DE102014208088A1

DE102014208088A1 - Hydrostatischer Kupplungsaktor und Verfahren zur Festlegung der Position eines Targets für einen Wegmesssensor

Info

Publication number: DE102014208088A1
Application number: DE102014208088.6A
Authority: DE
Inventors: Wai-Wai BUCHET; Markus Dietrich
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2014-11-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Kupplungsaktors wie eines hydrostatischen Kupplungsaktors (HCA), der einen über ein Planetenwälzgetriebe in Längsrichtung verfahrbaren Kolben aufweist, mit dem ein Target wie ein Magnet, etwa ein Permanentmagnet, verbunden ist, welches von einem ersten Sensor distanzbestimmend sensierbar ist, wobei in einem ersten Schritt zuerst der Kolben um einen vordefinierten Anteil des maximal möglichen Verfahrweges von einem Systemnullpunkt weg verfahren wird, in einem nachfolgenden zweiten Schritt dann das Target relativ zum ersten Sensor so positioniert wird, dass derselbe Anteil an Signalstärke vorliegt, wobei von der Signalstärke ausgegangen wird, die im Betrieb des Kupplungsaktors vom Target innerhalb eines maximal möglichen Verfahrweges hervorrufbar oder hervorgerufen ist, und in einem dritten Schritt das Target zumindest axial unverschieblich am Kolben festgelegt wird. Die Erfindung betrifft auch einen Kupplungsaktor, wie einen hydrostatischen Kupplungsaktor (HCA), mit einem zum Verkleinern eines Druckraums ausgelegten Kolben, wie einem Ringkolben, der über ein Gestänge mit einem Target fest verbunden ist, wobei ein erster Sensor zum Bestimmen der Axialposition des Targets und/oder des Kolbens enthalten ist, wobei das Gestänge zumindest zweigeteilt ist und die beiden Teile zumindest längsunverschieblich miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren eines Kupplungsaktors, wie eines hydrostatischen Kupplungsaktors (HCA), der einen über ein Planetenwälzgetriebe in Längsrichtung verfahrbaren Kolben aufweist, mit dem ein Target, wie ein Magnet, etwa ein Permanentmagnet, verbunden ist, welches von einem ersten Sensor distanzbestimmend sensierbar ist.
Die Erfindung betrifft auch einen Kupplungsaktor, wie einen hydrostatischen Kupplungsaktor (HCA), mit einem zum Verkleinern eines Druckraums ausgelegten Kolben, wie einem Ringkolben, der über ein Gestänge mit einem Target fest verbunden ist, wobei ein erster Sensor zum Bestimmen der Axialposition/Längsposition des Targets und/oder des Kolbens enthalten ist.
Bekannter Stand der Technik ist bspw. aus der WO 2011 050 766 A1 bekannt. Dort ist ein hydrostatischer Kupplungsaktor offenbart. Insbesondere ist dort ein Hydrostataktor bekannt, nämlich ein hydrostatischer Kupplungsaktor mit einem Geberzylinder enthaltend ein Gehäuse und einem in dem Gehäuse axial verlagerbaren, eine Druckkammer mit Druck beaufschlagenden Kolben, mit einem einen Drehantrieb in eine Axialbewegung wandelnden Getriebe sowie mit einem das Getriebe drehantreibenden Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor. Zur Begrenzung des Bauraums werden die Bauteile des Hydrostataktors ineinander integriert.
Benachbarter Stand der Technik ist ebenfalls aus der DE 10 2010 006 058 A1 bekannt, in der ein hydraulisches Kupplungs- oder Bremsbetätigungssystem offenbart ist. Dort wird ein solches System vorgestellt, mit einem Zylinder, mit einem in einem Gehäuse des Zylinders axial beweglichen Kolben und mit einem Sensorsystem zur Sensierung der Stellung des Kolbens in dem Zylinder, wobei das Sensorsystem mindestens ein dem Kolben zuordenbares Signalelement und mindestens einen ortsfest angeordneten Sensor umfasst. Es ist in dieser Druckschrift herausgestellt, dass der Sensor in/an einer Ausstülpung des Gehäuses angeordnet ist, welche in einer Stirnseite in dem Kolben vorhandene Ausnehmung hineinragt.
