CN114198360A

CN114198360A - 具有磁性位置传感器的气动促动器

Info

Publication number: CN114198360A
Application number: CN202111093002.6A
Authority: CN
Inventors: 瓦尔德马·克瑟莱文斯基; 巴尔托什·苏斯基
Original assignee: ZF CV Systems Europe BV
Current assignee: ZF CV Systems Europe BV
Priority date: 2020-09-18
Filing date: 2021-09-17
Publication date: 2022-03-18
Also published as: EP3971424A1

Abstract

提供一种具有磁性位置传感器的气动促动器。本发明涉及一种用于促动功能元件(2)的气动促动器(1)，包括：气动缸(4)，其包括缸体(7)，该缸体(7)限定具有中心轴线(A)的气动室(8)；和气动活塞(6)，其用于促动功能元件(2)，其包括活塞头(12)和活塞杆(14)。活塞头(12)以可沿中心轴线(A)滑动的方式容纳在气动室(18)中。气动促动器(1)还包括磁性位置传感器(64)和磁体(66)，磁性位置传感器用于检测气动活塞(6)的相对位置，磁体(66)附接到气动活塞(6)以便与位置传感器(6)协作。气动促动器(1)特征在于磁体(66)相对于中心轴线(A)点对称。本发明还涉及一种齿轮箱(100)和商用车辆(200)。

Description

具有磁性位置传感器的气动促动器

技术领域

本发明涉及一种用于促动功能元件、特别是商用车辆齿轮箱的功能元件的气动促动器，该气动促动器包括：气动缸，其包括缸体和缸盖，该缸体限定具有中心轴线的气动室，该缸盖封闭气动室；气动活塞，其用于促动功能元件，该气动活塞包括活塞头和活塞杆，该活塞杆用于将活塞头连接到功能元件，其中活塞头以可沿所述中心轴线滑动的方式容纳在气动室中；磁性位置传感器，其用于检测气动活塞相对于气动缸的相对位置；以及磁体，其附接到气动活塞，以便与位置传感器协作。

背景技术

在车辆中，特别是在商用车辆中，有多种实现自动变速器的方式。除了自动齿轮箱外，还经常使用手自一体齿轮箱系统。AMT系统包括传统手动齿轮箱，该传统手动齿轮箱由一个或多个气动促动器自动驱动。气动促动器与功能元件相连，例如与换档拨叉相连。在促动气动促动器时，无需车辆驾驶员手动促动换档杆即可换档。

通常，气动促动器包括气动缸和气动活塞。气动活塞可相对于气动缸运动。在移动时，活塞促动连接到该活塞的功能元件。为了启动活塞的这种运动，活塞头被容纳在由气动缸的缸体限定的气动室中。气动活塞以可滑动方式设置在气动室中并且可沿气动室的中心轴线来回移动。当气动室中的压力增加时，气动活塞被沿正行程方向推动，并且气动活塞和气动室所包围的容积增加。连接到活塞头的活塞杆从气动室伸出，并促动功能元件。当气动活塞中的压力降低到环境压力水平以下时，活塞移动到气动室中，在负行程方向上执行负行程。

为了减少齿轮箱部件的磨损，对连接到气动促动器的功能元件的驱动需要精确。为了自动控制促动器，需要关于活塞相对于气动缸的相对位置的准确信息。因此，气动促动器包括用于检测气动活塞与气动缸的相对位置的位置传感器。磁性位置传感器通常是霍尔传感器类型。磁性位置传感器适于检测与所述传感器配合的磁体。如果磁体相对于磁传感器的距离发生变化，则磁传感器会提供相应的信号。通过将磁体附接到气动活塞上，可以从传感器信号中推导出活塞与气动缸的相对位置。该信号可以用于区分多个活塞位置，并且/或者该信号可以对应于磁体和磁体位置传感器之间的精确距离。

布置在磁体和传感器之间的促动器的部件，特别是铁磁部件以及磁体和传感器之间的大距离会影响到由磁性位置传感器提供的信号的信号强度和/或精度。通过将磁体布置在活塞头的外周表面上，并且将磁性位置传感器布置在缸体的外壁的相应部分上，对于传统传感器而言，磁体和磁性位置传感器之间的距离保持较小。为了接收磁体，活塞头包括在圆周表面上的腔体。磁体容纳在该腔体中并在其中受到保护。然而，腔体的制造导致制造成本增加。此外，需要精确定位和组装磁体以防止磁体和气动缸之间的摩擦接触。这导致增加的组装成本以及功能误差和/或组装误差的增加的可能性。一般来说，成本和可靠性对于汽车和商用车行业的部件来说是最重要的。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种易于组装的成本有效且可靠的气动促动器。

