Stand der TechnikState of the art
Aus der DE 10 2012 200 334 A1 ist ein Getriebe in der Bauart als Umlaufgetriebe, d. h. Planetengetriebe, bekannt, bei dem mittels einer Messeinrichtung ein Drehmoment ermittelt wird. Dabei wird diese Messeinrichtung, d. h. mittels eines Drucksensors, welcher beispielsweise ein Piezoelement aufweist, ermittelt. Beim Betrieb eines Planetengetriebes, ganz besonders dann, wenn das dort typische Hohlrad fest ist, ist ein Stützmoment aufzubringen, damit am Umfang bzw. Innenumfang des Hohlrades wirkende Eingriffskräfte von Planetenrädern zur Drehung eines Planetenträgers führen. Als Teil dieser Momentenstütze dient das bereits erwähnte Piezoelement. Die auf diese Momentenstütze Piezoelement übertragene Kraft bzw. die elektrischen Signale im Piezoelement dienen dann als Maß für das über die Momentenstütze übertragene Drehmoment. Es können dabei sowohl die Amplitude als auch das Vorzeichen des Drehmoments erfasst werden.From the DE 10 2012 200 334 A1 is known a gearbox in the design as epicyclic gear, ie planetary gear, in which a torque is determined by means of a measuring device. This measuring device is determined, ie by means of a pressure sensor, which has a piezo element, for example. When operating a planetary gear, especially when the ring gear typical there is fixed, a supporting torque is to be applied so that engagement forces of planet gears acting on the circumference or inner circumference of the ring gear lead to the rotation of a planet carrier. The already mentioned piezo element serves as part of this moment support. The force transmitted to this torque support piezo element or the electrical signals in the piezo element then serve as a measure of the torque transmitted via the torque support. Both the amplitude and the sign of the torque can be recorded.
Des Weiteren sind Lösungen bekannt, bei denen Messeinrichtungen, ausgebildet als Dehnmessstreifen, auf einer Motorwelle angebracht sind und Signalleitungen mit Schleifringen verbunden werden, über die die Signale des Dehnmessstreifens abgegriffen werden. Eine weitere Lösung umfasst beispielsweise eine Telemetrie-Einheit, über die entsprechende Daten, d. h. beispielsweise durch Widerstandsänderungen eines Dehnmessstreifens unter Last veränderte bzw. veränderliche elektrische Ströme und entsprechende Daten, übermittelt werden. Zudem sind modellbasierte Lösungen bekannt, die beispielsweise über betriebspunktabhängige Maschinenparameter (Stromfluss, Lage des Rotors in einem Stator) das Drehmoment der Maschine berechnen. Bei dem Gegenstand der DE 10 2012 200 334 A1 ist eine drehbare Lagerung des Hohlrades erforderlich, was vor allem bei leistungsstarken Antrieben einen größeren Aufwand bei der Lagerung verursacht. Des Weiteren besteht aufgrund von Effekten, die von Haftreibung herrühren, die Gefahr von Hystereseeffekten. Bei dem anderen genannten Verfahren sind hohe Kosten für Sensoren auf der Welle sowie Kosten für eine Telemetrie-Einheit von Nachteil. Bei Rechenmodellen zur Ermittlung des Drehmoments von Maschinen ergibt sich eine hohe Abhängigkeit von verschiedenen Maschinenparametern. Diese Abhängigkeit führt zu verringerter Genauigkeit des Ergebnisses, zu hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Messung sowie die Genauigkeit des Rechenmodells. Zudem führt die Berücksichtigung von mehreren bzw. vielen Parametern im Rechenmodell zu einem hohen Aufwand.Furthermore, solutions are known in which measuring devices, designed as strain gauges, are attached to a motor shaft and signal lines are connected to slip rings, via which the signals of the strain gauge are tapped. Another solution includes, for example, a telemetry unit via which corresponding data, that is to say, for example, electrical currents that are changed or changeable due to changes in resistance of a strain gauge under load, and corresponding data, are transmitted. In addition, model-based solutions are known which calculate the torque of the machine, for example, using machine parameters that depend on the operating point (current flow, position of the rotor in a stator). With the subject of DE 10 2012 200 334 A1 a rotatable bearing of the ring gear is required, which causes a greater effort in storage, especially in the case of powerful drives. Furthermore, there are risks of hysteresis effects due to effects resulting from static friction. In the other method mentioned, high costs for sensors on the shaft and costs for a telemetry unit are disadvantageous. Computational models for determining the torque of machines result in a high degree of dependency on various machine parameters. This dependency leads to reduced accuracy of the result, high demands on the accuracy of the measurement and the accuracy of the calculation model. In addition, the consideration of several or many parameters in the calculation model leads to high expenditure.
Aus der DE 10 2008 054 508 A1 ist ebenfalls ein Vorschlag bekannt, der mittels eines Sensorelements ein Drehmoment eines Getriebes bestimmt. Das Getriebe ist insbesondere als Planetengetriebe ausgebildet ist. Zum Ermitteln des Drehmoments weist das Hohlrad in einer Ausgestaltung mittels eines sogenannten Radialfortsatzes eine direkte Verbindung zu einem Dehnbalken auf, auf dem beispielsweise zwei Dehnmessstreifen aufgebracht sind. Der Radialfortsatz greift dem Anschein nach mittig zwischen den beiden Dehnmessstreifen an, so dass eine Drehmomentrichtung durch die beiden Dehnmessstreifen und die dazu erforderliche Auswerteeinheit festgestellt werden kann. Zudem kann eine Größe des Drehmoments ermittelt werden. Demgegenüber ist es ein Bestreben den Aufbau zur Erfassung des Drehmoments zu vereinfachen und es zudem zu ermöglichen eine Drehzahl zu ermitteln.From the DE 10 2008 054 508 A1 a proposal is also known which determines a torque of a transmission by means of a sensor element. The gear is designed in particular as a planetary gear. To determine the torque, the ring gear in one configuration by means of a so-called radial extension has a direct connection to an expansion beam on which, for example, two strain gauges are applied. The radial extension appears to engage centrally between the two strain gauges, so that a torque direction can be determined by the two strain gauges and the evaluation unit required for this. A size of the torque can also be determined. In contrast, it is an effort to simplify the structure for detecting the torque and also to make it possible to determine a speed.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Getriebe mit einem Zentralrad, insbesondere Hohlrad oder Stirnrad, vorgesehen, wobei mindestens ein Umlaufrad vorhanden ist, welches mit dem Zentralrad kämmt, wobei das Zentralrad in einer Zentralradhalterung aufgenommen ist. Zwischen dem Zentralrad und der Zentralradhalterung, welche insbesondere ein Getriebegehäuse ist, ist mindestens eine Momentenstütze ausgebildet. Mit dem Zentralrad ist mindestens eine Messeinrichtung verbunden. Diese Messeinrichtung dient dazu, im Betrieb des Getriebes Messdaten zur Verfügung zu stellen. Insbesondere im Zusammenhang mit einer Messeinrichtung, die einen sogenannten Dehnmessstreifen aufweist, stellt die Messeinrichtung als Messdaten beispielsweise unterschiedliche und sich bei der Verwendung ändernde Werte für gemessenen elektrischen Strom durch den oder die Dehnmessstreifen zu Verfügung. Diese unterschiedlichen Stromwerte ergeben sich durch sich ändernde Widerstandswerte, d. h. sich im Betrieb ändernde Widerstandswerte des oder der Dehnmessstreifen werden einer Auswerteelektrik zur Verfügung gestellt, in der die gewünschten Rechenoperationen durchgeführt werden. Die erwähnte Momentenstütze kann insbesondere kraftschlüssig ausgebildet sein, so dass beispielsweise das Zentralrad an der Zentralradhalterung mittels einer Presspassung befestigt ist. Eine weitere Form der Ausbildung einer Momentenstütze kann beispielsweise durch einen sogenannten Formschluss erfolgen, indem beispielsweise in dem Zentralrad eine sogenannte Feder ausgebildet ist und diese Feder in eine Nut im Getriebegehäuse, d. h. der Zahnradhalterung, eingreift. Derartige formschlüssige Einrichtungen können beispielsweise am Umfang eines derartigen Zentralrads gleichmäßig verteilt angeordnet sein. Derartige Momentenstützen können aber auch ungleichmäßig am Umfang des Zentralrads angeordnet sein. Die Momentenstütze zwischen dem Zentralrad und der Zentralradhalterung kann des Weiteren durch sogenannten Stoffschluss erfolgen. So kann beispielsweise das Zentralrad in der Zentralradhalterung stoffschlüssig befestigt sein, indem beispielsweise ein Klebstoff in eine Fügefuge zwischen das Zentralrad und der Zentralradhalterung eingebracht ist. Der Stoffschluss kann, geeignete Materialien vorausgesetzt, auch durch eine Schweißverbindung zwischen Zentralrad und Zentralradhalterung oder eine Lötverbindung zwischen Zentralrad und Zentralradhalterung erfolgen bzw. erfolgt sein. Eine Paarung eines Zentralrads und der Zentralradhalterung kann grundsätzlich derart ausgeführt sein, dass in einem Fall ein Zentralrad mit einer beispielhaften Innenverzahnung (Hohlrad) in eine Öffnung einer Zentralradhalterung eingesetzt ist oder alternativ im anderen Fall als Zentralrad, welches als Stirnrad ausgeführt ist, auf eine Zentralradhalterung aufgeschoben ist. Ein solches Zentralrad weist eine Verzahnungsseite auf, die für den Eingriff mit dem mindestens einen Umlaufrad vorgesehen ist. Die Verzahnungsseite kann beispielsweise nach radial innen gerichtet sein, kann aber auch in einer anderen Ausführung nach radial außen gerichtet sein. In Getriebebauformen mit Kegelrädern ist die Verzahnungsseite an einer anderen Stelle, die insbesondere an einer kegelstumpfmantelartigen Seite ist. Ein derartiges Zentralrad, ob als Hohlrad, Stirnrad oder Kegelrad weist insbesondere eine andere Seite auf, die nicht die Verzahnungsseite ist, an der die Messeinrichtung befestigt ist. Die andere Seite bei einem Hohlrad kann beispielsweise die der Verzahnung entgegengesetzte Seite sein (am nach radial außen gerichteten Rücken des Hohlrads) oder eine oder gegebenenfalls beide Stirnseiten am Hohlrad. Bei einem Stirnrad kann die andere Seite beispielsweise radial innen angeordnet sein oder auch hier an einer oder beiden Stirnseiten. Bei einem Kegelrad kommt als Position an der anderen Seite sowohl eine Position radial außen, oder radial innen oder auch auf einer drehaxialen Rückseite des Kegelrades in Frage. Allen gemeinsam ist, dass zwischen der Momentenstütze und einer Eingriffsstelle des mindestens einen Umlaufrads mit dem Zentralrad ein Kraftweg ist und die an der Seite befestigte Messeinrichtung an dem Kraftweg zwischen der Momentenstütze und der Eingriffsstelle des mindestens einen Umlaufrads angeordnet ist. Dadurch, dass die Messeinrichtung zwischen der Momentenstütze am Zentralrad und einer Eingriffsstelle des mindestens einen Umlaufrads angeordnet ist, wird eine Belastung des Zentralrads auch am Zentralrad ermittelt. Zudem ist es dadurch möglich, dass das Zentralrad fest und unverrückbar in der Zentralradhalterung befestigt sein kann. Dadurch werden insbesondere Verschleißerscheinungen zwischen Zentralrad und Zentralradhalterung vermieden, da eine Relativbewegung nicht möglich ist bzw. nicht vorgesehen ist. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Seite, an der die Messeinrichtung befestigt ist, eine Stirnseite des Zentralrads oder eine Seite des Zentralrads ist, die von einer Eingriffsseite des Zentralrads abgewandt ist. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass dadurch die Ermittlung der Messdaten durch die Messeinrichtung sehr präzise ausgeführt werden kann. Es kann so eine an einem Zahn des Zentralrads wirkende Kraft ermittelt werden. Mit dem Abrollen eines Umlaufrads über die Verzahnung des Zentralrads und dabei mit dem Rollen des Umlaufrads an der Messeinrichtung vorbei, ist sogar eine Drehrichtung ermittelbar und auch eine Drehgeschwindigkeit bzw. Geschwindigkeit, mit der sich eine Verzahnung eines Umlaufrads über eine Verzahnung des Zentralrads bewegt. