DE102011014574A1

DE102011014574A1 - Linearwegmesssystem

Info

Publication number: DE102011014574A1
Application number: DE201110014574
Authority: DE
Inventors: Matthias Gramann; Julian Botiov; Viktor Franz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-08
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2011-12-15
Also published as: DE112011101226B4; DE112011101226A5; WO2011124198A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Linearwegmesssystem mit einer Sensoreinrichtung und mit einem Magneten, der mechanisch an einen Kolben angebunden ist, um eine axiale Position des Kolbens zu erfassen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Magnet über ein Gelenk an den Kolben angebunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Linearwegmesssystem mit einer Sensoreinrichtung und mit einem Magneten, der mechanisch an einen Kolben angebunden ist, um eine axiale Position des Kolbens zu erfassen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 032 831 A1 ist ein Zentralausrücker mit einem Wegmesssystem bekannt, das einen in einem Gehäuse angeordneten Sensor umfasst, dem ein axial verschiebbar geführter Magnet zugeordnet ist, der mittels eines elastischen Elements in Wirkverbindung mit einem an dem Kolben befestigten Innenring eines Ausrücklagers steht.
Aufgabe der Erfindung ist es, die mechanische Anbindung des Magneten an den Kolben bei einem Linearwegmesssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Linearwegmesssystem mit einer Sensoreinrichtung und mit einem Magneten, der mechanisch an einen Kolben angebunden ist, um eine axiale Position des Kolbens zu erfassen, dadurch gelöst, dass der Magnet über ein Gelenk an den Kolben angebunden ist. Die Position des Magneten stellt Informationen über die Kolbenposition für die Sensoreinrichtung dar. Über das Gelenk werden Linearbewegungen des Kolbens auf den Magneten übertragen. Durch die gelenkige Verbindung zwischen dem Magneten und dem Kolben können auf einfache Art und Weise hohe Anforderungen in Bezug auf Robustheit, Verschleißfestigkeit und magnetische Störfreiheit erfüllt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Linearwegmesssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk als Kugelgelenk ausgeführt ist. Das Kugelgelenk umfasst vorzugsweise ein kugeliges Ende, das in einer Art Gelenkpfanne aufgenommen ist, und ermöglicht bei der Übergabe von axialen Bewegungen einen Ausgleich von Radialtoleranzen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Linearwegmesssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk ein kugeliges Ende umfasst, das mit einem Kolbenstößel verbunden ist. Der Kolbenstößel, der auch als Kolbenstange ausgeführt beziehungsweise bezeichnet werden kann, ist so an einem Kolben angebracht, dass axiale Bewegungen des Kolbens auf den Kolbenstößel übertragen werden. Der Kolbenstößel erstreckt sich vorzugsweise in der Bewegungsrichtung des Kolbens. Das kugelige Ende ist vorzugsweise einstückig mit dem Kolbenstößel verbunden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Linearwegmesssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem kugeligen Ende und dem Magneten eine Federeinrichtung eingespannt ist. Die Federeinrichtung ist vorzugsweise als Druckfeder, insbesondere als Schraubendruckfeder, ausgeführt. Durch die Feder wird das Gelenk in axialer Richtung elastisch vorgespannt. Durch die elastische Vorspannung kann ein bei Dauerzyklen entstehender Gelenkverschleiß ausgeglichen werden. Dadurch kann die Genauigkeit des Linearwegmesssystems verbessert werden. Die elastische Vorspannung wird vorzugsweise unter Berücksichtigung einer Dynamik des Linearwegmesssystems und von Umgebungsvibrationen ausgelegt. