Verdrehung des Planetenrads um die erste Drehachse ausgleichbar ist um zumindest eine der beiden Drehachsen, umfassend die Schritte:

– Erzeugen eines Signals, wenn das zumindest eine Planetenrad am Sensor vorbeiläuft und
– Analysieren des erzeugten Signals gemäß wenigstens einem vorgegebenen Signalmerkmal, insbesondere durch einen Vergleich eines Signalwerts des erzeugten Signals mit dem vorgegebenen Signalmerkmal.

Mit diesem Verfahren wird auf konstruktiv einfache Weise eine Ermittlung einer Verdrehung um zumindest eine und/oder zu zumindest einer Drehachse von zumindest einem Planetenrad erreicht. Das Verfahren kann dabei vorzugsweise mit einem Planetengetriebe mit einem Sensor der zuvor beschriebenen Konstruktionsweise ausgeführt werden.
Das Verfahren kann vorzugsweise fortgebildet werden, indem Zeitabstände zwischen Signalen gemessen werden und dass ein Zeitabstandsmesswert ein vorgegebenes Signalmerkmal ist, wobei der Analyseschritt einen Vergleich von zumindest einem Signalwert benachbarter Signale umfasst, wobei insbesondere Zeitabstandsmesswerte verglichen werden.
Durch den Vergleich eines zeitlichen Abstandes eines ersten Planetenrads mit einem zeitlichen Abstand eines zweiten benachbarten Planetenrad, kann auf einfache Weise eine Fehlstellung zumindest eines der beiden Planetenräder dadurch detektiert werden, dass bei einem fehlgestellten, d.h. verkippten, Planetenrad der Sensor zeitlich früher oder später ein Signal erzeugt als bei nichtverkipptem Zustand. Der Vergleich dieses „Ist“-Abstandes mit dem „Soll“-Abstand ergibt eine Phasenverschiebung, die als Grad der Verkippung und damit der Verdrehung zur ersten Drehachse dienen kann. Unter einer Phasenverschiebung soll verstanden werden, dass die Dauer eines jeweiligen Umlaufes zwar übereinstimmt, die Zeitpunkte der jeweiligen Signalerzeugung aber nicht. Der Vergleich kann nicht nur zwischen Signalen die jeweils ein Planetenrad repräsentieren sondern auch zwischen einem Signalwert und einem vorgegeben Messwert erfolgen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Amplitude eines Signals gemessen wird und dass ein Amplitudenmesswert ein vorgegebenes Signalmerkmal ist, wobei der Analyseschritt einen Vergleich von zumindest einem Signalwert benachbarter Signale umfasst, wobei insbesondere Amplitudenmesswerte verglichen werden. Durch den Vergleich eines Amplitudenmesswertes eines ersten Signals eines ersten Planetenrads mit einem Amplitudenmesswert eines Signals eines zweiten benachbarten Planetenrads kann auf einfache Weise eine Fehlstellung zumindest eines der beiden Planetenräder dadurch detektiert werden, dass bei einem verkippten Planetenrad der Sensor eine größere oder kleinere Amplitude erzeugt als bei nichtverkipptem Zustand. Der Vergleich dieses „Ist“-Abstandes mit dem „Soll“-Abstand ergibt eine Amplitudenabweichung, die als Grad der Verkippung und damit der Verdrehung zur ersten Drehachse dienen kann.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenrad einen in Umfangsrichtung über ein Winkelintervall erstreckenden Markierungskörper aufweist, der ausgebildet ist, mit dem Sensor zusammenzuwirken. Durch eine Verwendung des Markierungskörpers können genauere Messwerte dadurch erzielt werden, dass z.B. ein kleinere Fläche für einen kürzeren Zeitraum am Sensor vorbeilaufen oder vorbeidrehen braucht.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Markierungskörper in Umfangsrichtung zumindest eine Unterbrechung aufweist und das Verfahren den Schritt umfasst, entweder bei einer Detektion der Unterbrechung des Markierungskörpers oder bei einer Detektion eines Erfassungsbereiches des Markierungskörpers eine Signalerzegung zu verhindern.