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zentralradhalterung eine Nische aufweist, in der die Messeinrichtung angeordnet ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Messeinrichtung derartig in der Nische angeordnet ist, dass die Messeinrichtung - insbesondere unmittelbar - Veränderungen wie beispielsweise Verformungen des Zentralrads erfasst, die ohne - insbesondere direkten - Krafteinfluss von der Zentralradhalterung ist. D. h. beispielsweise, dass die Messeinrichtung nur Kontakt zu dem Zentralrad aufweist und nicht zur Zentralradhalterung.According to a first aspect of the invention, a transmission with a central wheel, in particular a ring gear or spur gear, is provided, at least one planetary gear being present, which meshes with the central wheel, the central wheel being accommodated in a central wheel holder. At least one torque support is formed between the central wheel and the central wheel holder, which is in particular a transmission housing. At least one measuring device is connected to the central wheel. This measuring device is used to provide measurement data during operation of the transmission. In particular in connection with a measuring device which has a so-called strain gauge, the measuring device provides, for example, different and changing values for measured electrical current through the strain gauge (s) as measured data. These different current values result from changing resistance values, ie changing resistance values of the strain gauge or strain gauges during operation are made available to an evaluation electronics in which the desired computing operations are carried out. The torque support mentioned can in particular be designed to be non-positive, so that, for example, the central wheel is fastened to the central wheel holder by means of an interference fit. Another form of torque support can be provided, for example, by a so-called positive fit, for example by a so-called spring being formed in the central wheel and this spring engaging in a groove in the gear housing, ie the gear holder. Such positive-locking devices can be arranged, for example, evenly distributed on the circumference of such a central wheel. Such torque supports can also be arranged unevenly on the circumference of the central wheel. The torque support between the central wheel and the central wheel holder can also be done by a so-called material bond. So can For example, the central wheel can be fixed in the central wheel holder in a cohesive manner, for example by introducing an adhesive into a joint between the central wheel and the central wheel holder. Provided that suitable materials are used, the material connection can also take place or be achieved by a welded connection between the central wheel and the central wheel holder or a soldered connection between the central wheel and the central wheel holder. A pairing of a central wheel and the central wheel holder can in principle be carried out in such a way that in one case a central wheel with an exemplary internal toothing (ring gear) is inserted into an opening of a central wheel holder or alternatively in the other case as a central wheel, which is designed as a spur gear, on a central wheel holder is postponed. Such a central wheel has a toothing side which is provided for engagement with the at least one planet wheel. The toothing side can be directed radially inward, for example, but can also be directed radially outward in another embodiment. In gear designs with bevel gears, the toothing side is at another location, which is in particular on a side that is like a truncated cone. Such a central gear, whether as a ring gear, spur gear or bevel gear, has in particular another side which is not the toothing side to which the measuring device is attached. The other side of a ring gear can be, for example, the side opposite the toothing (on the radially outward back of the ring gear) or one or possibly both end faces on the ring gear. In the case of a spur gear, the other side can be arranged radially on the inside, for example, or here on one or both end faces. In the case of a bevel gear, a position on the other side can be either a position radially outward or radially inward or also on a rotationally axial rear side of the bevel gear. Common to all is that there is a force path between the torque support and an engagement point of the at least one epicyclic gear with the central wheel and the measuring device attached to the side is arranged on the force path between the torque support and the engagement point of the at least one epicyclic gear. Because the measuring device is arranged between the torque support on the central wheel and an engagement point of the at least one planetary wheel, a load on the central wheel is also determined on the central wheel. In addition, it is thereby possible for the central wheel to be fixed firmly and immovably in the central wheel holder. As a result, signs of wear between the central wheel and the central wheel holder are avoided, since a relative movement is not possible or is not provided. According to a further aspect of the invention, it is provided that the side to which the measuring device is attached is an end face of the central wheel or a side of the central wheel that faces away from an engagement side of the central wheel. Such an arrangement has the advantage that it enables the measurement device to determine the measurement data very precisely. A force acting on a tooth of the central wheel can be determined in this way. With the rolling of an epicyclic wheel over the toothing of the central wheel and thereby with the rolling of the epicyclic wheel past the measuring device, it is even possible to determine a direction of rotation and also a rotational speed or speed with which a toothing of a planetary wheel moves over a toothing of the central wheel. According to a further aspect of the invention, it is provided that the central wheel holder has a niche in which the measuring device is arranged. In particular, it is provided that the measuring device is arranged in the niche in such a way that the measuring device detects - in particular directly - changes such as deformations of the central wheel which are without - in particular direct - force influence from the central wheel holder. I.e. for example, that the measuring device only has contact with the central wheel and not with the central wheel holder.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nische in der Zentralradhalterung in Umfangsrichtung einen ersten Rand und in Umfangsrichtung einen zweiten Rand aufweist und somit die Nische eine Umfangsbreite aufweist, die im Bezug zu einem Zentrum des Zentralrads - insbesondere dessen Drehachse - ein Winkelmaß aufweist, welches sich zwischen einem ersten Rand der Nische in Umfangsrichtung und einem zweiten Rand der Nische in Umfangsrichtung erstreckt. Darüber hinaus weist die Messeinrichtung eine Mitte auf und ist derart in der Nische angeordnet, dass ein Abstand der Mitte zu dem ersten Rand und ein Abstand der Mitte zu dem zweiten Rand ungleich sind. Ein Zentrum des Zentralrads kann beispielsweise in dem Fall, in dem das Zentralrad kreisförmig ist, ein Mittelpunkt bzw. der Mittelpunkt des Kreises sein. Als Kreis kommt beispielsweise ein typischer Teilkreis der Verzahnung und dessen Zentrum bzw. Mittelpunkt in Frage. Eine Mitte der Messeinrichtung kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, indem eine Mitte des relevanten Messabschnitts oder eine mittlere Lage verschiedener bzw. der Messabschnitte berücksichtigt wird. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Getriebe eine Mehrzahl von Umlaufrädern angeordnet ist. Insbesondere sind dabei zwei, drei, vier, fünf oder sechs Umlaufräder vorgesehen. Ein Vorteil einer derartigen Anzahl von Umlaufrädern besteht vor allem darin, dass Belastungen auf das Zentralrad oder ein weiteres Zentralrad im Bereich des Zentrums des Zentralrads (Sonnenrad) gleichmäßig verteilt werden kann bzw. wird. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anzahl der Messeinrichtungen zwei, drei, vier, fünf oder sechs Messeinrichtungen misst. Ein Vorteil von mehreren Messeinrichtungen besteht darin, dass letztlich zeitlich hoch aufgelöst festgestellt werden kann, wie die Entwicklung bzw. der Verlauf einer Drehzahl bzw. der Verlauf einer sich vor allem schnell ändernden Drehmomentübertragung an einer Position eines Umlaufrads ermittelt werden kann. Diesem Vorteil folgt ein weiterer Vorteil, wonach relativ früh festgestellt wird, ob ein beispielsweise maximales Drehmoment erreicht ist. Dementsprechend ist es beim Betrieb einer Maschine mit einem derartigen Getriebe und derartigen Messeinrichtungen möglich kurzfristig zu reagieren bzw. das Erreichen eines bestimmten Drehmoments festzustellen (maximales Drehmoment, minimales Drehmoment, Zieldrehmoment). Ferner wird durch eine hohe Anzahl an Sensoren die Redundanz erhöht. Viele Sensoren sorgen dafür, dass bei Empfang eines Signals an einem Sensor gleichzeitig oder mit einem zeitlichen Versatz an einem anderen Sensor ein weiteres Signal empfangen wird. Dadurch kann die Ermittlung der aktuellen Position der Planetenräder jederzeit erfolgen. Mit sinkender Anzahl an Sensoren sinkt hingegen die Genauigkeit der Erfassung der Lage oder Winkelgeschwindigkeit eines Sonnenrades, welche beispielsweise - insbesondere bei direkter Kopplung mit einem Rotor insbesondere einer elektrischen Maschine - für eine Lage oder Winkelgeschwindigkeit des Rotors stehen kann. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es auch möglich eine Lage bzw. Winkelgeschwindigkeit des Trägers bzw. Planetenträgers und damit auch einer Welle zu ermitteln, die durch den Träger bzw. Planetenträger angetrieben wird oder diesen treibt. Mit sinkender Anzahl an Sensoren sinken jedoch auch Auswerteaufwand und Kosten.According to a further aspect of the invention, it is provided that the niche in the central wheel holder has a first edge in the circumferential direction and a second edge in the circumferential direction, and thus the niche has a circumferential width that is an angular dimension with respect to a center of the central wheel - in particular its axis of rotation which extends between a first edge of the niche in the circumferential direction and a second edge of the niche in the circumferential direction. In addition, the measuring device has a center and is arranged in the niche such that a distance from the center to the first edge and a distance from the center to the second edge are unequal. A center of the central wheel can be a center point or the center point of the circle, for example, in the case in which the central wheel is circular. A circle, for example, is a typical pitch circle of the toothing and its center or center. A center of the measuring device can be determined, for example, by taking into account a center of the relevant measuring section or an average position of different or the measuring sections. According to a further aspect of the invention, it is provided that a plurality of planet wheels is arranged in the transmission. In particular, two, three, four, five or six planet gears are provided. An advantage of such a number of planetary gears is, above all, that loads on the central wheel or a further central wheel can or will be evenly distributed in the region of the center of the central wheel (sun wheel). According to a further aspect of the invention, it is provided that the number of measuring devices measures two, three, four, five or six measuring devices. On The advantage of several measuring devices is that it can ultimately be determined with a high temporal resolution how the development or the course of a rotational speed or the course of a torque transmission, which in particular changes rapidly, can be determined at a position of a planet wheel. This advantage is followed by a further advantage, after which it is determined relatively early whether, for example, a maximum torque has been reached. Accordingly, when operating a machine with such a transmission and such measuring devices, it is possible to react briefly or to determine when a certain torque has been reached (maximum torque, minimum torque, target torque). Furthermore, the redundancy is increased by a high number of sensors. Many sensors ensure that when a signal is received at one sensor, another signal is received at the same time or with a time offset at another sensor. As a result, the current position of the planet gears can be determined at any time. With a decreasing number of sensors, on the other hand, the accuracy of the detection of the position or angular speed of a sun wheel decreases, which can represent, for example, in particular when directly coupled to a rotor, in particular an electrical machine, a position or angular speed of the rotor. With the device according to the invention it is also possible to determine a position or angular velocity of the carrier or planet carrier and thus also a shaft which is driven by or drives the carrier or planet carrier. As the number of sensors decreases, however, the evaluation effort and costs also decrease.