为了解决该目的，本发明在第一方面中提出磁体关于中心轴线点对称。关于中心轴线点对称的磁体优选在两个维度上对称。对于气动活塞的多角度定向，点对称磁体相对于磁性位置传感器的距离优选是恒定的。因此，在组装气动促动器时，气动活塞相对于气动室的多个角度取向是可能的。错误组装的风险降低了，这是因为气动活塞相对于主轴的不止一个取向是正确的。此外，在本发明中仍然可以使用传统的和市售的磁性位置传感器。磁体与中心轴线的点对称性取决于磁体本身的形状以及磁体与中心轴线的相对安装位置。磁体本身可以是点对称的，例如立方体，但仍然不是相对于中心轴线点对称地布置。点对称磁体的对称轴线与中心轴线同轴。

优选地，磁体附接到气动活塞的活塞头。附接到活塞头的磁体直接提供活塞头相对于气动缸的位置信息。因此，有利于控制气动促动器。然而，也可以将磁体附接到活塞杆。例如，磁体和磁性位置传感器都可以布置在气动室的外部。

缸盖优选地可从缸体移除。可拆卸的缸盖便于活塞在气动室内的组装以及气动室的密封。然而，缸盖也可以与缸体永久固定或一体地形成。因此，气动缸可以包括出入开口，在活塞接收在气动室内之后，该出入开口被活塞头密封。

优选地，缸盖和/或缸体由铝制成。铝还包括铝合金。与其它传统材料相比，特别是与钢相比，铝不是铁磁性的，并且对附接到活塞的磁体提供的磁场的影响很小。因此，由铝制成的缸盖和/或缸体允许精确检测气动活塞的相对位置。

优选地，磁体是永磁体，特别优选的是基于钕、铋锰和/或铝镍钴的磁体。例如，磁体的磁通密度为1000mT至2000mT，优选1200mT至1500mT，进一步优选1300mT至1400mT。该实施例的技术效果是，为磁体选择的材料能够实现如上所述的磁通密度，从而准确确定磁体所附接到的活塞的位置。根据一个实施例，磁体的磁通密度使用例如高斯计相对于要经受磁通密度影响的距离来确定。在另一个实施例中，磁体的磁通密度使用总通量测试(磁通计)和磁滞测试(磁导计)中的一个来确定。此外，基于来自诸如高斯计的测试的读数，来校准、选择和/或调整材料选取、磁体形状和其它参数。

根据一优选实施例，本发明中使用的磁体在约20摄氏度的室温下具有在1300mT和1400mT范围内，更优选在1310mT和1350mT范围内的“剩余”磁通密度。例如，术语“剩余磁通密度”通常定义为在没有自退磁场从而使所施加的磁场强度为零的情况下磁化体(在本例中为“磁体”)中剩余的磁通密度值。该特征的技术效果是它允许与例如与本发明的齿轮箱相关联使用的气动促动器相关的最佳可能属性之一。

在第一优选实施例中，磁体是旋转对称的。活塞的角取向对旋转对称磁体相对于传感器的取向没有影响。因此，通过应用相对于中心轴线旋转对称的磁体，消除了气动活塞的错误角度组装的可能性。此外，在气动促动器的操作期间，气动活塞相对于气动缸的角度取向可以改变，而不影响位置传感器的检测。消除了在气动活塞上提供专用对准元件的需要。旋转对称磁体例如可以是圆柱状或圆盘状。

优选地，活塞头包括第一前面和第二前面，并且磁体优选地附接到活塞头的第一前面。前面优选地基本上垂直于主轴。通过将磁体附接到前面，消除了在气动活塞头的外围表面上加工接收部分的需要。加工外围表面通常是成本密集的，因此是不可取的。由于当磁体附接到活塞头的前面时不需要活塞的外周表面中的凹部，所以有利于气动活塞对气动室的密封。此外，当活塞运动时，保护磁体免于摩擦气动缸的内表面。因此，将磁体布置在前面增加了气动促动器的可靠性和效率。优选地，第一前面朝向缸盖取向。与气动室和缸盖协作地，朝向缸盖取向的第一前面限定了气动活塞和气动缸之间的第一空气体积。