Die Erfindung ist im Bereich einer Linearpositionserkennung beheimatet. Bisher werden bei Targets Magneten eingesetzt.
Allerdings treten beim Zusammenbau eines Kupplungsaktors mehrfach Toleranzen auf, insbesondere auch Mehrfachtoleranzen, was dazu führt, dass die Verfahrwege zeitlich nachfolgend hergestellter Kupplungsaktoren unterschiedlich sind und der für die gesamte Kupplungsaktorenbaureihe vorzuhaltende Messweg dadurch sehr groß sein muss. Jeder Kupplungsaktor mit seinem Target und Sensor muss nämlich für eine Worst-Case-Konfiguration ausgelegt werden, um die fertigungs- und montagebedingten Toleranzen zu berücksichtigen. Obwohl der eigentliche Messweg deutlich geringer als der vorzuhaltende Messbereich ist, addieren sich die einzelnen Toleranzen über die gesamte Produktionscharge an Kupplungsaktoren zu einem recht großen vorzuhaltenden Messweg. Je größer aber der Messbereich ist, desto schlechter ist die Sensorgenauigkeit.
Es ist dabei die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, sowohl bei einem Verfahren als auch bei einer entsprechenden Vorrichtung die bekannten Nachteile auszumerzen. Es soll also solch eine Lösung erreicht werden, die über ein elektrisches Kalibrieren im Zusammenbau hinaus geht. Dass der mechanische Vorhalt die Sensorauslegung bestimmt, soll berücksichtigt werden. Neben dem Ausschalten der bekannten Nachteile soll auch der Vorhaltebereich reduziert werden, um den Wegmessungsbereich zu minimieren.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass in einem ersten Schritt zuerst der Kolben um einen vordefinierten Anteil des für ihn maximal möglichen Verfahrweges von einem Systemnullpunkt weg verfahren wird, in einem nachfolgenden zweiten Schritt dann das Target relativ zum ersten Sensor so positioniert wird, dass derselbe Anteil an Signalstärke vorliegt, wobei von der Signalstärke ausgegangen wird, die im Betrieb des Kupplungsaktors vom Target innerhalb eines maximal möglichen Verfahrweges hervorrufbar oder hervorgerufen ist, und in einem dritten Schritt das Target zumindest axial unverschieblich am Kolben festgelegt wird.
Bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung wird erfindungsgemäß diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Gestänge zumindest zweigeteilt ist und die beiden Teile zumindest längs unverschieblich miteinander verbunden sind.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn der dritte Schritt gleichzeitig oder zeitlich nachfolgend zum zweiten Schritt erfolgt. Im ersten Fall kann die Montage verkürzt werden, wobei im zweiten Fall die Präzision erhöht werden kann.
Toleranzausgleichend ist es, wenn im dritten Schritt ein Gestänge direkt oder indirekt am Kolben form-, kraft- und/oder stoffschlüssig axial- und/oder drehfest angebracht wird, bzw. ein zweigeteiltes Gestänge form-, kraft- und/oder stoffschlüssig so verarbeitet wird, dass die beiden Teile des Gestänges zumindest längs unverschieblich miteinander verbunden sind.
Als zweckmäßig hat es sich herausgestellt, wenn im dritten Schritt das am Kolben vorfixierte Gestänge so verbogen wird, dass das Target zumindest axial verfahren wird. Das Einstellen einer kalibrierten Position wird dadurch erleichtert.
