DE102009034813A1

DE102009034813A1 - Hubsensor für ein Hydrauliksystem eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102009034813A1
Application number: DE102009034813A
Authority: DE
Inventors: Renato Franca; Saulo Ribeiro
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2010-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hubsensor für ein Hydrauliksystem eines Fahrzeuges, insbesondere für ein hydraulisches Kupplungs- oder Bremssystem, wobei eine Hubbewegung eines Kolbens eines Geberzylinders oder eines Zentralausrückers oder die Betätigung eines Kupplungs- oder Bremspedals durch ein in einer Hydraulikleitung des hydraulischen Kupplungs- oder Bremssystems angeordnetes Flügelrad über die Auswertung der Drehung des Flügelrades erfassbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubsensor für ein Hydrauliksystem eines Fahrzeuges, insbesondere für ein hydraulisches Kupplungssystem oder Bremssystem.
Es sind zahlreiche hydraulische Kupplungsausrücksysteme und Bremssysteme mit entsprechenden Geberzylindern und Zentralausrückern bekannt, bei welchen die Kolben-Zylindereinheit mit einem Sensorsystem zur Positionserfassung des Kolbens versehen ist. Weiterhin ist es bekannt, Schaltsensoren in einem Pedal oder der einer Pedalbox zu integrieren, die eine Pedalbewegung signalisieren.
Aus DE 102 42 841 A1 ist z. B. ein Ausrücklager für die Kupplung eines Kraftfahrzeuges bekannt, mit dem zur Erfassung der Position des Kolbens des Ausrücklagers ein Magnetgeber die Position des Kolbens des Ausrücklagers relativ zum Hauptkörper bestimmen kann.
Das Ausrücklager umfasst einen zylindrischen Hauptkörper und einen Kolben, der axial verschiebbar im Innern des Hauptkörpers gelagert ist. Am Ende des Kolbens ist ein zu einem Wälzlager gehörender Ring angefügt, wobei ein elastisches Druckelement axial zwischen zwei Auflageflächen eingefügt ist. Eine Anlagefläche ist an einem Kragen ausgebildet, der an einem Ring des Wälzlagers angebracht ist. Das Ausrücklager weist einen kontaktfreien Magnetgeber auf, der einen am Kragen angebrachten Magneten und eine im Verhältnis zum Hauptkörper ortsfeste Zielmarkierung umfasst, die gegenüber dem Magneten angeordnet ist, um die axiale Position des Kolbens im Verhältnis zum Hauptkörper zu bestimmen. Dazu weist der Kragen einen Trägerarm auf, der sich radial nach außen erstreckt und den Magneten insgesamt an seinem äußeren radialen Ende trägt. Der Magnet ist in Form eines Einsatzes ausgeführt, um den herum, zumindest teilweise, der Trägerarm aufgeformt ist.
Eine ähnliche Lösung beschreibt DE 20 2006 014 024 U1 . Daraus ist ein Zentralausrücker für eine hydraulische Kupplungsbetätigung bekannt, mit einem eine zylindrische Durchgangsbohrung aufweisenden Gehäuse und einer konzentrisch innerhalb der Durchgangsbohrung angeordneten und an ihrem einen Ende zentriert am Gehäuse befestigten rohrförmigen Hülse. Auf der Hülse ist ein mit der Kupplung wirkverbindbarer Ringkolben axial verschiebbar geführt, an dessen äußerem Ende der Innenring eines Ausrücklagers befestigt ist. Zur Erfassung der axialen Position des Ringkolbens relativ zum Gehäuse ist ein Sensor zur Erfassung stationär am Gehäuse befestigt. Dem Sensor ist ein axial verschiebbar geführter Magnetkörper zugeordnet, der mit einem am Innenring befestigten Ringkörper zur Mitnahme durch den Ringkolben bei dessen axialen Verschiebungen axial spielfrei verbunden ist. Dazu ist der Magnetkörper mit über seinen Verschiebeweg in einem gleichbleibenden Abstand zum Sensor am Gehäuse verschiebbar geführt und greift mit einem Führungsschuh in eine Umfangsnut des Ringkörpers axial spielfrei aber radial beweglich ein.
Diese Lösungen sind konstruktiv aufwendig.