Des Weiteren ist gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung vorgesehen, dass in Bezug zu dem Zentrum des mindestens einen Zentralrads ein Winkelabstand zweier Messeinrichtungen ungleich einem Winkelabstand zweier Umlaufräder ist. Ein derartiger Unterschied führt dazu, dass die an den Messeinrichtungen ermittelten Signale unsymmetrisch sind bzw. nicht gleichzeitig mit dem Überrollen von beispielsweise drei Umlaufrädern erzeugt werden. Vorteile einer derartigen Unsymmetrie sind eine höhere Messgenauigkeit bei der Positionserfassung der Planetenräder und verhältnismäßig kurze Messintervalle.Furthermore, according to a further aspect of the invention, it is provided that in relation to the center of the at least one central wheel, an angular distance between two measuring devices is not equal to an angular distance between two planet gears. Such a difference leads to the fact that the signals determined at the measuring devices are asymmetrical or are not generated simultaneously with the rolling over of, for example, three planetary gears. The advantages of such an asymmetry are a higher measuring accuracy in the position detection of the planet gears and relatively short measuring intervals.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ist vorgesehen, dass ein erster Winkelabstand zwischen zwei Messeinrichtungen ungleich einem zweiten Winkelabstand zwischen zwei Messeinrichtungen ist, wobei beide Winkelabstände ungleich einem Winkel sind, der ein Quotient aus 360 Winkelgraden und der Anzahl der Umlaufräder im Getriebe ist. Dies hat den Vorteil, dass eine Positionserfassung der Planetenräder möglich wird.According to a further aspect, it is provided that a first angular distance between two measuring devices is not equal to a second angular distance between two measuring devices, both angular distances being not equal to an angle which is a quotient of 360 angular degrees and the number of planet wheels in the transmission. This has the advantage that a position detection of the planet gears is possible.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Getriebe in einer elektrischen Maschine mit einer Ansteuerschaltung eingebaut ist bzw. angebaut ist, wobei die Ansteuerschaltung insbesondere als Umrichter oder Wechselrichter ausgeführt ist. Das Getriebe ist dabei im Antriebsstrang der elektrischen Maschine angeordnet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine angetrieben wird oder die elektrische Maschine antreibt (elektrogeneratorischer oder elektromotorischer Betrieb).According to a further aspect of the invention, it is provided that the transmission according to the invention is installed or installed in an electrical machine with a control circuit, the control circuit being designed in particular as a converter or inverter. The transmission is arranged in the drive train of the electrical machine. It can be provided that the electrical machine is driven or drives the electrical machine (electro-generator or electromotive operation).
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine beispielsweise eine Werkzeugmaschine ist, die insbesondere ein sogenannter Schrauber oder eine Bohrmaschine ist. Die elektrische Maschine kann auch eine Antriebsmaschine für ein Fahrzeug sein, wobei das Fahrzeug beispielsweise ein Elektrofahrzeug wie ein Kraftwagen mit drei, vier oder mehr Rädern ist oder ein Zweirad ist. Ein derartiges Zweirad kann beispielsweise auch ein elektromotorisch unterstütztes Fahrrad oder Motorrad sein.According to a further aspect of the invention, it is provided that the electrical machine is, for example, a machine tool, which is in particular a so-called screwdriver or a drilling machine. The electrical machine can also be a drive machine for a vehicle, the vehicle being, for example, an electric vehicle such as a motor vehicle with three, four or more wheels or a two-wheeler. Such a two-wheeler can, for example, also be an electric motor-assisted bicycle or motorcycle.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine Vorrichtung, die ein Getriebe in einer ersten Ausführung zeigt,
- 2 eine Querschnittsansicht nach der Linie II-II in 1,
- 3 eine prinzipielle Darstellung eines Planetenrades vor dem Überrollen des Abschnittes in dem die Messeinrichtung angeordnet ist,
- 4 eine prinzipielle Darstellung eines Planetenrades nach dem Überrollen des Abschnittes in dem die Messeinrichtung angeordnet ist,
- 5 eine abstrahierte Darstellung des Getriebes, wobei der Träger ein Umlaufrad in einer ersten Situation antreibt,
- 6 die Vorrichtung aus 5 und den der zugehörigen Antriebssituation nach dem Durchlaufen der Messeinrichtung
- 7 die Darstellung eines Getriebes, ausgeführt als ein Umlaufgetriebe, das heißt hier Planetengetriebe mit mehreren Messeinrichtungen,
- 8 beispielhafte Verläufe von Signalen dreier Messeinrichtungen in einer ersten Drehrichtung eines Zahnrades,
- 9 beispielhafte Verläufe von Signalen dreier Messeinrichtungen in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung eines Zahnrades.
Further advantages and expedient designs can be found in the description and the figures. Show it: - 1 a device showing a transmission in a first embodiment,
- 2 a cross-sectional view along the line II-II in 1 .
- 3 a basic representation of a planet gear before rolling over the section in which the measuring device is arranged,
- 4 a schematic representation of a planet gear after rolling over the section in which the measuring device is arranged,
- 5 an abstract representation of the transmission, the carrier driving a planet wheel in a first situation,
- 6 the device 5 and that of the associated drive situation after passing through the measuring device
- 7 the representation of a gear, designed as an epicyclic gear, that is here planetary gear with several measuring devices,
- 8th exemplary curves of signals from three measuring devices in a first direction of rotation of a gearwheel,
- 9 exemplary courses of signals from three measuring devices in a direction of rotation of a gear wheel opposite to the first direction of rotation.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same components are provided with the same reference symbols.
In 1 ist eine Vorrichtung 10 dargestellt, die verschiedene Teile aufweist. So ist in 1 links eine Maschine 13 gezeigt, die beispielsweise als elektrische Maschine ausgeführt sein kann. Als solche elektrische Maschine kann diese Maschine 13 beispielsweise als reiner Antrieb (Elektromotor) oder auch beispielsweise als Elektrogenerator ausgeführt sein. Die Maschine 13 kann aber auch derartig ausgeführt sein, dass diese je nach Betriebsart (antreiben bzw. angetrieben werden) zeitweilig als Antrieb (Elektromotor) und zeitweilig als getriebene Maschine (Elektrogenerator) betrieben wird. Um diese unterschiedlichen Betriebsweisen ermöglichen zu können, ist die Maschine 13 durch eine Ansteuerschaltung 15 ansteuerbar. Von dieser Maschine 13 geht ein Triebstrang 17 aus, der in ein Getriebe 20 hineingeführt ist. Dieser Triebstrang 17 ist aus dem Getriebe 20 herausgeführt und kann beispielsweise gemäß 1 ein Maschinenteil 23 antreiben. Dieses Maschinenteil 23 ist beispielsweise ein Teil einer Welle-Nabe-Verbindung oder beispielsweise ein Drehmomentübertragungsteil, welches beispielsweise als Zahnrad oder Riemenrad ausgeführt ist. Der Triebstrang 17 weist zwischen der Maschine 13 und dem Getriebe 20 eine Welle 25 auf, die auch als Eingangswelle bezeichnet werden kann. Mit dieser Welle 25 ist im Ausführungsbeispiel beispielsweise ein Zahnrad 27 drehfest verbunden, welches je nach Ausführung des Getriebes auch als Sonnenrad bezeichnet werden kann. In dieser Prinzipdarstellung sind um das Zahnrad 27 herum zwei Umlaufräder 29 dargestellt. Ein jedes Umlaufrad 29 ist über eine Achse 31 mit einem Träger 33 verbunden. Dieser Träger 33 kann beispielsweise auch als Planetenträger bezeichnet sein. Dieser Träger 33 ist drehfest mit einer Welle 35 verbunden. Über diese Welle 35 wird das beispielsweise bereits erwähnte Maschinenteil 23 angetrieben. Die Umlaufräder 29 kämmen nicht nur mit dem erwähnten Zahnrad 27, sondern sind auch derartig angeordnet, dass diese in ein Zentralrad 37 eingreifen. Das in 1 dargestellte Zentralrad kann auch als Hohlrad bezeichnet sein. Dieses Zentralrad 37 ist in einer Zentralradhalterung 39 aufgenommen. Diese Zentralradhalterung 39 kann beispielsweise ein sogenanntes Getriebegehäuse sein. Am Zentralrad 37 ist eine Messeinrichtung 40 befestigt. In 1 is a device 10 shown, which has different parts. So is in 1 a machine on the left 13 shown, which can for example be designed as an electrical machine. As such an electrical machine, this machine can 13 for example, as a pure drive (electric motor) or, for example, as an electric generator. The machine 13 However, it can also be designed such that it is operated temporarily as a drive (electric motor) and temporarily as a driven machine (electric generator) depending on the operating mode (driving or being driven). In order to enable these different modes of operation, the machine is 13 through a control circuit 15 controllable. From this machine 13 a drive train goes 17 from that into a gearbox 20 is introduced. This drive train 17 is out of gear 20 led out and can for example according to 1 a machine part 23 drive. This machine part 23 is, for example, part of a shaft-hub connection or, for example, a torque transmission part, which is designed, for example, as a toothed wheel or belt wheel. The drive train 17 points between the machine 13 and the transmission 20 a wave 25 on, which can also be called an input shaft. With this wave 25 is a gear in the exemplary embodiment 27 non-rotatably connected, which depending on the design of the gearbox can also be called a sun gear. In this schematic diagram are around the gear 27 around two planet wheels 29 shown. Each planet wheel 29 is about an axis 31 with a carrier 33 connected. This carrier 33 can also be referred to as a planet carrier, for example. This carrier 33 is rotatable with a shaft 35 connected. About this wave 35 becomes the machine part already mentioned, for example 23 driven. The planet gears 29 not only comb with the gear mentioned 27 , but are also arranged in such a way that they fit into a central wheel 37 intervention. This in 1 The central gear shown can also be referred to as a ring gear. This central wheel 37 is in a central wheel holder 39 added. This central wheel bracket 39 can be a so-called gear housing, for example. On the central wheel 37 is a measuring device 40 attached.
