DE102013217115A1

DE102013217115A1 - Targetvorrichtung für eine induktive Wegmessung eines Geberkolbens

Info

Publication number: DE102013217115A1
Application number: DE102013217115.3A
Authority: DE
Inventors: Jochen Blauhut
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2014-03-20
Also published as: IN2015DN01453A; WO2014044269A3; CN104619998B; DE112013004550A5; WO2014044269A2; CN104619998A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Targetvorrichtung für eine induktive Wegmessung eines Geberkolbens, wobei die Targetvorrichtung hülsenförmig mit einem Schlitz gebildet und aus einem metallischen Material gefertigt ist, und dazu eingerichtet ist, unter Spannung auf einem Kolbenkörper fixiert zu werden. Mit der hier vorgeschlagenen Targetvorrichtung kann eine sehr kurze Konstruktion eines Geberzylindersystems ausgeführt werden und zugleich eine Massenfertigung ohne zusätzlichen Justieraufwand erreicht werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Targetvorrichtung für eine induktive Wegmessung eines Geberkolbens, sowie einen Geberkolben und einen hydraulischen Geberzylinder.
Im bisherigen Stand der Technik werden massive Aluminiumtargets eingesetzt, die die induktive Wegmessung des Geberzylinders ermöglichen. Nachteil solcher Aluminiumtargets ist, dass sie axial besonders bauraumintensiv sind, weil solche Aluminiumtargets nur oberhalb des primären Druckraums eines Geberzylinders angeordnet werden können. Ein Geberzylinder mit einem sekundären und primären Druckraum weist in diesen beiden Druckräumen unterschiedliche Durchmesser auf. Das Aluminiumtarget wird zur Abdichtung eines Spaltes verwendet und kann daher nur in dem sekundären Druckraum mit dem geringeren Durchmesser bewegt werden. Bei einer solchen Anordnung wird der Geberzylinder sehr lang. Darüber hinaus braucht man eine geeignete Befestigung, um einem möglichst geringen Spalt zwischen dem Aluminiumtarget und der Innenwand der sekundären Druckkammer zu erzeugen. Zum Toleranzausgleich werden im Stand der Technik Quetschrippen vorgesehen, welche verpresst werden. Insgesamt wird dazu mehr Aluminiummaterial benötigt, als dies für eine geeignete Signalstärke beziehungsweise Signalqualität einer Wegmessung notwendig ist. Auch ist mit Quetschrippen eine optimale Zentrierung des Aluminiumtargets nicht möglich.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die Erfindung betrifft eine Targetvorrichtung für eine induktive Wegmessung eines Geberkolbens, wobei die Targetvorrichtung hülsenförmig mit einem Schlitz gebildet ist und aus einem metallischen Material gefertigt und dazu eingerichtet ist, unter Spannung auf einem Kolbenkörper fixiert zu werden.
Die Targetvorrichtung ist ein Körper mit einer definierten axialen Länge, über den es möglich ist, die Lage eines Geberkolbens induktiv zu messen. Hierzu ist die Targetvorrichtung an dem Geberkolben zumindest axial fixiert. Die hier vorgeschlagene Targetvorrichtung ist hülsenförmig und mit einem Schlitz gebildet. Eine solche hülsenförmige Targetvorrichtung kann über einen Geberkolben geschoben werden, und durch Aufspreizung unter Spannung an dem Geberkolben fixiert werden. Vorteilhafterweise ist die Targetvorrichtung dabei aus einem metallischen Material, insbesondere Aluminium, gefertigt. Eine solche Targetvorrichtung kann sehr dünn gestaltet werden, und muss keine zusätzliche Funktionen erfüllen, wie zum Beispiel mechanische Stabilität oder die Erzeugung eines geringen Luftspalts zwischen dem Geberkolben und dem Zylinder. Zugleich kann die Targetvorrichtung gerade so dünn gestaltet werden, dass eine ausreichende Signalstärke beziehungsweise Signalqualität erreicht wird. Darüber hinaus muss sie allein für die Ausübung ihrer Spannkraft ausgelegt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Targetvorrichtung weist die Targetvorrichtung eine Ausnehmung zur axialen Positionierung auf einem Kolbenkörper auf, und bevorzugt ist die Ausnehmung beidseitig des Schlitzes angeordnet.