Einen Hubsensor für Fluiddruckzylinder beschreibt DE 199 14 459 A1 . Dabei wird die axiale Kolbenbewegung über eine rotierende Walze, die an der Wandung des Kolbens anliegt, erfasst. Die Daten der Rotation der Walze werden durch einen Codierer aufgenommen und der Hub des Kolbens wird aus den Rotationsdaten erfasst. Nachteilig bei diesem System ist, dass bei ungenügendem Anpressdruck der Walze Schlupf auftreten kann, der das Messergebnis verfälscht.
Es sind weiterhin Fluidzähler, z. B. Wasserzähler und Flügelrad-Durchflussmesser bekannt ( EP 0 512 325 A2 , EP 0896 207 A1 ), die ein im Fluidstrom angeordnetes Flügelrad aufweisen, dessen Umdrehung mittels eines Sensors erfasst und ausgewertet wird.
Der Einsatz derartiger Einrichtungen in hydraulischen Kupplungs- und Bremssystemen ist bisher nicht bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hubsensor für ein Hydrauliksystem eines Fahrzeuges, insbesondere für ein hydraulisches Kupplungssystem oder Bremssystem, zu entwickeln, bei dem eine Hubbewegung eines Kolbens, insbesondere eines Ausrücksystems bzw. eines Geberzylinders oder eines Zentralausrückers bzw. die Betätigung eines Kupplungs- oder Bremspedals, einfach und genau erfassbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Hubsensor für ein Hydrauliksystem eines Fahrzeuges mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.
Der Hubsensor für ein Hydrauliksystem eines Fahrzeuges ist insbesondere für ein hydraulisches Kupplungs- oder Bremssystem ausgebildet, wobei eine Hubbewegung eines Kolbens eines Geberzylinders oder eines Zentralausrückers oder die Betätigung eines Kupplungs- oder Bremspedals durch ein in einer Hydraulikleitung des hydraulischen Kupplungs- oder Bremssystems angeordneten Flügelrad über die Auswertung der Drehung des Flügelrades erfassbar ist.
Dadurch, dass das Flügelrad in die Hydraulikleitung eingebunden ist, wird z. B. durch eine Hubbewegung des Kolbens eine Strömung des Hydraulikmediums und durch diese wiederum eine Rotation des Flügelrades hervorgerufen, die detektiert wird und über welche auf den Stellweg des Kolbens geschlossen wird.
Durch diese erfindungsgemäße Lösung wird erstmalig das Prinzip der Durchflussmessung mittels eines Flügelrades zur Erfassung eines Hubes eines Kolbens oder einer Bewegung eines Pedals in einem hydraulischen Kupplungs- oder Bremssystem verwendet.
Das Flügelrad sitzt dabei vorteilhafter Weise in einem Gehäuse, welches in die Hydraulikleitung integrierbar ist.
Dem Flügelrad ist bevorzugt wenigstens ein Sensor zur Erfassung der Drehung des Flügelrades zugeordnet, der in einem Sensorgehäuse sitzt, welches am Gehäuse befestigt ist.
Weiterhin ist zwischen Gehäuse und Sensorgehäuse eine flüssigkeitsdichte Abdeckung angeordnet.
Das Flügelrad ist insbesondere mit einer Welle versehen, die in das Sensorgehäuse ragt. Dabei weist die Welle wenigstens ein Element (z. B. einen Magneten) auf, dessen Drehung mit einem Sensor detektierbar ist.
Es ist vorteilhaft, wenn die Drehrichtung des Flügelrades erfassbar ist. Dies ist z. B. durch die Verwendung von wenigstens zwei Magneten und/oder wenigstens zwei Sensoren möglich.
Die Abdeckung weist einen Durchbruch auf, durch den die Welle des Flügelrades ragt und der vorteilhafter Weise die Lagerung für die Welle bildet.
Die Flügel des Flügelrades sind bevorzugt senkrecht zur Strömungsrichtung des Strömungsmediums ausgerichtet.
Zur Einbindung in die Hydraulikleitung weist das Gehäuse eine erste Anschlussöffnung und eine zweite Anschlussöffnung auf. In dem Gehäuse ist weiterhin eine Kammer zur Aufnahme des Flügelrades ausgebildet, die mit der ersten und der zweiten Anschlussöffnung in Verbindung steht.