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Markierungskörper spiralförmig ausgebildet ist, sodass eine Verdrehung des Planetenrads um die erste Drehachse einen Abstand zwischen Markierungskörper und Sensor vergrößert oder verkleinert und dem Signal eine Kennlinie über den Abstand hinterlegt ist, wobei der Analyseschritt einen Vergleich zwischen dem Signal und der Kennlinie über den Abstand umfasst, wobei eine Amplitude des Signals Winkeldaten des Planetenrads relativ zur ersten Drehachse, ein zeitlicher Verlauf der Amplitude eine Winkelgeschwindigkeit und ein Zeitabstand zwischen Signalen eine Drehzahl des umlaufenden Planetenrads repräsentiert.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn der Markierungskörper kodiert ist und dem Signal eine Kennlinie über die Kodierung hinterlegt ist, wobei der Analyseschritt einen Vergleich zwischen dem Signal und der Kennlinie umfasst, wobei eine Amplitude des Signals Winkeldaten des Planetenrads relativ zur ersten Drehachse, ein zeitlicher Verlauf der Amplitude eine Winkelgeschwindigkeit und ein Zeitabstand zwischen Signalen eine Drehzahl des umlaufenden Planetenrads repräsentiert.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Planetengetriebe einen neben dem ersten Sensor angeordneten zweiten Sensor umfasst, sodass bei einem Vorbeilaufen des zumindest einen Planetenrads an den Sensoren zwei Signale je Umlauf und Planetenrad erzeugbar sind und der Analyseschritt die Analyse zweier Signale desselben Planetenrads je Umlauf umfasst. D.h., dass die Sensoren derart angeordnet sind, dass die Signale zeitlich nacheinander erzeugt werden können und nicht gleichzeitig erzeugt werden.
Bevorzugt ist zudem eine Ausgabe des Analyseergebnisses.
Zudem ist es bevorzugt, wenn das Sensorsignal einer vorher bestimmten Fehlerkategorie aufgrund des Analyseergebnisses zugeordnet wird, wobei eine Phasenverschiebung und eine Amplitudenveränderung einer ersten Fehlerkategorie zugeordnet werden und eine Signalverhinderung einer zweiten Fehlerkategorie zugeordnet wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
1: ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes mit zwei beispielhaften Planetenrädern und einem beispielhaften Sensor in einer seitlichen Querschnittsansicht und in einer Draufsicht;
2: eine Darstellung eines beispielhaften Signalverlaufs eines Umlaufes der beiden Planetenräder des Planetengetriebes aus 1 in einem fehlerfreien Betrieb;
3: das Planetengetriebe der 1 in einem ersten fehlerbehafteten Betrieb in einer seitlichen Querschnittsansicht und einer Draufsicht;
4: eine Darstellung eines beispielhaften Signalverlaufs der beiden Planetenräder aus 3 in dem ersten fehlerbehafteten Betrieb;
5: das Planetengetriebe der 1 in einem zweiten fehlerbehafteten Betrieb in einer seitlichen Querschnittsansicht und einer Draufsicht;
6: eine Darstellung eines beispielhaften Signalverlaufs der beiden Planetenräder aus 5 in dem zweiten fehlerbehafteten Betrieb;
7: eine Prinzipskizze eines Blockschaltbildes eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes mit zwei beispielhaften Sensoren;
8: beispielhafte Anordnung eines erfindungsgemäßen Planetengetriebes in einem KFZ mit Fronantrieb quer.
1 zeigt einen Ausschnitt eines als Kegelraddifferential ausgebildeten Planetengetriebes 1 mit zwei Planetenrädern eines Fahrzeugs und einem Sensor 5.
Das Planetengetriebe 1 ist derart ausgebildet, dass mittels diesem aus einem Hauptantriebsstrang Antriebsenergie auf zwei parallel geschaltete Lastpfade abzweigbar ist und zugleich zur Vermeidung von Verspannungen zwischen den beiden Lastpfaden Relativverdrehungen ausgleichbar sind.