In 2 ist entsprechend der Linie II-II in 1 eine andere Ansicht auf die Vorrichtung 10 dargestellt. Während in der Darstellung nach 1 zwei Umlaufräder 29 dargestellt sind, die für mehr Umlaufräder 29 stehen können, zeigt die 2 die Ausführung der Vorrichtung 10 mit drei Umlaufrädern 29. Die von der Funktion im Getriebe drei verschiedenen Zahnräder, Zahnrad 27, Umlaufräder 29 und das Zentralrad 37, greifen - wie nachfolgend beschrieben - ineinander ein: Das Zahnrad 27, welches hier als Sonnenrad dient, weist eine Drehachse auf, die hier beispielhaft als ein Zentrum 42 dient. Das Zahnrad 27 weist einen Teilkreis 44 auf. Um dieses Zahnrad 27 herum sind - wie bereits erwähnt - drei Umlaufräder 29 angeordnet. Ein jedes Umlaufrad 29 weist eine Achse 31 auf, sowie ein Zentrum 46. Das Zentrum 46 fällt in diesem Fall mit der Drehachse des Umlaufrads 29 zusammen. Insgesamt lässt sich zwischen den Zentren 46 der drei Umlaufräder 29 und dem Zentrum 42 jeweils ein Strahl 48 einbeschreiben. Alle drei Strahlen 48 sind vom nächstgelegenen Strahl 48 um den Winkel α beabstandet. Dieser Winkel α entspricht hier 120 Winkelgraden. Ein jedes Umlaufrad 29 weist ebenfalls einen Teilkreis 50 auf. Auch das Zentralrad 27 weist einen Teilkreis 52 auf. Das Zahnrad 27 weist insgesamt drei Eingriffsstellen 54 auf, in denen es mit je einem Umlaufrad 29 wechselwirkt. Ein jedes Umlaufrad 29 hat ebenfalls mit dem Zentralrad 37 eine Eingriffsstelle 55. Am Außenumfang des Zentralrads 37 sind insgesamt drei Momentenstützen 57 ausgebildet. Diese drei Momentenstützen 57 weisen im Wesentlichen zwei Merkmale auf: Einerseits hat das Zentralrad 37 an dieser Stelle einen Vorsprung 58 und andererseits greift ein solcher Vorsprung 58 in eine Aufnahme 59 für einen solchen Vorsprung ein. Die Vorrichtung 10 weist darüber hinaus eine Messeinrichtung 40 auf. Diese Messeinrichtung 40 ist hier am Außenumfang des Zentralrads 37 angeordnet, welches hier als Hohlrad ausgebildet ist. Anders formuliert: Das Zentralrad 37 hat eine Verzahnungsseite 62, die zum Eingriff mit mindestens einem Umlaufrad 29 dient. In 2 is according to the line II-II in 1 another view of the device 10 shown. While in the illustration after 1 two planet wheels 29 are shown for more planet wheels 29 can stand, shows the 2 the execution of the device 10 with three planet wheels 29 , The function of the gear in the three different gears, gear 27 , Planetary gears 29 and the central wheel 37 , mesh - as described below: The gear 27 , which is used here as a sun gear, has an axis of rotation, which is shown here as a center 42 serves. The gear 27 has a pitch circle 44 on. To this gear 27 As already mentioned, there are three planet wheels around it 29 arranged. Each planet wheel 29 has an axis 31 on, as well as a center 46 , The center 46 in this case coincides with the axis of rotation of the planet wheel 29 together. Overall, it can be between the centers 46 of the three planet gears 29 and the center 42 one beam each 48 inscribed. All three rays 48 are from the closest beam 48 spaced by the angle α. This angle α corresponds here 120 Degrees. Each planet wheel 29 also has a pitch circle 50 on. The central wheel too 27 has a pitch circle 52 on. The gear 27 has a total of three points of intervention 54 on, where it has a planet gear 29 interacts. Each planet wheel 29 also has the central wheel 37 an intervention site 55 , On the outer circumference of the central wheel 37 are a total of three moment supports 57 educated. These three moment supports 57 have two main characteristics: On the one hand, the central wheel 37 a head start at this point 58 and on the other hand, such an advantage applies 58 in a recording 59 for such a head start. The device 10 also has a measuring device 40 on. This measuring device 40 is here on the outer circumference of the central wheel 37 arranged, which is designed here as a ring gear. In other words: the central wheel 37 has a gear side 62 that engage with at least one planet gear 29 serves.
Auf einer anderen Seite 64 des Zentralrads 37 ist die Messeinrichtung 40 befestigt. In diesem Fall ist die Seite 64 auf der Seite des Zentralrades 37 angeordnet, die der Verzahnungsseite 62 abgewandt ist. Man könnte an dieser Stelle bzw. bei diesem Ausführungsbeispiel die Seite 64 auch als Rückseite des Zentralrads 37 bezeichnen. Wie in 2 gut erkennbar ist, überträgt das auf einer umgangssprachlich so genannten 9-Uhr Position befindliche Umlaufrad 29 eine Kraft auf das Zentralrad 37. Wird die Welle 35 beispielsweise so angetrieben, dass diese entgegen dem Uhrzeigersinn dreht (Pfeil bei dem Umlaufrad 29 auf 9-Uhr Position), so überträgt das Umlaufrad 29 eine Kraft F29 auf das Zentralrad 37 an der Eingriffsstelle 55. Dies bedeutet, dass in den Momentenstützen 57 prinzipiell Gegenkräfte F57 aufgebracht werden müssen. Grundsätzlich wird in diesem Beispiel an allen drei Eingriffsstellen 55 je eine Eingriffskraft F29 eingeleitet. Dementsprechend werden in dieser vereinfachten Annahme von Momentenstützen 57 an den drei Momentenstützen 57 auch drei Momentenstützkräfte F57 auf das Zentralrad 37 ausgeübt. Greift man sich dabei beispielsweise den Abschnitt des Zentralrads 37 zwischen „9-Uhr-Position“ und „12-Uhr-Position“ heraus, so wird deutlich, was in diesem Viertelkreis des Zentralrads 37 passiert: Die bei der „9-Uhr-Position“ eingeleitete Eingriffskraft F29 drückt über einen Zahn oder mehrere dort vorhandene jedoch nicht gezeigte Zähne des Zentralrads 37 auf das Zentralrad 37 in Richtung zu der Momentenstütze 57 auf „12-Uhr-Position“. Dieses Drücken dieses Viertelkreises führt dabei auch zu einer Druckkraft in dem Abschnitt des Zentralrads 37, der sich radial innerhalb der Messeinrichtung 40, d. h. zwischen der Messeinrichtung 40 und dem Zentrum 42, befindet. Handelt es sich bei dieser Messeinrichtung beispielsweise um einen sogenannten Dehnmessstreifen, der mit der Seite 64 beispielsweise vollflächig durch eine Klebung verbunden ist, so wird auch diese Messeinrichtung entsprechend der mit der Druckkraft verbundenen Stauchung des Zentralrads 37 etwas gestaucht. Eine derartige Stauchung erkennt dann ein Auswerteelektrik 66, die mit der Messeinrichtung 40 elektrisch verbunden ist. Eine derartige Änderung bzw. Stauchung würde bzw. wird bei einem Dehnmessstreifen beispielsweise zu einer Widerstandsverringerung des Dehnmessabschnitts führen und somit als Stauchung erkannt werden. In Abhängigkeit von der Größe der Stauchung kann nach einer entsprechenden Kalibrierung der Vorrichtung 10 auf eine Größe eines Drehmoments M29 geschlossen werden, welches sich als Produkt aus der Länge des Radius R33 zwischen dem Zentrum 42 und der Eingriffsstelle 55 und der Eingriffskraft F29 ergibt. Unter der Annahme, dass alle Eingriffskräfte F29 und alle drei Radien R33 gleich groß sind, ergibt sich das Gesamtmoment M als Summe von drei Teildrehmomenten M29. Oder anders ausgedrückt: Für den Fall, dass diese Vorrichtung 10 nur eine Messeinrichtung 40 aufweist, die - wie in 2 dargestellt - zwischen zwei um 120 Winkelgrade beabstandeten Momentenstützen 57 angeordnet ist, würde beispielsweise angenommen werden, dass ein einer bestimmten Stauchung entsprechender Kraftwert verdreifacht würde, um rechnerisch unter Zuhilfenahme des Radius R37 zu dem Gesamtmoment M zu gelangen. Der Weg zwischen der Eingriffsstelle 55 und der auf der 12-Uhr-Position angeordneten Momentenstütze 57 ist eine sogenannter Kraftweg 68. Die Messeinrichtung 40 ist an der Seite 64 des Zentralrads 37 und damit an dem Kraftweg 68 zwischen der Momentenstütze 57 auf 12Uhr und der Eingriffsstelle 55 auf der 9-Uhr-Position des mindestens einen Umlaufrads 29 angeordnet. Wie bereits erwähnt, ist die Seite 64 eine Seite 64 des Zentralrads 37, die von einer Verzahnungsseite 62 des Zentralrads 37 abgewandt ist. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt, dass die Vorrichtung 10 bzw. das Getriebe 20 eine Mehrzahl n von Umlaufrädern 29 aufweist, die beispielsweise zwei (1) oder drei (2) ist. Typischerweise können auch vier, fünf oder sechs Umlaufräder 29 verwendet sein.On another side 64 of the central wheel 37 is the measuring device 40 attached. In this case, the page 64 on the side of the central wheel 37 arranged that the gear side 62 is turned away. One could use the page at this point or in this embodiment 64 also as the back of the central wheel 37 describe. As in 2 is clearly recognizable, transmits this on a colloquial so-called 9 - Clock position gear 29 a force on the central wheel 37 , Will the wave 35 For example, driven so that it rotates counterclockwise (arrow on the planet wheel 29 to 9 o'clock position), so the planet wheel transmits 29 a force F29 on the central wheel 37 at the point of intervention 55 , This means that in the moment supports 57 principally opposing forces F57 must be applied. Basically, in this example, at all three points of intervention 55 one engaging force each F29 initiated. Accordingly, in this simplified assumption of moment supports 57 on the three moment supports 57 also three moment support forces F57 on the central wheel 37 exercised. If you grab the section of the central wheel, for example 37 between " 9 -Clock position "and" 12 -Clock position ”, it becomes clear what is in this quarter circle of the central wheel 37 happens: The at the " 9 "Clock position" initiated engagement F29 presses over one tooth or several teeth of the central wheel which are present but not shown there 37 on the central wheel 37 towards the torque support 57 on " 12 -Uhr position ". This pressing this quarter circle also leads to a compressive force in the section of the central wheel 37 that is located radially inside the measuring device 40 , ie between the measuring device 40 and the center 42 , is located. If this measuring device is, for example, a so-called strain gauge with the side 64 is connected, for example, over the entire surface by an adhesive, this measuring device is also made in accordance with the compression of the central wheel connected with the pressure force 37 somewhat compressed. An evaluation electronics system then recognizes such a compression 66 that with the measuring device 40 is electrically connected. In the case of a strain gauge, such a change or compression would, for example, lead to a reduction in the resistance of the strain gauge section and thus be recognized as a compression. Depending on the size of the compression, the device can be calibrated accordingly 10 to a magnitude of a torque M29 be concluded, which is the product of the length of the radius R33 between the center 42 and the point of intervention 55 and the power of engagement F29 results. Assuming that all engaging forces F29 and all three radii R33 are equal, the total torque M is the sum of three partial torques M29 , In other words: in the event that this device 10 only one measuring device 40 has - as in 2 shown - between two torque columns spaced 120 degrees apart 57 arranged, it would be assumed, for example, that a force value corresponding to a certain compression would be tripled in order to be calculated with the aid of the radius R37 to arrive at the total moment M. The path between the point of intervention 55 and the one on the 12 -Clock position arranged torque support 57 is a so-called force path 68 , The measuring device 40 is on the side 64 of the central wheel 37 and thus on the power path 68 between the moment support 57 at 12 o'clock and the intervention site 55 at the 9 o'clock position of the at least one planet wheel 29 arranged. As already mentioned, the page is 64 a page 64 of the central wheel 37 from a gear side 62 of the central wheel 37 is turned away. This embodiment shows that the device 10 or the transmission 20 a plurality n of planet gears 29 which, for example, has two ( 1 ) or three ( 2 ) is. Typically, four, five or six planetary gears can also be used 29 be used.
Wie das Ausführungsbeispiel nach 1 bzw. 2 zeigt, kann vorgesehen sein, dass die Anzahl der Messeinrichtungen 40 ungleich der Anzahl der Umlaufräder 29 ist.Like the embodiment 1 respectively. 2 shows, it can be provided that the number of measuring devices 40 not equal to the number of planet gears 29 is.