在一优选实施例中，活塞头包括在第一前面中的安装凹部，并且磁体至少部分地容纳在该安装凹部中。磁体仍可以突出超过前面，优选地朝向缸盖突出。特别优选地，磁体完全被容纳在安装凹部中。完全容纳在安装凹部中的磁体可有效防止损坏。安装凹部便于将磁体附接在前面。减小了错误组装的可能性。此外，安装凹部的侧壁可以防止磁体横向移动。气动促动器的可靠性由此增加，并且防止磁体在气动促动器的操作期间松动。优选地，安装凹部的内部几何形状对应于磁体的外部几何形状。例如，凹部可以具有垂直于中心轴线的矩形横截面，而磁体也具有基本对应的横截面。优选地，磁体的平行于中心轴线的外侧表面接触凹部的内壁。可以理解的是，即使磁体的外侧面与凹部的内壁接触，也可以设置很小的间隙以方便组装。

在另一个优选实施例中，磁体是具有中心孔口的环形磁体。环形磁体可以在市场上买到，并且可以以较低的成本采购。此外，环形磁体的总重量更小，因此比盘形磁体更轻。中心磁体轴线由中心孔口限定，并且该中心磁体轴线与气动室的中心轴线同轴。

优选地，将活塞头连接到活塞杆的连接构件延伸穿过环形磁体的中心孔口。因此，磁体的环形形状允许气动活塞的容易组装。此外，即使在附接磁体之后也可接近连接构件。在气动活塞和/或磁体损坏的情况下，便于维修和/或更换部件，并且提高气动促动器的整体可靠性。气动活塞优选为两件式构造。活塞杆和活塞头可以独立地制造，这减少了材料消耗，并且降低了制造成本。优选地，将活塞头拧到活塞杆上。连接构件则包括一个或多个螺钉。特别优选地，将活塞头从第一前面拧到活塞杆上。螺钉的螺钉头优选邻接活塞头。连接构件还可以是铆钉或包括铆钉。活塞杆也可以粘在活塞头上。活塞杆还可包括螺纹部分。在这种情况下，连接构件则可以是螺母、锁定环和/或锁定销。优选地，连接件与活塞杆或活塞头一体地形成。

在一优选实施例中，环形磁体借助于连接构件附接到活塞头。连接构件则是将活塞头附接到活塞杆以及将磁体附接到活塞头的多功能连接构件。便于环形磁体、活塞头和活塞杆的对准。还优选的是，环形磁体通过单独的元件附接到活塞头。连接构件还可以包括多个元件，诸如螺钉、铆钉和垫圈。

根据另一个优选实施例，磁体被胶粘到活塞头。通过将磁体粘合到活塞头上，可实现磁体的耐用且轻松的固定。通常，胶合是一种快速且经济高效的组装方法。胶水可以补偿活塞头的变形并且长期可靠。当将磁体附接到活塞头的前面时，胶合是特别优选的。由于通过将磁体附接在前面上消除了磁体与气动体的内表面摩擦的风险，因此可以以较低的精度提供用于将磁体附接到活塞头上的胶量，这进一步有利于组装。由于胶水的分配不准确而导致的磁体和磁性位置传感器之间沿中心轴线的距离差异可以很容易地得到补偿，因此对传感器的整体功能没有影响。

优选地，位置传感器的主传感器轴线与气动室的中心轴线平行，特别优选同轴。主传感器轴线由磁性位置传感器的测量方向限定。主传感器轴线和中心轴线的平行和/或同轴布置便于处理由磁性位置传感器提供的对应于磁性传感器的位置的信号。优选地，中心轴线延伸穿过传感器。从而进一步降低了未对准的可能性。

在一优选实施例中，位置传感器布置在缸盖的与气动室相反的外部上。通过将磁性位置传感器布置在缸盖的外部上，降低了磁性位置传感器损坏的风险。此外，布置在外部上的位置传感器很容易接近。便于组装，这是因为将位置传感器连接到控制单元的电线或缆线不需要进入气动室。气动缸盖优选地可从气动室移除。然后，可以在将活塞头安装在气动室中之前将磁性位置传感器附接到活塞头，这进一步有利于正确对准和组装。

