DE102011086824A1 - Piston cylinder arrangement for forming part of master-or slave cylinder of hydraulic clutch- or brake actuation system in vehicle with stop-start system, has piston provided with magnet that is arranged on piston - Google Patents
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- G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
- G01D5/22—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils
- G01D5/2291—Linear or rotary variable differential transformers (LVDTs/RVDTs) having a single primary coil and two secondary coils
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung mit einer Spulenanordnung zur Bestimmung der Position des Kolbens in dem Zylinder.The invention relates to a piston-cylinder arrangement with a coil arrangement for determining the position of the piston in the cylinder.
Um beispielsweise bei Fahrzeugen mit Stopp-Start Systemen die gewohnte Fahrweise beizubehalten ist ein frühzeitiges Erkennen des Fahrerwunsches hilfreich. Wegsensoren in beispielsweise Kupplungsgeberzylindern erfüllen diese Anforderungen und können zudem noch Zusatzfunktionen übernehmen, welche bisher elektrischen Positionsschaltern, beispielsweise in der Pedalerie, vorbehalten waren. Derartige Sensoren nutzen u. a. den Hall Effekt oder werden als sogenannte linear variable Differenzialtransformatoren (LVDT) ausgeführt. In allen Fällen wird ein Magnet am Kolben des Zylinders benötigt, und der Sensor muss in einem definierten Abstand etwa in der Mitte des Messweges angebracht sein. Ein Nachteil derartiger Systeme besteht darin, dass die Anforderung hinsichtlich der Parallelität der mechanischen zur magnetischen Achse sehr hoch ist.In order to maintain the usual driving style, for example in vehicles with stop-start systems, early recognition of the driver's request is helpful. Displacement sensors in, for example, clutch master cylinders fulfill these requirements and, moreover, can also take on additional functions which were previously reserved for electric position switches, for example in the pedals. Such sensors use u. a. the Hall effect or are executed as so-called linear variable differential transformers (LVDT). In all cases, a magnet is needed on the piston of the cylinder, and the sensor must be mounted at a defined distance approximately in the middle of the measuring path. A disadvantage of such systems is that the requirement for the parallelism of the mechanical to the magnetic axis is very high.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kolben-Zylinder-Anordnung anzugeben, die eine hohe Parallelität der mechanischen zur magnetischen Achse aufweist.Against this background, the invention has for its object to provide a piston-cylinder assembly having a high degree of parallelism of the mechanical to the magnetic axis.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus einer Kolben-Zylinder-Anordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.The solution of this problem arises from a piston-cylinder arrangement with the features of the main claim, while advantageous embodiments and further developments of the invention are the dependent claims can be removed.
Die Aufgabe wird mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung gelöst, die einen Zylinder aufweist, in dem ein Kolben longitudinal beweglich angeordnet ist. Der Zylinder umfasst eine zylindrische Spulenanordnung zur Bestimmung der Position des Kolbens in dem Zylinder. Die Spulenanordnung weist eine Hülse aus einem ferromagnetischen Material auf. Die Hülse bildet einen Teil des Zylinders. Die Hülse ist teilweise von einer Primärwicklung umwickelt. Seitlich beabstandet von der Primärwicklung ist die Hülse jeweils von einer weiteren Sekundärwicklung umwickelt. Der Kolben ist mit wenigstens einem Magneten versehen. Der Magnet ist an dem Kolben derart angeordnet, dass der Magnet innerhalb des Bereichs der Spulenanordnung ein wirksames Magnetfeld induziert.The object is achieved with a piston-cylinder arrangement having a cylinder in which a piston is arranged longitudinally movable. The cylinder comprises a cylindrical coil arrangement for determining the position of the piston in the cylinder. The coil assembly comprises a sleeve of a ferromagnetic material. The sleeve forms part of the cylinder. The sleeve is partially wrapped by a primary winding. Laterally spaced from the primary winding, the sleeve is wrapped in each case by a further secondary winding. The piston is provided with at least one magnet. The magnet is disposed on the piston such that the magnet induces an effective magnetic field within the region of the coil assembly.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Kolben-Zylinder-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich der Hülse durch das von dem Magneten induzierte Magnetfeld magnetisch sättigbar ist. Die Anordnung und Verschaltung der Primärwicklung und der beiden seitlich angeordneten Sekundärwicklungen ist dem Prinzip eines linear variablen Differenzialtransformators (LVDT) nachgebildet.A preferred embodiment of the piston-cylinder arrangement is characterized in that a region of the sleeve is magnetically saturable by the magnetic field induced by the magnet. The arrangement and interconnection of the primary winding and the two laterally disposed secondary windings is modeled on the principle of a linear variable differential transformer (LVDT).