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die elastische Vorspannung auch ohne Federeinrichtung erzeugt werden, indem das Gelenk zum Beispiel mit Kunststoff umspritzt wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Linearwegmesssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das kugelige Ende des Kolbenstößels, zumindest teilweise, von einem Ende einer Hülse umgriffen ist, die den Magneten, zumindest teilweise, umgibt. Dadurch können auf einfache Art und Weise Radialtoleranzen, Positionstoleranzen, Abriebeffekte und/oder Dehnungseffekte kompensiert werden. Die Hülse hat vorzugsweise im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels, der den Magneten umgibt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Linearwegmesssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse an ihrem dem Gelenk abgewandten Ende geschlossen ist oder radial nach innen abgewinkelte Anschlaglaschen für den Magneten aufweist. Dadurch wird der Magnet in einer axialen Richtung weg von dem Gelenk fixiert. Axial bedeutet in Bewegungsrichtung des Kolbens.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Linearwegmesssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse an ihrem dem Gelenk zugewandten Ende so gestaltet ist, dass sie ein kugeliges Gelenkteil beziehungsweise das kugelige Ende des Kolbenstößels umgreift. Dabei ist die Hülse an ihren beiden Enden vorzugsweise so gestaltet, dass der Magnet in der Hülse gegen das kugelige Gelenkteil beziehungsweise das kugelige Ende des Kolbenstößels vorgespannt wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Linearwegmesssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse aus einem nicht magnetischen Metall gebildet und an ihrem dem Gelenk zugewandten Ende so verformt ist, dass sie das kugelige Gelenkteil beziehungsweise das kugelige Ende des Kolbenstößels umgreift. Die Hülse kann zum Beispiel aus einem Aluminiummaterial oder einem Edelstahlmaterial gebildet sein.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Linearwegmesssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse aus Kunststoff gebildet und an ihrem dem Gelenk zugewandten Ende um das kugelige Gelenkteil beziehungsweise das kugelige Ende des Kolbenstößels und den Magneten gespritzt ist. Dabei können das kugelige Gelenkteil beziehungsweise das kugelige Ende des Kolbenstößels und/oder der Magnet als Einlegeteile ausgeführt sein, die in einem Spritzgusswerkzeug mit Kunststoff umspritzt werden. Das kugelige Gelenkteil beziehungsweise das kugelige Ende des Kolbenstößels können aber auch aus Kunststoff gebildet sein und Teile eines Mehrkomponenten-Spritzgussteils mit eingelegtem Magneten darstellen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Linearwegmesssystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse in einem Führungsrohr hin und her bewegbar geführt ist. Das Führungsrohr kann aus Metall gebildet und an einem Gehäuse des Linearwegmesssystems zentriert sein. Das Führungsrohr kann aber auch einstückig mit dem Gehäuse des Linearwegmesssystems verbunden sein.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen Kupplungsaktor, vorzugsweise einen hydrostatischen Kupplungsaktor, mit einem vorab beschriebenen Linearwegmesssystem. Der Aufbau und die Funktion des Kupplungsaktors sind zum Beispiel in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 044 823 A1 beschrieben.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Linearwegmesssystems im Längsschnitt durch einen Magneten, der in einer Hülse aufgenommen ist;
2 die Hülse mit dem Magneten aus 1 in zwei verschiedenen perspektivischen Ansichten;
3 eine ähnliche Darstellung wie in 2 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in drei verschiedenen perspektivischen Ansichten und
4 einen Ausschnitt aus 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einer Federeinrichtung.
In 1 ist ein Linearwegmesssystem 1 mit einer Sensoreinrichtung 2 und einem Gehäuse 4 im Schnitt dargestellt. In dem Gehäuse 4 ist eine Leiterplatte 5 mit einem Linearsensor 6 angeordnet. Der Linearsensor 6 wirkt mit einem Magneten 8 zusammen, der in Abhängigkeit von der Bewegung eines (nicht dargestellten) Kolbens in axialer Richtung, das heißt in 1 parallel zu der Leiterplatte 5, hin und her bewegbar ist.
Der Magnet 8 hat die Gestalt eines geraden Kreiszylinders mit einem Nordpol an einem ersten Ende 11 und einem Südpol an einem zweiten Ende 12. Das erste Ende 11 des Magneten 8 ist als eine Art Gelenkpfanne ausgebildet, an der ein kugeliges Ende 14 eines Kolbenstößels 15 anliegt. Das kugelige Ende 14 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Kolbenstößels 15 verbunden. Der Kolbenstößel 15 ist an seinem anderen (nicht dargestellten) Ende an dem Kolben 8 angebracht.
