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Dokumentenidentifikation DE19918542A1 26.10.2000
Titel Vorrichtung zum genauen Messen der Drehzahl eines rotierenden Bauteils
Anmelder ZF Friedrichshafen AG, 88046 Friedrichshafen, DE
Erfinder Marschall, Tilo, 88677 Markdorf, DE
DE-Anmeldedatum 23.04.1999
DE-Aktenzeichen 19918542
Offenlegungstag 26.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2000
IPC-Hauptklasse G01P 3/481
Zusammenfassung Das Verfahren zum genauen Messen der Drehzahl eines rotierenden Bauteils, wobei dieses mit einem Meßnormal und einem in der Nähe des Meßnormals angeordneten Sensor versehen ist, der ein Meßfenster aufweist und der mit einer Auswerteschaltung verbunden ist, besteht darin, dass das Meßfenster in Richtung der vorbeilaufenden Markierungen als Funktion der Drehzahl des Bauteiles variierbar ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum genauen Messen der Drehzahl eines rotierenden Bauteils, insbesondere der Abtriebswelle eines Automatgetriebes für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Vorrichtungen zum Erfassen der Drehzahl eines rotierenden Bauteils sind vielfältig bekannt. So beschreibt die DE-A-40 38 284 ein Verfahren zur Erfassung der Position und der Bewegungsrichtung translatorisch oder rotatorisch bewegter Teile eines Aggregates, das aus einem Drehantrieb des Aggregates Zählimpulse in drehrichtungcodierte Impulsfolgen oder Zählimpulse mit drehrichtungscodierter Form ableitet. Dazu ist eine mit dem Drehantrieb verbundene Scheibe vorgesehen, auf der ein Ring aus einer vorbestimmten Anzahl in Folge angeordneter Marken ausgebildet ist. Neben der Scheibe befindet sich im Bereich des Ringes ein auf diese Marken ansprechender Sensor, insbesondere ein Hallelement.

Es ist auch bekannt, die Drehzahl und die Drehrichtung eines Drehantriebes mittels zweier um 90° zueinander versetzter Sensoren zu ermitteln. Dazu wird zentrisch auf der Drehantriebsachse ein mit dieser drehfest verbundener N-Smagnetisierter Ringmagnet angeordnet. Bei Rotation des Ringmagneten werden die beiden seitlich des Ringmagneten angeordneten Sensoren jeweils von einem veränderlichen Magnetfeld durchsetzt. Die an den beiden Sensoren dabei auftretenden Magnetfeldänderungen werden mittels einer Auswerteschaltung in zwei um 90° zueinander versetzte binäre Impulsfolgen umgesetzt. Durch Zählen der Impulsanzahl pro Zeiteinheit kann die Drehzahl und durch Vergleich der beiden Impulsfolgen die Drehrichtung des Drehantriebes bestimmt werden.

Schließlich beschreibt die DE-A-42 33 549 ein Verfahren zum Erfassen der Drehzahl und der Drehrichtung eines Drehantriebes unter Verwendung eines mit dem Drehantrieb drehfest verbundenen signalgebenden oder signalverändernden Elementes, eines Sensors, sowie einer elektronischen Auswerteeinheit, beispielsweise für Fensterheber und Schiebedächer in Kraftfahrzeugen, wobei bei Rotation des signalgebenden oder signalverändernden Elements ein periodisches drehrichtungscodiertes Signal entsteht, das vom Sender erfaßt und der elektronischen Auswerteeinheit zugeführt wird. Das periodische drehrichtungscodierte Signal weist dabei mindestens einen Extremwert auf, wobei bei Annäherung von unterschiedlichen Seiten an den Extremwert unterschiedlich ansteigende bzw. abfallende Signalamplituden vorliegen und/oder bezüglich einer 360°-Periode die Extremwerte ungleichmäßig verteilt sind mit einer Teilung, die ungleich dem Verhältnis von 360° zu der Anzahl der Extremwerte ist. Das signalgebende Element ist bei diesem bekannten Verfahren ein Permanentmagnet, der bei Rotation ein drehrichtungscodiertes Magnetfeld am Sensor erzeugt.

