DE19609793A1

DE19609793A1 - Sensoreinrichtung für ein stufenloses Getriebe

Info

Publication number: DE19609793A1
Application number: DE1996109793
Authority: DE
Inventors: Bernhard Fesler; Ralf Vorndran
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: Batavia Transmission LLC
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 1997-09-18

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Sensoreinrichtung für ein stufenloses Getriebe nach Anspruch 1. Die Wirkungs weise eines stufenlosen Getriebes und eine mögliche Art und Anordnung von Sensoren zur Drehzahlmessung und Überset zungsmessung ist in der deutschen Offenlegungsschrift 44 09 738 beschrieben. Die in dieser Schrift vorgeschlagene Anordnung hat den Nachteil, daß zwei Geberräder an zwei räumlich getrennten Orten im Getriebe angeordnet werden müssen und daß die Drehrichtung nicht erkannt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der Sen soreinrichtung zu schaffen, die mit einem Geberrad auskommt und die Drehrichtung erkennt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Das der Erfindung zugrunde liegende stufenlose Getrie be ist aus jeweils einer ortsfesten und einer axial beweg lichen Primär- und Sekundärkegelscheibe sowie einem die Ke gelscheiben umschlingenden Kraftübertragungselement aufge baut. Letzteres kann als Schubgliederband, Riemen oder Ket te ausgebildet sein. Das Übersetzungsverhältnis ist von dem Eingriffsradius des Kraftübertragungselements auf den Ke gelscheiben abhängig. Die jeweils spiegelbildlich koaxial gegenübergestellten Primär- bzw. Sekundärkegelscheiben zei gen mit den Kegelmantelflächen zueinander, d. h. ihr Abstand ist innen am kleinsten und außen am größten. Das die Kegel scheiben umschlingende Kraftübertragungselement hat eine konstante, definierte Breite. Der Kegelwinkel von Primär- und Sekundärkegelscheiben ist konstant und bei beiden gleich. Das bedeutet, der Eingriffsradius des Kraftübertra gungselements auf den Kegelscheiben ändert sich linear mit der Änderung des axialen Abstandes zwischen jeweils den Primär- bzw. Sekundärkegelscheiben. In dem Maße, in dem der Eingriffsradius des Kraftübertragungselements auf der Pri märkegelscheibe zunimmt, d. h. der axiale Abstand dieser Scheiben abnimmt, nimmt der Eingriffsradius des Kraftüber tragungselements auf der Sekundärkegelscheibe ab, d. h. der axiale Abstand dieser Scheiben nimmt zu, da das Kraftüber tragungselement eine konstante Länge aufweist. Das bedeu tet, der axiale Abstand eines Kegelscheibenpaares, oder bei raumfester Anbringung einer Kegelscheibe die axiale Posi tion der zweiten, axial beweglichen Kegelscheibe, bestimmt das Übersetzungsverhältnis. Dieses kann damit über die axiale Lage einer der beweglichen Kegelscheiben gemessen werden.

