DE102023209693A1

DE102023209693A1 - Device for determining a torque on a shaft, power take-off gearbox with a power take-off shaft and working machine

Info

Publication number: DE102023209693A1
Application number: DE102023209693.5A
Authority: DE
Inventors: Hans Pilzweger; Bernhard Richter; Quirin Fesl
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2023-10-04
Filing date: 2023-10-04
Publication date: 2025-04-10
Also published as: WO2025073641A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zum Bestimmen eines Drehmoments auf einer Welle (110), umfassend die Welle (110) zur Übertragung des Drehmoments, einen drehfest auf der Welle (110) angeordneten ersten Signalgeber (120), einen vom ersten Signalgeber (120) beabstandeten, drehfest auf der Welle (110) angeordneten zweiten Signalgeber (130), einen dem ersten Signalgeber (120) zugeordneten ersten Sensor (121) zum Erzeugen erster Messdaten, einen dem zweiten Signalgeber (130) zugeordneten zweiten Sensor (131) zum Erzeugen zweiter Messdaten und eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, anhand der ersten und der zweiten Messdaten eine Torsion der Welle (110) zu bestimmen und wobei die Steuereinheit weiterhin dazu ausgebildet ist, anhand der Torsion das Drehmoment zu bestimmen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (100) zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Signalgeber (120) als erste Kupplungsglocke (120) und der zweite Signalgeber (130) als zweite Kupplungsglocke (130) ausgebildet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Nebenabtriebsgetriebe mit einer Nebenabtriebswelle sowie eine entsprechende Arbeitsmaschine.

The invention relates to a device (100) for determining a torque on a shaft (110), comprising the shaft (110) for transmitting the torque, a first signal transmitter (120) arranged on the shaft (110) in a rotationally fixed manner, a second signal transmitter (130) spaced from the first signal transmitter (120) and arranged on the shaft (110) in a rotationally fixed manner, a first sensor (121) assigned to the first signal transmitter (120) for generating first measurement data, a second sensor (131) assigned to the second signal transmitter (130) for generating second measurement data, and a control unit, wherein the control unit is designed to determine a torsion of the shaft (110) based on the first and second measurement data, and wherein the control unit is further designed to determine the torque based on the torsion. The device (100) according to the invention is characterized in that the first signal transmitter (120) is designed as a first clutch bell (120) and the second signal transmitter (130) is designed as a second clutch bell (130). The invention further relates to a power take-off transmission with a power take-off shaft and a corresponding work machine.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Drehmoments auf einer Welle gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein entsprechendes Nebenabtriebsgetriebe mit einer Nebenabtriebswelle und eine entsprechende Arbeitsmaschine.The present invention relates to a device for determining a torque on a shaft according to the preamble of claim 1 as well as a corresponding power take-off transmission with a power take-off shaft and a corresponding working machine.

Im Stand der Technik sind, insbesondere für landwirtschaftliche Arbeitsmaschinen, Zapfwellen bekannt, welche den Antrieb von an die Arbeitsmaschinen koppelbaren Arbeitsgeräten ermöglichen. Beispiele für derartige antreibbare Arbeitsgeräte sind etwa Mähwerke, Strohballenpressen oder Düngerstreuer. Weiterhin sind, ebenfalls für landwirtschaftliche Arbeitsmaschinen, Wegzapfwellen bekannt, welche den Antrieb von an die Arbeitsmaschinen koppelbaren antreibbaren Anhängern ermöglichen. Die Ausgangsdrehzahl sowie das Ausgangsdrehmoment sowohl der bekannten Zapfwellen als auch der bekannten Wegzapfwellen sind dabei üblicherweise von der Motordrehzahl bzw. dem Motordrehmoment eines Motors der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine geprägt. Oftmals verfügen den Zapfwellen vorgeschaltete Getriebeeinheiten zudem über mehrere schaltbare Gangstufen, welche die Motordrehzahl bzw. das Motordrehmoment und die Ausgangsdrehzahl bzw. das Ausgangsdrehmoment der Zapfwelle in ein einstellbares Verhältnis setzen.In the prior art, power take-off shafts are known, particularly for agricultural machinery, which enable the drive of implements that can be coupled to the machine. Examples of such drivable implements include mowers, straw balers, or fertilizer spreaders. Furthermore, ground speed PTOs are known, also for agricultural machinery, which enable the drive of drivable trailers that can be coupled to the machine. The output speed and the output torque of both the known PTOs and the known ground speed PTOs are usually determined by the engine speed or torque of an engine of the agricultural machine. Transmission units upstream of the PTOs often also have several switchable gear stages, which set an adjustable ratio between the engine speed or torque and the output speed or output torque of the PTO.

In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 10 2017 108 307 A1 eine Vorrichtung zur Drehmomentmessung an einer drehbar gelagerten Welle, wobei die Welle durch eine in radialer Richtung formschlüssige, kraftschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung mit einer Nabe verbunden ist. Zwischen der Welle und der Nabe ist mindestens ein Messelement aus einem magnetisierbaren Stahl angeordnet. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Elektronik zur Erfassung des Magnetfeldes des Messelements, wobei das Aufbringen eines Drehmoments auf die Welle zu einer Änderung des Magnetfeldes führt und somit aus der Magnetfeldänderung das Drehmoment berechnet werden kann.In this context, the DE 10 2017 108 307 A1 A device for measuring torque on a rotatably mounted shaft, wherein the shaft is connected to a hub by a radially positive, non-positive, or materially bonded connection. At least one measuring element made of magnetizable steel is arranged between the shaft and the hub. The device further comprises electronics for detecting the magnetic field of the measuring element, wherein the application of a torque to the shaft leads to a change in the magnetic field, and thus the torque can be calculated from the change in the magnetic field.

Aus der US 8 079 274 B2 ist ein System zum Messen des Drehmoments an einer Welle bekannt. Zwei signalerzeugende Magnetringe sind drehfest und axial voneinander beabstandet auf der Welle angeordnet. Die Magnetringe weisen entlang ihres Außenumfangs abwechselnd magnetische Südpole und magnetische Nordpole auf. Mittels jeweils eines Sensors kann eine Drehbewegung jedes der Magnetringe gemessen werden. Durch Vergleich der durch die Bewegung der Magnetringe erzeugten Wellenform der Messsignale kann eine Torsion der Welle und somit ein von der Welle übertragenes Drehmoment bestimmt werden.From the US 8 079 274 B2 A system for measuring the torque on a shaft is known. Two signal-generating magnetic rings are arranged on the shaft in a rotationally fixed manner and axially spaced from each other. The magnetic rings have alternating magnetic south poles and magnetic north poles along their outer circumference. A sensor can be used to measure the rotational movement of each of the magnetic rings. By comparing the waveform of the measurement signals generated by the movement of the magnetic rings, the torsion of the shaft and thus the torque transmitted by the shaft can be determined.

Die JP 6 372 231 B2 beschreibt ein Verfahren zur Messung des Drehmoments auf einer Welle. Axial voneinander beabstandet sind magnetische Kodierräder mit sich wiederholend ändernden magnetischen Eigenschaften auf der Welle angeordnet. Jedem Kodierrad ist ein Sensor zugeordnet, der die magnetischen Eigenschaften der Kodierräder erfasst. Das von der Welle übertragene Drehmoment kann dann auf der Grundlage einer Impulsflankenzeitdifferenz der Messsignale aufgrund einer Torsion der Welle berechnet werden.The JP 6 372 231 B2 describes a method for measuring the torque on a shaft. Magnetic encoder wheels with repeatedly changing magnetic properties are arranged axially spaced apart on the shaft. Each encoder wheel is assigned a sensor that detects the magnetic properties of the encoder wheels. The torque transmitted by the shaft can then be calculated based on a pulse edge time difference of the measurement signals due to shaft torsion.