In 3 ist prinzipiell eine Situation bezüglich der Kräfte und Momente dargestellt, wenn im Getriebe 20 das Umlaufrad 29 bzw. die Umlaufräder 29 durch die Welle 25 angetrieben werden. Das Antriebsmoment bzw. Drehmoment M291 ist ein Teil des gesamten Drehmoments 29, hier beispielsweise ein Drittel des gesamten Drehmoments M29, da bei diesem Beispiel von insgesamt drei Umlaufrädern 29 ausgegangen wird. In dieser Antriebssituation wälzen somit die Planetenräder bzw. Umlaufräder 29 am Innenumfang des Zentralrads 37 ab. Hier greifen Zähne 70 des Umlaufrads 29 in Zahnlücken 73 des Zentralrads 37 ein. Umgekehrt greifen Zähne 76 eines Zentralrads 37 in Zahnlücken 79 eines Umlaufrads 29 ein. Wird also nun das Umlaufrad 29 derartig angetrieben, dass ein Drehmoment 291 an diesem wirkt, so bewirkt dieses Moment M291 auf einen Zahn 76 die Kraft F291. Es wird hierbei abstrahiert, dass diese Kraft F291 je nach Anzahl der Zähne 70 bzw. 76, die gleichzeitig an einem Umlaufrad 25 in Eingriff sind, letztlich eine Summe von mehreren Einzelkräften in Umfangsrichtung des Zentralrads 37 ist. Befindet sich nun das Umlaufrad 29 noch bevor es die Messeinrichtung erreicht hat im Eingriff mit dem Zentralrad 37, d. h. bevor die Stelle „A“ erreicht ist, so wird auf das Zentralrad 37 zwischen der Momentenstütze 57 und der Eingriffsstelle 55 eine Zugkraft ausgeübt, die der Kraft F291 entspricht. Diese Zugkraft F291 bewirkt somit auf den Kraftweg zwischen der Momentenstütze 57 und der Eingriffsstelle 55 eine Zugbelastung bzw. Zugspannung und dementsprechend auch eine Zugbelastung auf die Messeinrichtung 40. Die Messeinrichtung 40, beispielsweise als der bereits erwähnte Dehnmessstreifen ausgeführt, dehnt sich mit, so dass einzelne Messabschnitte, die hier nicht dargestellt sind, sowohl gestreckt werden als auch sich die Querschnitte der einzelnen Messabschnitte verkleinern. Ein Widerstand der Messeinrichtung 40 erhöht sich somit. Eine an der Messeinrichtung 40 anliegende gleich bleibende elektrische Spannung führt somit bei der Messeinrichtung 40 zu einem von der Belastung durch die Kraft F291 abhängigen elektrischen Strom, der mit steigender Belastung sinkt. Dadurch wird in diesem Fall auf eine Kraft F291 und in Verbindung mit dem bereits erwähnten Radius R37 unter Berücksichtigung der Anzahl der Umlaufräder 29 auf ein auf das Zentralrad 37 wirkendes Drehmoment M37 geschlossen. Durch Berücksichtigung von Hebelverhältnissen, kann auf das Drehmoment, welches in Summe an dem Träger 33 wirkt, geschlossen werden. Mit dem Erreichen der Zähne 76, welche an einer Umfangsposition sind, die einer Umfangsposition der Messeinrichtung 44 entspricht, kann dann Schritt für Schritt bzw. Zahn für Zahn erkannt werden, dass das Umlaufrad 29 über die Messeinrichtung 40 bzw. die Zähne 76 hinweg abwälzt bzw. dreht. Ist also die Berechnung des Drehmoments so schnell, dass diese mit dem Überrollen der einzelnen Zähne 76 des Zentralrads 37 Zahn für Zahn eine Veränderung eines Widerstandswerts der Messeinrichtung 40 feststellt, so kann daraus die Position des Umlaufrads 29 relativ zur Messeinrichtung 40 ermittelt werden. Dementsprechend kann auch eine Abwälzgeschwindigkeit eines Umlaufrads 29 relativ zum Zentralrad 37 berechnet werden. Hieraus ergibt sich dann eine Drehzahl des Trägers 33, auf die durch die bekannten kinematischen und kinetischen Verhältnisse an einem derartigen Getriebe 20 geschlossen wird. Erreicht ein Zahn 70 des Umlaufrads 29 beispielsweise den ersten Zahn nach der Stelle B, d.h. den ersten Zahn außerhalb der Messeinrichtung 40, und damit außerhalb der Umfangslänge s der Messeinrichtung 40, welche zwischen den Stellen A und B verläuft bzw. bestimmt ist, so kann über die Messeinrichtung 40 bzw. durch Bestimmen der stofflichen Eigenschaften der Messeinrichtung 40 dann festgestellt werden, dass das Umlaufrad 29 nunmehr die Messstrecke zwischen den Stellen A und B verlassen hat. Unter idealisierten Annahmen bzw. Verhältnissen hat an dieser Stelle die Messeinrichtung 40 beispielsweise keine Belastung, die durch ein Umlaufrad 29 auf das Zentralrad 37 ausgeübt wird.In 3 In principle, a situation regarding the forces and moments is shown when in the transmission 20 the planet wheel 29 or the planet gears 29 through the wave 25 are driven. The drive torque or torque M291 is part of the total torque 29 , here for example a third of the total torque M29 , because in this example of a total of three planet gears 29 is assumed. In this drive situation, the planet gears or planet gears roll 29 on the inner circumference of the central wheel 37 from. Here teeth grasp 70 of the planetary wheel 29 in tooth gaps 73 of the central wheel 37 on. Conversely, teeth grip 76 a central wheel 37 in tooth gaps 79 of an epicyclic wheel 29 on. So now becomes the planet wheel 29 so driven that torque 291 acts on it, so this moment effects M291 on a tooth 76 the force F291 , It is abstracted here that this force F291 depending on the number of teeth 70 respectively. 76 that simultaneously on a planet gear 25 are engaged, ultimately a sum of several individual forces in the circumferential direction of the central wheel 37 is. The planetary wheel is now located 29 even before it has reached the measuring device in engagement with the central wheel 37 , ie before the position " A “Is reached, so the central wheel 37 between the moment support 57 and the point of intervention 55 exerted a tractive force that the force F291 equivalent. This traction F291 thus causes the force path between the moment support 57 and the point of intervention 55 a tensile load or tensile stress and, accordingly, a tensile load on the measuring device 40 , The measuring device 40 , for example as the already mentioned strain gauge, also stretches, so that individual measuring sections, which are not shown here, are both stretched and the cross sections of the individual measuring sections decrease. A resistance of the measuring device 40 thus increases. One on the measuring device 40 applied constant electrical voltage thus leads to the measuring device 40 to one from the burden of strength F291 dependent electrical current, which decreases with increasing load. Doing so will result in a force F291 and in connection with the radius already mentioned R37 taking into account the number of planet gears 29 on one on the central wheel 37 acting torque M37 closed. By taking into account leverage ratios, the torque, which in total on the carrier 33 acts to be closed. With reaching the teeth 76 which are at a circumferential position, that of a circumferential position of the measuring device 44 can then be recognized step by step or tooth for tooth that the planet wheel 29 via the measuring device 40 or the teeth 76 rolls or turns away. So the calculation of the torque is so fast that it rolls over the individual teeth 76 of the central wheel 37 Tooth for tooth a change in the resistance value of the measuring device 40 determines the position of the planetary gear 29 relative to the measuring device 40 be determined. Accordingly, a Gear speed of a planet wheel 29 relative to the central wheel 37 be calculated. This then results in a rotational speed of the carrier 33 on the known kinematic and kinetic conditions on such a transmission 20 is closed. Reaches a tooth 70 of the planetary wheel 29 for example the first tooth after the spot B , ie the first tooth outside the measuring device 40 , and thus outside the circumferential length s of the measuring device 40 which between the positions A and B runs or is determined, so the measuring device 40 or by determining the material properties of the measuring device 40 then be found that the epicyclic gear 29 has now left the measuring section between points A and B. The measuring device has at this point under idealized assumptions or conditions 40 for example, no load caused by a planet gear 29 on the central wheel 37 is exercised.
In 4 ist dargestellt, wie das Umlaufrad 29 in antreibender Weise den Kraftweg belastet, wenn dieses Umlaufrad 29 zwischen der Momentenstütze 57 und der Messeinrichtung 40 angeordnet ist. Es wird zwar weiterhin die Kraft F291 auf die Verzahnung des Zentralrads 37 übertragen, jedoch wird dann, wenn in Bezug auf 4 rechts von der Messeinrichtung 40 nicht nahe genug eine weitere Momentenstütze angeordnet ist, keine Druckbelastung auf die Messeinrichtung 40 ausgeübt. Insofern kann in der Situation, wie sie in 4 dargestellt ist, kein wesentlicher Wert mehr ermittelt werden. Ist jedoch in Bezug auf 4 rechts der Messeinrichtung 40 wiederum eine Momentenstütze 57 angeordnet, so würde bzw. wird eine Kraft F291 derartig auf den Kraftweg 68 ausgeübt, dass auch der entsprechende Abschnitt, an dem die Messeinrichtung 40 haftet, gestaucht wird. Diese Stauchung würde bzw. wird dann zu einem Stauchen der Messeinrichtung 40 und damit beispielsweise in dem Fall, in dem eine Messeinrichtung 40 als sogenannter Dehnmessstreifen ausgeführt ist, zu einem Stauchen der einzelnen Messabschnitte führen. Diese einzelnen Messabschnitte verkürzen sich dadurch und die Querschnitte der Messabschnitte werden zudem größer, so dass ein Widerstand in der Messeinrichtung verkleinert ist und dadurch durch Auswerten des Messstroms in der Messeinrichtung 40 auf eine Stauchung in einer bestimmten Länge und dadurch auf eine bestimmte Kraft F291 geschlossen werden kann. Über die bereits erwähnten Zusammenhänge kann somit im Zusammenhang mit der Darstellung nach 3 und der Darstellung nach 4 und der gegebenen Situation jeweils auf die Größe der Kraft F33 bzw. das Drehmoment M33 geschlossen werden. Aus dem zeitlichen Verlauf, d. h. dem Passieren der Eingriffsstelle 55 der Stelle A und dem Passieren der Eingriffsstelle 55 der Stelle B und der Kenntnis der Zeit der Passage und der Wegstrecke s kann letztlich auf die Geschwindigkeit des Umlaufrades 29 bzw. einer Drehgeschwindigkeit eines Trägers 33 geschlossen werden. Läuft beispielsweise das mindestens eine Umlaufrad 29 öfter an dieser einen Messeinrichtung 40 vorbei, d. h., dass das Umlaufrad 29 beispielsweise die Stelle A passiert, so kann auch über derartige Zeitpunkte auf die Drehzahl des Trägers 33 geschlossen werden. Dementsprechend kann selbstverständlich auf die Drehzahl der Welle 35 oder des Maschinenteils 23 geschlossen werden.In 4 is shown as the planet wheel 29 drivingly loaded the force path when this planet gear 29 between the moment support 57 and the measuring device 40 is arranged. It will continue to be the force F291 on the toothing of the central wheel 37 transferred, however, when in relation to 4 to the right of the measuring device 40 Another torque arm is not arranged close enough, no pressure load on the measuring device 40 exercised. In this respect, in the situation as in 4 is shown, no significant value can be determined. However, in terms of 4 to the right of the measuring device 40 again a moment support 57 arranged, then a force would F291 such on the Kraftweg 68 exercised that also the corresponding section on which the measuring device 40 sticks, is compressed. This upsetting would or will become an upsetting of the measuring device 40 and thus, for example, in the case where a measuring device 40 is designed as a so-called strain gauge, lead to compression of the individual measuring sections. These individual measuring sections are shortened as a result, and the cross sections of the measuring sections also become larger, so that a resistance in the measuring device is reduced and thus by evaluating the measuring current in the measuring device 40 to a compression of a certain length and thus to a certain force F291 can be closed. The context already mentioned can thus be used in connection with the presentation 3 and the representation 4 and the given situation depending on the size of the force F33 or the torque M33 getting closed. From the course of time, ie passing the point of intervention 55 point A and passing the point of intervention 55 The location B and knowledge of the time of the passage and the distance s can ultimately depend on the speed of the planet wheel 29 or a rotational speed of a carrier 33 getting closed. For example, runs the at least one planet wheel 29 more often on this one measuring device 40 over, that is, the planet gear 29 For example, the point A happens, so can also on such times on the speed of the carrier 33 getting closed. Accordingly, of course, the speed of the shaft 35 or the machine part 23 getting closed.