Bei der Erfassung von Drehzahlen mit den herkömmlichen Vorrichtungen bzw. Verfahren treten jedoch noch Fehler durch fertigungsbedingte Toleranzen an den Meßnormalen auf, beispielsweise Zahnrädern, Zählscheiben oder Polräder. Diese systematischen Fehler haben einen direkten Einfluß auf die Genauigkeit des Drehzahlsignals, die in einigen Fällen größer als die tolerierbare Genauigkeitsforderung an die Drehzahlmessung ist.

Insbesondere bei der Messung der Drehzahl der Abtriebswelle eines Automatgetriebes für Kraftfahrzeuge wird üblicherweise innerhalb einer festen Meßfensters T die Anzahl i und die Länge tp der Signalimpulse von einem Drehzahlsensor bestimmt. Mit Hilfe dieser Meßwerte wird die Drehzahl durch eine bestimmte Formel berechnet.

Für sehr hohe Genauigkeitsansprüche müssen jedoch die Fertigungstoleranzen für die Meßnormale immer weiter eingeengt werden. Bei hohen Genauigkeitsanforderungen stößt man dabei schnell an die Grenzen einer wirtschaftlichen Herstellung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine hochgenaue Messung der Drehzahl eines rotierenden Bauteils, insbesondere der Abtriebswelle eines Automatgetriebes für Kraftfahrzeuge, mit sehr hoher Genauigkeitsanforderung und ohne Einengung fertigungsbedingter Toleranzen der Meßnormale ermöglicht.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung, die sich insbesondere für die Drehzahlmessung in Automatgetrieben für Kraftfahrzeuge eignet, ermöglicht eine einfach anwendbare Messung, ohne Einengung der Fertigungstoleranzen, bei geringer Anforderung an die erlaubte Meßzeit. Sie schlägt zu diesem Zweck vor, dass das Bauteil mit einem Meßnormal in Form einer Vielzahl entlang seines Umfangs gleichmäßig verteilten Markierungen versehen ist, wobei in der Nähe des Meßnormals ein Sensor angeordnet ist, der ein Meßfenster aufweist, und der mit einer Auswerteschaltung verbunden ist, welcher bei jedem Vorbeilauf einer Markierung des Meßnormals am Sensor ein Signal zugeführt wird. Das Meßfenster ist erfindungsgemäß in Richtung der vorbeilaufenden Markierungen (bzw. entgegengesetzt dieser Richtung) als Funktion der Drehzahl des Bauteils variierbar.

Das Meßfenster ist dabei für eine gegebene Drehzahl des Bauteils dergestalt variierbar, daß der Sensor immer eine 360°-Umdrehung des Bauteils erfaßt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet weiterhin den Vorteil, daß Meßfehler durch Geometrieabweichungen wie Rundlauf- oder Teilungsfehler des Meßnormals prinzipiell vermieden werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 eine bekannte Vorrichtung zur Messung der Drehzahl eines rotierenden Bauteils;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Sensors mit dem Meßfenster und

Fig. 3 das erfindungsgemäß ausgestattete Meßfenster für die Vorrichtung.

In Fig. 1 sind schematisch die wichtigsten Bauteile einer herkömmlichen Vorrichtung zur Messung der Drehzahl eines rotierenden Bauteils dargestellt, wobei mit 1 ein Meßnormal bezeichnet ist, das hierbei aus einem Polring mit einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten, gleichmäßig verteilten N-S-Magneten besteht, wobei dieser Polring 1 fest mit einem sich drehenden Bauteil, z. B. einer Welle verbunden ist. Neben dem Meßnormal 1 ist ein Sensor 2 angeordnet, beispielsweise ein Hallsensor, der ein festes Meßfenster T aufweist und der die Anzahl i und die Länge tp der Signalimpulse bestimmt, die durch den Vorbeilauf der einzelnen Magnete des Polrings 1 erzeugt werden. Mit Hilfe dieser Meßwerte kann die Drehzahl nach der folgenden Formel bestimmt werden:





wobei

i die Anzahl der vollen Perioden im Meßfenster T,

z die Teilung des Meßnormals und

tp die Dauer der vollen Perioden im Meßfenster T

ist.