Die US 8 666 682 B2 offenbart eine Vorrichtung zum Messen eines Drehmoments, das durch ein rotierendes Element übertragen wird, welches sich relativ zu einem festen Element um eine Längsachse dreht. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Torsionsreferenzelement, das an einer ersten axialen Position fest mit der Welle gekoppelt ist und ein zweites Torsionsreferenzelement, das an einer zweiten axialen Position fest mit der Welle gekoppelt ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen ersten Detektor, der mit einem festen Element gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er bei jeder vollständigen Drehung der Welle den Durchgang des ersten Torsionsreferenzelements am ersten Detektor erfasst und bei jedem Durchgang des ersten Torsionsreferenzelements ein erstes Signal erzeugt sowie einen zweiten Detektor, der mit dem festen Element gekoppelt und so konfiguriert ist, dass er bei jeder vollständigen Drehung der Welle den Durchgang des zweiten Torsionsreferenzelements am zweiten Detektor erfasst und bei jedem Durchgang des zweiten Torsionsreferenzelements ein zweites Signal erzeugt. Ein Controller ist dazu konfiguriert, eine Phasendifferenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal relativ zu einer Zeitreferenz während der Drehung des rotierenden Elements unter einer Torsionslast zu berechnen und die Phasendifferenz mit einem Referenzwert zu vergleichen. Aus einem Verhältnis der Phasendifferenz und des Referenzwerts berechnet der Controller dann die Drehmomentbelastung.The US 8 666 682 B2 discloses a device for measuring torque transmitted by a rotating member that rotates relative to a fixed member about a longitudinal axis. The device includes a first torsional reference element fixedly coupled to the shaft at a first axial position and a second torsional reference element fixedly coupled to the shaft at a second axial position. The device further includes a first detector coupled to a fixed member and configured to detect the passage of the first torsional reference element at the first detector upon each complete rotation of the shaft and to generate a first signal upon each passage of the first torsional reference element, and a second detector coupled to the fixed member and configured to detect the passage of the second torsional reference element at the second detector upon each complete rotation of the shaft and to generate a second signal upon each passage of the second torsional reference element. A controller is configured to calculate a phase difference between the first signal and the second signal relative to a time reference during rotation of the rotating element under a torsional load and compare the phase difference to a reference value. The controller then calculates the torque load from a ratio of the phase difference and the reference value.

Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Drehmomenterfassung über eine Torsion der das Drehmoment übertragenden Welle sind jedoch dahingehend nachteilig, als dass diese nur vergleichsweise aufwändig realisierbar sind.However, the known methods and devices for torque detection via torsion of the shaft transmitting the torque are disadvantageous in that they are comparatively complex to implement.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Bestimmen eines Drehmoments auf einer Welle vorzuschlagen.It is an object of the invention to propose an improved device for determining a torque on a shaft.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung zum Bestimmen eines Drehmoments auf einer Welle gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.This object is achieved according to the invention by the device for determining a torque on a shaft according to claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention emerge from the dependent claims.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Drehmoments auf einer Welle, umfassend die Welle zur Übertragung des Drehmoments, einen drehfest auf der Welle angeordneten ersten Signalgeber, einen vom ersten Signalgeber beabstandeten, drehfest auf der Welle angeordneten zweiten Signalgeber, einen dem ersten Signalgeber zugeordneten ersten Sensor zum Erzeugen erster Messdaten, einen dem zweiten Signalgeber zugeordneten zweiten Sensor zum Erzeugen zweiter Messdaten und eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, anhand der ersten und der zweiten Messdaten eine Torsion der Welle zu bestimmen und wobei die Steuereinheit weiterhin dazu ausgebildet ist, anhand der Torsion das Drehmoment zu bestimmen.The invention relates to a device for determining a torque on a shaft, comprising the shaft for transmitting the torque, a first signal transmitter arranged on the shaft in a rotationally fixed manner, a second signal transmitter arranged on the shaft in a rotationally fixed manner at a distance from the first signal transmitter, a first sensor assigned to the first signal transmitter for generating first measurement data, a second sensor assigned to the second signal transmitter for generating second measurement data and a control unit, wherein the control unit is designed to determine a torsion of the shaft on the basis of the first and the second measurement data and wherein the control unit is further designed to determine the torque on the basis of the torsion.

Die Erfindung beschreibt also eine Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein Drehmoment zu bestimmen, das über eine Welle übertragen wird. Die Welle kann dabei beispielsweise in einem Getriebe angeordnet sein und insbesondere ein Bestandteil des Getriebes sein. Bei dem Getriebe kann es sich beispielsweise um ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs handeln, vorteilhaft um ein Getriebe einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine oder einer Baumaschine. Bevorzugt überträgt die Welle ein Antriebsmoment einer Antriebseinheit, beispielsweise eines Verbrennungsmotors oder eines Elektromotors, zu einem Abtrieb des Getriebes.The invention therefore describes a device designed to determine a torque transmitted via a shaft. The shaft can, for example, be arranged in a transmission and, in particular, be a component of the transmission. The transmission can, for example, be a transmission of a motor vehicle, advantageously a transmission of an agricultural machine or a construction machine. The shaft preferably transmits a drive torque of a drive unit, for example an internal combustion engine or an electric motor, to an output of the transmission.

Durch das Drehmoment, welches über die Welle übertragen wird, erfährt die Welle nach Maßgabe des übertragenen Drehmoments eine Torsion. Die Torsion der Welle kann somit als Maß für das übertragene Drehmoment herangezogen werden.Due to the torque transmitted through the shaft, the shaft experiences torsion in proportion to the transmitted torque. The torsion of the shaft can therefore be used as a measure of the transmitted torque.

Darüber hinaus ist die Torsion der Welle auch abhängig von einer Torsionsfederkonstanten der Welle sowie von einer Länge der Welle. Je länger die Welle ist, desto stärker ist dabei die Torsion der Welle.Furthermore, the torsion of the shaft also depends on the shaft's torsional spring constant and the shaft length. The longer the shaft, the greater the torsion.

Auf der Welle sind drehfest ein erster Signalgeber und drehfest ein zweiter Signalgeber angeordnet, die voneinander beabstandet sind. Vorteilhaft sind der erste und der zweite Signalgeber dabei über einen Großteil der axialen Länge der Welle beabstandet. In anderen Worten heißt das, dass der erste Signalgeber im Bereich eines ersten axialen Endes der Welle angeordnet ist und der zweite Signalgeber im Bereich eines zweiten axialen Endes der Welle angeordnet ist. Vorzugsweise beträgt der axiale Abstand des ersten Signalgebers vom zweiten Signalgeber mindestens 30 cm, besonders vorzugsweise mindestens 50 cm und ganz besonders vorzugsweise mindestens 65 cm.A first signal transmitter and a second signal transmitter are arranged on the shaft in a rotationally fixed manner and are spaced apart from one another. The first and second signal transmitters are advantageously spaced apart over a large part of the axial length of the shaft. In other words, this means that the first signal transmitter is arranged in the region of a first axial end of the shaft and the second signal transmitter is arranged in the region of a second axial end of the shaft. The axial distance between the first signal transmitter and the second signal transmitter is preferably at least 30 cm, more preferably at least 50 cm, and most preferably at least 65 cm.

