-
Die
Erfindung betrifft einen Zylinder mit einem in einem Zylindergehäuse
laufenden Kolben, der an einer Zylinderstange befestigt und um eine
Zylinderachse drehbar ist, und einem Positionssensor, der einen
Sensormagneten und ein Sensorelement, das mit dem Sensormagneten
zusammenwirkt, umfasst, wobei der Sensormagnet ausgebildet ist zum Erfassen
einer Zylinderstangenposition relativ zu dem Zylindergehäuse.
Zudem können benachbart angeordnete Sensoren durch die
Teilmagneten gestört werden.
-
Ein
derartiger Kolben ist beispielsweise aus der
DE 20 2005 005 508 U1 bekannt.
Dabei sind an dem Kolben sich zu einem magnetischen Ring ergänzende
Teilmagneten angeordnet, deren Magnetfeld von einem Magnetfeldsensor
erfasst wird. Nachteilig an dem Kolben ist sein hoher Fertigungsaufwand.
-
Aus
der
DE 20 2007
001 020 U1 ist ein fluidischer Zylinder mit einer Positionserfassungseinrichtung
für die Kolbenposition bekannt. Auch hieran ist nachteilig,
dass der Zylinder aufwändig zu fertigen und schlecht zu
warten ist.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen leicht zu fertigenden
Zylinder anzugeben, der zudem einfach zu warten ist und umliegende
Sensoren weniger stark beeinflusst.
-
Die
Erfindung löst das Problem durch einen gattungsgemäßen
Zylinder, bei dem der Sensormagnet bezüglich der Zylinderstange
drehbar an der Zylinderstange befestigt und bezüglich des
Zylindergehäuses drehfest geführt ist.
-
Vorteilhaft
hieran ist, dass ein derartiger Zylinder einfach zu fertigen ist.
So kann ein Standardzylinder verwendet werden, an dem lediglich
der spezielle Positionssensor befestigt werden muss. Es ist ein
weiterer Vorteil, dass der Positionssensor in Umfangsrichtung keinerlei
zusätzlichen Bauraum beansprucht, so dass der Zylinder
in Umfangsrichtung schmal baut.
-
Ein
weiterer Vorteil ist, dass ein sehr kleiner Magnet verwendet werden
kann, was die Herstellkosten senkt. Gleichzeitig sind Streufelder
deutlich reduziert, wodurch umliegende Sensoren weniger beeinflusst
werden.
-
Im
Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einer Zylinderstange
insbesondere jedes Bauteil verstanden, was bezüglich der
Betätigungsrichtung des Kolbens fest mit dem Kolben gekoppelt ist.
So kann die Zylinderstange mehrere Teilzylinderstangen umfassen,
die schubstabil oder durch Gelenke aneinander befestigt sind. Unter
dem Merkmal, dass ein Objekt drehfest bezüglich eines anderen Objektes
angeordnet ist, ist insbesondere zu verstehen, dass ein freies Drehen,
beispielsweise um mehrere Umdrehungen nicht möglich ist.
Das schließt aber nicht aus, dass ein Verschwenken um einen kleinen
Winkelbereich, beispielsweise weniger als 20°, möglich
sein kann.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Sensormagnet
ausschließlich über einen Bruchteil eines Zylinderstangen-Umfangswinkels
der Zylinderstange. Da der Sensormagnet drehfest bezüglich
des Zylindergehäuses geführt ist, ist es lediglich
notwendig, dass der Sensormagnet stets dem Sensorelement zugewandt
ist. Auf einer dem Sensorelement abgewandten Seite der Zylinderstange
ist kein magnetisches Element notwendig und möglicherweise
sogar schädlich, da umliegende Sensoren beeinflusst werden
können. Vorteilhaft hieran ist, dass das magnetische Element
klein und damit kostengünstig herstellbar ist. Ein weiterer
Vorteil ist, dass das magnetische Feld, das den Sensormagnet umgibt,
nur in unmittelbarer Nähe des Sensorelements vorliegt.
Dadurch werden magnetische Störfelder vermieden, die ansonsten
andere in der Nähe angeordnete Sensoren stören
können. Vorteilhaft ist zudem, dass ein kleiner Sensormagnet
auf weniger durch externe Magnetfelder beeinflusst wird, was seinerseits
die Messgenauigkeit erhöht.
-
Es
hat sich herausgestellt, dass es ausreichend und vorteilhaft ist,
wenn der Sensormagnet sich über weniger als ein Drittel,
insbesondere weniger als ein Fünftel, des Zylinderstangen-Umfangswinkels
der Zylinderstange erstreckt. Es ist sogar möglich, dass
sich der Sensormagnet über weniger als 70° oder
sogar weniger als 45° über den Zylinderstangen-Umfangswinkel
erstreckt.