Zum Messen der Drehrichtung und Drehzahl von den den Kegelscheiben zugeordneten Getriebewellen und des Überset zungsverhältnisses des Getriebes ist auf dem Umfang eines Geberrades, das mit einer der beweglichen Kegelscheiben verbunden und zu dieser koaxial angeordnet ist, oder auf dieser Kegelscheibe selbst eine Struktur aufgebracht. Diese Struktur wird von zwei Sensoren abgetastet, die nebenein ander in einem axialen Abstand größer der axialen Ver schiebbarkeit der Kegelscheiben gegenüber diesen raumfest angebracht sind. Bei einer günstig gewählten Struktur läßt sich damit die Drehzahl und über die Veränderung der Struk tur in axialer Richtung die Drehrichtung und die axiale Position der Kegelscheibe und damit das Übersetzungsver hältnis des Getriebes bestimmen. Denn der Eingriffsradius des Kraftübertragungselements auf den Kegelscheiben ist von der axialen Position der beweglichen Kegelscheibe abhängig. Durch den Eingriffsradius des Kraftübertragungselements bei einem Kegelscheibenpaar ist der Eingriffsradius des anderen wegen der konstanten Länge des Kraftübertragungselements bestimmt und damit auch das Verhältnis der Radien, d. h. das Übersetzungsverhältnis des Getriebes.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht diese Struktur in dem Bereich, der von dem ersten Sensor erfaßt wird, aus axial verlaufenden Linien gleichen Abstandes, d. h. die Struktur gleicht derer eines Zahnrades mit Geradverzahnung. In dem Bereich, der von dem zweiten Sensor erfaßt wird, besteht sie aus schraubenförmig verlau fenden Linien gleichen Abstandes, d. h. die Struktur gleicht derer eines Zahnrades mit Schrägverzahnung. Vor teilhaft können die beiden Linien an der Grenze zwischen den beiden Bereichen zusammentreffen. Die axiale Ausdehnung der einzelnen Strukturbereiche ist größer als die Summe von der axialen Breite des jeweils von einem Sensor erfaßten Gebiets und der maximalen axialen Verschiebungslänge der beweglichen Kegelscheibe.

Beim Umlaufen der Kegelscheibe detektiert der erste Sensor ein Signal mit einer bestimmten Frequenz und Phase. Die Frequenz ist proportional zur Umlaufgeschwindigkeit, die Phase ist unabhängig von der axialen Lage der bewegli chen Kegelscheibe, da die Linien der Struktur axial verlau fen. Der zweite Sensor detektiert ein Signal mit derselben Frequenz. Die Phase ist abhängig von der axialen Lage der beweglichen Kegelscheibe, da die Linien der Struktur schraubenförmig verlaufen. Die axiale Lage der beweglichen Kegelscheibe ist linear von der Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen abhängig. Die relative Lage der axial und der schraubenförmig verlaufenden Linien zueinander und die Steigung der schraubenförmigen Struktur sind so dimen sioniert, daß die Phasenverschiebung für alle axiale Lagen der Kegelscheibe je nach Drehrichtung zwischen -180° und 0 oder zwischen 0 und 180° beträgt. Durch das Vorzeichen der Phasenverschiebung ist die Drehrichtung bestimmt. Die Über setzung läßt sich anhand der axialen Position von einer Kegelscheibe berechnen, d. h. sie ist durch den Betrag der Phasenverschiebung bestimmt.

Diese Struktur kann eine optisch erkennbare sein, die von optischen Sensoren detektiert wird.

Sie kann aber auch als magnetische Struktur ausgebil det sein, die von magnetischen Sensoren detektiert wird.

Diese Sensoren können beispielsweise Induktionsspulen sein, in denen ein Induktionsspannungssignal hervorgerufen wird, wenn eine Linie der magnetischen Struktur die Spule passiert. Die magnetische Struktur kann vorzugsweise auf magnetisiert sein, oder ein magnetisches Material besitzt eine Formstruktur. Vorteilhaft kann auch ein magnetisches Material auf ein Geberrad als Struktur aufgebracht werden.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Er findung ist neben der Induktionsspule ein Permanentmagnet angebracht. Das Geberrad besitzt dabei eine Struktur unter schiedlicher Magnetisierbarkeit oder eine Formstruktur und besteht aus einem magnetisierbaren Material. Die Linien der Struktur wirken dabei als magnetisches Joch, wenn sie die Spule und den Permanentmagneten passieren.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung besteht das Geberrad aus einem magnetisierbaren Material und be sitzt eine Formstruktur. Die Spule ist stromdurchflossen und erzeugt damit ein Magnetfeld. Passiert eine Linie der Struktur die Spule, so ändert sich die Permeabilität und damit das Magnetfeld. Diese führt in der Spule zu einer induzierten Gegenspannung, die den Spulenstrom ändert. Durch eine geeignete Schaltung läßt sich ein Signal abneh men.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung besteht das Geberrad aus einem elektrisch leitenden Material und besitzt eine Formstruktur. Die Spule ist mit Wechselstrom beschaltet und erzeugt damit ein magnetisches Wechselfeld. Passiert eine Linie der Struktur die Spule, so wirkt sie als Gegeninduktivität und ändert damit die Gesamtinduktivi tät. Durch eine geeignete Schaltung läßt sich ein Signal abnehmen. Die Spule kann z. B. in einem Schwingkreis ge schaltet sein, beim Einwirken der Strukturlinie, d. h. der Gegeninduktivität, ändert sich die Resonanzfrequenz.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung besteht das Geberrad aus einem elektrisch leitenden Material und besitzt eine Formstruktur. Alternativ besteht das Geberrad aus einem elektrisch leitenden Material und besitzt eine Struktur aus einem aufgebrachten Dielektrikum. Diese Struk turlinien des Geberrades wirken als Gegenkapazität eines kapazitiven Sensors. Letzteres kann als metallische Schicht oder Metallplättchen, das als Kondensatorplatte wirkt, aus gebildet sein. Beim Passieren einer Linie ändert sich die Kapazität und damit die Ladung des kapazitiven Sensors. Der Ladestrom kann als Signal herangezogen werden.

In Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 ein stufenloses Getriebe mit Kegelscheiben und einem Geberrad;

Fig. 2 die Struktur des Geberrades in dem Wir kungsbereich der Sensoren und

Fig. 3 die von Sensoren aufgenommenen Signale.

Fig. 1 zeigt ein Geberrad 1, das an einer axial beweg lichen Kegelscheibe 2 eines stufenlosen Getriebes ange bracht ist. Sensoren 3, 4 tasten eine Struktur 5 auf dem Außenmantel des Geberrades 1 ab.

In Fig. 2 ist diese Struktur 5 dargestellt. Im Bereich 5.1 des ersten Sensors 3 besteht diese Struktur 5 aus axial verlaufenden Linien gleichen Abstandes, d. h. die Struk tur 5 gleicht derer eines Zahnrades mit Geradverzahnung. Im Bereich 5.2 des zweiten Sensors 4 besteht diese Struktur 5 aus schraubenförmig verlaufenden Linien gleichen Abstandes, d. h. die Struktur 5 gleicht derer eines Zahnrades mit Schrägverzahnung. An der Grenze zwischen den beiden Berei chen 5.1, 5.2 treffen die beiden Linien zusammen. Die axia le Ausdehnung der einzelnen Bereiche 5.1, 5.2 ist größer als die Summe von der axialen Breite des jeweils von einem Sensor 3, 4 erfaßten Gebiets und der maximalen axialen Ver schiebungslänge der beweglichen Kegelscheibe 2. Läuft das Geberrad 1 um seine Achse um, so erzeugen die Linien der Struktur 5 in einer idealisierten Betrachtung in den Senso ren 3, 4 ein Rechtecksignal 6. Da an der Trennfläche von dem Bereich 5.1 mit "Geradverzahnung" zu dem Bereich 5.2 mit "Schrägverzahnung"die Linien mit ursprünglich axialem Verlauf mit schraubenförmigen Verlauf fortgeführt werden, erreichen sie den zweiten Sensor 4, der im Vergleich zum ersten Sensor 3 axial verschoben angeordnet ist, je nach Drehrichtung zu einem früheren oder späteren Zeitpunkt. Das bedeutet, je nach Drehrichtung eilt das Rechtecksignal 6 des zweiten Sensors 4 voraus oder hinkt hinterher. Der Be trag der Phasenverschiebung zwischen den Signalen von dem ersten Sensor 3 und dem zweiten Sensor 4 ist ein Maß für die axiale Verschiebung der Kegelscheibe 2 und damit ein Maß für den Eingriffsradius des Kraftübertragungselements 7 und damit für die Übersetzung.

Die Drehrichtung der Kegelscheibe 2 ist durch das Vorzei chen der Phasenverschiebung bestimmt. Die Frequenz des Si gnals gibt Aufschluß über die Drehzahl der Kegelscheibe 2.