Da der erste und der zweite Signalgeber jeweils drehfest auf der Welle angeordnet sind, folgen sie dementsprechend einer Drehbewegung der Welle ebenso wie einer Torsionsbewegung auf der Welle.Since the first and second signal transmitters are each arranged on the shaft in a rotationally fixed manner, they accordingly follow a rotational movement of the shaft as well as a torsional movement on the shaft.

Der erste und der zweite Signalgeber sind dazu ausgebildet, jeweils ein die Drehbewegung bzw. die Torsionsbewegung beschreibendes Signal bereitzustellen. Dabei kann es sich grundsätzlich gleichermaßen um mechanische, elektrische, magnetische oder optische Signale handeln.The first and second signal generators are each designed to provide a signal describing the rotational movement or the torsional movement, respectively. These signals can, in principle, equally well be mechanical, electrical, magnetic, or optical signals.

Der erste Sensor ist dem ersten Signalgeber derart zugeordnet, dass er die vom ersten Signalgeber bereitgestellten Signale erfassen kann und daraus die ersten Messdaten zu erzeugen kann. Die ersten Messdaten beschreiben dabei die über die Zeit erfassten Signale des ersten Signalgebers.The first sensor is assigned to the first signal generator in such a way that it can detect the signals provided by the first signal generator and generate the first measurement data from them. The first measurement data describe the signals detected by the first signal generator over time.

In analoger Weise ist der zweite Sensor dem zweiten Signalgeber derart zugeordnet, dass er die vom zweiten Signalgeber bereitgestellten Signale erfassen kann und daraus die zweiten Messdaten zu erzeugen kann. Die zweiten Messdaten beschreiben dabei die über die Zeit erfassten Signale des zweiten Signalgebers.In a similar manner, the second sensor is assigned to the second signal generator in such a way that it can detect the signals provided by the second signal generator and generate the second measurement data from them. The second measurement data describes the signals detected by the second signal generator over time.

Die Steuereinheit ist vorteilhaft als elektronische Steuereinheit ausgebildet, die auf Datenebene mit dem ersten und dem zweiten Sensor verbunden ist, um von diesen die ersten und die zweiten Messdaten zu erhalten.The control unit is advantageously designed as an electronic control unit which is connected at the data level to the first and the second sensor in order to receive the first and the second measurement data therefrom.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der erste Signalgeber als erste Kupplungsglocke und der zweite Signalgeber als zweite Kupplungsglocke ausgebildet sind.According to the invention, it is provided that the first signal generator is designed as a first clutch bell and the second signal generator is designed as a second clutch bell.

Daraus ergibt sich der Vorteil, dass in Form der Kupplungsglocken auf bereits ohnehin im Antriebsstrang vorhandene Bauteile zurückgegriffen werden kann, so dass die Implementierungskosten für die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Antriebsstrang vergleichsweise gering sind.This results in the advantage that components already present in the drive train can be used in the form of the clutch bells, so that the implementation costs for the device according to the invention in a drive train are comparatively low.

Die Erfindung hat erkannt, dass die erste Kupplungsglocke und die zweite Kupplungsglocke sich auch darüber hinaus sehr gut als Signalgeber zum Bestimmen eines Drehmoments eignen, da immer nur dann, wenn die erste und die zweite Kupplung geschlossen sind, ein Drehmoment über die Welle übertragen wird. Und immer dann, wenn die erste und die zweite Kupplung geschlossen sind, sind die erste Kupplungsglocke und die zweite Kupplungsglocke drehfest mit der Welle verbunden und drehen mit der gleichen Drehzahl wie die Welle.The invention recognizes that the first clutch bell and the second clutch bell are also very well suited as signal transmitters for determining torque, since torque is only transmitted via the shaft when the first and second clutches are engaged. And whenever the first and second clutches are engaged, the first clutch bell and the second clutch bell are connected to the shaft in a rotationally fixed manner and rotate at the same speed as the shaft.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Sensor einen Außenumfang des ersten Signalgebers sensiert, wobei der erste Signalgeber an seinem Außenumfang signalgebende und nicht-signalgebende Abschnitte aufweist, wobei die signalgebenden und die nicht-signalgebenden Abschnitte asymmetrisch über den Außenumfang des ersten Signalgebers verteilt sind und/oder dass der zweite Sensor einen Außenumfang des zweiten Signalgebers sensiert, wobei der zweite Signalgeber an seinem Außenumfang signalgebende und nicht-signalgebende Abschnitte aufweist, wobei die signalgebenden und die nicht-signalgebenden Abschnitte asymmetrisch über den Außenumfang des zweiten Signalgebers verteilt sind.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the first sensor senses an outer circumference of the first signal generator, wherein the first signal generator at its Outer circumference has signal-transmitting and non-signal-transmitting sections, wherein the signal-transmitting and non-signal-transmitting sections are distributed asymmetrically over the outer circumference of the first signal transmitter and/or that the second sensor senses an outer circumference of the second signal transmitter, wherein the second signal transmitter has signal-transmitting and non-signal-transmitting sections on its outer circumference, wherein the signal-transmitting and non-signal-transmitting sections are distributed asymmetrically over the outer circumference of the second signal transmitter.

Durch das Vorhandensein und insbesondere die alternierende Anordnung von signalgebenden und nicht-signalgebenden Abschnitte am ersten bzw. zweiten Signalgeber wird das Sensieren einer Drehbewegung des ersten bzw. zweiten Signalgebers sehr zuverlässig ermöglicht.The presence and in particular the alternating arrangement of signal-generating and non-signal-generating sections on the first and second signal transmitters respectively enables the sensing of a rotary movement of the first and second signal transmitters respectively to be made very reliable.

Der erste Sensor ist dabei mit seinem Erfassungsbereich auf den Außenumfang der ersten Kupplungsglocke gerichtet, so dass er jeweils die dort drehenden signalgebenden Abschnitte am Außenumfang erfassen kann. Bei einer Drehbewegung kann durch den Wechsel von signalgebenden Abschnitten und nicht-signalgebenden Abschnitten im Erfassungsbereich des ersten Sensors die Drehbewegung nämlich erkannt werden.The first sensor's detection area is directed toward the outer circumference of the first clutch bell housing, allowing it to detect the signal-generating sections rotating there on the outer circumference. During a rotational movement, the rotational movement can be detected by the alternation of signal-generating sections and non-signal-generating sections within the detection area of the first sensor.

Anhand einer Geschwindigkeit des Wechsels von sensierten signalgebenden Abschnitten und nicht-signalgebenden Abschnitten kann vorteilhaft auch die Drehzahl der Welle bestimmt werden.The speed of the shaft can also be advantageously determined based on the speed of the alternation between sensed signal-generating sections and non-signal-generating sections.