-
Ein
besonders einfach zu fertigender Sensormagnet wird erhalten, wenn
dieser kreissegmentförmig ist. Besonders vorteilhaft daran
ist, dass ein derartiger Sensormagnet bei gegebener Magnetfeldstärke
radial besonders klein baut.
-
Ein
konstruktiv besonders einfacher Kolben wird erhalten, wenn der Sensormagnet
an einem Adapter befestigt ist, wobei der Adapter an einer dem Sensorelement
abgewandten Seite frei von magnetisiertem Material ist und bezüglich
der Zylinderstangen-Längsrichtung in zumindest eine Richtung
unverschieblich an der Zylinderstange befestigt ist. Dadurch, dass
der Adapter an einer dem Sensorelement zugewandten Seite frei von
magnetisiertem Material ist, werden räumlich ausgedehnte
Magnetfelder vermieden, die umliegend positionierte Magnetfeldsensoren
stören können. Durch den Verzicht auf magnetisiertes
Material kann der Zylinder zudem besonders einfach kostengünstig
gefertigt werden. Unter dem Merkmal, dass der Adapter bezüglich
der Zylinderstangen-Längsrichtung in zumindest eine Richtung
verschieblich an der Zylinderstange befestigt ist, ist insbesondere
zu verstehen, dass eine Bewegung des Kolbens in zumindest eine Richtung stets
zu einer Bewegung des Adapters in die gleiche Richtung führt.
Der Adapter wird in anderen Worten in zumindest eine Richtung von
der Zylinderstange mitgenommen.
-
Bevorzugt
ist der Adapter um die Zylinderstangen-Längsrichtung drehsicher
in einer Führungshülse geführt. Hierunter
ist insbesondere zu verstehen, dass die Führungshülse
relativ zum Zylindergehäuse ruht, so dass der Adapter relativ
zum Zylindergehäuse keine Drehbewegung ausführen
kann. Eine Schwenkbewegung um wenige Grad kann aber möglich
sein. Dazu ist nicht notwendig, dass das Zylindergehäuse
und die Führungshülse direkt miteinander verbunden
sind. So ist es möglich, dass beispielsweise das Zylindergehäuse
und die Führungshülse gemeinsam an einem dritten
Objekt befestigt sind.
-
Eine
besonders einfach und wenig störungsanfällige
Konstruktion wird erhalten, wenn der Adapter eine Führungsnut
aufweist, in die ein Führungsvorsprung der Führungshülse
eingreift. Selbstverständlich ist es alternativ oder additiv
auch möglich, dass der Adapter einen Führungsvorsprung
aufweist, der in eine Ausnehmung in der Führungshülse
eingreift.
-
Bevorzugt
weist die Zylinderstange einen Anschlag für den Adapter
auf, wobei der Kolben eine relativ zum Zylindergehäuse
drehsicher befestigte Feder, insbesondere eine Spiralfeder, umfasst,
die den Adapter auf den Anschlag vorspannt. Der Adapter ist dabei
drehsicher an der Feder befestigt, so dass der Adapter drehsicher
relativ zum Zylindergehäuse ist. Beispielsweise ist vorgesehen,
dass die Spiralfeder die Zylinderstange umgibt und an dem Adapter
befestigt, beispielsweise eingeklippst ist. Auf der dem Adapter
gegenüberliegenden Seite ist die Spiralfeder dann drehfest
relativ zum Zylindergehäuse gelagert. Der Adapter kann
so kleine Schwenkbewegungen um die Zylinderstangen-Längsachse
ausführen, wird durch die Feder jedoch stets in eine Ruhelage
zurückgedrückt. Diese Konstruktion hat den Vorteil,
besonders einfach zu fertigen und zu warten zu sein.
-
Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung eines oben beschriebenen Kolbens
in einem Getriebesteller für ein automatisches oder halbautomatisches Getriebe.
Dabei kann der Zylinder bevorzugt zum Schalten einer Gasse des Getriebes
ausgebildet sein. Bei einem derartigen Getriebesteller dürfen
weder eine Gassenstange, die zum Schalten der Gasse dient, noch
der sie zu betätigende Zylinder drehfest ausgebildet sein.
Bei bekannten Getriebestellern sind deshalb Ringmagneten vorgesehen,
die mit dem Sensorelement zusammenwirken. Es hat sich jedoch herausgestellt,
dass diese Ringmagneten umliegende Sensoren beeinflussen können,
beispielsweise einen Gangsensor zum Ermitteln einer Gangstellung des
Getriebes oder einen Splitsensor zum Ermitteln einer Schaltstellung
einer Splitstufe des Getriebes. Mit einem erfindungsgemäßen
Zylinder, der ein Pneumatik-Zylinder oder ein Hydraulik-Zylinder
sein kann, wird dieses Problem vermieden.
