DE102012223736A1

DE102012223736A1 - Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere zur Verwendung in einem Kupplungsbetätigungssystem in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012223736A1
Application number: DE201210223736
Authority: DE
Inventors: Thorsten Bösch; Jürgen Seifermann; Roland Welter
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2014-06-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere zur Verwendung in einem Kupplungsbetätigungssystem in einem Kraftfahrzeug, mit einem Kolben, welcher axial beweglich im Inneren des als Gehäuse ausgebildeten Zylinders angeordnet ist, und einem Sensorsystem, umfassend ein, an einem Trägerelement befestigtes Sensorelement, welches die Bewegung des Kolbens ausführt, und eine Sensoranordnung, die an dem Zylinder befestigt ist. Bei einer Kolben-Zylinder-Anordnung, bei welcher das Sensorelement spielfrei geführt wird, ist das Sensorelement gegen den Zylinder, diesen kontaktierend, vorgespannt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere zur Verwendung in einem Kupplungsbetätigungssystem in einem Kraftfahrzeug, mit einem Kolben, welcher axial beweglich im Inneren des als Gehäuse ausgebildeten Zylinders angeordnet ist und einem Sensorsystem, umfassend ein, an einem Trägerelement befestigtes Sensorelement, welches die Bewegung des Kolbens ausführt, und eine Sensoranordnung, die an dem Zylinder befestigt ist.
In hydraulischen Kupplungsausrücksystemen, die in Kraftfahrzeugen Einsatz finden, werden Linearwegmesssysteme eingesetzt, um die Position des Kolbens, welcher in einem Zylinder geführt ist, zu erfassen, um den Betätigungszustand der Kupplung des Kraftfahrzeuges bestimmen zu können. Das Linearmeßsystem umfasst ein Sensorsystem, das aus einer induktiven Sensoranordnung und einem elektrisch leitfähigen Target besteht. Die nicht weiter dargestellte Sensoranordnung ist an dem Zylinder 2 befestigt, während das als Target 12 ausgebildete Sensorelement über ein Trägerelement 13 an dem Kolben 3 positioniert ist (4). Durch die Bewegung des Kolbens 3 und somit des Targets 12 wird das, von der nicht weiter dargestellten induktiven Sensoranordnung aufgespannte Magnetfeld und somit das Sensorsignal verändert. Der zwischen dem Target 12 und dem Zylinder 2 bestehende Luftspalt 17 ermöglicht ein radiales Spiel des Targets 12, welches sich in Ungenauigkeiten des Sensorsignals niederschlägt.
Aus der DE 10 2011 014 574 A1 ist eine alternative Sensoreinrichtung mit einem als Magneten ausgebildeten Sensorelement bekannt, welcher mechanisch an den Kolben angebunden ist, um eine axiale Position des Kolbens zu erfassen. Dabei ist der Magnet über ein Gelenk an dem Kolben positioniert. Dadurch, dass die Bewegung des Kolbens über ein Gelenk an den Magneten übertragen wird, führen Erschütterungen zu dynamischen Toleranzen, welche das Sensorsignal, welches beispielsweise von einem Hall-Sensor abgegeben wird, nachteilig beeinflussen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Kolben-Zylinder-Anordnung anzugeben, welche eine Verbesserung der Genauigkeit des Sensorsignals während der Bewegung des Kolbens ermöglicht.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Sensorelement gegen den Zylinder, diesen kontaktierend, vorgespannt ist. Dadurch, dass das Sensorelement an der Zylinderwandung geführt ist, erfolgt eine spielfreie Anbindung des Sensorelementes, wodurch vorzugsweise radiale Toleranzen des Sensorelementes bei der Bewegung des Kolbens unterbunden werden. Die Genauigkeit des Sensorsignals, welches von der Sensoranordnung abgegeben wird, wird somit wesentlich verbessert.
Vorteilhafterweise ist das Sensorelement gegen den Zylinder über mindestens ein Vorspannelement vorgespannt. Vorspannelemente können beliebig ausgebildet sein und tragen dafür Sorge, dass das Sensorelement zuverlässig gegen die innere Wandung des Zylinders gedrückt wird, um eine spielfreie Führung des Sensorelementes in dem Zylinder zu ermöglichen.