优选地，缸盖的外部包括传感器凹部，并且位置传感器至少部分地被容纳在传感器凹部中。传感器凹部从而有助于磁性位置传感器的正确定位。当位置传感器被容纳在凹部中时，它可以免受周围缸盖的损坏。优选地，凹部是旋转对称的凹部。因此，可以通过车削来制造缸盖，这是用于旋转对称部件的成本有效且精确的生产方法。优选地，传感器凹部的内部几何形状对应于位置传感器的外部几何形状。缸盖还可以包括传感器盖，用于覆盖接收在传感器凹部中的位置传感器。传感器盖进一步保护位置传感器免受损坏，尤其是免受移动元件、腐蚀性介质和/或热量的损坏。

根据优选实施例，活塞头的外周表面是连续的。连续的外周表面不包括腔体。然而，应当理解，连续的外围表面仍然可以包括垂直于中心轴线和/或台阶的变化半径。例如，用于附接第一密封元件的第一外围面可以具有比用于接收第二密封元件的第二外围面更小或更大的半径。可以低成本且高精度地制造连续的外围表面。

在另一优选实施例中，活塞杆至少沿其一部分旋转对称。优选地，活塞杆的与活塞头相反的第一端对称。对称的活塞杆消除了组装过程中错位的风险。由于磁体是对称的，活塞头的活塞杆上不需要任何对准元件，诸如钩子或鼻子，以确保磁体相对于磁性位置传感器的正确对准。由于此类对准元件需要额外的制造步骤，因此点对称磁体可以实现具有成本效益的活塞杆设计。特别地，包括气动活塞和磁体的活塞组件是旋转对称的。

根据本发明的第二方面，上述问题通过一种齿轮箱解决，特别是用于商用车辆的齿轮箱，包括根据本发明第一方面所述的任何实施例的气动促动器。优选地，缸体与齿轮箱的壳体一体地形成。然而，通过诸如螺钉或铆钉的连接元件附接到齿轮箱的壳体的气动促动器也是优选的。此外，气动缸也可以部分或全部焊接到齿轮箱的壳体上。特别优选地，气动促动器被接收在齿轮箱的壳体内。气动活塞、促动器的其它元件或布置在齿轮箱内部的功能元件不穿过齿轮箱壳体。从而促进了齿轮箱壳体的密封并且提高了可靠性。

在本发明的第三方面中，上述问题通过包括根据本发明第二方面的齿轮箱的商用车辆解决。应当理解，根据本发明的第一方面的气动促动器、根据本发明的第二方面的齿轮箱和根据本发明的第三方面的车辆优选地具有相似或相同的方面，特别是就像在从属权利要求中描述它们那样。因此，参考根据本发明的第一方面的气动促动器的以上描述。

为了更完整地理解本发明，现在将参考附图详细描述本发明。详细描述将说明和描述被认为是本发明的优选实施例的内容。当然应该理解，在不脱离本发明的精神的情况下，可以容易地在形式或细节上进行各种修改和改变。因此，本发明不限于本文所示和描述的确切形式和细节，也不限于本文公开和下文要求保护的本发明的整体。此外，公开本发明的说明书、附图和权利要求中描述的特征对于单独或组合考虑的本发明可能是必不可少的。特别地，权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制本发明的范围。措辞“包括”不排除其它要素或步骤。词语“一”或“一个”不排除复数个。措辞“多个”项还包括数字1，即单个项，以及其它数字，如2、3、4等。

附图说明

在附图中：

图1示出了气动促动器的第一实施例的剖视图；

图2示出了根据第二实施例的气动促动器的剖视图；以及

图3示出了具有齿轮箱的商用车辆，该齿轮箱包括气动促动器。

具体实施方式

气动促动器1，特别是用于促动齿轮箱100的功能元件2的气动促动器1，包括有气动缸4和气动活塞6。气动缸4的活塞体7限定气动室8，该气动室8具有中心轴线A。在第一侧9上，气动室8被气动缸4的缸盖10封闭。气动缸4与齿轮箱100的壳体102一体地形成。气动促动器1在齿轮箱100内被接收在内部104中(也参见图3)。