In 5 und 6 ist dargestellt, wie die Kräfte und Momentensituation am Getriebe 20 ist, wenn über den Träger 33 eine Antriebskraft F33 auf das Umlaufrad 29 und eine Kraft auf das Zentralrad 37 übertragen wird. So wird die Kraft F291 durch die Rechtsdrehung, d. h. die Drehung des Trägers 33 in die Drehrichtung üblicher Uhrzeiger, auf das Zentralrad 37 übertragen. Dabei wird durch den Träger 33 eine Kraft F33 auf das Umlaufrad 29 übertragen. Diese Kraft F33 führt dazu, dass beim Eingreifen eines oder mehrerer Zähne 70 in Summe einer Schubkraft F291 auf die Verzahnung des Zentralrads 37 übertragen wird. Diese Verzahnung überträgt diese Kraft F291 über den Kraftweg 68 auf die Momentenstütze 57. Dadurch wird der Kraftweg 68 komprimiert bzw. gestaucht und somit auch die Messeinrichtung 40 gestaucht. Dies führt dazu, dass die bereits erwähnten Messabschnitte der Messeinrichtung 40 im Falle von Messtreifen etwas komprimiert werden und somit die Länge dieser Messabschnitte kürzer und die Querschnitte dieser Messabschnitte im Querschnitt größer als vor der Stauchung sind. Daraus wird letztlich eine Kraft F291 ermittelt und aus den Zusammenhängen, die bereits geschildert wurden, wird beispielsweise ermittelt, ob das Getriebe 20 in der entsprechenden Situation über den Träger 33 angetrieben wird. Über die Größe der Kraft F291 kann ermittelt werden, wie hoch das Moment M33 ist. Dadurch, dass beispielsweise beim Durchlaufen dieser Messeinrichtung 40 eine Stauchung dieser Messeinrichtung 40 festgestellt wird, und diese Stauchung mit der Zeit, d. h. mit dem Durchlaufen der Strecke s von der Stelle A bis zur Stelle B somit kleiner wird, kann auch ausgewertet werden, in welcher Drehrichtung der Träger 33 dreht und dass das übertragene Drehmoment in diesem Fall über den Träger 33 auf das Getriebe 20 übertragen wird. Diese bedeutet in diesem Fall, dass von dem Maschinenteil 23 bzw. über die Welle 35 ein Drehmoment in das Getriebe 20 übertragen wird. Mit dem Überrollen der Messeinrichtung 40 und dem schrittweisen Entlasten der Messeinrichtung 40 mit der Bewegung der Eingriffsstelle 55 über die Messeinrichtung 40 in Richtung Stelle B, ist auch im Einzelnen die Geschwindigkeit der Eingriffsstelle 55 von Stelle A nach Stelle B ermittelbar und damit die Drehzahl des Umlaufrads 33.In 5 and 6 is shown how the forces and torque situation on the transmission 20 is when over the carrier 33 a driving force F33 on the planet gear 29 and a force on the central wheel 37 is transmitted. So will the strength F291 by the right turn, ie the rotation of the carrier 33 in the direction of rotation of usual clock hands, on the central wheel 37 transfer. This is done by the carrier 33 a force F33 on the planet gear 29 transfer. That power F33 leads to the engagement of one or more teeth 70 in the sum of a thrust F291 on the toothing of the central wheel 37 is transmitted. This interlocking transmits this force F291 about the Kraftweg 68 on the moment support 57 , This will make the force path 68 compressed or compressed and thus also the measuring device 40 compressed. This leads to the measuring sections of the measuring device already mentioned 40 in the case of measuring strips are somewhat compressed and thus the length of these measuring sections is shorter and the cross sections of these measuring sections are larger in cross section than before the compression. Ultimately, this becomes a force F291 determined and from the relationships that have already been described, it is determined, for example, whether the transmission 20 in the appropriate situation about the carrier 33 is driven. About the size of the force F291 can determine how high the moment M33 is. Because, for example, when passing through this measuring device 40 a compression of this measuring device 40 is determined, and this upsetting with time, ie with the passage of the route s from the spot A down to position B, it can also be evaluated in which direction of rotation the carrier 33 rotates and that the transmitted torque in this case via the carrier 33 on the gearbox 20 is transmitted. In this case, this means that of the machine part 23 or over the wave 35 a torque in the transmission 20 is transmitted. By rolling over the measuring device 40 and the gradual unloading of the measuring device 40 with the movement of the point of intervention 55 via the measuring device 40 towards the spot B , is also the speed of the point of intervention 55 from position A after job B can be determined and thus the speed of the planet wheel 33 ,
Die Ausführungen zu den Bewegungsabläufen zwischen einem Zahnrad bzw. Umlaufrad 29 und einer Zahnstange bzw. einem Zentralrad 37 sind grundsätzlich auf die bereits erwähnte Anordnung eines Zahnrads auf einer Zahnstange übertragbar.The explanations of the motion sequences between a gear or planetary gear 29 and a rack or a central wheel 37 are basically transferable to the already mentioned arrangement of a gear on a rack.
In 7 ist gezeigt, wie in einer Zentralradhalterung 39, die hier praktisch ein Getriebegehäuse darstellt, das Zentralrad 37 als Hohlrad ausgeführt ist. Dieses Hohlrad bzw. Zentralrad 37 weist ebenfalls ein Zentrum 42 auf, das auch ein Zentrum des Zahnrads 27 ist, welches hier als Sonnenrad ausgeführt ist. Das Hohlrad bzw. Zentralrad 37 hat hier eine Verzahnungsseite 62 mit Zähnen 76 und Zahnlücken 79. Zwischen dem Zahnrad 27 und im Zentralrad 37 greifen beidseitig insgesamt drei Umlaufräder 29 ein, die hier als Planetenräder ausgeführt sind. Diese Umlaufräder 29.1, 29.2 und 29.3 sind in Bezug auf das Zentrum 42 gleichwinklig beabstandet (120 Winkelgrade). Durch den Träger 33 werden die drei Zahnräder bzw. Umlaufräder 29 geführt. Am Außenumfang des Zentralrads 37 befinden sich insgesamt drei Messeinrichtungen 40, die an Messpositionen M1, M2 und M3 angeordnet sind. Die Messeinrichtungen 40 weisen jeweils eine Mitte 80.1, 80.2 bzw. 80.3 auf. Diese Mitten 80.1, 80.2 bzw. 80.3 sind jeweils eine Mitte der Messeinrichtung 40, die für die Bestimmung der zu messenden Eigenschaften eine Mitte in Umfangsrichtung des Zentralrads 37 sein soll. Ausgehend von der Mitte 80.1 der Messposition M1 zu der Mitte 80.2 der Messposition M2 liegt in Bezug auf das Zentrum 42 ein Winkelabstand von β1 vor. Zwischen der Messposition M2 bzw. der Mitte 80.2 und der Messposition M3 und deren Mitte 80.3 liegt in Bezug auf das Zentrum 42 ein Winkel β2 vor.In 7 is shown as in a central wheel holder 39 , which here practically represents a gearbox, the central wheel 37 is designed as a ring gear. This ring gear or central gear 37 also has a center 42 on that is also a center of the gear 27 is, which is designed here as a sun gear. The ring gear or central gear 37 has a gear side here 62 with teeth 76 and tooth gaps 79 , Between the gear 27 and in the central wheel 37 grip a total of three planet gears on both sides 29 a, which are designed here as planet gears. These planet gears 29.1 . 29.2 and 29.3 are in relation to the center 42 equally spaced (120 degrees). By the carrier 33 the three gears or planet gears 29 guided. On the outer circumference of the central wheel 37 there are a total of three measuring devices 40 that at measurement positions M1 . M2 and M3 are arranged. The measuring devices 40 each have a center 80.1 . 80.2 respectively. 80.3 on. These centers 80.1 . 80.2 respectively. 80.3 are each a center of the measuring device 40 , a center in the circumferential direction of the central wheel for the determination of the properties to be measured 37 should be. Starting from the middle 80.1 the measuring position M1 to the middle 80.2 the measuring position M2 lies in relation to the center 42 an angular distance of β1. Between the measuring position M2 or the middle 80.2 and the measurement position M3 and their middle 80.3 lies in relation to the center 42 an angle β2 before.