Mit seinem zweiten Ende 12 liegt der Magnet 8 an Anschlaglaschen 16, 17 an, die von einer Hülse 20 radial nach innen abgewinkelt sind. Die Hülse 20 ist aus einem nicht magnetischen Metall, wie Aluminium, gebildet und hat im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Hohlzylindermantels, der an einem Ende durch die Anschlaglaschen 16, 17 teilweise geschlossen ist. An seinem anderen Ende ist der Hohlzylindermantel offen. Durch das offene Ende der Hülse 20 erstreckt sich der Kolbenstößel 15 zu dem Magneten 8 hin, der in der Hülse 20 angeordnet ist. Das kugelige Ende 14 des Kolbenstößels 15 stellt zusammen mit dem gelenkpfannenartig ausgebildeten Ende 11 des Magneten 8 und/oder der Hülse 20 ein erfindungsgemäßes Gelenk dar.
Die Hülse 20 weist an ihrem offenen Ende einen Anlageabschnitt 21 auf, in welchem die Hülse 20 an dem kugeligen Ende 14 des Kolbenstößels 15 anliegt. Der Anlageabschnitt 21 geht in einen Fixierabschnitt 22 über, in welchem die Hülse 20 so verformt oder partiell deformiert ist, dass sie das kugelige Ende 14 des Kolbenstößels 15 umgreift. Im dargestellten zusammengebauten Zustand ist der Magnet 8 mit Hilfe des Fixierabschnitts 22 in axialer Richtung zwischen dem kugeligen Ende 14 des Kolbenstößels 15 und den Anschlaglaschen 16, 17 in der Hülse 20 eingespannt.
Durch die Einspannung wird sichergestellt, dass die Verbindung zwischen dem kugeligen Ende 14 des Kolbenstößels 15 und dem Magneten 8 spielfrei ist. Durch die erfindungsgemäße Anbindung des Magneten 8 an den Kolbenstößels 15 können Radialtoleranzen beziehungsweise Konzentrizitäten in der Führung, Positionstoleranzen der Zentrierung, Abriebeffekte über Dauerzyklen und thermische Ausdehnungseffekte ausgeglichen werden.
Die Hülse 20 ist mit dem darin aufgenommenen kugeligen Ende 14 und dem Magneten 8 in einem Führungsrohr 24 hin und her bewegbar geführt. Das Führungsrohr 24 hat die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels und ist an einem Ende in einer Zentrierung 25 an dem Gehäuse 4 zentriert. Das Gehäuse 4 ist zum Beispiel aus Kunststoff gebildet, während das Führungsrohr 24 aus einem nicht magnetischen Metall, wie Aluminium oder Edelstahl, gebildet ist.
In 2 ist die Hülse 20 mit dem darin aufgenommenen Magneten 8 und dem kugeligen Ende 14 des Kolbenstößels 15 perspektivisch im zusammengebauten Zustand und im Längsschnitt dargestellt. Im Längsschnitt sieht man, dass die Hülse 20 den Kolben 15 am Übergang zu dem kugeligen Ende 14 mit dem Fixierabschnitt 22 ringartig umgreift. Dadurch wird der Magnet 8 stabil zwischen dem kugeligen Ende 14 und den Anschlaglaschen 16, 17 eingespannt.
In 3 ist ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie in 2 mit einer Hülse 30 aus einem Kunststoffmaterial dargestellt. Die Hülse 30 ist vorzugsweise als Spritzgussteil mit einem geschlossenen Ende 31 und einem Anlage- und Fixierabschnitt 32 an ihrem anderen Ende ausgeführt. Das geschlossene Ende 31 stellt einen Anschlag für den daran anliegenden Magneten 8 dar.