Das Gehäuse besitzt eine Längsachse, mit der die erste und die zweite Anschlussöffnung fluchten, wobei das Flügelrad eine Drehachse AD aufweist, die zur Längsachse axial versetzt angeordnet ist.
Bevorzugt sitzt das Flügelrad so im Gehäuse, dass jeweils nur ein Flügel angeströmt wird.
Die Kammer zur Aufnahme des Flügelrades ist nach außen abgedichtet, was durch die flüssigkeitsdichte Abdeckung realisiert wird.
Weiterhin ist zwischen der Welle und dem Durchbruch der Abdeckung eine Dichtung, bevorzugt eine O-Dichtung, angeordnet, die den Austritt von Hydraulikmedium in das Sensorgehäuse verhindert.
Die einzelnen Bauteile des Hubsensors werden bevorzugt mittels Steckverbindungen miteinander montiert. Dabei sind somit das Gehäuse, das Flügelrad, die Abdeckung und das Sensorgehäuse mittels einer Steckverbindung miteinander verbunden.
Alternativ kann das Sensorgehäuse mit der Abdeckung und/oder mit dem Gehäuse verschraubt, verschweißt oder verklebt sein.
Am Sensorgehäuse befindet sich ein Steckbereich zum Anschluss eines Steckers. Die Sensorelektronik kann in das Sensorgehäuse integriert oder außerhalb von diesem angeordnet sein.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein überraschend einfacher Hubsensor zur genauen Erfassung von Stellwegen eines Kolbens/eines Pedals geschaffen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine dreidimensionale Ansicht eines Hubsensors,
2 die Vorderansicht aus Richtung der ersten Anschlussöffnung,
3 die Seitenansicht des Hubsensors,
4 den Schnitt A-A gem. 2,
5 den Schnitt B-B gem. 2,
6 den Schnitt C-C gem. 3,
7 das Gehäuse in der Seitenansicht,
8 das Gehäuse in der Draufsicht,
9 die dreidimensionale Darstellung des Gehäuses,
10 den Schnitt A-A gem. 7,
11 die Vorderansicht des Flügelrades,
12 die dreidimensionale Ansicht des Flügelrades,
13 die Draufsicht gem. 11.
In 1 bis 6 ist der erfindungsgemäße Hubsensor 1 dargestellt.
Dieser weist (wie aus 2, 3 und 4 ersichtlich) ein Gehäuse 2 auf, welches eine Längsachse A, eine erste Anschlussöffnung 3 und eine zweite Anschlussöffnung 4 besitzt.
In dem Gehäuse 2 ist eine Kammer 5 zur Aufnahme des Flügelrades 6 ausgebildet, welches Flügel 7 und eine Welle 8 aufweist. (s. 4 bis 6).
Die Kammer 5 wird nach außen durch eine Abdeckung 9 verschlossen, die einen Durchbruch 10 aufweist, durch welchen die Welle 8 des Flügelrades 6 ragt. Zwischen der Welle 8 und dem Durchbruch 10 ist ein O-Ring 11 angeordnet.
Auf der Abdeckung 9 sitzt das Sensorgehäuse 12, in welches die Welle 8 des Flügelrades 6 hineinragt. In dem Sensorgehäuse 12 sind eine oder mehrere nicht näher dargestellte Sensoren angeordnet, mit welchen die Rotation des Flügelrades 6 detektierbar ist.
Das Sensorgehäuse 12 weist einen Steckbereich 13 zum Anschluss eines Steckers (nicht dargestellt) auf.
Aus der Vorderansicht gem. 2 und aus den Schnittdarstellungen gem. 4 und 5 geht hervor, dass die Längsachse A des Gehäuses 2 und die Drehachse AD des Flügelrades 6 zueinander versetzt angeordnet sind. Durch diese versetzte Anordnung wird immer nur ein Flügelrad 7, welches sich im Strömungsbereich befindet (s. 2 und 6), angeströmt und dadurch das Flügelrad 6 in Rotation versetzt.