Wie erwähnt, ist der Winkel α zwischen den Radien R33 des Trägers 33 zwischen den Zentren 46 und dem Zentrum 42 jeweils gleich groß. Das heißt, die Winkel α sind alle 120 Winkelgrade groß. Dagegen ist vorgesehen, dass die Winkel β1 und β2 jeweils ungleich dem Wert α sind. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Winkel β1 und β2 untereinander ungleich sind. Das heißt, dass in Bezug zu dem Zentrum 42 des mindestens einen Zentralrads 37 ein Winkelabstand β1, β2 dreier Messeinrichtungen 40.1, 40.2, 40.3 ungleich einem Winkelabstand α zweier Umlaufräder 29 ist. Im Beispiel nach 7 ist der Winkelabstand β1 100 Winkelgrade und der Winkel β2 90 Winkelgrade. Alternativ könnte der Wert β1 beispielsweise auch 115 Winkelgrade betragen und der Winkelabstand β2 95 Winkelgrade. Des Weiteren sei darauf aufmerksam gemacht, dass die Messeinrichtung 40 bzw. 40.1, 40.2 und 40.3 jeweils in Nischen 83 angeordnet sind, die in der Zentralradhalterung 39 eingebracht sind. Die Nische 83 an der Messposition M1 hat die Bezeichnung 83.1, die Nische an der Messposition M2 hat die Bezeichnung 83.2 und die Nische der Messposition M3 hat die Bezeichnung 83.3. Die Zentralradhalterung 39 hat somit eine Nische 83.1, 83.2, 83.3 bzw. 83, in der die Messeinrichtung 40, 40.1, 40.2, 40.3 angeordnet ist. Eine jede Nische 83 hat in Umfangsrichtung des Zentralrads 37 jeweils einen Rand, der hier allgemein mit der Bezugszahl 86 bezeichnet ist. Je nach Lage des Rands 86 und Messposition M1, M2, M3 bzw. ob dieser potentiell eher Druck oder Zug ausgesetzt ist, sind diese Ränder hier bei der Messposition M1 mit 86.1d und 86.1z, bei der Messposition M2 mit 86.2d, 86.2z oder 86.3d bzw. 86.3z bezeichnet. Somit weist die Nische 83 bzw. 83.1 in der Umfangsrichtung einen ersten Rand 86.1d und in Umfangsrichtung einen zweiten Rand 86.1z auf. Die zweite Nische 83 bzw. 83.2 weist in Umfangsrichtung ebenfalls einen ersten Rand 86.2d und in Umfangsrichtung einen zweiten Rand 86.2z auf. Die dritte Nische 83 bzw. 83.3 weist in Umfangsrichtung einen ersten Rand 86.3d und in Umfangsrichtung einen zweiten Rand 86.3z auf. Eine jede Nische 83, d. h. die Nischen 83.1, 83.2 und 83.3, weist jeweils eine Umfangsbreite zwischen einem ersten Rand und einem zweiten Rand auf. Diese Umfangsbreite weist in Bezug zu dem Zentrum 42 des Zentralrads 37 ein Winkelmaß µ1, µ2, µ3 zwischen einem ersten Rand 86.1d, 86.2d, 86.3d der Nische 83.1 bzw. 83.2 bzw. 83.3 in Umfangsrichtung und einen zweiten Rand 86.1z, 86.2z, 86.3z der Nische 83.1, 83.2, 83.3 in Umfangsrichtung auf. Eine jede Messeinrichtung 40, 40.1, 40.2, 40.3 weist eine Mitte M1, M2, M3 auf und ist derartig in der Nische 83, 83.1, 83.2, 83.3 angeordnet, dass ein Abstand der Mitte M1, M2, M3 zu dem ersten Rand 86.1d, 86.2d, 86.3d und ein Abstand der Mitte M1, M2, M3 zu dem zweiten Rand 86.1z, 86.2z, 86.3z ungleich sind. Die Nischen 83, 83.1, 83.2, 83.3 sind dazu da, dass zwischen deren Rändern keine Kraft vom Zentralrad 37 auf die Zentralradhalterung 39 übertragen werden kann. Dies deshalb, weil dadurch die Messeinrichtungen 40 die Belastungen in einem Kraftweg 68 ungestört aufnehmen können. Die Größe der Nische 83 wird letztlich zu einer bestimmten Charakteristik der zu messenden Zug- bzw. Druckspannungen und ist daher ein Parameter, um die einzelnen Messstellen zu optimieren. Im Beispiel nach 7 sollen die Messeinrichtungen 40 in einer jeweiligen Nische 83.1, 83.2 bzw. 83.3 nicht mittig angeordnet sein.As mentioned, the angle is α between the radii R33 of the carrier 33 between the centers 46 and the center 42 each the same size. This means that the angles α are large every 120 degrees. In contrast, it is provided that the angle β1 and β2 are not equal to the value α. It also provides that the angle β1 and β2 are unequal to each other. That means that in relation to the center 42 of the at least one central wheel 37 an angular distance β1 . β2 three measuring devices 40.1 . 40.2 . 40.3 not equal to an angular distance α two planet wheels 29 is. In the example after 7 is the angular distance β1 100 degrees and the angle β2 90 degrees. Alternatively, the value could be β1 for example, 115 degrees and the angular distance β2 95 degrees. Furthermore, it should be noted that the measuring device 40 respectively. 40.1 . 40.2 and 40.3 each in niches 83 are arranged in the central wheel holder 39 are introduced. The niche 83 at the measuring position M1 has the label 83.1 , the niche at the measurement position M2 has the label 83.2 and the niche of the measurement position M3 has the label 83.3 , The central wheel bracket 39 thus has a niche 83.1 . 83.2 . 83.3 respectively. 83 in which the measuring device 40 . 40.1 . 40.2 . 40.3 is arranged. Every niche 83 has in the circumferential direction of the central wheel 37 one margin each, generally with the reference number here 86 is designated. Depending on the location of the edge 86 and measuring position M1 . M2 . M3 or whether this is potentially exposed to pressure or tension, these edges are here at the measuring position M1 With 86.1d and 86.1z , at the measurement position M2 With 86.2d . 86.2z or 86.3d respectively. 86.3z designated. Thus the niche points 83 respectively. 83.1 a first edge in the circumferential direction 86.1d and a second edge in the circumferential direction 86.1z on. The second niche 83 respectively. 83.2 also has a first edge in the circumferential direction 86.2d and a second edge in the circumferential direction 86.2z on. The third niche 83 respectively. 83.3 has a first edge in the circumferential direction 86.3d and a second edge in the circumferential direction 86.3z on. Every niche 83 , ie the niches 83.1 . 83.2 and 83.3 , has a circumferential width between a first edge and a second edge. This circumferential width points in relation to the center 42 of the central wheel 37 an angle measure μ1 . μ2 . μ3 between a first edge 86.1d . 86.2d . 86.3d the niche 83.1 respectively. 83.2 respectively. 83.3 in the circumferential direction and a second edge 86.1z . 86.2z . 86.3z the niche 83.1 . 83.2 . 83.3 in the circumferential direction. Any measuring device 40 . 40.1 . 40.2 . 40.3 has a middle M1 . M2 . M3 and is like that in the niche 83 . 83.1 . 83.2 . 83.3 arranged that a distance from the center M1 . M2 . M3 to the first edge 86.1d . 86.2d . 86.3d and a distance from the middle M1 . M2 . M3 to the second edge 86.1z . 86.2z . 86.3z are unequal. The niches 83 . 83.1 . 83.2 . 83.3 there is no force from the central wheel between their edges 37 on the central wheel holder 39 can be transferred. This is because the measuring equipment 40 the loads in a force path 68 can record undisturbed. The size of the niche 83 ultimately becomes a specific characteristic of the tensile or compressive stress to be measured and is therefore a parameter for optimizing the individual measuring points. In the example after 7 should the measuring devices 40 in a respective niche 83.1 . 83.2 respectively. 83.3 not be arranged in the middle.
Nachfolgend wird auf verschiedene Betriebszustände einer Vorrichtung 10 mit einem Getriebe 20 eingegangen.Various operating states of a device are discussed below 10 with a gear 20 received.
In 8 sind beispielhafte Verläufe von Signalen dreier Dehnmessstreifen wiedergegeben. Diese Verläufe orientieren sich an einer Anordnung nach 7, wobei von einer Anordnung der Messeinrichtungen 40 ausgegangen wird, die nicht mittig in den Nischen 83 angeordnet sind. Insoweit unterscheiden sich die Verläufe von Signalen dreier Dehnmessstreifen von den Verläufen der Signale der Messeinrichtungen, wie sie entsprechend einer Vorrichtung mit mittiger Anordnung nach 7 zu erwarten wären. In 8 sind drei Kurven dargestellt. Die durchgezogene Kurve s80.1 steht für den Verlauf des Signals (Stromverlauf) in der Messeinrichtung 40.1 an der Messposition M1. Die gestrichelte Kurve s80.2 steht entsprechend für den Verlauf des Messsignals in der Messeinrichtung 40.2 an der Messposition M2. Die punktiert dargestellte Linie s80.3 steht entsprechend für den Verlauf von Signalen in der Messeinrichtung 40.3 an der Messposition M3. Positive Werte stehen hier für in der Messeinrichtung 40 gemessene Zugspannungen, negative Werte für gemessene Druckspannungen.In 8th exemplary curves of signals from three strain gauges are shown. These courses are based on an arrangement 7 , with an arrangement of the measuring devices 40 is assumed that is not in the middle of the niches 83 are arranged. In this respect, the courses of signals of three strain gauges differ from the courses of the signals of the measuring devices, as they correspond to a device with a central arrangement 7 would be expected. In 8th three curves are shown. The solid curve s80.1 stands for the course of the signal (current course) in the measuring device 40.1 at the measuring position M1 , The dashed curve s80.2 stands accordingly for the course of the measurement signal in the measuring device 40.2 at the measuring position M2 , The dotted line s80.3 stands accordingly for the course of signals in the measuring device 40.3 at the measuring position M3 , Here, positive values stand for in the measuring device 40 measured tensile stresses, negative values for measured compressive stresses.
Die Signale ergeben sich aus einem Aufbau, wie er in der 7 dargestellt ist und entsprechend der dort beschriebenen Drehung des Zahnrads 27 (Sonnenrad, Drehung im Uhrzeigersinn), Drehung der Umlaufräder 29 bzw. 29.1, 29.2, 29.3 gegen den Uhrzeigersinn. Bei der angegebenen Drehung des Zahnrads 27 und der Umlaufräder 29 überrollt zunächst das Umlaufrad 29.1 die Messeinrichtung 40.1 und bewirkt dort zunächst eine Zugspannung in der Messeinrichtung 40.1 und nach dem Passieren der Mitte 40.1 der Messeinrichtung 40.1 wird durch das Planetenrad bzw. Umlaufrad 29.1 in der Messeinrichtung 40. 1 eine Druckspannung bewirkt. Danach wird der gleiche Vorgang durch das Umlaufrad 29.2 in der Messeinrichtung 40.2 bewirkt. Schließlich wird die gleiche Belastung (Zugspannung, Druckspannung) durch das Umlaufrad 29.3 in der Messeinrichtung 40.3 bewirkt. Aufgrund der ungleichmäßi9gen Anordnung der einzelnen Messeinrichtungen 40.1, 40.2, 40.3 ergeben sich die in 8 gut erkennbaren Gruppen von Signalen in den Messeinrichtungen 40 durch die einzelnen Umlaufräder. Die zugehörige Bezugszahl des jeweiligen ein Signalmaximum auslösenden Umlaufrads ist eingetragen. Zwischen einem letzten Maximum in der Messeinrichtung 40.3 und dem nächsten Maximum in der Messeinrichtung 40.1 ist ein verhältnismäßig großer Abstand. Die Höhe der gemessenen Signale ist ein Maß für das anliegende Drehmoment. Dabei kann der Signalverlauf bzw. der jeweils vorliegende Wert eines einzelnen Signals sowohl für ein anliegendes Drehmoment an der Verzahnungsseite 62 des Zentralrads 37, z. B. ermittelt werden (3 * F29 * R37, 4) oder entsprechend den üblichen Gesetzmäßigkeiten in einem Planetengetriebe auch das Drehmoment, welches an einem Träger 33 bewirkt wird (3 * F33 * R46).The signals result from a structure such as that in the 7 is shown and according to the rotation of the gear described there 27 (Sun gear, clockwise rotation), rotation of the planet gears 29 respectively. 29.1 . 29.2 . 29.3 counter clockwise. At the specified rotation of the gear 27 and the planet gears 29 first rolls over the planet wheel 29.1 the measuring device 40.1 and there first causes a tensile stress in the measuring device 40.1 and after passing the middle 40.1 the measuring device 40.1 is through the planet gear or planet gear 29.1 in the measuring device 40 , 1 causes a compressive stress. After that, the same process is done by the planet gear 29.2 in the measuring device 40.2 causes. Finally, the same load (tensile stress, compressive stress) is imposed by the planet gear 29.3 in the measuring device 40.3 causes. Due to the non-uniform arrangement of the individual measuring devices 40.1 . 40.2 . 40.3 arise in the 8th well recognizable groups of signals in the measuring devices 40 through the individual planet gears. The associated reference number of the respective planet wheel triggering a signal maximum is entered. Between a last maximum in the measuring device 40.3 and the next maximum in the measuring device 40.1 is a relatively large distance. The level of the measured signals is a measure of the applied torque. The signal curve or the respectively present value of an individual signal can be used both for an applied torque on the toothing side 62 of the central wheel 37 , e.g. B. can be determined (3 * F29 * R37, 4 ) or according to the usual laws in a planetary gear, the torque that is on a carrier 33 is effected (3 * F33 * R46).