In einer Ausgestaltung erstreckt sich das mindestens eine Vorspannelement zwischen dem Sensorelement und dem Trägerelement. Durch den, durch das Vorspannelement auf das Sensorelement übertragenen Druck wird sichergestellt, dass ein radiales Spiel des Sensorelementes unterdrückt wird. Gleichzeitig ist es möglich, aufgrund der Eliminierung der Toleranzen auch einen baulich größeren Abstand zwischen der Sensoranordnung und dem Sensorelement zu ermöglichen.
In einer Ausgestaltung ist der Kolben als Trägerelement ausgebildet. Durch die direkte Anordnung des Sensorelementes auf dem Kolben entfallen zusätzliche Bauteile, wodurch die Kosten für die Kolben-Zylinder-Anordnung reduziert werden.
Alternativ ist das Trägerelement, vorzugsweise ein Dichtringträger, an dem Kolben befestigt und führt die Bewegung des Kolbens aus.
In einer Variante ist das Sensorelement selbst als Vorspannelement in Form einer Hülse ausgebildet, welche vorzugsweise geschlitzt ausgeführt ist. Die Hülse hat im unverformten Zustand vor dem Einbau in die Kolben-Zylinder-Anordnung einen größeren Außendurchmesser als der Zylinder. Während der Montage wird die Hülse axial am Kolben geführt und radial im Zylinder vorgespannt. Durch die Ausführung der Hülse mit unterschiedlichen Wandstärken und Schlitzbereichen ist die Vorspannung einfach einstellbar, was eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung ermöglicht.
In einer Weiterbildung ist das Sensorelement zylindrisch, vorzugsweise ringähnlich oder als Kreissegment, ausgebildet, wobei vorzugsweise ein Außendurchmesser des Sensorelementes annähernd einem Innendurchmesser des Zylinders entspricht. Durch diese Ausgestaltung wird ein Luftspalt zwischen dem Innenraum des Zylinders und dem Sensorelement besonders einfach unterbunden, da die Form des Sensorelementes der Krümmung der Wandung des Zylinders angepasst ist. Somit ist eine spielfreie Bewegung des Sensorelementes innerhalb des Zylinders problemlos möglich
Ferner besteht das Vorspannelement aus einem Schaum oder einem Elastomer. Bei dieser Ausgestaltung wird die dem Schaum oder dem Elastomer innewohnende Spannung genutzt, um das Sensorelement gegen den Zylinder zu drücken. Ein entsprechendes Volumen des Schaums oder des Elastomers lässt sich einfach in den Zwischenraum zwischen dem Trägerelement und dem Sensorelement einbringen, vorzugsweise einspritzen.
In einer weiteren Alternative ist das Vorspannelement als Schnappeinrichtung oder als Blattfeder ausgebildet. Die Schnappeinrichtung lässt sich genauso wie die Blattfeder gegen das Sensorelement drücken, wobei auch die Blattfeder ebenfalls die ihr innewohnende Spannung nutzt, um das Sensorelement gegen die Wandung des Zylinders zu drücken und somit ein Spiel des Sensorelementes, insbesondere in radialer Richtung, zu verhindern.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Sensoranordnung außen am Zylinder befestigt oder in dem Zylinder integriert. Aufgrund dieser Anordnung lassen sich insbesondere dann, wenn die Sensoranordnung außen am Zylinder befestigt ist, einfach Add-On-Sensorsysteme als separate Bauteile anbieten, die einfach nachrüstbar sind.