气动活塞6的活塞头12被容纳在气动缸4的气动室8中。活塞头12连接到气动活塞6的活塞杆14，该活塞杆14在与第一侧9相反的第二侧16上延伸穿过气动缸4的缸孔15。缸孔15形成在缸体7的底部18中。活塞头12的最大外径D1大于活塞孔口15的对应内径D2。在气动促动器1的组装期间，气动活塞6从第一侧9通过头部开口20插入。在插入气动活塞6之后，缸盖10关闭气动室8的盖开口20。然而，内径D2也可以对应于最大外径D1，使得气动活塞6可以通过活塞孔口15从第二侧16插入到气动室8中。

活塞头12、缸盖10和缸体7的内壁22围成第一容积V1。为了移动气动活塞6，将第一压力p1施加到第一容积V1。与第一容积V1相对，在气动室8中限定第二容积V2。第二容积V2经由通道17流体地连接到齿轮箱100的内部104。如果第一压力p1超过内部104的环境压力p_a，该环境压力p_a也施加到第二容积V2，则第一容积V1增加并且气动活塞6在正行程方向R1上执行正行程。轴承62引导气动活塞6，使得正行程方向R1平行于中心轴线A。为了在与正行程方向R1相反的负行程方向R2上执行气动活塞6的负行程，低于环境压力p_a的第二压力p2被施加到第一容积V1。然而，气动活塞6在正行程方向R1和/或负行程方向R2上的运动也可以通过致偏构件(诸如弹簧)来实现和/或辅助。

通过将变化的压力p1、p2施加到第一容积V1，气动活塞6可相对于气动缸4来回移动。在与活塞头12相反的第一端24上，活塞杆14接合功能元件2。活塞杆14将活塞头12的运动传递到功能元件2。当气动活塞6在正行程方向R1上执行正行程时，接合活塞杆14的功能元件2被促动并且也向正行程方向R1移动。在活塞6沿负行程方向R2的负行程期间，功能元件2也沿负行程方向R2移动。

为了接合功能元件2，活塞杆14包括凹部26。在该实施例中并且优选地凹部26是大致U形的凹部26。另外或替代地，活塞杆14还可以包括径向突起(未示出)，用于接合功能元件2。凹部26沿着活塞杆14的整个圆周延伸。然而，凹部26也可以仅部分地围绕活塞杆14的圆周延伸。

气动活塞6是两件式结构。活塞头12和活塞杆14独立制造并且在组装气动活塞6时彼此附接。连接构件27将活塞头12附接到活塞杆14。这里，连接构件27是具有轴30和螺钉头32的螺钉28。轴30包括外螺纹34，该外螺纹34被接纳在活塞杆14中的孔38的相应的内螺纹36中。轴30延伸穿过活塞头12，而螺钉头32邻接活塞头12的第一前面40。在该实施例中，第一前面40指向缸盖10。与第一前面40相对，活塞头12包括第二前面42。第一前面40和第二前面42两者都垂直于中心轴线A。

活塞杆14直接邻接活塞头12的第二前面42。然而，活塞头12还可以优选地包括用于部分地接收活塞杆14的杆凹部(未示出)。可以将活塞头12附接到活塞杆14，然后可以将组装好的气动活塞6从第一侧9插入气动缸4中。由于活塞杆14以可拆卸方式连接到活塞头12，也可以先从第二侧16插入活塞杆14，之后将活塞杆14附接到活塞头12。取决于齿轮箱100的布局，这可以有利于组装。因此，气动活塞6的两部分结构允许多种布置。气动促动器1的相同设计可以用于不同的齿轮箱设计。

在插入气动活塞6之后，缸盖10封闭气动室8。缸盖10包括与缸体7的第二内螺纹46相对应的第二外螺纹44。为了密封第一容积V1，第一密封元件48布置在缸盖10的密封凹槽50中。在图1和图2的实施例中，缸盖10是旋转对称的，并且密封元件48形成为O型环。

为了密封容积V1，活塞头12包括两个唇形密封件52、54。唇形密封件52、54沿相反的方向定向。第一唇形密封件52的支腿52.1沿正行程方向R1延伸，而第二唇形密封件54的支腿54.1沿负行程方向R2延伸。支腿52.1、54.1邻接缸体7的内壁22并且确保第一容积V1的密封。为了接收第一唇形密封件52和第二唇形密封件54，缸盖14具有T形横截面。活塞头12的外围表面57是连续的并且不包括腔体。限定活塞头12的最大外径D1的径向突起56突出超过活塞头12的密封面58、60。唇形密封件邻接密封面58、60以及径向突起56。密封面58、60防止唇形密封件52、54在垂直于中心轴线A的径向方向R3上变形，而径向突起56防止唇形密封件52、54在正行程方向R1和/或负行程方向R2上的相对运动和/或便于唇形密封件52、54的安装。