-
Bevorzugt
ist der Positionssensor als Gassensensor ausgebildet, der eine Position
einer Gassenstange des Getriebes erfasst. In diesem Fall ist der
Sensormagnet ein Gassensensormagnet und das Sensorelement ein Gassensensorelement.
Bei den Sensorelementen handelt es sich bevorzugt um magnetinduktive
Sensorelemente, insbesondere um PLCD-Sensorelemente (PLCD, permanet
magnet linear contact-less displacement, linear, kontaktlose Verschiebesensoren
mit Permanentmagneten).
-
Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei
zeigt
-
1 einen
Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Zylinder,
-
2 eine
Explosionszeichnung des Zylinders gemäß 1,
-
3 eine
Seitenansicht eines Teils der Komponenten eines erfindungsgemäßen
Zylinders gemäß einer zweiten Ausführungsform,
-
4 eine
zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Zylinders, der Teil eines erfindungsgemäßen Getriebestellers
ist und
-
5 eine
Detail-Querschnittsansicht des Zylinders gemäß 4.
-
1 zeigt
einen Zylinder 10 mit einem in einem Zylindergehäuse 12 laufenden
Kolben 14, der an einer Zylinderstange 16 befestigt
und um eine Zylinderstangen-Längsachse L drehbar befestigt
ist.
-
Der
Zylinder 10 umfasst zudem einen Positionssensor 18,
der einen Sensormagneten 20 und ein Sensorelement 22 umfasst,
das mit dem Sensormagneten 20 zusammenwirkt. Der Positionssensor 18 ist
so ausgebildet, dass er die Position des Kolbens 14 auf
einer Höhe zur Zylinderstangen-Längsachse L misst.
-
Der
Kolben 14 ist bezüglich des Zylindergehäuses 12 um
die Längsachse L um einen Drehwinkel φ drehbar.
Der Sensormagnet 20 ist bezüglich des Zylindergehäuses 12 stets
gegenüber dem Sensorelement 22 angeordnet, indem
er drehfest bezüglich des Zylindergehäuses 12 angeordnet
ist. Dazu ist der Sensormagnet 20 an einem Adapter 24 befestigt. Beispielsweise
ist der Sensormagnet 20 in dem Adapter 24 eingespritzt,
eingeklebt oder eingeklippst. Der Kolben 14 und die Zylinderstange 16 sind
relativ zum Adapter 24 drehbar. Der Adapter 24 ist
in erste Richtung R1 entlang der Zylinderstangen-Längsachse
L verschieblich an der Zylinderstange 16 gelagert. Dazu
umgibt der Adapter 24 die Zylinderstange 16 ringförmig
und bildet mit der Zylinderstange 16 eine Spielpassung 26.
-
Bezüglich
einer der ersten Richtung R1 entgegengesetzten
zweiten Richtung R2 ist der Adapter 24 nicht
relativ zum Kolben 14 bewegbar, da er an einen Anschlag 28 anschlägt,
der durch eine Fläche des Kolbens 14 gebildet
ist.
-
Der
Adapter 24 ist ein Kunststoff-Spritzgussteil, das unmagnetisch
und unmagnetisierbar ist, so dass lediglich in einer Umgebung des
Sensormagneten 20 ein Permanentmagnetfeld existiert. Das
Sensorelement 22 ist ausgebildet, um dieses Magnetfeld entlang
der Zylinderlängsachse L ortsaufgelöst zu messen
und daraus die Position des Kolbens 14 zu bestimmen. An
den Adapter 24 ist eine Spiralfeder 30 angebracht,
beispielsweise angeklippst. Dadurch ist die Spiralfeder drehfest
an dem Adapter 24 befestigt. Mit ihrem dem Adapter 24 abgewandten
Ende ist die Spiralfeder 30 in einer Aufnahmenut 32 an
dem Zylindergehäuse 14 drehfest befestigt. Im
Umfang von wenigen Grad kann dadurch der Sensormagnet 20 um
die Zylinderlängsachse L verschwenken, wird jedoch durch
die Spiralfeder 30 stets auf eine vorgegebene Drehwinkelposition
zurückgeführt.