Durch den Magneten des Kolbens wird lokal das Magnetfeld in der Hülse derart gesättigt, dass es zu einer „Aufspaltung” in zwei separate Magnetfelder kommt. Die Position des durch das Magnetfeld des Magneten verursachte „Aufspaltung” ist wiederum durch die besondere Verschaltung der Sekundärwicklungen nach dem Prinzip eines LVDT detektierbar. Die Lage der „Aufspaltung” und damit die Position des Kolbens werden aus dem Verhältnis der an den Sekundärwicklungen anliegenden Magnetfelder ermittelt.The magnet of the piston locally saturates the magnetic field in the sleeve in such a way that a "splitting" into two separate magnetic fields occurs. The position of the "splitting" caused by the magnetic field of the magnet is in turn detectable by the special interconnection of the secondary windings according to the principle of an LVDT. The position of the "splitting" and thus the position of the piston are determined from the ratio of the voltage applied to the secondary windings magnetic fields.
Somit ist durch die Lage der magnetischen Sättigung der Hülse die Position des Magneten bestimmbar. Durch die Lage des Magneten wiederum ist die Position des Kolbens im Zylinder bestimmbar. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Magneten um einen Permanentmagneten. Die Funktion des Magneten kann auch beispielsweise durch ein Element erfüllt werden, das dauerhaft, zumindest für die Zeit der Messungen, im Bereich der Spulenanordnung ein ausreichend starkes Magnetfeld induzieren kann.Thus, the position of the magnet can be determined by the position of the magnetic saturation of the sleeve. Due to the position of the magnet in turn, the position of the piston in the cylinder can be determined. Preferably, the magnet is a permanent magnet. The function of the magnet can also be fulfilled, for example, by an element which can permanently induce a sufficiently strong magnetic field in the region of the coil arrangement, at least for the time of the measurements.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Kolben-Zylinder-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass um die Spulenanordnung ein Rohr angeordnet ist. Vorzugsweise besteht das die Spulenanordnung umgebende Rohr aus einem ferromagnetischen Material. Das Rohr schirmt das in der Spulenanordnung induzierte Magnetfeld gegenüber störenden Einflüssen von außen ab und erhöht somit die Robustheit der Bestimmung der Position des Kolbens in dem Zylinder.A preferred embodiment of the piston-cylinder arrangement is characterized in that a tube is arranged around the coil arrangement. Preferably, the tube surrounding the coil assembly is made of a ferromagnetic material. The tube shields the magnetic field induced in the coil arrangement from interfering influences from the outside and thus increases the robustness of the determination of the position of the piston in the cylinder.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Kolben-Zylinder-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse als Gleitvorrichtung für den Kolben dient. Die Hülse der Spulenanordnung kann beispielsweise direkt als Gleitvorrichtung für den Kolben ausgebildet sein. Bei einer derartigen Ausführungsform hat der Kolben einen direkten Kontakt zu der Hülse, wodurch sich der Abstand zwischen dem Magneten am Kolben und der Hülse weiter reduzieren lässt. Je kleiner der Abstand zwischen Magnet und Hülse, desto besser kann das Magnetfeld des Magneten die Hülse lokal magnetisch sättigen. Durch eine Verringerung des Abstandes zwischen der Hülse und dem Magneten kann die Größe des Magneten bei gleichbleibender Wirkung reduziert werden.A preferred embodiment of the piston-cylinder arrangement is characterized in that the sleeve serves as a sliding device for the piston. The sleeve of the coil arrangement may for example be formed directly as a sliding device for the piston. In such an embodiment, the piston has a direct contact with the sleeve, whereby the distance between the magnet on the piston and the sleeve can be further reduced. The smaller the distance between magnet and sleeve, the better the magnetic field of the magnet can magnetically saturate the sleeve locally. By reducing the distance between the sleeve and the magnet, the size of the magnet can be reduced while maintaining the same effect.