Die nicht-signalgebenden Abschnitte werden dabei nicht vom ersten Sensor sensiert, da sie für diesen nicht erkennbar sind. Somit kann als Maß für die Drehzahl der Welle besonders vorteilhaft der zeitliche Abstand herangezogen werden, der zwischen dem Sensieren von zwei signalgebenden Abschnitten verstreicht. Alternativ oder zusätzlich kann als Maß für die Drehzahl der Welle auch der zeitliche Abstand herangezogen werden, der zwischen dem Nicht-Sensieren von zwei nicht-signalgebenden Abschnitten verstreicht.The non-signal-generating sections are not sensed by the first sensor, as they are not detectable by the first sensor. Thus, the time interval between the sensing of two signal-generating sections can be used as a particularly advantageous measure of the shaft's speed. Alternatively or additionally, the time interval between the non-sensing of two non-signal-generating sections can also be used as a measure of the shaft's speed.

Auf analoge Weise kann eine Drehbewegung bzw. eine Drehzahl der Welle vom zweiten Sensor erfasst werden.In an analogous manner, a rotational movement or a speed of the shaft can be detected by the second sensor.

Indem die signalgebenden und die nicht-signalgebenden Abschnitte nicht gleichförmig sondern asymmetrisch über den Außenumfang der ersten Kupplungsglocke bzw. der zweiten Kupplungsglocke verteilt sind, kann zudem auch eine Winkellage der Welle bestimmt werden. Durch die asymmetrische Ausbildung der signalgebenden und nicht-signalgebenden Abschnitte kann nämlich jeder Abschnitt individuell ausgebildet sein, so dass bei Sensieren und Erkennen eines bestimmten individuellen Abschnitts und anhand dessen bekannter Anordnung auf dem Außenumfang ein Rückschluss auf die Winkellage der entsprechenden Kupplungsglocke und damit auf die Welle gezogen werden kann. Vorteilhaft wird hierfür eine Kupplungsglocke herangezogen, die auch im geöffneten Zustand der ihr zugeordneten Kupplung drehfest mit der Welle verbunden ist, so dass die Drehorientierung der Kupplungsglocke zur Welle jederzeit identisch und bekannt ist.Because the signal-generating and non-signal-generating sections are distributed asymmetrically rather than uniformly over the outer circumference of the first clutch bell and the second clutch bell, respectively, the angular position of the shaft can also be determined. The asymmetric design of the signal-generating and non-signal-generating sections means that each section can be designed individually, so that by sensing and detecting a specific individual section and based on its known arrangement on the outer circumference, a conclusion can be drawn about the angular position of the corresponding clutch bell and thus about the shaft. Advantageously, a clutch bell is used for this purpose which is connected to the shaft in a rotationally fixed manner even when the clutch assigned to it is open, so that the rotational orientation of the clutch bell to the shaft is identical and known at all times.

Die asymmetrische Ausbildung ist dabei vorteilhaft eine Asymmetrie in der Umfangsweite der Abschnitte, d.h., asymmetrisch verteilte Abschnitte sind unterschiedlich lang auf dem Außenumfang der entsprechenden Kupplungsglocke.The asymmetric design is advantageous in that it has an asymmetry in the circumferential width of the sections, i.e., asymmetrically distributed sections are of different lengths on the outer circumference of the corresponding clutch bell.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die signalgebenden Abschnitte materialbasiert sind und die nicht-signalgebenden Abschnitte Materialaussparungen sind.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the signal-generating sections are material-based and the non-signal-generating sections are material recesses.

Das bedeutet also, dass der erste Sensor bzw. der zweite Sensor die Anwesenheit von Material des ersten Signalgebers bzw. des zweiten Signalgebers sensieren kann. Der Außenumfang des ersten Signalgebers bzw. des zweiten Signalgebers kann somit vorzugsweise zahnradartig ausgebildet sein, wobei ein Zahn am Außenumfang vom ersten Signalgeber bzw. zweiten Signalgeber sensiert wird. Die Lücke zwischen zwei Zähnen ist eine Materialaussparung und wird dementsprechend nicht sensiert.This means that the first sensor or the second sensor can detect the presence of material from the first signal generator or the second signal generator, respectively. The outer circumference of the first signal generator or the second signal generator can thus preferably be gear-shaped, with one tooth on the outer circumference being detected by the first signal generator or the second signal generator. The gap between two teeth is a material recess and is therefore not detected.

Dies stellt eine einfache und gleichermaßen zuverlässige Ausführungsform zur Darstellung von signalgebenden und nicht-signalgebenden Abschnitten am Außenumfang des ersten Signalgebers bzw. des zweiten Signalgebers dar.This represents a simple and equally reliable embodiment for representing signal-generating and non-signal-generating sections on the outer circumference of the first signal generator or the second signal generator.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste Kupplungsglocke aus Stahl besteht und einer ersten Lamellenkupplung zugeordnet ist und die zweite Kupplungsglocke aus Stahl besteht und einer zweiten Lamellenkupplung zugeordnet ist.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the first clutch bell is made of steel and is assigned to a first multi-plate clutch and the second clutch bell is made of steel and is assigned to a second multi-plate clutch.

Stahl als Material für den ersten bzw. zweiten Signalgeber bietet den Vorteil, dass es vergleichsweise einfach und zuverlässig sensierbar ist, beispielsweise über seine optischen, magnetischen oder elektrischen Eigenschaften. Zudem ist Stahl mechanisch robust, so dass es sich auch zur Herstellung von hochbelasteten Kupplungen bzw. Kupplungsglocken eignet.Steel as a material for the first or second signal transmitter offers the advantage of being comparatively easy and reliable to sense, for example, through its optical, magnetic, or electrical properties. Furthermore, steel is mechanically robust, making it suitable for the production of highly stressed clutches and clutch bell housings.

Indem die erste und die zweite Kupplungsglocke jeweils einer Lamellenkupplung zugeordnet sind, kann die Welle zur Übertragung des Drehmoments bei beliebigen Differenzdrehzahlen und Lasten geschaltet werden.By assigning the first and second clutch bells to a multi-disk clutch, the shaft for transmitting the torque ments can be switched at any differential speeds and loads.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste Sensor als erster Hall-Sensor ausgebildet ist und der zweite Sensor als zweiter Hall-Sensor ausgebildet ist.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the first sensor is designed as a first Hall sensor and the second sensor is designed as a second Hall sensor.

Hall-Sensoren ermöglichen eine sehr zuverlässige Sensierung von Magnetfeldern und eignen sich daher insbesondere in Verbindung mit einem Signalgeber aus einem ferromagnetischen Material wie Stahl zur Sensierung der signalgebenden bzw. nicht-signalgebenden Abschnitte.Hall sensors enable very reliable sensing of magnetic fields and are therefore particularly suitable in conjunction with a signal generator made of a ferromagnetic material such as steel for sensing the signal-generating or non-signal-generating sections.

Zudem sind Hall-Sensoren vergleichsweise kostengünstig und kompakt ausgebildet.In addition, Hall sensors are comparatively inexpensive and compact.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die ersten Messdaten einen Übergang eines signalgebenden Abschnitts zu einem nicht-signalgebenden Abschnitte oder umgekehrt am ersten Signalgeber enthalten und dass die zweiten Messdaten einen Übergang eines signalgebenden Abschnitts zu einem nicht-signalgebenden Abschnitte oder umgekehrt am zweiten Signalgeber enthalten.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the first measurement data contain a transition of a signal-transmitting section to a non-signal-transmitting section or vice versa at the first signal transmitter and that the second measurement data contain a transition of a signal-transmitting section to a non-signal-transmitting section or vice versa at the second signal transmitter.