在活塞头12和内面22之间形成小间隙(未示出)。为了引导气动活塞6，活塞杆14延伸穿过布置在缸体7的底部18处的引导轴承62。轴承62是滑动轴承，但也可以形成为滚动轴承。替代地或附加地，活塞头12也可以接触内面22以引导气动活塞6。

为了检测气动活塞6与气动缸4的相对位置，尤其是气动活塞6沿中心轴线A的位置，气动促动器1包括磁性位置传感器64和与磁性位置传感器64配合的磁体66。位置传感器64适于检测磁体66。位置传感器布置在缸盖10的外部65上。优选地，位置传感器64提供对应于位置传感器64和磁体66之间的距离L的传感器信号。传感器轴线AS平行于气动室8的中心轴线A，传感器沿着该传感器轴线AS可以检测距离L。因此，信号与距离L成正比，并且可用于确定气动活塞6相对于气动缸4的位置，而无需复杂的计算。

磁体66附接到活塞头12的第一前面40，并与中心轴线A旋转对称。通过将磁体66附接到面向缸盖10的第一前面40，传感器64和磁体66之间的距离L被最小化。磁体66是具有中心孔口70的环形磁体68。中心孔口70限定与中心轴线A同轴的中心磁体轴线AM。环形磁体68关于中心轴线A旋转对称。因此，环形磁体68相对于布置在缸盖10上的位置传感器64的相对位置对于气动活塞6的每个角度取向都是相同的。例如，在不改变环形磁体66与位置传感器64的相对位置的情况下，气动活塞6可以围绕中心轴线A旋转90°。因此，当气动活塞6围绕中心轴线A旋转时，代表距离L的信号不会改变。因此，在组装期间，气动活塞6相对于气动缸的角度取向对位置传感器64的功能没有影响。此外，在气动促动器1的操作期间，活塞杆14可以是旋转对称的，并且不需要对准元件来防止活塞杆14的旋转。连接构件27延伸穿过环形磁体68的中心孔口70。因此，在将活塞头12附接到活塞杆14之前，可以将环形磁体68固定到活塞头12。可以容易地达到磁体66关于中心轴线的点对称，并且便于正确对准。

在图1的实施例中，环形磁体68粘合到第一前面40。特别地，环形磁体68被接收在活塞头12的安装凹部72中。安装凹部72保护磁体66免受损坏。在该实施例中，由径向内凹部表面74限定的安装凹部直径D3大于环形磁体68的外环直径D4。因此，提供了用于在安装凹部72内接收磁体66的足够空间。然而，安装凹部72的内部几何形状，在该实施例中，安装凹部直径D3可以基本上对应于磁体66的外部几何形状，在该实施例中，对应于外环直径D4。这可以进一步促进磁体66相对于活塞头12的正确对准。外环直径D4可以与安装凹部直径D3完全相同。

缸盖10包括传感器凹部76，并且位置传感器64被接收在传感器凹部76中。通过将传感器64布置在传感器凹部76中，磁体66和磁性位置传感器64之间的距离L被最小化。此外，位置传感器64完全容纳在传感器凹部76中，在该实施例中该传感器凹部76是阶梯状凹部。为了进一步保护传感器64，传感器凹部76可以从第一侧9通过盖子、帽或罩(未示出)封闭。传感器轴线AS与中心轴线A间隔开。然而，中心轴线A和传感器轴线AS也可以是全等的，并且/或者传感器64可以关于中心轴线A旋转对称地布置。在该实施例中并且优选地，缸盖10基本上是楔块形的。楔块指向正行程方向R1。从而减小了磁体66和磁性位置传感器64之间的距离。对于处于恒定距离L处的楔块形缸盖10，在活塞头12、内壁22和缸盖10之间限定的第一容积V1大于大体圆柱形缸盖10情况下的容积。更大的第一容积V1允许分别更精确地促动气动活塞6和功能元件2。此外，楔块形在结构上是稳定的，并且当压力p1被施加到第一容积V1时，该楔块形防止缸盖10的变形。因此，可以在不牺牲缸盖10的稳定性的情况下，减小传感器凹部76的传感器凹部磨削部78的材料厚度T1。缸盖10对气动活塞6的位置检测的影响减小，并且位置传感器64可以提供更强和/或更准确的信号。