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Kolben-Zylinder-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass um die Spulenanordnung eine Umhüllung aus Kunststoff aufgebracht ist. Bei der Herstellung der Kolben-Zylinder-Anordnung kann die Spulenanordnung mit Kunststoff vorumspritzt oder ummoldet werden. Mit dieser mit einer Kunststoffschicht umhüllten Spulenanordnung kann dann in einem weiteren Schritt die Form des Kolbens aufgebaut werden, wobei die Material- und Werkzeugauswahl hinsichtlich der Eigenschaften der Lauffläche nicht mehr zu berücksichtigen sind. Ebenso kann die Außengeometrie komplexer gestaltet werden, da die Lauffläche des Kolbens durch die Hülse und das Rohr bereits vorgegeben ist und ein Materialschwund keine Auswirkungen auf die Lauffläche hat.A preferred embodiment of the piston-cylinder arrangement is characterized in that a sheath made of plastic is applied around the coil arrangement. In the production of the piston-cylinder arrangement, the coil arrangement can be pre-encapsulated or ummoldet with plastic. With this wrapped with a plastic layer coil assembly can then be constructed in a further step, the shape of the piston, the material and tool selection in terms the characteristics of the tread are no longer to be considered. Likewise, the outer geometry can be made more complex, since the running surface of the piston is already predetermined by the sleeve and the tube and a shrinkage of material has no effect on the tread.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Kolben-Zylinder-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite der Hülse eine Schicht aus Kunststoff aufgebracht ist. Alternativ kann die Hülse auch vollflächig mit einer Schicht aus Kunststoff versehen sein. Die Kunststoffschicht auf der Innenseite ist vorzugsweise als Lauf-/Gleitfläche für den Kolben geeignet.A preferred embodiment of the piston-cylinder arrangement is characterized in that a layer of plastic is applied to the inside of the sleeve. Alternatively, the sleeve can also be provided over its entire surface with a layer of plastic. The plastic layer on the inside is preferably suitable as a running / sliding surface for the piston.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Kolben-Zylinder-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder im Bereich der Spulenanordnung eine geringere Wandstärke aufweist als im Bereich ohne Spulenanordnung. Die Hülse der Spulenanordnung dient hierbei zusätzlich als Wandverstärkung, so dass der Zylinder im Bereich der Hülse eine geringere Eigenwandstärke aufweisen kann. Das um die Spulenanordnung angebrachte Rohr verstärkt die Wand ebenfalls. Durch die Wandverstärkung durch Hülse und Rohrwerden höhere Berstdrücke erreicht bzw. es kann der Zylinder bei gleichem Berstdruck eine geringere Wandstärke aufweisen.A preferred embodiment of the piston-cylinder arrangement is characterized in that the cylinder in the region of the coil arrangement has a smaller wall thickness than in the region without coil arrangement. The sleeve of the coil arrangement additionally serves as wall reinforcement, so that the cylinder can have a smaller intrinsic wall thickness in the region of the sleeve. The tube attached around the coil assembly also reinforces the wall. By the wall reinforcement by sleeve and tube higher bursting pressures are achieved or it may have the cylinder at the same bursting pressure a smaller wall thickness.