Die Übergänge von einem signalgebenden Abschnitt zu einem nicht-signalgebenden Abschnitt bzw. von einem nicht-signalgebenden Abschnitt zu einem signalgebenden Abschnitt ermöglichen eine weitestgehend exakte Bestimmung der Winkellage der an der ersten bzw. zweiten Kupplungsglocke, da die Übergänge - im Gegensatz zu den signalgebenden und nicht-signalgebenden Abschnitten als solchen - scharfe Punkte am Außenumfang der Signalgeber sind. Dadurch verbessert sich sie Präzision, mit welcher die Winkellagen, die Drehgeschwindigkeiten und damit die Torsion bestimmt werden können.The transitions from a signaling section to a non-signaling section, or from a non-signaling section to a signaling section, enable a largely precise determination of the angular position of the first and second coupling bells, respectively, because the transitions—in contrast to the signaling and non-signaling sections as such—are sharp points on the outer circumference of the signal heads. This improves the precision with which the angular positions, rotational speeds, and thus the torsion can be determined.

Vorteilhaft enthalten die ersten Messdaten und die zweiten Messdaten jeweils eine Vielzahl von unterschiedlichen, aufeinander folgenden Übergängen. Somit kann aus dem zeitlichen Abstand der erfassten Übergänge zuverlässig die Drehzahl bestimmt werden. Zudem werden zeitliche Änderungen des von der Welle übertragenen Drehmoments anhand der Änderungen der Torsion jederzeit präzise erkannt.Advantageously, the first measurement data and the second measurement data each contain a plurality of different, consecutive transitions. This allows the rotational speed to be reliably determined from the temporal spacing of the recorded transitions. Furthermore, temporal changes in the torque transmitted by the shaft can be precisely detected at any time based on the changes in torsion.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, anhand einer zeitlichen Dauer zwischen mindestens zwei Übergängen am ersten Signalgeber und/oder am zweiten Signalgeber eine Drehzahl der Welle zu bestimmen.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the control unit is designed to determine a rotational speed of the shaft based on a time duration between at least two transitions at the first signal generator and/or at the second signal generator.

Wie bereits beschrieben, stellen die Übergänge von den signalgebenden zu den nicht-signalgebenden Abschnitten bzw. umgekehrt vergleichsweise präzise Informationen über die Winkellagen des ersten bzw. zweiten Signalgebers dar. Anhand der zeitlichen Dauer zwischen zwei erfassten Übergängen am ersten Signalgeber bzw.am zweiten Signalgeber kann somit die Drehzahl der Welle zuverlässig bestimmt werden.As already described, the transitions from the signal-generating to the non-signal-generating sections and vice versa represent comparatively precise information about the angular positions of the first and second signal transmitters, respectively. Based on the time duration between two detected transitions at the first signal transmitter and the second signal transmitter, the speed of the shaft can thus be reliably determined.

In der Regel ist die am ersten Signalgeber bestimmte Drehzahl identisch zu der am zweiten Signalgeber bestimmten Drehzahl. Abweichungen zwischen der am ersten Signalgeber bestimmten Drehzahl und der am zweiten Signalgeber bestimmten Drehzahl können sich insbesondere dann ergeben, wenn sich das von der Welle übertragene Drehmoment ändert und sich damit die Torsion der Welle ändert. Bei einer sich ändernden Torsion weisen die Drehzahl am ersten Signalgeber und die Drehzahl am zweiten Signalgeber naturgemäß kurzfristig eine geringe Differenz auf.As a rule, the speed determined at the first sensor is identical to the speed determined at the second sensor. Deviations between the speed determined at the first sensor and the speed determined at the second sensor can occur, particularly when the torque transmitted by the shaft changes and thus the shaft torsion changes. When the torsion changes, the speed at the first sensor and the speed at the second sensor will naturally show a slight difference for a short time.

Vorteilhaft ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, anhand einer gemittelten zeitlichen Dauer der letzten zehn erfassten Übergänge am ersten Signalgeber und/oder am zweiten Signalgeber eine Drehzahl der Welle zu bestimmen. Dadurch können kurzfristig erfasste Drehzahlschwankungen aufgrund von Änderungen des übertragenen Drehmoments vermieden werden.Advantageously, the control unit is configured to determine a shaft speed based on an averaged duration of the last ten detected transitions at the first signal generator and/or the second signal generator. This allows short-term detected speed fluctuations due to changes in the transmitted torque to be avoided.

Weiterhin vorteilhaft wird jedem erfassten Übergang durch die Steuereinheit ein Zeitstempel zugeordnet. Somit kann anhand der Zeitstempel, insbesondere anhand einer vorgebbaren Anzahl von Übergängen, beispielsweise fünf, zehn oder 15, die mittlere Drehgeschwindigkeit über diese Anzahl von Übergängen bestimmt werden.Furthermore, the control unit advantageously assigns a timestamp to each detected transition. Thus, based on the timestamp, in particular based on a predefined number of transitions, for example, five, ten, or 15, the average rotational speed over this number of transitions can be determined.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, anhand einer zeitlichen Dauer zwischen mindestens zwei Übergängen am ersten Signalgeber und/oder am zweiten Signalgeber eine Winkelstellung der Welle zu bestimmen.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the control unit is designed to determine an angular position of the shaft based on a time duration between at least two transitions at the first signal generator and/or at the second signal generator.

Hier macht sich die Erfindung insbesondere die asymmetrische Verteilung der signalgebenden und der nicht-signalgebenden Abschnitte am Außenumfang des ersten bzw. zweiten Signalgebers zu nutze.Here, the invention makes particular use of the asymmetrical distribution of the signal-generating and non-signal-generating sections on the outer circumference of the first and second signal generators, respectively.

Vorteilhaft unter Einbeziehung der bestimmten Drehzahl kann somit nämlich erkannt werden, welcher individuelle signalgebende bzw. nicht-signalgebende Abschnitt gerade vom ersten bzw. zweiten Sensor erfasst wird. Über diese Information und die bekannte Winkellage des ersten bzw. zweiten Signalgebers auf der Welle kann dann auch die Winkellage der Welle ermittelt werden.Advantageously, by taking the determined speed into account, it is possible to identify which individual signal-generating or non-signal-generating section is currently being detected by the first or second sensor. Using this information and the known angular position of the first or second sensor, The angular position of the shaft can then be determined using the sensor on the shaft.

Die Winkellage der Welle kann beispielsweise genutzt werden, um die Winkellage einer Schnittstelle der Welle zu einem Anbaugerät, welches von der Welle antreibbar ist, zu bestimmen. Dies kann die Kopplung des Anbaugeräts an die Welle vereinfachen.The angular position of the shaft can be used, for example, to determine the angular position of an interface between the shaft and an attachment that is driven by the shaft. This can simplify the coupling of the attachment to the shaft.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist die Drehzahl der Welle und/oder die Winkelstellung der Welle anhand einer Vielzahl von zeitlichen Dauern zu bestimmen.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the control unit is designed to determine the rotational speed of the shaft and/or the angular position of the shaft on the basis of a plurality of time periods.