Bezugszeichenliste

1 Geberrad
2 Kegelscheibe
3 Sensor
4 Sensor
5 Struktur
5.1 Bereich
5.2 Bereich
6 Rechtecksignal
7 Kraftübertragungselement.

Claims

1. Sensoreinrichtung für ein stufenloses Getriebe, das aus jeweils einer ortsfesten und einer axial beweglichen Primär- und Sekundärkegelscheibe sowie einem die Kegel scheiben (2) umschlingenden Kraftübertragungselement (7) aufgebaut ist, und dessen Übersetzungsverhältnis von der axialen Position der beweglichen Kegelscheiben (2), die den Eingriffsradius des Kraftübertragungselements (7) festlegt, abhängig ist, zum Erfassen der Drehrichtung und Drehzahl von den den Kegelscheiben (2) zugeordneten Getriebewellen und des Übersetzungsverhältnisses, dadurch gekenn zeichnet, daß das auf dem Umfang eines Geberra des (1), das mit einer beweglichen Kegelscheibe (2) verbun den und zu diesem koaxial angeordnet ist, oder auf dieser Kegelscheibe (2) selbst eine Struktur (5) aufgebracht ist, die von zwei Sensoren (3, 4), die nebeneinander in einem axialen Abstand größer der axialen Verschiebbarkeit der Ke gelscheiben (2) gegenüber diesen raumfest angebracht sind, abgetastet wird, und anhand derer sich die Drehzahl und über die Veränderung der Struktur (5) in axialer Richtung die Drehrichtung und das Übersetzungsverhältnis des Getrie bes bestimmen läßt.

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß diese Struktur (5) im Be reich (5.1) des ersten Sensors (3) aus axial und im Bereich (5.2) des zweiten Sensors (4) aus schraubenförmig verlau fenden Linien gleichen Abstandes besteht, wobei die Dreh zahl anhand der Frequenz des Liniendurchgangs und die axia le Position der Kegelscheibe (2) und indirekt damit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes anhand der Phasenver schiebung zwischen den Signalen der beiden Sensoren (3, 4) für den Liniendurchgang und die Drehrichtung anhand des Vorzeichens der Phasenverschiebung bestimmt wird.

3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Struk tur (5) von optischen Sensoren (3, 4) detektiert wird.

4. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine magnetische Struk tur (5) von magnetischen Sensoren (3, 4) detektiert wird.

5. Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß auf dem Geberrad (1) eine magnetische Struktur (5) aufgebracht oder herausgearbeitet ist, die in einer Induktionsspule als Sensor (3, 4) ein Spannungssignal erzeugt.

6. Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß auf dem Geberrad (1) eine Struktur (5) aus magnetisierbarem Material aufgebracht oder herausgearbeitet ist und von Sensoren (3, 4) detektiert wird, wobei die Struktur ein magnetisches Joch im Zusammen wirken mit einer Induktionsspule als Sensor (3, 4) und ei nem daneben angeordneten Permanentmagneten bildet, das den magnetischen Fluß durch die Induktionsspule kanalisiert und damit in dieser ein Spannungssignal erzeugt wird.

7. Sensoreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß auf dem Geberrad (1) eine Struktur (5) aus magnetisierbarem Material aufgebracht oder herausgearbeitet ist, die bei jeweils einer stromdurchflos senen Spule als Sensor (3, 4) die Permeabilität ändert und durch die damit verbundene Änderung des Magnetfeldes eine Gegenspannung in der Spule induziert, die den Spulenstrom ändert und damit ein Signal erzeugt wird.

8. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Geberrad (1) eine Struktur (5) aus metallischem Material aufgebracht oder herausgearbeitet ist oder auf einem Metall eine Struk tur (5) aus einem Dielektrikum aufgebracht oder herausge arbeitet ist, die als Gegenkapazität für jeweils einen ka pazitiven Sensor (3, 4), beispielsweise eine Kondensator platte, wirkt und durch Änderung der Kapazität ein Lade stromsignal in dem kapazitiven Sensor (3, 4) erzeugt.