Der Anlage- und Fixierabschnitt 32 umgibt das kugelige Ende 14 des Kolbenstößels 15 gelenkartig so, dass der Magnet 8 zwischen dem kugeligen Ende 14 des Kolbenstößels 15 und dem geschlossenen Ende 31 der Hülse 30 eingespannt wird. Der Anlage- und Fixierabschnitt 32 der Hülse 30 ist mit axial verlaufenden Schlitzen 34 versehen, die den Anlage- und Fixierabschnitt 32 in mehrere Axial- und Fixierlaschen 35 unterteilen. Die Axial- und Fixierlaschen 35 sind in radialer Richtung geringfügig bewegbar und gegen das kugelige Ende 14 des Kolbenstößels 15 vorgespannt.
In 4 ist ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie in 1 dargestellt, bei dem zwischen einem dem kugeligen Ende 14 des Kolbenstößels 15 zugewandten Ende 41 des Magneten 8 und dem kugeligen Ende 14 eine Federeinrichtung 42 angeordnet ist. Die Federeinrichtung 42 ist als Schraubendruckfeder ausgeführt und in axialer Richtung unter Vorspannung zwischen dem kugeligen Ende 14 des Kolbenstößels 15 und dem Magneten 8 eingespannt. Das kugelige Ende 14 des Kolbenstößels 15 weist einen Absatz 44 auf, der dazu dient, eine Endwindung der Federeinrichtung 42 aufzunehmen und zu fixieren.
Bezugszeichenliste

1: Linearwegmesssystem
2: Sensoreinrichtung
4: Gehäuse
5: Leiterplatte
6: Linearsensor
8: Magnet
11: erstes Ende
12: zweites Ende
14: kugeliges Ende
15: Kolbenstößel
16: Anschlaglasche
17: Anschlaglasche
20: Hülse
21: Anlageabschnitt
22: Fixierabschnitt
24: Führungsrohr
25: Zentrierung
30: Hülse
31: geschlossenes Ende
32: Anlage- und Fixierabschnitt
34: Schlitze
35: Axial- und Fixierlaschen
41: zugewandtes Ende
42: Federeinrichtung
44: Absatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009032831 A1 [0002]
DE 102008044823 A1 [0014]

Claims

Linearwegmesssystem mit einer Sensoreinrichtung (2) und mit einem Magneten (8), der mechanisch an einen Kolben angebunden ist, um eine axiale Position des Kolbens zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (8) über ein Gelenk an den Kolben angebunden ist.
Linearwegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk als Kugelgelenk ausgeführt ist.
Linearwegmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk ein kugeliges Ende (14) umfasst, das mit einem Kolbenstößel (15) verbunden ist.
Linearwegmesssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem kugeligen Ende (14) und dem Magneten (8) eine Federeinrichtung (42) eingespannt ist.
Linearwegmesssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das kugelige Ende (14) des Kolbenstößels (15), zumindest teilweise, von einem Ende einer Hülse (20; 30) umgriffen ist, die den Magneten (8), zumindest teilweise, umgibt.
Linearwegmesssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (20; 30) an ihrem dem Gelenk abgewandten Ende (31) geschlossen ist oder radial nach innen abgewinkelte Anschlaglaschen (16, 17) für den Magneten (8) aufweist.
Linearwegmesssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (20; 30) an ihrem dem Gelenk zugewandten Ende so gestaltet ist, dass sie ein kugeliges Gelenkteil beziehungsweise das kugelige Ende (14) des Kolbenstößels (15) umgreift.
Linearwegmesssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (20) aus einem nicht magnetischen Metall gebildet und an ihrem dem Gelenk zugewandten Ende so verformt ist, dass sie das kugelige Gelenkteil beziehungsweise das kugelige Ende (14) des Kolbenstößels (15) umgreift.
Linearwegmesssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (30) aus Kunststoff gebildet und an ihrem dem Gelenk zugewandten Ende um das kugelige Gelenkteil beziehungsweise das kugelige Ende (14) des Kolbenstößels (15) und den Magneten gespritzt ist.
Linearwegmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (20; 30) in einem Führungsrohr (24) hin und her bewegbar geführt ist.