Dadurch können die Auswirkungen von kurzfristigen Schwankungen des von der Welle übertragenen Drehmoments ausgeglichen werden.This allows the effects of short-term fluctuations in the torque transmitted by the shaft to be compensated.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit einen dediziert der Bestimmung des Drehmoments und/oder der Bestimmung der Drehzahl zugeordneten Prozessor aufweist.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the control unit has a processor dedicated to the determination of the torque and/or the determination of the rotational speed.

Das bedeutet also, dass im Steuergerät ein Prozessor vorgesehen ist, der ausschließlich zur Bestimmung des Drehmoments bzw. zur Bestimmung der Drehzahl vorgesehen ist. Somit kann jederzeit und unabhängig von der jeweils anfallenden Rechenlast im Steuergerät durch andere Vorgänge, welche von einem Hauptprozessor bearbeitet werden, verzögerungsfrei eine Bestimmung des Drehmoments bzw. der Drehzahl erfolgen.This means that the control unit contains a processor dedicated exclusively to determining torque or speed. This allows the torque or speed to be determined without delay at any time and regardless of the current computing load in the control unit through other processes processed by a main processor.

Bei dem dediziert der Bestimmung des Drehmoments bzw. der Bestimmung der Drehzahl zugeordneten Prozessor handelt es sich bevorzugt um einen sog. Co-Prozessor.The processor dedicated to determining the torque or the speed is preferably a so-called co-processor.

Die Erfindung betrifft auch ein Nebenabtriebsgetriebe mit einer Nebenabtriebswelle, umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei die Vorrichtung zum Bestimmen des Drehmoments auf der Nebenabtriebswelle ausgebildet ist.The invention also relates to a power take-off transmission with a power take-off shaft, comprising a device according to the invention, wherein the device is designed to determine the torque on the power take-off shaft.

Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Vorteile auch für das erfindungsgemäße Nebenabtriebsgetriebe.This results in the advantages already described in connection with the device according to the invention also for the power take-off transmission according to the invention.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Arbeitsmaschine, umfassend ein erfindungsgemäßes Nebenabtriebsgetriebe.The invention also relates to a work machine comprising a power take-off transmission according to the invention.

Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Vorteile auch für die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine.This results in the advantages already described in connection with the device according to the invention also being applicable to the work machine according to the invention.

Bei der Arbeitsmaschine handelt es sich bevorzugt um einen Radlader. Es kann sich aber auch um einen Kompaktlader, Teleskoplader, Dumper, Bagger oder Traktor handeln.The work machine is preferably a wheel loader. However, it can also be a skid steer loader, telehandler, dumper, excavator, or tractor.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The invention is explained below by way of example with reference to embodiments shown in the figures.

Es zeigen:

1 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bestimmen eines Drehmoments auf einer Welle,
2 beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform einer ersten Kupplungsglocke,
3. beispielhaft und schematisch gemessene Zeitdauern von jeweils einem Übergang von einem signalgebenden Abschnitt der ersten Kupplungsglocke zu einem nicht-signalgebenden Abschnitt der ersten Kupplungsglocke bzw. umgekehrt und
4 beispielhaft und schematisch eine Abweichung von einem Sollwert für einen Zeitversatz zwischen einem erwarteten Übergang an der ersten Kupplungsglocke und einem tatsächlichen Übergang der ersten Kupplungsglocke aufgrund einer Torsion der Welle.

They show:

1 by way of example and schematically shows a possible embodiment of a device according to the invention for determining a torque on a shaft,
2 exemplary and schematically a possible design form of a first clutch bell,
3 . exemplary and schematically measured time periods of a transition from a signal-generating section of the first clutch bell to a non-signal-generating section of the first clutch bell or vice versa and
4 by way of example and schematically, a deviation from a target value for a time offset between an expected transition at the first clutch bell and an actual transition of the first clutch bell due to a torsion of the shaft.

Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.Identical objects, functional units, and comparable components are designated by the same reference symbols throughout the figures. These objects, functional units, and comparable components are identical in terms of their technical features, unless explicitly or implicitly stated otherwise in the description.

1 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zum Bestimmen eines Drehmoments auf einer Welle 110. 1 shows, by way of example and schematically, a possible embodiment of a device 100 according to the invention for determining a torque on a shaft 110.

Die Vorrichtung 100 umfasst neben der Welle 110 zur Übertragung des Drehmoments auch einen drehfest auf der Welle 110 angeordneten ersten Signalgeber 120, einen vom ersten Signalgeber 120 beabstandeten, drehfest auf der Welle 110 angeordneten zweiten Signalgeber 130, einen dem ersten Signalgeber 120 zugeordneten ersten Sensor 121 zum Erzeugen erster Messdaten, einen dem zweiten Signalgeber 130 zugeordneten zweiten Sensor 131 zum Erzeugen zweiter Messdaten und eine (in 1 nicht dargestellte) Steuereinheit. Der erste Signalgeber 120 ist dabei als eine erste Kupplungsglocke 120 ausgebildet und der zweite Signalgeber 130 ist als eine zweite Kupplungsglocke 130 ausgebildet.The device 100 comprises, in addition to the shaft 110 for transmitting the torque, a first signal generator 120 arranged on the shaft 110 in a rotationally fixed manner, a second signal generator 130 arranged on the shaft 110 at a distance from the first signal generator 120 and in a rotationally fixed manner, a first sensor 121 assigned to the first signal generator 120 for generating first measurement data, a second sensor 131 assigned to the second signal generator 130 for generating second measurement data and a (in 1 not shown) control unit. The first signal generator 120 is designed as a first clutch bell 120 and the second signal generator 130 is designed as a second clutch bell 130.

Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, anhand der ersten und der zweiten Messdaten eine Torsion der Welle 110 zu bestimmen und weiterhin anhand der Torsion das von der Welle 110 übertragene Drehmoment zu bestimmen.The control unit is designed to determine a torsion of the shaft 110 based on the first and second measurement data and further to determine the torque transmitted by the shaft 110 based on the torsion.

Bei der Welle 110 handelt es sich beispielsgemäß um eine Nebenabtriebswelle 110 eines Nebenabtriebsgetriebes, welches die Vorrichtung 100 umfasst.The shaft 110 is, for example, a power take-off shaft 110 of a power take-off transmission which comprises the device 100.

Das Nebenabtriebsgetriebe ist beispielsgemäß ein Nebenabtriebsgetriebe einer (in 1 nicht dargestellten) landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine.The power take-off gearbox is, for example, a power take-off gearbox of a (in 1 agricultural work machine (not shown).

Der erste Sensor 121 ist beispielsgemäß derart angeordnet und ausgebildet, dass er einen Außenumfang der ersten Kupplungsglocke 120 sensiert, wobei die erste Kupplungsglocke 120 an ihrem Außenumfang signalgebende und nicht-signalgebende Abschnitte aufweist.The first sensor 121 is, for example, arranged and designed such that it senses an outer circumference of the first clutch bell 120, wherein the first clutch bell 120 has signal-generating and non-signal-generating sections on its outer circumference.

In analoger Weise ist beispielsgemäß auch der zweite Sensor 131 derart angeordnet und ausgebildet, dass er einen Außenumfang der zweiten Kupplungsglocke 130 sensiert, wobei die zweite Kupplungsglocke 130 an ihrem Außenumfang ebenfalls signalgebende und nicht-signalgebende Abschnitte aufweist.In an analogous manner, for example, the second sensor 131 is also arranged and designed such that it senses an outer circumference of the second clutch bell 130, wherein the second clutch bell 130 also has signal-generating and non-signal-generating sections on its outer circumference.