In den 7 bis 10 ist das Gehäuse 2 dargestellt. Aus der Seitenansicht gem. 7, der Draufsicht gem. 8 und der dreidimensionalen Ansicht gem. 9 sind die erste Anschlussöffnung 3 und die zweite Anschlussöffnung 4 dargestellt. Die entsprechenden Anschlüsse 4A und 5A sind unterschiedlich ausgebildet, um die korrekte Montagerichtung zu gewährleisten. In dem Gehäuse 2 ist die radial kreisförmige Kammer 5 ausgebildet, deren Durchmesser d5 dem Durchmesser D6 des Flügelrades (s. 11 und 13) angepasst ist. Aus den 8 und 9 ist erkennbar, dass von der Kammer 5 Durchströmöffnungen 5.1 zu den Anschlussöffnungen 4, 5 über eine entsprechende Durchgangsbohrung 2.1 (s. 10) führen.
Gem. 8 bis 10 weist der Boden der Kammer 5 eine Zentrierbohrung 5.2 auf, die auf der Achse AD liegt und zur Aufnahme eines Zentriervorsprungs 8.5 (s. 11) des Flügelrades 6 dient.
Aus den 8 und 10 ist ersichtlich, dass die Kammer 5 so angeordnet ist, dass sie sich nur teilweise mit der Durchgangsbohrung 2.1 überschneidet. Dadurch liegt später nur ein Teil der Flügel des Flügelrades im Strömungsbereich (nicht dargestellt).
11 zeigt die Vorderansicht und 12 die dreidimensionale Ansicht des Flügelrades 6. Das Flügelrad 6 weist im Bereich der Flügel 7 einen Außendurchmesser D6 auf, der gewährleistet, dass es in der Kammer 5 (7 bis 10) drehbar ist. Das Flügelrad 6 weist weiterhin eine Welle 8 auf. Diese besitzt eine Einschnürung 8.1 zur Aufnahme eines O-Ringes (nicht dargestellt). An diese schließt sich ein Lagersitz 8.2 an, mit dem das Flügelrad 6 in der Abdeckung 9 (s. 5 und 6) geführt wird.
An ihrem freien Ende weist die Welle 8 eine Art Verzahnung 8.3 über den Umfang verteilten Magneten 8.4 auf (s. 13).
Die Flügel 7 sind an ihren der Welle 8 gegenüberliegenden Enden mit einem Radius R6 versehen. Diesem Radius R6 ist der Boden der Kammer 5 angepasst (s. 10). Weiterhin weist das Flügelrad 6 an seiner der Welle 8 gegenüberliegenden Unterseite einen Zentriervorsprung 8.5 auf (s. 11).
Aus 13 ist ersichtlich, dass sich die Breite der Flügel 7 von einer Breite b1, die radial außen liegt, auf eine Breite b2, die radial innen liegt, reduziert.
Der Hubsensor 1 wird beispielsweise in die Hydraulikleitung eines Zentralausrückers eingebaut. Bei einer Vorhubbewegung des im Gehäuse des Zentralausrückers befindlichen Kolbens (nicht dargestellt) durch eine Kupplungsbetätigung wird das in der Hydraulikleitung befindliche Druckmedium mit einem Druck beaufschlagt. Dadurch wird das Flügelrad 6 in eine Rotation versetzt, die vom Sensor erfasst und von einer nicht dargestellten Auswerteeinheit ausgewertet wird. Bei einer Rückhubbewegung des Kolbens vollführt das Flügelrad eine Drehbewegung in entgegen gesetzter Richtung, die wiederum einem bestimmten Kolbenhub entspricht.
In vorteilhafter Weise erfolgt vorher eine Kalibrierung.
Die Signale der Rotation des Flügelrades werden vom Sensor an eine nicht dargestellte Elektronikbaugruppe übertragen und verarbeitet. Die Elektronikeinheit ist somit in der Lage, den durch den Kolben 3 zurückgelegten axialen Weg und somit seine axiale Position über die Rotation des Flügelrades zu bestimmen.