Hierfür weist das Planetengetriebe eine nicht dargestellte Antriebswelle, zwei Anschlusswellen 2, 3, einen ersten und zweiten nicht dargestellten Planetenträger mit einem ersten und zweiten Planetenrad 10, 30 auf. Die beiden Planetenräder 10, 30 sind an einem jeweiligen nicht dargestellten Steg des jeweiligen Planetenträgers drehbar gelagert.
Der Sensor 5 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass er eine Winkellage der Planetenräder 10, 30 um zumindest und/oder zu zumindest einer der beiden Drehachsen 6, 7 ermitteln kann, d.h. sowohl eine Drehung um die erste Drehachse 6 als auch eine Verkippung, d.h. eine Verdrehung relativ zur ersten Drehachse 6.
Hierfür weisen die beiden Planetenräder 10, 30 in ihrem radial äußeren Randbereich jeweils einen konzentrisch angeordneten Markierungskörper 20, 40 mit einer Unterbrechung 21 bzw. 41 auf. Der Markierungskörper erstreckt sich in Umfangsrichtung über ein Winkelintervall α von ca. 300°. Dem Fachmann ist klar, dass hier auch andere Winkelintervalle gewählt werden können.
Der Markierungskörper 20, 40 kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
Die beiden Planetenräder 10, 30 sind achsgleich angeordnet, sodass sie ihre jeweilige erste Drehachse eine gemeinsame Drehachse bildet und kämmen jeweils mit einem Tellerrad, das jeweils drehfest mit einer der beiden Anschlusswellen verbunden ist. Die beiden Planetenräder sind zur zweiten Drehachse beabstandet und können um diese zweite Drehachse, die die erste Drehachse lotrecht schneidet, rotieren. In der 1 sind die beiden Planetenräder 10, 30 in ihrer jeweiligen Neutralstellung dargestellt. In dieser weisen die beiden Anschlusswellen 2, 3 zueinander keine Relativverdrehung auf.
Die Ansicht der 1 stellt zudem eine Momentaufnahme dar, in der das Planetenrad 10 mit einem Erfassungsbereich 22, der auch „detection area“ genannt wird, des Markierungskörpers 20 auf „Höhe“ des Sensors 5 ist, bevor das Planetenrad 10 weiter um die zweite Drehachse läuft. Zwischen dem Erfassungsbereich 22 und dem Sensor 5 ist ein möglicher Abstand zwischen Sensor 5 und Markierungskörper 20 minimal. Der Sensor 5, der ein Näherungsschalter ist, erfasst eine Präsenz des Erfassungsbereiches 22 des Markierungskörpers 20 und erzeugt ein Signal, das einen Umlauf des Planetenrads 10 repräsentiert. Deutlich zu sehen ist, wie die Unterbrechung 21 des Markierungskörpers 20 in der Neutralstellung des Planetenrads 10 vom Sensor 5 weggerichtet ist. Der Näherungsschalter 5 schaltet berührungsfrei und somit ohne äußere mechanische Betätigungskraft. Dadurch besitzt er eine hohe Lebensdauer und eine große Zuverlässigkeit.
2 zeigt eine Darstellung eines beispielhaften Signalverlaufs eines Umlaufes der beiden Planetenräder 10, 30 des Planetengetriebes 1 aus 1 in einem fehlerfreien Betrieb. Gemäß der Darstellung in 2 repräsentiert das zweite Signal S₂ das Planetenrad 30 und das erste und dritte Signal S₁, S₃ repräsentiert das Planetenrad 10. In einem fehlerfreien Betrieb ist ein Abstand zwischen beiden Planetenrädern gleich, d.h. der zeitliche Abstand t₁ zwischen dem ersten und dem zweiten Signal S₁ bzw. S₂ und der zeitliche Abstand t₂ zwischen dem zweiten und dem dritten Signal S₂ bzw. S₃ ist bei konstanter Drehgeschwindigkeit gleich.