Aus dem zeitlichen Verlauf der Signale s80.1, s80.2, s80.3 kann zudem auf die Umlaufgeschwindigkeit der Umlaufräder 29 geschlossen werden. Hierzu ermittelt beispielsweise eine hier nicht dargestellte Berechnungseinheit den zeitlichen Abstand dts80.1max zwischen zwei Maxima im Verlauf s80.1 des Signals in der Messeinrichtung 40.1, welcher beispielsweise für ein Drittel einer vollen Umdrehung des Trägers 33 steht. Unter der Annahme, dass die eben erwähnte Zeitdauer zwischen den beiden Maxima ein Drittel einer Sekunde dauert, bedeutet dies, dass der Träger 33 eine Sekunde für eine Umdrehung benötigt. Dies bedeutet, dass der Träger 33 eine Drehzahl von 60 Umdrehungen pro Minute aufweist. Aus diesem zeitlichen Verlauf kann auch auf die Umlaufgeschwindigkeit bzw. der einzelnen Umlaufräder 29 und damit auch auf die Drehzahl des Zahnrads 29 (Sonnenrad), welche beispielsweise unmittelbar für eine Drehzahl der Maschine 13 und deren hier nicht näher bezeichneten Rotor steht. Dies gilt hierbei ganz besonders, wenn das Zentralrad 37 ortsfest ist. Wie bereits erwähnt, kann die Unsymmetrie der Signale der einzelnen Messeinrichtungen 40 dadurch erzeugt werden, indem die Messeinrichtungen 40 nicht mittig zwischen den Rändern 86 einer Nische 83 angeordnet sind.From the course of the signals over time s80.1 . s80.2 . s80.3 can also on the speed of rotation of the planet gears 29 getting closed. For this purpose, for example, a calculation unit, not shown here, determines the time interval dts80.1max between two maxima in the course s80.1 of the signal in the measuring device 40.1 which, for example, for a third of a full revolution of the carrier 33 stands. Assuming that the time period just mentioned takes a third of a second between the two maxima, this means that the wearer 33 one second for one revolution. This means that the carrier 33 has a speed of 60 revolutions per minute. This course of time can also be used to determine the rotational speed or the individual epicyclic wheels 29 and thus also on the speed of the gear 29 (Sun gear), which, for example, directly for a speed of the machine 13 and whose rotor is not specified here. This is especially true when the central wheel 37 is stationary. As already mentioned, the asymmetry of the signals of the individual measuring devices can 40 thereby generated by the measuring devices 40 not in the middle between the edges 86 a niche 83 are arranged.
In 9 sind beispielhafte Verläufe von Signalen dreier Dehnmessstreifen bzw. Messeinrichtungen 40.1, 40.2, 40.3 in einer der für die Erstellung der 8 verwendeten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung eines Zahnrades dargestellt. Mit der Umkehrung der Drehrichtung wird sich das erwähnte Vorzeichen der Signale eindeutig umkehren. Während im Beispiel gemäß 8 die Abfolge der Signale sich immer in der Reihenfolge 1, 2, 3 ergibt, d. h. zuerst ein Signal der Messeinrichtung 40.1, dann ein Signal der Messeinrichtung 40.2 und dann ein Signal der Messeinrichtung 40.3 folgt, wird sich bei umgekehrter Drehrichtung die Abfolge 3, 2, 1 einstellen, d. h. dem Signal s80.3 der Messeinrichtung 40.3 folgt das Signal s80.2 der Messeinrichtung 40.2 und dieser der Verlauf des Signals s80.1 der Messeinrichtung 40.1. Die Angabe „folgt“ bezieht sich hierbei insbesondere auf die Anordnung in einem Signalpaket, d. h. der Signalverläufe, die insbesondere durch größere zeitliche Nähe der einzelnen Maxima oder Minima gekennzeichnet ist. Im Beispiel gemäß 8 in Verbindung mit 7 ergibt sich immer eine Reihenfolge nach dem Muster 1, 2, 3, d.h. zunächst wird ein Signal von Messeinrichtung 80.1 erfasst, danach ein Messsignal von Messeinrichtung 80.2 und zuletzt ein Messsignal von Messeinrichtung 80.3. Danach erfolgt eine Messlücke bis es zu einer Wiederholung des oben beschriebenen Vorgangs kommt. Die zugehörige Bezugszahl des jeweiligen ein Signalmaximum auslösenden Umlaufrads ist eingetragen. Ausgehend von einem Anfangszustand gem. 7 erhält man also in folgender zeitlicher Reihenfolge Messsignale:
- Messsignal der Messeinrichtung 40.1 ausgelöst durch Planetenrad 29.1
- Messsignal der Messeinrichtung 40.2 ausgelöst durch Planetenrad 29.2
- Messsignal der Messeinrichtung 40.3 ausgelöst durch Planetenrad 29.3
- Messsignal der Messeinrichtung 40.1 ausgelöst durch Planetenrad 29.2
- Messsignal der Messeinrichtung 40.2 ausgelöst durch Planetenrad 29.3
- Messsignal der Messeinrichtung 40.3 ausgelöst durch Planetenrad 29.1
- Messsignal der Messeinrichtung 40.1 ausgelöst durch Planetenrad 29.3
- Messsignal der Messeinrichtung 40.2 ausgelöst durch Planetenrad 29.1
- Messsignal der Messeinrichtung 40.3 ausgelöst durch Planetenrad 29.2
- Danach wiederholt sich der Ablauf.
In 9 are exemplary courses of signals from three strain gauges or measuring devices 40.1 . 40.2 . 40.3 in one of the for creating the 8th opposite direction of rotation of a gear used. When the direction of rotation is reversed, the sign of the signals mentioned will be reversed. While in the example according to 8th the sequence of signals is always in the order 1 . 2 . 3 results, ie first a signal from the measuring device 40.1 , then a signal from the measuring device 40.2 and then a signal from the measuring device 40.3 follows, the sequence will change when the direction of rotation is reversed 3 . 2 . 1 adjust, ie the signal s80.3 the measuring device 40.3 the signal follows s80.2 the measuring device 40.2 and this is the course of the signal s80.1 the measuring device 40.1 , The statement "follows" refers in particular to the arrangement in a signal packet, ie the signal curves, which is characterized in particular by the greater temporal proximity of the individual maxima or minima. In the example according to 8th combined with 7 there is always an order according to the pattern 1 . 2 . 3 , ie first a signal from the measuring device 80.1 recorded, then a measurement signal from the measuring device 80.2 and finally a measurement signal from the measuring device 80.3 , Then there is a measurement gap until the process described above is repeated. The associated reference number of the respective planet wheel triggering a signal maximum is entered. Starting from an initial state according to 7 measurement signals are obtained in the following chronological order: - Measurement signal from the measuring device 40.1 triggered by planet gear 29.1
- Measurement signal from the measuring device 40.2 triggered by planet gear 29.2
- Measurement signal from the measuring device 40.3 triggered by planet gear 29.3
- Measurement signal from the measuring device 40.1 triggered by planet gear 29.2
- Measurement signal from the measuring device 40.2 triggered by planet gear 29.3
- Measurement signal from the measuring device 40.3 triggered by planet gear 29.1
- Measurement signal from the measuring device 40.1 triggered by planet gear 29.3
- Measurement signal from the measuring device 40.2 triggered by planet gear 29.1
- Measurement signal from the measuring device 40.3 triggered by planet gear 29.2
- Then the process is repeated.
Somit ist die Drehrichtung eines Zahnrads 27 (beispielsweise Sonnenrad) oder eines Trägers 33 eindeutig erkennbar, sobald mindestens zwei unterschiedliche Signale erfasst worden sind. Insbesondere gilt dies im Fall von konstanten Drehzahlen. Im Fall von zunehmenden oder abnehmenden Drehzahlen wird sich die Breite der Lücken dynamisch verändern, wodurch die Auswertung etwas komplizierter wird.So the direction of rotation of a gear 27 (e.g. sun gear) or a carrier 33 clearly recognizable as soon as at least two different signals have been detected. This applies in particular in the case of constant speeds. In the case of increasing or decreasing speeds, the width of the gaps will change dynamically, which makes the evaluation somewhat more complicated.
Grundsätzlich wird durch die Auswertung einer Frequenz der Signalverläufe auf eine Drehzahl - insbesondere der Drehzahl des Trägers 33 - geschlossen. Des Weiteren wird aus der Abfolge der Signale des Dehnmessstreifens bzw. der Messeinrichtungen 40 auf die Drehrichtung - insbesondere des Trägers 33 - geschlossen. Aus der Amplitude der Signale des Dehnmessstreifens bzw. der Messeinrichtungen 40 wird auf ein Drehmoment und aus einem Signalverlauf eines Einzelpulses (8, 9) wird auf die Richtung („Polarität“) des Drehmoments geschlossen.Basically, the evaluation of a frequency of the signal curves for a speed - in particular the speed of the carrier 33 - closed. Furthermore, the sequence of the signals of the strain gauge or the measuring devices 40 on the direction of rotation - especially of the carrier 33 - closed. From the amplitude of the signals of the strain gauge or the measuring devices 40 is based on a torque and a signal curve of a single pulse ( 8th . 9 ) is inferred about the direction ("polarity") of the torque.
Wie aus den 8 und 9 ersichtlich ist, kann eine eineindeutige Zuordnung der Planetenräder 29.1, 29.2 und 29.3 nicht durchgeführt werden, da diese jeweils das gleiche nach außen sichtbare Signal abgeben.Like from the 8th and 9 can be seen, a unique assignment of the planet gears 29.1 . 29.2 and 29.3 not be carried out, since they each emit the same externally visible signal.
Je mehr Messeinrichtungen 40 verwendet werden, desto früher kann die Position der Planetenräder und die Drehrichtung bestimmt werden und desto höher ist die zeitliche Auflösung der einzelnen Signalverläufe s80. Entsprechend der Darstellung nach 9 ändert sich im Signalverlauf s80 grundsätzlich die Richtung der Signalverläufe bzw. Ausschläge. D. h., dass für einen jeden Verlauf eine positive Halbwelle und eine negative Halbwelle (8) sozusagen um die Zeitachse gespiegelt wird. Ein jeder Signalverlauf s80 beginnt somit mit einem negativen Ausschlag, also mit einer Schubspannung, was durch die Umkehr des Drehmoments begründet ist.The more measuring devices 40 are used, the earlier the position of the planet gears and the direction of rotation can be determined and the higher the temporal resolution of the individual signal curves s80 , According to the illustration 9 changes in the waveform s80 basically the direction of the signal curves or deflections. This means that a positive half-wave and a negative half-wave ( 8th ) is mirrored around the time axis, so to speak. Every waveform s80 thus begins with a negative deflection, i.e. with a shear stress, which is due to the reversal of the torque.
Das hier vorgestellte Prinzip des beschriebenen Verfahrens und des Aufbaus der Vorrichtung ist grundsätzlich auch mit nur zwei Messeinrichtungen 40 und mit gewissen Einschränkungen auch mit nur einer Messeinrichtung 40 realisierbar. Die zuvor erläuterte Ausführung mit drei Messeinrichtungen 40 ist daher vorteilhafter.The principle of the described method and the construction of the device presented here is basically also with only two measuring devices 40 and with certain restrictions with only one measuring device 40 realizable. The previously explained version with three measuring devices 40 is therefore more advantageous.
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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DE 102012200334 A1 [0001, 0002]DE 102012200334 A1 [0001, 0002]
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DE 102008054508 A1 [0003]DE 102008054508 A1 [0003]