Die erste Kupplungsglocke 120 und die zweite Kupplungsglocke 130 bestehen beispielsgemäß aus Stahl. Beim ersten Sensor 121 und beim zweiten Sensor 131 handelt es sich beispielsgemäß um Hall-Sensoren 121, 131, die die Anwesenheit von Stahl, das ferromagnetische Eigenschaften aufweist, sensieren können.The first clutch bell 120 and the second clutch bell 130 are made of steel, for example. The first sensor 121 and the second sensor 131 are, for example, Hall sensors 121, 131, which can detect the presence of steel, which has ferromagnetic properties.

Die signalgebenden Abschnitte jeweils der ersten Kupplungsglocke 120 und der zweiten Kupplungsglocke 130 sind materialbasiert. Darunter ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass an diesen Abschnitten Material, also Stahl, vorhanden ist und keine Materialaussparung besteht.The signal-transmitting sections of the first clutch bell 120 and the second clutch bell 130 are material-based. In the context of the invention, this means that material, i.e., steel, is present in these sections and there is no material recess.

Umgekehrt sind die nicht-signalgebenden Abschnitte jeweils der ersten Kupplungsglocke 120 und der zweiten Kupplungsglocke 130 als Materialaussparungen ausgebildet, d.h., an diesen Abschnitten befindet sich kein Material, also kein Stahl.Conversely, the non-signaling sections of the first clutch bell 120 and the second clutch bell 130 are designed as material recesses, i.e., there is no material, i.e. no steel, in these sections.

Beispielsgemäß sind die signalgebenden und die nicht-signalgebenden Abschnitte jeweils asymmetrisch über den Außenumfang der ersten Kupplungsglocke 120 und auch der zweiten Kupplungsglocke 130 verteilt. Unter einer asymmetrischen Verteilung ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass aufeinander folgende signalgebende bzw. nicht signalgebende Abschnitte unterschiedlich groß bzw. lang sind.For example, the signal-transmitting and non-signal-transmitting sections are each distributed asymmetrically over the outer circumference of the first clutch bell 120 and also of the second clutch bell 130. For the purposes of the invention, an asymmetric distribution means that successive signal-transmitting and non-signal-transmitting sections are of different sizes or lengths.

Die vom ersten Sensor 121 und die vom zweiten Sensor 131 erfassten ersten Messdaten bzw. zweiten Messdaten enthalten beispielsgemäß jeweils die letzten zehn Übergänge von einem signalgebenden Abschnitt zu einem nicht-signalgebenden Abschnitt bzw. umgekehrt.The first measurement data and the second measurement data acquired by the first sensor 121 and the second sensor 131 each contain, for example, the last ten transitions from a signal-generating section to a non-signal-generating section or vice versa.

Die Steuereinheit weist jedem Übergang in den ersten Messdaten und in den zweiten Messdaten einen Zeitstempel zu.The control unit assigns a timestamp to each transition in the first measurement data and in the second measurement data.

Dadurch kann die Steuereinheit anhand einer zeitlichen Dauer zwischen je zwei aufeinander folgenden Übergängen an der ersten Kupplungsglocke 120 und an der zweiten Kupplungsglocke 130 eine Drehzahl der Welle 110 bestimmen.As a result, the control unit can determine a rotational speed of the shaft 110 based on a time duration between two successive transitions at the first clutch bell 120 and at the second clutch bell 130.

Aufgrund der asymmetrischen Verteilung der signalgebenden und der nicht-signalgebenden Abschnitte am Außenumfang der ersten Kupplungsglocke 120 und am Außenumfang der zweiten Kupplungsglocke 130 kann von der Steuereinheit zudem in Verbindung mit einer drehzahlabhängigen zeitlichen Dauer zwischen mindestens zwei Übergängen am ersten Signalgeber 121 bzw. am zweiten Signalgeber 131 eine Winkelstellung der Welle 110 bestimmt werden.Due to the asymmetrical distribution of the signal-transmitting and non-signal-transmitting sections on the outer circumference of the first clutch bell 120 and on the outer circumference of the second clutch bell 130, the control unit can also determine an angular position of the shaft 110 in conjunction with a speed-dependent time duration between at least two transitions at the first signal transmitter 121 or at the second signal transmitter 131.

2 zeigt beispielhaft und schematisch eine mögliche Ausbildungsform einer ersten Kupplungsglocke 120. 2 shows an example and schematically a possible design of a first clutch bell 120.

Die erste Kupplungsglocke 120 besteht beispielsgemäß aus Stahl und weist einen Außenumfang 122 auf. Der Außenumfang 122 besteht aus signalgebenden Abschnitten 123 und nicht-signalgebenden Abschnitten 124. Die signalgebenden Abschnitte 122 sind materialbasiert, d.h., sie bestehen aus dem Stahl der Kupplungsglocke 120. Die nicht-signalgebenden Abschnitte 124 hingegen sind als Materialaussparungen 124 ausgebildet.The first clutch bell 120 is made of steel, for example, and has an outer circumference 122. The outer circumference 122 consists of signal-transmitting sections 123 and non-signal-transmitting sections 124. The signal-transmitting sections 122 are material-based, i.e., they consist of the steel of the clutch bell 120. The non-signal-transmitting sections 124, on the other hand, are formed as material recesses 124.

Ebenso kann es sich im Ausführungsbeispiel der 2 auch um die zweite Kupplungsglocke 130 handeln.Likewise, in the example of the 2 could also be the second clutch bell 130.

3 zeigt beispielhaft und schematisch gemessene Zeitdauern t über einer fortlaufenden Anzahl von Umdrehungen n der Welle 110. Die Zeitdauern t beschreiben jeweils einen Übergang von einem signalgebenden Abschnitt der ersten Kupplungsglocke 120 zu einem nicht-signalgebenden Abschnitt der ersten Kupplungsglocke 120 bzw. umgekehrt zu jeweils einem folgenden Übergang bei konstanter Drehzahl der Welle 110. 3 shows exemplary and schematically measured time periods t over a continuous number of revolutions n of the shaft 110. The time periods t each describe a transition from a signal-transmitting section of the first clutch bell 120 to a non-signal-transmitting section of the first clutch bell 120 or vice versa to a subsequent transition at a constant speed of the shaft 110.

Wie zu sehen, ist beispielsgemäß jede zweite Zeitdauer 200 vergleichsweise kurz. Diese kurzen Zeitdauern 200 sind dabei den nicht-signalgebenden Abschnitte 124 zugeordnet, die alle gleich groß sind und dementsprechend bei konstanter Drehzahl eine identische Zeitdauer 200 bis zum folgenden Übergang zu einem signalgebenden Abschnitt 123 aufweisen.As can be seen, for example, every second time period 200 is comparatively short. These short time periods 200 are assigned to the non-signal-generating sections 124, which are all of the same length and, accordingly, at constant speed, have an identical time period 200 until the following transition to a signal-generating section 123.