Eine solche Ausnehmung korrespondiert mit einer Erhebung an dem Geberkolben, so dass die Targetvorrichtung einfach montiert werden kann, nämlich durch einfaches Aufschieben der Targetvorrichtung bis zu einem Einrasten der Ausnehmung auf der Erhebung des Geberkolbens. Um die mechanische Last auf die Targetvorrichtung beim Aufschieben so gering wie möglich zu halten, wird bevorzugt die Ausnehmung beidseitig des Schlitzes angeordnet, so dass die Erhebung während des Aufschiebens auf dem Geberkolben lediglich den Schlitz erweitert und nicht in radialer Richtung eine Kraft auf die hülsenförmige Targetvorrichtung ausübt und diese möglicherweise deformiert. Die Vorsehung einer solchen Ausnehmung, beziehungsweise zusammen mit einer Erhebung an dem Geberkolben, ermöglicht eine sehr genaue zuverlässige Anordnung der Targetvorrichtung auf dem Geberkolben, so dass eine Großserienfertigung und sogar eine Massenfertigung möglich ist, bei der die jeweilige montierte Targetvorrichtung nicht in die Wegmesssensorik einjustiert werden muss. Vielmehr kann eine Standardjustierung verwendet werden, weil die axiale Position der Targetvorrichtung ausreichend genau durch das Zusammenspiel der Ausnehmung und Erhebung durch einfaches Aufschieben vorgenommen werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Targetvorrichtung ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, wobei das erste Ende dazu eingerichtet ist, einen Anschlag für einen dynamischen Axialdichtring zu bilden.
Wie bereits oben beschrieben, weist der Geberkolben zwei dynamische Axialdichtringe auf, welche eine axiale Abdichtung des bewegten Geberkolbens ermöglichen. Bevorzugt ist ein Axialdichtring dauerhaft in der primären Druckkammer angeordnet und ein zweiter Axialdichtring liegt in einem Zustand in der primären Druckkammer frei und in einem anderen Zustand liegt er in der sekundären Druckkammer an. Zur axialen Sicherung der Lage zumindest eines Axialdichtrings kann die Targetvorrichtung eingesetzt werden. Bevorzugt weist dabei das erste Ende, an welchem der dynamische Axialdichtring anliegen kann, eine entsprechende Oberflächengestaltung auf, und besonders bevorzugt ist es geprägt. Somit wird der empfindliche Axialdichtring nicht beschädigt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Targetvorrichtung aus einem Blechmaterial gefertigt.
Während die vorbekannten Targetvorrichtungen aus Vollmaterial hergestellt werden mussten, ist es mit der hülsenförmigen Targetvorrichtung möglich, diese aus günstigem Blechmaterial zu fertigen, bevorzugt zu stanzen. Es sind dabei aber auch andere Fertigungsverfahren möglich, die geeignet sind, eine definierte Form aus einem Blechmaterial herauszuschneiden. Vorteilhaft beim Stanzen ist jedoch, dass zugleich eine Bearbeitung der Kanten der Targetvorrichtung stattfindet. Zum Beispiel kann zumindest ein Ende der Targetvorrichtung geprägt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Geberkolben für einen hydraulischen Geberzylinder vorgeschlagen, welcher zumindest einen Kolbenkörper, eine Targetvorrichtung, einen ersten dynamische Axialdichtring und einen zweiten dynamische Axialdichtring aufweist.
Ein solcher Geberkolben für einen hydraulischen Geberzylinder, wie er hier vorgeschlagen wird, kann besonders kurz gefertigt werden und zugleich eine sehr exakte Wegmessung bei einfacher Justierung erlauben. Hierzu ist ein Kolbenkörper vorgesehen, welcher die mechanischen Funktionen des Geberkolbens übernimmt. Zur Bewegung des Geberkolbens sind zwei dynamische Axialdichtringe vorgesehen, die einen Zwischenspalt zwischen dem Kolbenkörper und dem Geberzylinder abdichten, und insbesondere eine primäre Druckkammer von einer sekundären Druckkammer des Geberzylinders axial voneinander trennen. Je nach Lage des Geberkolbens dichtet dabei der erste dynamische Axialdichtring oder der zweite dynamische Axialdichtring. Sowohl der erste dynamische Axialdichtring als auch der zweite dynamische Axialdichtring können als Axialdichtringe ausgeführt werden, die über die Targetvorrichtung axial positioniert werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein hydraulischer Geberzylinder für eine hydraulisch betätigte Kupplung vorgeschlagen, welcher einen Geberkolben gemäß der obigen Beschreibung, einen Druckzylinder mit einer primären Druckkammer und eine Induktionsspule zum Ermitteln der Position des Geberkolbens aufweist.