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Kolben-Zylinder-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Hülse eine elektronische Schaltung zur elektrischen Kontaktierung der Primär- und Sekundärwicklungen angeordnet ist. Die elektronische Schaltung kann eine vollständige Auswerteschaltung umfassen oder aber auch nur eine einfach aufgebaute Anschlusskontaktierung umfassen, wobei die Auswertung an anderer Stelle erfolgt. Die Kontaktierung der Primär- und Sekundärwicklungen kann beispielsweise mittels einer auf der Hülse angebrachten Kontaktvorrichtung erfolgen.A preferred embodiment of the piston-cylinder arrangement is characterized in that an electronic circuit for electrical contacting of the primary and secondary windings is arranged in the region of the sleeve. The electronic circuit can comprise a complete evaluation circuit or else comprise only a simply constructed connection contact, the evaluation taking place elsewhere. The contacting of the primary and secondary windings can be done for example by means of a mounted on the sleeve contact device.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Kolben-Zylinder-Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Zylinder-Anordnung einen Teil eines Geber- oder Nehmerzylinders, beispielsweise eines hydraulischen Kupplungs- oder Bremsbetätigungssystems, bildet. Die Anordnung der Spulenanordnung im Zylinder ist nahezu beliebig, soweit der Magnet am Kolben innerhalb der Spulenanordnung anbringbar ist.A preferred embodiment of the piston-cylinder arrangement is characterized in that the piston-cylinder arrangement forms part of a donor or slave cylinder, for example a hydraulic clutch or brake actuation system. The arrangement of the coil arrangement in the cylinder is almost arbitrary, as far as the magnet is attachable to the piston within the coil assembly.
Durch die zuvor beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Anordnung, bei denen der Kolben mit dem Magneten in der Spulenanordnung geführt ist, werden die hohen Anforderungen hinsichtlich der Parallelität zwischen der mechanischen Achse und der magnetischen Achse erfüllt, um die Position des Kolbens in dem Zylinder zu ermitteln. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung liegt darin begründet, dass prinzipbedingt durch die Anordnung von Kolben, Magnet und Sensor eine aus einer Verdrehung des Magneten resultierende Änderung der magnetischen Achse keinen Einfluss auf die Positionsbestimmung des Kolbens hat. Auf Grund der geometrischen Anordnung von dem Magneten und der Hülse haben Systemtoleranzen eine geringere Auswirkung auf das System. Eine mögliche verkippte Anordnung des Magneten ist durch die Nähe zu der Hülse wesentlich unkritischer.By the above-described embodiments of the piston-cylinder arrangement according to the invention, in which the piston is guided with the magnet in the coil assembly, the high demands on the parallelism between the mechanical axis and the magnetic axis are met to the position of the piston in the Cylinder to determine. Another advantage of this solution lies in the fact that, due to the principle of the arrangement of piston, magnet and sensor resulting from a rotation of the magnet change in the magnetic axis has no effect on the position of the piston. Due to the geometrical arrangement of the magnet and sleeve, system tolerances have less effect on the system. A possible tilted arrangement of the magnet is much less critical due to the proximity to the sleeve.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, an embodiment is described in detail.
Es zeigen:Show it:
In
In
In
In
In
Die Kontaktvorrichtung
In
Die Ermittlung der Position des Magneten
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kolben-Zylinder-AnordnungPiston-cylinder arrangement
- 22
- Zylindercylinder
- 33
- Kolbenpiston
- 44
- Spulenanordnungcoil assembly
- 55
- Hülseshell
- 66
- Primärwicklungprimary
- 77
- Sekundärwicklungsecondary winding
- 88th
- Sekundärwicklungsecondary winding
- 99
- Magnetmagnet
- 1010
- elektronische Schaltungelectronic switch
- 1111
- Rohrpipe
- 1212
- Kontaktvorrichtungcontact device
- 1313
- KunststoffringPlastic ring
- 1414
- Bodenground
- 1515
- Pleuelpleuel
- 1616
- Ausgleichsbehältersurge tank
Claims (10)
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Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20120827 Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20120827 |
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