Die den signalgebenden Abschnitten 123 zugeordneten Zeitdauern 201, 202 und 203, unterscheiden sich hingegen teilweise voneinander, da die signalgebenden Abschnitte 123 beispielsgemäß asymmetrisch über den Außenumfang der ersten Kupplungsglocke 120 verteilt sind. Ab der Zeitdauer 203 wiederholen sich die Zeitdauern 201, 202 und 203, da der Außenumfang kontinuierlich weiterdreht. Somit kann anhand des letzten erfassten Übergangs, beispielsgemäß des Übergangs 203, auf die Winkelstellung der Welle 110 geschlossen werden.However, the time periods 201, 202, and 203 assigned to the signal-generating sections 123 differ partially from one another, since the signal-generating sections 123 are distributed asymmetrically over the outer circumference of the first clutch bell 120, for example. Starting with time period 203, the time periods 201, 202, and 203 repeat, as the outer circumference continues to rotate. Thus, the angular position of the shaft 110 can be determined based on the last detected transition, for example, transition 203.

In analoger Weise werden die Zeitdauern von jeweils einem Übergang von einem signalgebenden Abschnitt zu einem nicht-signalgebenden Abschnitt auch an der zweiten Kupplungsglocke 130 gemessen.In an analogous manner, the time durations of each transition from a signal-giving section to a non-signal-giving section are also measured at the second coupling bell 130.

4 zeigt beispielhaft und schematisch eine Abweichung von einem Sollwert für einen Zeitversatz Δt zwischen einem erwarteten Übergang an der ersten Kupplungsglocke 120 und einem tatsächlichen Übergang der ersten Kupplungsglocke 120 aufgrund einer Torsion der Welle 110. 4 shows, by way of example and schematically, a deviation from a target value for a time offset Δt between an expected transition at the first clutch bell 120 and an actual transition of the first clutch bell 120 due to a torsion of the shaft 110.

Die Torsion der Welle 110 erfolgt durch ein Drehmoment, welches von der Welle 110 übertragen wird und führt dazu, dass die erste Kupplungsglocke 120 gegenüber der zweiten Kupplungsglocke 130 um einen torsionsabhängigen Winkel verdreht ist.The torsion of the shaft 110 is caused by a torque which is transmitted by the shaft 110 and results in the first clutch bell 120 being rotated relative to the second clutch bell 130 by a torsion-dependent angle.

Dementsprechend tritt ein Zeitversatz auf, der ein Maß für die Torsion der Welle 110 ist. Der Zeitversatz Δt wird dabei immer größer, je größer die Torsion ist.Accordingly, a time offset occurs, which is a measure of the torsion of the shaft 110. The time offset Δt becomes larger the greater the torsion.

Da die Torsion eine Folge des übertragenen Drehmoments ist, erlaubt der Zeitversatz Δt dementsprechend eine Bestimmung des Drehmoments.Since the torsion is a consequence of the transmitted torque, the time offset Δt allows a determination of the torque accordingly.

In 4 sind beispielhaft 8 unterschiedliche Zeitversatze 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307 und 308 dargestellt, die von links nach rechts für ein zunehmend größeres Drehmoment stehen.In 4 8 different time offsets 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307 and 308 are shown as examples, which represent an increasingly greater torque from left to right.

BezugszeichenReference symbol

100100: Vorrichtungdevice
111111: WelleWave
120120: erster Signalgeber, erste Kupplungsglockefirst signal generator, first clutch bell
121121: erster Sensor, erster Hall-Sensorfirst sensor, first Hall sensor
122122: AußenumfangOuter circumference
123123: signalgebender Abschnittsignaling section
124124: nicht-signalgebender Abschnittnon-signaling section
130130: zweiter Signalgeber, zweite Kupplungsglockesecond signal generator, second clutch bell
131131: zweiter Sensor, zweiter Hall-Sensorsecond sensor, second Hall sensor
200200: ZeitdauerDuration
201201: ZeitdauerDuration
202202: ZeitdauerDuration
203203: ZeitdauerDuration
tt: ZeitdauerDuration
301301: ZeitversatzTime offset
302302: ZeitversatzTime offset
303303: ZeitversatzTime offset
304304: ZeitversatzTime offset
305305: ZeitversatzTime offset
306306: ZeitversatzTime offset
307307: ZeitversatzTime offset
308308: ZeitversatzTime offset
ΔtΔt: ZeitversatzTime offset

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents submitted by the applicant was generated automatically and is included solely for the convenience of the reader. This list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2017 108 307 A1 [0003]
US 8 079 274 B2 [0004]
JP 6 372 231 B2 [0005]
US 8 666 682 B2 [0006]

Claims

Device (100) for determining a torque on a shaft (110), comprising the shaft (110) for transmitting the torque, a first signal transmitter (120) arranged on the shaft (110) in a rotationally fixed manner, a second signal transmitter (130) arranged on the shaft (110) at a distance from the first signal transmitter (120) and in a rotationally fixed manner, a first sensor (121) assigned to the first signal transmitter (120) for generating first measurement data, a second sensor (131) assigned to the second signal transmitter (130) for generating second measurement data, and a control unit, wherein the control unit is designed to determine a torsion of the shaft (110) on the basis of the first and second measurement data, and wherein the control unit is further designed to determine the torque on the basis of the torsion, characterized in that the first signal transmitter (120) is designed as a first clutch bell (120) and the second signal transmitter (130) is designed as a second clutch bell (130).

Device (100) according to Claim 1 , characterized in that the first sensor (121) senses an outer circumference (122) of the first signal generator (120), wherein the first signal generator (120) has signal-emitting (123) and non-signal-emitting sections (124) on its outer circumference (122), wherein the signal-emitting (123) and the non-signal-emitting (124) sections are distributed asymmetrically over the outer circumference (122) of the first signal generator (120) and/or that the second sensor (131) senses an outer circumference of the second signal generator (130), wherein the second signal generator (130) has signal-emitting and non-signal-emitting sections on its outer circumference, wherein the signal-emitting and the non-signal-emitting sections are distributed asymmetrically over the outer circumference of the second signal generator (130).

Device (100) according to at least one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the signal-generating sections (123) are material-based and the non-signal-generating sections (124) are material recesses.

Device (100) according to at least one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the first clutch bell (120) is made of steel and is assigned to a first multi-plate clutch and the second clutch bell (130) is made of steel and is assigned to a second multi-plate clutch.

Device (100) according to at least one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the first sensor (121) is designed as a first Hall sensor (121) and the second sensor (131) is designed as a second Hall sensor (131).

Device (100) according to at least one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the first measurement data contain a transition of a signal-transmitting section (123) to a non-signal-transmitting section (124) or vice versa at the first signal transmitter (120) and that the second measurement data contain a transition of a signal-transmitting section to a non-signal-transmitting section or vice versa at the second signal transmitter.

Device (100) according to at least one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the control unit is designed to determine a rotational speed of the shaft (110) on the basis of a time duration between at least two transitions at the first signal generator (120) and/or at the second signal generator (130).

Device (100) according to at least one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the control unit is designed to determine an angular position of the shaft (110) on the basis of a time duration between at least two transitions at the first signal generator (120) and/or at the second signal generator.

Device (100) according to at least one of the Claims 7 or 8 , characterized in that the control unit is designed to determine the rotational speed of the shaft (110) and/or the angular position of the shaft (110) on the basis of a plurality of time periods.

Device (100) according to at least one of the Claims 1 until 9 characterized in that the control unit has a processor dedicated to determining the torque and/or the speed.

Power take-off transmission with a power take-off shaft, comprising a device (100) according to at least one of the Claims 1 until 7 , wherein the device is designed to determine the torque on the power take-off shaft.

Work machine, comprising a power take-off gear according to Claim 11 .