Der hydraulische Geberzylinder ist beispielsweise dazu eingerichtet, eine Kupplung hydraulisch zu betätigen. Hierzu wird über den Geberzylinder ein Nehmerzylinder hydraulisch eingerückt oder ausgerückt. In dem hydraulischen Geberzylinder umschließt ein Druckzylinder den Geberkolben gemäß der obigen Beschreibung. Ein solcher Druckzylinder weist eine primäre Druckkammer und eine sekundäre Druckkammer auf, wobei die Targetvorrichtung in der primären Druckkammer angeordnet werden kann. Zur Ermittlung der Lage des Geberkolbens in dem Druckzylinder ist eine Induktionsspule vorgesehen, welche bevorzugt außerhalb des Druckzylinders angeordnet ist. Somit bewegt sich die Targetvorrichtung in dem Induktionsfeld der Induktionsspule. Ein solcher hydraulischer Geberzylinder kann sehr kurz ausgestaltet werden und bietet zugleich eine sehr genaue Messung der Position des Geberkolbens.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des hydraulischen Geberzylinders ist die Targetvorrichtung in der primären Druckkammer und von der Innenwand der primären Druckkammer beabstandet angeordnet.
Weil die Targetvorrichtung nicht zur Abdichtung vorgesehen ist, und die primäre Druckkammer gegenüber der sekundären Druckkammer des Druckzylinders radial erweitert ist, kann die Targetvorrichtung im Unterschied zu der Targetvorrichtung des Stands der Technik auch in der primären Druckkammer angeordnet werden. Eine Abdichtung zur Innenwand der primären Druckkammer durch die Targetvorrichtung ist in dieser Konfiguration nicht notwendig. Vielmehr kann die Targetvorrichtung in ihrer radialen Ausdehung an die Abmessung der sekundären Druckkammer angepasst sein, das heißt, deutlich kleiner sein als der Durchmesser der Innenwand der primären Druckkammer. Zugleich kann die sehr dünne Targetvorrichtung um einen mechanisch oder konstruktiv bedingt notwendigen Durchmesser des Kolbenkörpers herum angeordnet werden, und muss nicht axial hinzugefügt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches eine Antriebseinheit mit einer Abtriebswelle, einen Antriebsstrang und eine Kupplung zum lösbaren Verbinden der Abtriebswelle mit dem Antriebsstrang aufweist, wobei die Kupplung einen hydraulischen Geberzylinder wie hier beschrieben umfasst.
In einem Kraftfahrzeug ist der gegebene Bauraum für eine Kupplungsanordnung sehr gering. In der Tat hat sich in der Vergangenheit der Bauraum nicht vergrößert und zugleich die zu übertragende Leistung deutlich gesteigert. Daher müssen ebenfalls größere Einrückkräfte und Ausrückkräfte erzeugt werden, wodurch leistungsfähigere Geberzylinder benötigt werden. Durch die Verwendung eines Geberzylinders gemäß der obigen Beschreibung kann ein kleinerer Geberzylinder gleicher Leistung beziehungsweise ein gleich großer Geberzylinder mit größerer Leistung eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kraftfahrzeugs ist die Antriebseinheit im Kraftfahrzeug vor einer Fahrerkabine und quer zu einer Längsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet.
Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt die Antriebseinheit, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, eine Kupplung kleiner Baugröße zu verwenden.
Verschärft wird die Bauraumsituation bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Zugleich werden deutlich mehr Kleinwagen produziert als alle anderen Wagenklassen. Der oben beschriebene Geberzylinder ist für den Einsatz in Kupplungen geringer Baugröße besonders geeignet, weil hierdurch neben der verringerten Größe ebenfalls ein vereinfachte Massenfertigung mit geringem Justieraufwand möglich ist. Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht, Leistung eingeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beispielsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen Fox oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
1: eine Targetvorrichtung in einem Geberzylinder im Schnitt;
2: eine Targetvorrichtung mit Ausnehmung; und
3: ein Kraftfahrzeug mit Kupplung.
In 1 ist eine Targetvorrichtung 1 gezeigt, die auf einem Kolbenkörper 4 aufgebracht ist. Der Kolbenkörper 4 befindet sich in einem Geberzylinder 10 mit einer Innenwand 16. Der Geberzylinder 10 weist eine primäre Druckkammer 13 und eine sekundäre Druckkammer 14 auf. Der Kolbenkörper 4 wird über einen Aktuator 24 angetrieben. Zur Abdichtung sind ein erster Axialdichtring 9 und ein zweiter Axialdichtring 11 vorgesehen, wobei der erste Axialdichtring 9 in der primären Druckkammer dichtet und der zweite Axialdichtring 11 in der sekundären Druckkammer in einem nach der Abbildung nach rechts verschobenen Zustand abdichtet. Die Targetvorrichtung 1 ist derart eingerichtet, dass sie ebenfalls in die sekundäre Druckkammer 14 einführbar ist. Die Targetvorrichtung 1 weist ein erstes Ende 6 und ein zweites Ende 7 auf, wobei hier das erste Ende 6 einen Anschlag 8 für den ersten Axialdichtring 9 bildet. Die Position des Kolbenkörpers 4 beziehungsweise der Targetvorrichtung wird über eine Induktionsspule 15 registriert.