3 zeigt das Planetengetriebe der 1 in einem ersten fehlerbehafteten Betrieb in einer seitlichen Querschnittsansicht und einer Draufsicht. Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Planetengetriebe 1, ist hier eine Ausgleichsbewegung der Planetenräder 10, 30 dargestellt, d.h. die Planetenräder 10, 30 haben eine Drehung um die eigene Drehachse 6 ausgeführt. Die Unterbrechung 21, 41 der Markierungskörper 20, 40 korrespondieren dabei mit dem Verdrehwinkel um die eigene Drehachse derart, dass die Unterbrechung 21, 41 immer dann zum Sensor 5 gerichtet ist, wenn das jeweilige Planetenrad 10, 30 am Sensor 5 vorbeiläuft. Dadurch ist der Erfassungsbereich vom Sensor weggedreht und eine Signalerzeugung wird verhindert.
In 4 ist eine solche Signalverhinderung mit Strich-Punkt-Markierung dargestellt. S₁‘, S₂‘ und S₃‘ repräsentieren das erwartete aber nicht erzeugte Signal des jeweiligen Planetenrads 10, 30. In einem solchen Fall, liegt für die Dauer des Vorliegens des ersten fehlerhaften Betriebs kein Ausgangssignal an.
5 zeigt das Planetengetriebe 1 der 1 in einem zweiten fehlerbehafteten Betrieb in einer seitlichen Querschnittsansicht und einer Draufsicht. Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Planetengetriebe 1, ist eine Verkippung des Planetenrads 10 dargestellt. Erzeugt nun der Sensor 5 ein den jeweiligen Umlauf des Planetenrads 10, 30 repräsentierendes Signal, so stellt sich, wie in 6 dargestellt, eine Phasenverschiebung ein, d.h. ein zeitlicher Abstand t₃ zwischen dem ersten Signal S₁‘‘ und dem zweiten Signal S₂ und ein zeitlicher Abstand t₄ zwischen dem zweiten Signal S₂ und dem dritten Signal S₃‘‘ sind ungleich. In diesem Fall bedeutet das, dass t₃ > t₄ ist. Zur Veranschaulichung der Phasenverschiebung sind rechts neben den Signalen S₁‘‘ und S₃‘‘ die Signale S₁ und S₃ des fehlerfreien Betriebs der 2 mit Strich-Punkt-Markierung dargestellt.
7 zeigt eine Prinzipskizze eines Blockschaltbildes des erfindungsgemäßen Planetengetriebes 1 mit zwei beispielhaften Sensoren 50, 51 in einem Fahrzeug. Die beiden Sensoren 50, 51 sind mit Leitungen 71, 72 mit einer Spannungsquelle 70 verbunden und mit Leitungen 81, 82 geerdet 80. Der Sensor 50 ist mittels 61 signaltechnisch mit einer Datenverarbeitungseinheit 60, der Sensor 50 signaltechnisch mittels 91 mit einer Datenverarbeitungseinheit 90 gekoppelt. Der Vorteil zweier Sensoren liegt neben der Redundanz darin, dass eine Drehrichtung um die zweite Drehachse detektierbar ist.
8 zeigt eine beispielhafte Anordnung des erfindungsgemäßen Planetengetriebes 1 in einem KFZ mit Fronantrieb quer. Der Sensor 5 ist dabei in Fahrtrichtung rechts oberhalb einer Anschlusswelle angeordnet.