图2示出了气动促动器1的第二实施例。相同的附图标记应用于相应的部件，并且参考气动促动器1的第一实施例的描述。

在第二实施例中，磁体66借助于连接件27附接到气动活塞6的活塞头12。对于第一实施例，连接件27包括螺钉28。此外，连接件27包括设置在螺钉头32和环形磁体68之间的垫圈80。然而，螺钉头32也可以直接邻接环形磁体68。垫圈80是杯形的，具有邻接环形磁体68的倾斜表面82。通过提供倾斜表面82，便于磁体68关于中心轴线A的点对称布置。当环连接构件27被紧固时，沿正行程方向R1上的中心轴线A提供固定力F1。由于邻接磁体64的倾斜表面82相对于中心轴线A倾斜，所以经由垫圈80传递到环形磁体68的第二力F2也倾斜。第二力F2具有沿正行程方向R1的轴向分量以及沿径向方向R3的径向分量。如果径向磁体68相对于中心轴线A未对准，则第二力F2的径向分量使环形磁体68移动，直到中心孔口70关于中心轴线A居中，并且磁体轴线AM与中心轴线A同轴。提供具有倾斜表面82的优选垫圈80从而允许在连接构件27紧固时磁体66相对于中心轴线A自动对准。

图3示出了商用车辆200，其具有马达202、齿轮箱100、离合器204和驱动轴206，驱动轴206将马达202连接到离合器204和齿轮箱100。气动促动器1布置在齿轮箱100的内部104中。活塞轴14从气动缸4伸出，并且与功能元件2连接。在本实施例中，功能元件2是齿轮箱100的换挡拨叉106。使用换挡拨叉106，齿轮箱100的第一齿轮108可以在正行程方向R1或负行程方向R2上被促动和移动。在图3中，气动活塞6处于最外侧位置，并且较大的第一齿轮108.1接合从动轴112的较小的第二齿轮110.1。通过向第一容积V1施加第二压力p2，该第二压力p2小于齿轮箱100的内部104的环境压力p_a，气动活塞6可以在负行程方向R2上移动。换挡拨叉106也沿负行程方向R2移动。换档拨叉106使第一齿轮108沿轴112滑动，从而较大的第一齿轮108.1与较小的第二齿轮110.1脱离，并且较小的第一齿轮108.2与较大的第二齿轮110.2接触。因此，齿轮箱100的齿轮在气动促动器1的促动时改变。

磁性位置传感器64检测磁体66的位置，并且经由缆线114向车辆100的控制器116提供相应的位置信号S。由于气动活塞6相对于气动缸4的位置对应对于功能元件2的位置，所以位置信号S可以用于自动控制齿轮箱100。

气动促动器1布置在齿轮箱100的内部104中，并且活塞轴14和拨叉106都不穿过齿轮箱100的外壳102。从而促进齿轮箱100的密封，并且有效地防止轮箱100中所包含的油118的泄漏。缸体7与齿轮箱100的壳体102一体地形成。例如，包括缸体7的整个齿轮箱壳体102可以一体地铸造。