In einer Weiterbildung ist das Sensorelement wenigstens teilweise von einer Beschichtung, vorzugsweise einem Kunststoff, umgeben. Eine solche Kunststoffbeschichtung reduziert die Reibung des Sensorelementes am Zylinder.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
1: Prinzipdarstellung eines elektrohydraulischen Kupplungssystems
2: Anordnung eines Targets in einer Kolben-Zylinder-Anordnung des elektrohydraulischen Kupplungssystems
3: Schnitt durch eine Kolben-Zylinder-Anordnung gemäß 2
4: eine Kolben-Zylinder-Anordnung nach dem Stand der Technik
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist ein elektrohydraulisches Kupplungssystem 1 dargestellt, wie es in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt. Ein solches Kupplungssystem 1 weist ein elektrohydraulisches Betätigungssystem in Form eines Kupplungsgeberzylinders auf, welcher einen als Gehäuse ausgebildeten Zylinder 2 umfasst, in dem ein Kolben 3 axial beweglich gelagert ist. Der Kolben 3 wird von einem elektrisch kommutierten Elektromotor 4 angetrieben, der von einem Steuergerät 5 über eine Endstufe 6 angesteuert wird. Die Endstufe 6 ist gemeinsam mit dem Elektromotor 4 an dem Zylinder 2 befestigt. Die radiale Bewegung des Elektromotors 4 wird über ein Getriebe 7 in die axiale Bewegung des Kolbens 3 umgesetzt. Es sei darauf verwiesen, dass nicht nur elektrohydraulische Kupplungssysteme bekannt sind, sondern der Kolben auch direkt, unter Verzicht auf den Elektromotor 4, mit dem Fahrpedal des Fahrers des Kraftfahrzeuges verbunden werden kann.
Über eine Hydraulikleitung 8 ist der Kupplungsgeberzylinder 2, 3 mit einem Nehmerzylinder 9 verbunden, welcher eine Kupplung 10 betätigt. Die Verstellung der Position der Kupplung 10 erfolgt aufgrund des Antriebes des Kolbens 3 durch den Elektromotor 4. Der Kupplungsgeberzylinder 2, 3 und die Kupplung 10 mit dem Nehmerzylinder 9 sind dabei räumlich getrennt im Kraftfahrzeug angeordnet. Außen an dem als Gehäuse dienenden Zylinder 2 ist eine, eine nicht weiter dargestellte Spulenanordnung aufweisende Sensoranordnung 11 angeordnet, die einem als elektrisch leitfähiges Target 12 ausgebildeten Sensorelement, vorzugsweise einem Aluminiumtarget, gegenüber liegt, das innerhalb des Zylinders 2 außen am beweglich gelagerten Kolben 3 befestigt ist. Alternativ zum induktiven Wirkprinzip kann für solche Wegsensoren auch ein Hall-Sensor genutzt werden. In diesem Fall wird als Sensorelement ein Magnet verwendet.
Wegsensoren in Kupplungsgeberzylindern ermöglichen ein frühzeitiges Erkennen des Fahrerwunsches durch die Betätigung des Fahrpedals und können zudem noch Zusatzfunktionen übernehmen, welche bisher elektrischen Positionsschaltern, beispielsweise der Pedalerie, vorbehalten waren. Sowohl die den Hall-Effekt nutzenden Sensoren als auch die auf einem induktiven Wirkprinzip basierenden Sensorsysteme sind auf die Betätigung des Targets, das am Kolben befestigt ist, angewiesen. Da bei der Herstellung der Magnete erhebliche Kosten entstehen, wird sich bei den weiteren Betrachtungen auf ein Sensorsystem mit einem induktiven Wirkprinzip beschränkt.
2 zeigt eine Teilansicht des Kolben-Zylinder-Systems, bei welchem auf dem Kolben 3, welcher sich innerhalb des Zylinders 2 axial bewegt, ein Trägerelement 13 in Form eines Dichtringträgers angeordnet ist, auf welchem das ringförmig ausgebildetes Target 12 befestigt ist. Das ringförmig ausgebildete Target 12, welches am Außenumfang des Trägers 13 befestigt ist, ist dabei von zwei Mitnehmern 14 des Trägerelementes 13 eingefasst und in seiner Position gehalten. Das Target 12 ist über ein, vorzugsweise als Blattfeder ausgebildetes Vorspannelement 15, welches in einer Ausnehmung 16 des Trägerelements 13 eingesetzt ist, gegen die Innenwandung des Zylinders 2 gedrückt, so dass in radialer Richtung kein Spiel zwischen Target 12 und Zylinder 2 auftreten kann. Durch die Mitnahme des Targets 12 durch den Kolben 3 bzw. das Trägerelement 13 wird das Target 12 an der Wandung des Zylinders 2 entlang geführt, wobei die Wandung vom Target 12 spielfrei kontaktiert wird.