Die dargestellten Figuren sind nur beispielhafte Ausführungsform der Erfindung. Es versteht sich, dass jede andere Ausführungsform denkbar ist, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Planetengetriebe
2: Antriebswelle
3: erste Anschlusswelle
4: zweite Anschlusswelle
5: Sensor
6: erste Drehachse
7: zweite Drehachse
10: erstes Planetenrad
11: Planetenträger des erstes Planetenrads
12: Steg des ersten Planetenrads
20: Markierugskörper des ersten Planetenrads
21: Unterbrechung des Markierungskörpers des ersten Planetenrads
22: Erfassungsbereich des Markierungskörpers des ersten Planetenrads
30: zweites Planetenrad
31: Planetenträger des zweiten Planetenrads
32: Steg des zweiten Planetenrads
40: Markierugskörper des zweiten Planetenrads
41: Unterbrechung des Markierungskörpers des zweiten Planetenrads
42: Erfassungsbereich des Markierungskörpers des zweiten Planetenrads
50: erster Sensor bei Anordnung von zwei Sensoren
51: zweiter Sensor bei Anordnung von zwei Sensoren
60: erste Datenerfassungseinheit
61: signaltechnische Koppelung
70: Spannungsquelle
71: Leitung
72: Leitung
80: Masse
81: Leitung
82: Leitung
90: zweite Datenerfassungseinheit
91: signaltechnische Koppelung
α: Winkelbereich Markierungskörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2007197338 AA [0012]
JP 2007154939 A2 [0012]
EP 0939247 A2 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Konventioneller Antriebsstrang und Hybridantriebe (Hrsg. Konrad Reif, Vieweg+Teubner Verlag, 2010, S. 150ff.) [0011]

Claims

Planetengetriebe mit einer Eingangswelle und einer ersten und zweiten Anschlusswelle, mindestens einem Planetenträger oder Steg mit einem um eine erste und zweite Drehachse drehbar gelagerten Planetenrad, wobei das Planetenrad die beiden Anschlusswellen derart miteinander koppelt, dass ein von der Eingangswelle auf den mindestens einen Planetenträger übertragbares Drehmoment auf die beiden Anschlusswellen übertragbar ist und mit zumindest einem Sensor zur Ermittlung einer Verdrehung des zumindest einen Planetenrads um zumindest eine der beiden und/oder zu zumindest einer der beiden Drehachsen, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor auf ein äußeres radiales Ende des zumindest einen Planetenrads gerichtet ist.
Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor ein Näherungsschalter ist, insbesondere ein induktiver, kapazitiver, magnetischer oder optischer Näherungsschalter und dass das Planetenrad ausgebildet ist, mit dem zumindest einen Näherungsschalter zusammenzuwirken.
Planetengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor in einem Planetengetriebegehäuse gehäusefest angeordnet ist.
Planetengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des zumindest einen Sensors ein Signal erzeugbar ist, wenn das zumindest eine Planetenrad mit seinem äußeren radialen Ende an dem zumindest einen Sensor vorbeiläuft.
Planetengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Planetenrad einen Markierungskörper aufweist, der sich in Umfangsrichtung über ein Winkelintervall erstreckt und dass mittels des zumindest einen Sensors ein Signal erzeugbar ist, wenn das zumindest eine Planetenrad mit seinem Markierungskörper an dem zumindest einen Sensor vorbeiläuft.
Planetengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Markierungskörper des zumindest einen Planetenrads in Umfangsrichtung zumindest eine Unterbrechung aufweist.
Planetengetriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Planetenrad einen Markierungskörper aufweist, der spiralförmig um die erste Drehachse angeordnet ist, sodass bei einer Verdrehung des zumindest einen Planetenrads um die erste Drehachse ein minimaler Abstand zwischen dem Markierungskörper und dem Sensor veränderbar ist.
Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Markierungskörper mit Daten kodiert ist und dass der Sensor ausgebildet ist, diese kodierten Daten zu empfangen und zu verarbeiten, wobei die kodierten Daten zumindest einen Verdrehungsgrad des Planetenrads um die erste Drehachse repräsentieren.
Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehwinkel des zumindest einen Planetenrads um die erste Drehachse und das Winkelintervall des Markierungskörpers derart miteinander korrespondieren, dass bei einer Verdrehung des Planetenrads um diesen Drehwinkel entweder die Unterbrechung des Markierungskörpers zu einer Verhinderung der Signalerzeugung zum Sensor gerichtet ist oder der Markierungskörper zu einer Verhinderung der Signalerzeugung zum Sensor gerichtet ist.
Planetengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe einen neben dem ersten Sensor angeordneten zweiten Sensor umfasst.