参考符号列表：

1气动促动器

2功能元件

4气动缸

6气动活塞

7活塞体

8气动室

9第一侧

10缸盖

12活塞头

14活塞杆

15缸孔口

16第二侧

17通道

18底部

20头开口

22内壁

24活塞杆的第一端

26凹槽

27连接件

28螺钉

30螺杆轴

32螺钉头

34外螺纹

36内螺纹

38孔

40第一正面

42第二正面

44第二外螺纹

46第二内螺纹

48第一密封元件

50密封凹槽

52第一唇形密封件

52.1腿第一唇形密封件

54第二唇形密封件

54.1腿第二唇形密封件

56径向突起

57活塞头的外周表面

58密封面

60密封面

62导向轴承

64磁性位置传感器

65缸盖的外部

66磁体

68环形磁体

70中心孔口

72安装凹部

74内凹面

76传感器凹部

78传感器凹部接地

80垫圈

82斜面

100齿轮箱

102壳体

104齿轮箱的内部

106换挡拨叉

108一档齿轮

108.1较大的一档齿轮

108.2较小的一档齿轮

110二档齿轮

110.1较小的二档齿轮

110.2更大的二档齿轮

112从动轴

114缆线

116控制器

118油

200车辆

202马达

204离合器

206驱动轴

A中心轴线

AM中心磁体轴线

AS主传感器轴线

D1活塞头最大外径

D2活塞孔口内径

D3凹部直径

D4外环直径

F1第一力

F2第二力

L距离

p1第一压力

p2第二压力

p_a环境压力

R1正行程方向

R2负行程方向

R3径向方向

S信号

T1缸盖材料厚度

V1第一容积

V2第二容积。

Claims

1.一种用于促动功能元件(2)的气动促动器(1)，所述功能元件(2)特别是商用车辆(200)的齿轮箱(100)的功能元件(2)，所述气动促动器(1)包括：

气动缸(4)，所述气动缸(4)包括：

缸体(7)，所述缸体(7)限定具有中心轴线(A)的气动室(8)，以及

缸盖(10)，所述缸盖(10)封闭所述气动室(8)；

气动活塞(6)，所述气动活塞(6)用于促动所述功能元件(2)，所述气动活塞(6)包括：

活塞头(12)，以及

活塞杆(14)，所述活塞杆(14)用于将所述活塞头(12)连接到所述功能元件(2)，

其中，所述活塞头(12)以能够沿所述中心轴线(A)滑动的方式容纳在所述气动室(18)中；

磁性位置传感器(64)，所述磁性位置传感器(64)用于检测所述气动活塞(6)与所述气动缸(4)的相对位置；以及

磁体(66)，所述磁体(66)附接到所述气动活塞(6)，以便与所述磁性位置传感器(64)协作，

其特征在于，所述磁体(66)相对于所述中心轴线(A)点对称。

2.根据权利要求1所述的气动促动器(1)，其中，所述磁体(66)是旋转对称的。

3.根据权利要求1或2所述的气动促动器(1)，其中，所述活塞头(12)包括第一前面(40)和第二前面(42)，并且其中所述磁体(66)附接到所述活塞头(12)的第一前面(40)。

4.根据权利要求3所述的气动促动器(1)，其中，所述活塞头(12)包括在所述第一前面(40)中的安装凹部(72)，并且其中所述磁体(66)至少部分地容纳在所述安装凹部(72)中。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的气动促动器(1)，其中，所述磁体(66)是具有中心孔口(70)的环形磁体(68)，其中由所述中心孔口(70)限定的中心磁体轴线(AM)与所述气动室(8)的中心轴线(A)同轴。

6.根据权利要求5所述的气动促动器(1)，其中，将所述活塞头(12)连接到所述活塞杆(14)的连接构件(27)延伸穿过所述环形磁体(68)的中心孔口(70)，其中所述环形磁体(68)借助于所述连接构件(27)附接到所述活塞头(12)。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的气动促动器(1)，其中，所述磁体(66)被胶粘到所述活塞头(12)。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的气动促动器(1)，其中，所述位置传感器(64)的主传感器轴线(AS)平行于所述气动室(8)的中心轴线(A)。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的气动促动器(1)，其中，所述位置传感器(64)布置在所述缸盖(12)的与所述气动室(8)相反的外部(65)上，其中所述缸盖(10)的外部(65)包括传感器凹部(76)，并且其中所述位置传感器(64)至少部分地被容纳在所述传感器凹部(76)中。

10.根据上述权利要求中的任一项所述的气动促动器，其中，在约20℃的室温下，所述磁体具有在1300mT和1400mT的范围内，更优选在1310mT和1350mT的范围内的“剩余”磁通密度。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的气动促动器(1)，其中，所述活塞头(12)的外周表面(57)是连续的。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的气动促动器(1)，其中，所述活塞杆(14)是旋转对称的。

13.根据上述权利要求中的任一项所述的气动促动器，其中，所述磁体由钕磁体、铋锰磁体和/或铝镍钴磁体制成，其中所述磁体优选地具有在1000mT至2000mT，更优选1200mT至1500mT，甚至更优选1300mT至1400mT的范围内的磁通密度。

14.一种齿轮箱(100)，特别是用于商用车辆(200)的齿轮箱(100)，包括根据前述权利要求1至13中的任一项所述的气动促动器(1)。

15.一种商用车辆(200)，包括根据权利要求14所述的齿轮箱(100)。