1: Hubsensor
2: Gehäuse
2.1: Durchgangsbohrung
3: erste Anschlussöffnung
4: zweite Anschlussöffnung
4A und 5A: Anschlüsse
5: Kammer
5.1: Durchströmöffnungen
5.2: Zentrierbohrung
6: Flügelrad 6
7: Flügel
8: Welle
8.1: Einschnürung
8.2: Lagersitz
8.3: Verzahnung
8.4: Magnete
8.5: Zentriervorsprung
9: Abdeckung
10: Durchbruch
11: O-Ring
12: Sensorgehäuse
13: Steckbereich
A: Längsachse des Gehäuses
AD: Drehachse
b1: Breite der Flügel 7 außen
b2: Breite der Flügel 7 innen
d5: Durchmesser der Kammer
D6: Durchmesser des Flügelrades
R6: Radius der Flügel 7

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10242841 A1 [0003]
- DE 202006014024 U1 [0005]
- DE 19914459 A1 [0007]
- EP 0512325 A2 [0008]
- EP 0896207 A1 [0008]

Claims

Hubsensor (1) für ein Hydrauliksystem eines Fahrzeuges, insbesondere für ein hydraulisches Kupplungs- oder Bremssystem, wobei eine Hubbewegung eines Kolbens eines Geberzylinders oder eines Zentralausrückers oder die Betätigung eines Kupplungs- oder Bremspedals durch ein in einer Hydraulikleitung des hydraulischen Kupplungs- oder Bremssystems angeordneten Flügelrad (6) über die Auswertung der Drehung des Flügelrades (6) erfassbar ist.
Hubsensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (6) in einem Gehäuse (2) sitzt, welches in die Hydraulikleitung integrierbar ist.
Hubsensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Flügelrad (6) wenigstens ein Sensor zur Erfassung der Drehung des Flügelrades (6) zugeordnet ist.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor in einem Sensorgehäuse (12) sitzt, welches am Gehäuse (2) angeordnet ist.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gehäuse (2) und Sensorgehäuse (12) eine flüssigkeitsdichte Abdeckung (9) angeordnet ist.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (6) eine Welle (8) aufweist.
Hubsensor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (8) in das Sensorgehäuse (12) ragt und wenigstens einen Magneten (8.4) aufweist, dessen Drehung mit einem Sensor detektierbar ist.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung des Flügelrades (6) erfassbar ist.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung des Flügelrades (6) durch die Verwendung von wenigstens zwei Magneten (8.4) und/oder wenigstens zwei Sensoren detektierbar ist.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (9) einen Durchbruch (10) aufweist, durch den die Welle (8) des Flügelrades (6) ragt.
Hubsensor (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Abdeckung (9) vorhandene Durchbruch die Lagerung für die Welle (8) bildet.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel (7) des Flügelrades (6) senkrecht zur Strömungsrichtung des Strömungsmediums ausgerichtet sind.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine erste Anschlussöffnung (3) und eine zweite Anschlussöffnung (4) aufweist, mit welchen es in die Hydraulikleitung einbindbar ist und dass in dem Gehäuse (2) eine Kammer (5) zur Aufnahme des Flügelrades (6) ausgebildet ist, die mit der ersten (3) und der zweiten Anschlussöffnung (4) in Verbindung steht.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) eine Längsachse (A) besitzt, mit der die erste (3) und die zweite Anschlussöffnung (4) fluchten und dass das Flügelrad (6) eine Drehachse (AD) aufweist, die zur Längsachse (A) axial versetzt angeordnet ist.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (6) so im Gehäuse (2) angeordnet ist, dass es nur teilweise angeströmt wird.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Flügelrad (6) so im Gehäuse (6) angeordnet ist, dass jeweils nur ein Flügel (7) direkt angeströmt wird.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (5) zur Aufnahme des Flügelrades (6) nach außen abgedichtet ist.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Welle (8) und dem Durchbruch (10) eine Dichtung (11) angeordnet ist.
Hubsensor (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (11) in Form eines O-Rings ausgebildet ist.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2), das Flügelrad (6), die Abdeckung (9) und das Sensorgehäuse (12) mittels einer Steckverbindung miteinander verbunden sind.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (12) mit der Abdeckung (9) und/oder mit dem Gehäuse (2) verschraubt, verschweißt oder verklebt ist.
Hubsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (12) einen Steckbereich (13) zum Anschluss eines Steckers aufweist.