Verfahren zur Ermittlung einer Verdrehung eines Planetenrads in einem Planetengetriebe mit einem Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Eingangswelle und einer ersten und zweiten Anschlusswelle, mindestens einem Planetenträger mit zumindest einem um eine erste und zweite Drehachse drehbar gelagerten Planetenrad, wobei das Planetenrad die beiden Anschlusswellen derart miteinander koppelt, dass ein von der Eingangswelle auf den Planetenträger übertragbares Drehmoment auf die beiden Anschlusswellen übertragbar und eine Relativverdrehung zwischen beiden Anschlusswellen durch eine Verdrehung des Planetenrads um die erste Drehachse ausgleichbar ist um zumindest eine der beiden Drehachsen, umfassend die Schritte: – Erzeugen eines Signals, wenn das zumindest eine Planetenrad am Sensor vorbeiläuft und – Analysieren des erzeugten Signals gemäß wenigstens einem vorgegebenen Signalmerkmal, insbesondere durch einen Vergleich eines Signalwerts des erzeugten Signals mit dem vorgegebenen Signalmerkmal.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei Zeitabstände zwischen Signalen gemessen werden und dass ein Zeitabstandsmesswert ein vorgegebenes Signalmerkmal ist, wobei der Analyseschritt einen Vergleich von zumindest einem Signalwert benachbarter Signale umfasst, wobei insbesondere Zeitabstandsmesswerte verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine Amplitude eines Signals gemessen wird und dass ein Amplitudenmesswert ein vorgegebenes Signalmerkmal ist, wobei der Analyseschritt einen Vergleich von zumindest einem Signalwert benachbarter Signale umfasst, wobei insbesondere Amplitudenmesswerte verglichen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Planetenrad einen in Umfangsrichtung über ein Winkelintervall erstreckenden Markierungskörper aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Markierungskörper in Umfangsrichtung zumindest eine Unterbrechung aufweist und das Verfahren den Schritt umfasst, entweder bei einer Detektion der Unterbrechung des Markierungskörpers oder bei einer Detektion eines Erfassungsbereiches des Markierungskörpers eine Signalerzegung zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei der Markierungskörper spiralförmig ausgebildet ist, sodass eine Verdrehung des Planetenrads um die erste Drehachse einen Abstand zwischen Markierungskörper und Sensor vergrößert oder verkleinert und dem Signal eine Kennlinie über den Abstand hinterlegt ist, wobei der Analyseschritt einen Vergleich zwischen dem Signal und der Kennlinie über den Abstand umfasst, wobei eine Amplitude des Signals Winkeldaten des Planetenrads relativ zur ersten Drehachse, ein zeitlicher Verlauf der Amplitude eine Winkelgeschwindigkeit und ein Zeitabstand zwischen Signalen eine Drehzahl des umlaufenden Planetenrads repräsentiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Markierungskörper kodiert ist und dem Signal eine Kennlinie über die Kodierung hinterlegt ist, wobei der Analyseschritt einen Vergleich zwischen dem Signal und der Kennlinie umfasst, wobei eine Amplitude des Signals Winkeldaten des Planetenrads relativ zur ersten Drehachse, ein zeitlicher Verlauf der Amplitude eine Winkelgeschwindigkeit und ein Zeitabstand zwischen Signalen eine Drehzahl des umlaufenden Planetenrads repräsentiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei das Planetengetriebe einen neben dem ersten Sensor angeordneten zweiten Sensor umfasst, sodass bei einem Vorbeilaufen des zumindest einen Planetenrads an den Sensoren zwei Signale je Umlauf und Planetenrad erzeugbar sind und der Analyseschritt die Analyse zweier Signale desselben Planetenrads je Umlauf umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei eine Ausgabe des Analyseergebnisses erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei das Sensorsignal einer vorher bestimmten Fehlerkategorie aufgrund des Analyseergebnisses zugeordnet wird, wobei eine Phasenverschiebung und eine Amplitudenveränderung einer ersten Fehlerkategorie zugeordnet werden und eine Signalverhinderung einer zweiten Fehlerkategorie zugeordnet wird.