Die Führung des Targets 12 am Zylinder 2 wird mit Hilfe des Querschnitts der 3 verdeutlicht. Hier sind drei Vorspannelemente 15 zwischen dem Trägerelement 13 und dem Target 12 ausgebildet, wobei das Target 12 gleichmäßig infolge der Verwendung mehrerer Vorspannelemente 15, welche über den Außenumfang des Trägerelementes 13 verteilt positioniert sind, gegen die Innenwandung des Zylinders 2 gedrückt wird. Die Ausbildung eines Luftspaltes zwischen Target 12 und Zylinder 2 wird dabei zuverlässig verhindert, wodurch das radiale Spiel des Targets 12 unterbunden wird. Alternativ zur Abstützung am Trägerelement 13 oder am Kolben 3 können die Vorspannelemente 15 auch an einem zusätzlichen Bauteil, wie beispielsweise einem nicht weiter dargestellten Gleitring, abgestützt werden. Anstelle der Blattfeder zum Andrücken des Targets 12 an die Wandung des Zylinders 2 sind auch andere Vorspannelemente denkbar, wie beispielsweise eine geschlitzte Targethülse oder ein Schnapphaken. Aber auch ein Schaum oder ein Elastomer, welcher / welches zwischen dem Trägerelement 13 und dem Target 12 eingebracht werden kann, gewährleisten eine zuverlässige Vorspannung zum flächigen Andrücken des Targets 12 an den Zylinder 2. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, das Target als geschlitzte Hülse und somit als Vorspannelement auszubilden.
Durch die Unterbindung von dem radialen Spiel des Targets 12 wird eine verbesserte Genauigkeit des Sensorsignals des Sensorsystems erreicht. Aufgrund der Eliminierung der dynamischen Toleranzen ist auch ein größerer Abstand vom Target 12 zur Sensoranordnung 11 möglich, wodurch beispielsweise die, einen Induktivsensor umfassende Sensoranordnung 11 auch als Add-On-Teil genutzt werden kann. Aufgrund des verbesserten Einsatzes von Induktivsensoren kann auf Hall-Sensoren, die zur Funktion als Target einen Magneten benötigen, weitgehend verzichtet werden, was zu einer Verbilligung der Kolben-Zylinder-Anordnung aufgrund des Verzichts auf kostenintensives Magnetmaterial führt.
Bezugszeichenliste

1: elektrohydraulisches Kupplungssystem
2: Zylinder
3: Kolben
4: Elektromotor
5: Steuergerät
6: Endstufe
7: Getriebe
8: Hydraulikleitung
9: Nehmerzylinder
10: Kupplung
11: Sensoranordnung
12: Target
13: Trägerelement
14: Mitnehmer
15: Vorspannelement
16: Ausnehmung
17: Luftspalt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011014574 A1 [0003]

Claims

Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere zur Verwendung in einem Kupplungsbetätigungssystem in einem Kraftfahrzeug, mit einem Kolben (3), welcher axial beweglich im Inneren des als Gehäuse ausgebildeten Zylinders (2) angeordnet ist, und einem Sensorsystem (11, 12), umfassend ein, an einem Trägerelement (3, 13) befestigtes Sensorelement (12), welches die Bewegung des Kolbens (3) ausführt, und eine Sensoranordnung (11), die an dem Zylinder (2) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (12) gegen den Zylinder (2), diesen kontaktierend, vorgespannt ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (12) gegen den Zylinder (2) über mindestens ein Vorspannelement (15) vorgespannt ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das mindestens eine Vorspannelement (15) zwischen Sensorelement (12) und dem Trägerelement (3, 13) erstreckt.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3) als Trägerelement ausgebildet ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (3, 13), vorzugsweise ein Dichtringträger (13), an dem Kolben (3) befestigt ist und die Bewegung des Kolbens (3) ausführt.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (12) selbst als Vorspannelement in Form einer Hülse ausgebildet ist, welche vorzugsweise geschlitzt ausgeführt ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (12) zylindrisch, vorzugsweise ringähnlich oder als Kreissegment, ausgebildet ist, wobei vorzugsweise ein Außendurchmesser des Sensorelementes (12) annähernd einem Innendurchmesser des Zylinders (2) entspricht.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (15) aus einem Schaum oder einem Elastomer besteht.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (15) als Schnappeinrichtung oder als Blattfeder ausgebildet ist.
Kolben-Zylinder-Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (11) außen am Zylinder (2) befestigt ist oder in den Zylinder integriert ist.