Fig. 2 zeigt eine vergrößere Darstellung der auftretenden Signale 3 am Sensor, wobei mit 4 das Meßfenster bezeichnet ist, dessen sich in Vorbeilaufrichtung bzw. entgegen der Vorbeilaufrichtung der einzelnen Markierungen des Polrades erstreckende Dimension mit T bezeichnet ist.

Mit I, II, III sind die vollen Perioden i bezeichnet, die im Meßfenster T gleichzeitig erfaßbar sind.

Anfang und Ende einer jeden Messung können an beliebigen Stellen des Meßnormals 1 erfolgen. Die systematischen Fehler aus den Fertigungstoleranzen der Meßnormale berechnen sich nach den folgenden beiden Formeln, wobei die erste Formel den Einfluß des Teilungsfehlers auf die Drehzahl und die zweite Formel den Einfluß des Rundlauffehlers auf die Drehzahl darstellt:





mit:

r Radius des Meßnormals

T Meßfenster

ΔnR Drehzahlfehler, verursacht durch Rundlaufabweichungen des Meßnormals

ΔnT Drehzahlfehler, verursacht durch Teilungsabweichungen des Meßnormals

Δr Rundlauffehler des Meßnormals

Δφ Teilungsfehler des Meßnormals

Die Anzahl der registrierten Impulse in Abhängigkeit von der Drehzahl wird nach folgender Formel berechnet:





Zur Eliminierung des oben beschriebenen Teilungs- und Rundlauffehlers des Meßnormals ist nun erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Meßfenster T für eine bestimmte Drehzahl derart variierbar ist, daß die Messung immer 360° auf dem Meßnormal 1 erfaßt. Dies ist in Fig. 3 schematisch dargestellt, wobei die Variation der Abmessung des Meßfensters T sich in Vorbeilaufrichtung bzw. entgegengesetzt zur Vorbeilaufrichtung der Markierungen des Meßnormals 1 erstreckt.

Die Erfüllung der Meßbedingung, wonach das Meßfenster T für eine bestimmte Drehzahl derart zu variieren ist, daß die Messung immer 360° auf dem Meßnormal erfaßt, spiegelt sich in der Formel





durch identische Anzahlen von erfaßten Impulsen und Teilung des Meßnormals wieder.

Die Anzahl der erfaßten Impulse nimmt nur ganzzahlige Werte an und steigt somit sprunghaft. Daraus ergibt sich für die Erfüllung obiger Meßbedingung ein erlaubter Bereich für die Einstellung des Meßfensters T, der sich nach der folgenden Formel berechnet:





Beim ersten Start der Messung wird von einem definierten Startwert T0 ausgegangen und die Drehzahl gemessen. Die zuletzt gemessene Drehzahl liefert dann die Berechnungsgrundlage für die Einstellung des variablen Meßfensters T. Bezugszeichen 1 Meßnormal

2 Sensor

3 Drehzahlsignal

4 Fenster


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum genauen Messen der Drehzahl eines rotierenden Bauteils, insbesondere der Abtriebswelle eines Automatgetriebes für Kraftfahrzeuge, wobei das Bauteil mit einem Meßnormal in Form einer Vielzahl von entlang seines Umfanges gleichmäßig verteilten Markierungen versehen ist und in der Nähe des Meßnormals ein Sensor angeordnet ist, der ein Meßfenster aufweist und der mit einer Auswerteschaltung verbunden ist, der bei jedem Vorbeilauf einer Markierung des Meßnormals am Sensor ein Signal zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfenster T in Richtung der vorbeilaufenden Markierungen als Funktion der Drehzahl des Bauteils variierbar ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßfenster für eine gegebene Drehzahl des Bauteils derart variierbar ist, daß der Sensor immer eine 360°-Umdrehung des Bauteils erfaßt.
  3. 3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellbereich des variierbaren Meßfensters T durch die folgende Formel festgelegt ist:





    mit:

    z Teilung des Meßnormals

    n Drehzahl

    T Meßfenster






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