In 2 ist eine Targetvorrichtung 1 gezeigt, die auf einen Kolbenkörper 4 aufgebracht ist. Hierbei ist in dieser Ansicht der Schlitz 3 der Targetvorrichtung 1 zu sehen, welcher mit einer beidseitigen Ausnehmung 5 versehen ist, so dass die Targetvorrichtung 1 über eine Erhebung 25 des Kolbenkörpers 4 axial positioniert ist.
In 3 ist ein Kraftfahrzeug 17 gezeigt, welches eine Antriebseinheit 18, die hier als Verbrennungskraftmaschine dargestellt ist, aufweist. Die Antriebseinheit 18 ist über ihre Abtriebswelle 19 mittels einer Kupplung 12 mit einem rein schematisch dargestellten Antriebsstrang 20 verbunden. Bei diesem Kraftfahrzeug 17 befindet sich die Antriebseinheit 18 mit ihrer Motorachse 23 quer zur Längsachse 22 des Kraftfahrzeugs 17 und vor einer Fahrerkabine 21.
Mit der hier vorgeschlagenen Targetvorrichtung kann eine sehr kurze Konstruktion eines Geberzylindersystems ausgeführt werden und zugleich eine Massenfertigung ohne zusätzlichen Justieraufwand erreicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Targetvorrichtung
2: Geberkolben
3: Schlitz
4: Kolbenkörper
5: Ausnehmung
6: erstes Ende
7: zweites Ende
8: Anschlag
9: erster Axialdichtring
10: Geberzylinder
11: zweiter Axialdichtring
12: Kupplung
13: primäre Druckkammer
14: sekundäre Druckkammer
15: Induktionsspule
16: Innenwand
17: Kraftfahrzeug
18: Antriebseinheit
19: Abtriebswelle
20: Antriebsstrang
21: Fahrerkabine
22: Längsachse
23: Motorachse
24: Aktuator
25: Erhebung

Claims

Targetvorrichtung (1) für eine induktive Wegmessung eines Geberkolbens (2), wobei die Targetvorrichtung (1) hülsenförmig mit einem Schlitz (3) gebildet und aus einem metallischen Material gefertigt ist, und dazu eingerichtet ist, unter Spannung auf einem Kolbenkörper (4) fixiert zu werden.
Targetvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Targetvorrichtung (1) eine Ausnehmung (5) zur axialen Positionierung auf einem Kolbenkörper (4) aufweist, und bevorzugt die Ausnehmung (5) beidseitig des Schlitzes (3) angeordnet ist.
Targetvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Targetvorrichtung (1) ein erstes Ende (6) und ein zweites Ende (7) aufweist, wobei das erste Ende (6) dazu eingerichtet ist, einen Anschlag (8) für einen dynamischen Axialdichtring (9) zu bilden.
Targetvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Targetvorrichtung (1) aus einem Blechmaterial gestanzt ist.
Geberkolben (2) für einen hydraulischen Geberzylinder (10), aufweisend zumindest einen Kolbenkörper (4), eine Targetvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einen ersten dynamische Axialdichtring (9) und einen zweiten dynamische Axialdichtring (11).
Geberkolben (2) nach Anspruch 5, wobei der erste dynamische Axialdichtring (9) mittels der Targetvorrichtung (1) axial sicherbar ist.
Hydraulischer Geberzylinder (10) für eine hydraulisch betätigte Kupplung (12), aufweisend einen Geberkolben (2) nach Anspruch 5 oder 6, einen Druckzylinder (13) mit einer primäre Druckkammer (14), eine Induktionsspule (15) zum Ermitteln der Position des Geberkolbens (2).
Hydraulischer Geberzylinder (10) nach Anspruch 7, wobei die Targetvorrichtung (1) in der primären Druckkammer (14) angeordnet ist und von der Innenwand (16) der primären Druckkammer (14) beabstandet angeordnet ist.
Kraftfahrzeug (17) aufweisend eine Antriesbseinheit (18) mit einer Abtriebswelle (19), einen Antriebsstrang (20) und eine Kupplung (12) zum lösbaren Verbinden der Abtriebswelle (19) mit dem Antriebsstrang (20), wobei die Kupplung (12) einen hydraulischen Geberzylinder (10) nach Anspruch 7 oder 8 umfasst.
Kraftfahrzeug (17) nach Anspruch 9, wobei die Antriebseinheit (18) im Kraftfahrzeug (17) vor einer Fahrerkabine (21) und quer zu einer Längsachse (22) des Kraftfahrzeugs (17) angeordnet ist.