-
2 zeigt
eine Explosionszeichnung der in dem Zylindergehäuse 12 angeordneten
Komponenten, wobei auch ein Dichtgummi 34 des Kolbens 14 erkennbar
ist. Es ist zu erkennen, dass der Sensormagnet 20 sich
nur um einen Bruchteil eines Zylinderstangen-Umfangswinkels der
Zylinderstange 16 erstreckt. In anderen Worten könnte
eine Vielzahl von Sensormagneten 20 in Umfangsrichtung
hintereinander angeordnet werden, bis die Zylinderstange 16 vollständig
radial von Sensormagneten 20 umgeben wäre. Die
Bestimmung des Zylinderstangen-Umfangswinkels wird weiter unten
in Zusammenhang mit 4 näher erläutert.
-
3 zeigt
die Komponenten einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Zylinders. In dieser Ausführungsform durchgreift die Zylinderstange 16 anders
als bei der Ausführungsform gemäß 2 weder
den Adapter 24 noch die Spiralfeder 30. Bei beiden
Ausführungsformen, sowohl nach 2 als auch
nach 3, sind der Adapter 24 mit dem Sensormagneten 20 sowie
die Spiralfeder 30 im Zylindergehäuse 12 angeordnet.
Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass Adapter 24 und
Spiralfeder 30 außerhalb des Zylindergehäuses 12 angeordnet sind.
-
4 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Zylinders, wobei das Zylindergehäuse 12 der Übersichtlichkeit
halber weggelassen worden ist. Die Zy linderstange 16 durchgreift den
Adapter 24, der den kreissegmentförmigen Sensormagneten 20 haltert.
Dazu besitzt der Adapter 24 eine Sensormagnetaufnahme 36 und
einen Klemmvorsprung 38. Der Sensormagnet 20 ist
in der Sensormagnetaufnahme 36 aufgenommen und wird vom Klemmvorsprung 38 festgehalten.
-
Der
Adapter 24 ist wiederum um den Drehwinkel φ frei
um die Zylinderstangen-Längsachse L der Zylinderstange 16 schwenkbar.
Der Sensormagnet 20 erstreckt sich zudem über
einen Zylinderstangen-Umfangswinkel α, der wie skizziert
bestimmt wird. Dazu wird eine Messebene E aufgespannt, durch die
die Zylinderstangen-Längsachse L verläuft. Der
Zylinderstangen-Umfangswinkel α ist der derjenige Winkel,
der zwischen zwei Messebenen E existiert, die gerade die Außenseiten
des Sensormagneten 20 berühren. Je kleiner der
Zylinderstangen-Umfangswinkel α ist, desto weniger werden
etwaige umliegende Sensoren durch Streufelder negativ beeinflusst.
In 4 beträgt α ungeführt
90°.
-
Der
Adapter 24 besitzt in der Ausführungsform gemäß 4 eine
Führungsnut 40, in die eine Führungsnase 42 (vgl. 5)
einer Führungshülse 44 eingreift.
-
Wie 4 zeigt,
ist der Adapter 24 fest mit dem Kolben 14 über
eine Schraube 46 verbunden und damit relativ zum Kolben 14 unbeweglich.
Der Kolben 14 ist zur Kolbenstange 16 drehbar,
so dass der Adapter z24 auch drehbar bezüglich der Zylinderachse
ist. In andren Worten ist die Zylinderstange 16 drehbar
bezüglich des Adapters 24 und damit bezüglich
des Sensormagneten 20.
-
5 zeigt
einen Querschnitt durch den Zylinder 10, dessen inneren
Komponenten in 4 gezeigt sind. Es ist zu erkennen,
dass die Führungshülse 44 an einem Ende
des Zylindergehäuses 14 angebracht ist und gegenüber
diesem mit einem O-Ring 48 abgedichtet ist. In 5 ist
das Dichtgummi 34 direkt am Kolben 14 angebracht.
Es ist jedoch auch denkbar, dass das Dichtgummi 34 am Adapter 24 angebracht
ist. Es ist zudem möglich, dass, wie in der ersten beschriebenen
Ausführungsform, der Adapter 24 relativ zum Kolben 14 verdrehbar
ist, so dass der Kolben sich in dem Zylindergehäuse 12 drehen
kann, ohne dass der Sensormagnet 20 sich von seiner Position
gegenüber dem Sensorelement 22 entfernt. Es ist
zudem möglich, dass der Adapter 24 einen integralen
Bestandteil des Kolbens 14 darstellt.
-
Durch
das Eingreifen der Führungsnase 42 in die Führungsnut 40 des
Adapters 24 kann die Zylinderstange 16 frei mit
Bezug auf das Zylindergehäuse drehen und dennoch ist der
Sensormagnet drehfest bezüglich des Zylindergehäuses 12 geführt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 202005005508
U1 [0002]
- - DE 202007001020 U1 [0003]