Für die Montageabfolge ist es von Vorteil, wenn im dritten Schritt das Target relativ zum am Kolben befestigten Gestänge axial verschoben und dann daran festgelegt wird bzw. die beiden Teile des Gestänges zueinander axial verschoben werden und dann aneinander festgelegt werden.
Eine zweckmäßige Vorrichtung kann auch dadurch weiter gebildet werden, dass die beiden Teile aneinander stoff-, kraft- und/oder formschlüssig trennbar oder untrennbar verbunden sind.
Montagefreundlich ist es, wenn zwischen den beiden Teilen eine Schweiß-, Clinch-, Tox-, Klebe-, Quetsch-, Schraub- und/oder Nietverbindung vorhanden ist.
Es soll nicht unerwähnt bleiben, dass es für den Fertigungsablauf von Vorteil und effizient ist, wenn in Langlöchern eines der beiden Teile Niete des anderen Teiles fest sitzen.
Als vorteilhaft muss auch erwähnt sein, dass die beiden über eine Presspassung verbundenen Teile über Schrauben und/oder Kleber in ihrer Lage zueinander gesichert/festgelegt sind.
Wenn das Gestänge aus Kunststoff besteht, kann auf eine Heißverprägung zurückgegriffen werden.
Mit anderen Worten wird die obige Aufgabe dadurch gelöst, dass der Kolben im Zylinder auf 50% des Aktorhubes eingestellt wird. Ein Target, wie ein Magnet, wird in ein Führungsrohr eingeschoben, bis am Sensorausgang 50% der Ausgangspannung anliegt. Ein auch als Magnetgestänge bezeichnetes Gestänge kann an einem Zylinder/Kolben form- und/oder kraftschlüssig angekoppelt werden, insbesondere unter Nutzen eines Verbiegens oder Anschmelzens. Die Mitte des Messbereiches, also eine 50% Signalabgabe, ist von Vorteil, da hier die größte Sensorgenauigkeit besteht, insbesondere durch Messung in drei Raumrichtungen möglich ist bzw. eine Magnetfeldkomponente einen Nulldurchgang aufweist. Die Einstellung kann aber auch an jeder anderen beliebigen / geeigneten Position durchgeführt werden.
Durch den kleineren vorzuhaltenden Messbereich kann der Magnet kleiner ausgelegt werden, was zu einer effizienteren Nutzung des Bauraums führt und die Kosten senken lässt.
Als Folge kann eine verbesserte Genauigkeit festgestellt werden und eine Messung im Sensorrandbereich vermieden / verbessert werden. Ein kleinerer Einfluss des Luftspaltes ist die Folge. Es kann auf bspw. 32 Soll-/Ist-Wertepaare für die Kalibrierung zugegriffen werden. Es werden bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung weniger Stützstellen benötigt, wenn ein Abgleich mit einem externen Kontrollsensor durchgeführt wird, um eine Ur-Kalibrierung herzustellen. Auch können die Stützstellen besser verteilt sein. Letztlich kann sogar der Magnet verkürzt werden, was in einer weiteren Kostenoptimierung resultiert.
Das Verfahren bezieht sich auch darauf, dass ein Systemnullpunkt angefahren wird, also Schnüffelbohrungen gerade freigegeben oder verschlossen sind. Als erstes kann mit dem Motor ein Rotorlagesensor auf die Mitte des Verfahrweges verschoben werden, insbesondere wenn Spiel in einem Planetenwälzgetriebe (PWG) evtl. unter Vorlast auf dem Kolben vorliegt, nachfolgend ein Wegsensormagnetgestänge auf 50% des Sensorausgangssignals eingestellt werden und eine mechanische Verbindung nachfolgend hergestellt sein, insbesondere unter Verbindung des Wegesensorgestänges mit dem Kolben. Es gibt dabei verschiedene Möglichkeiten, den Magnet in der axialen Lage einzustellen. So kann bspw. ein Schraubgewinde am Ende des Magnetgestänges vorhanden sein und ein Festsetzen in der richtigen Position über eine Schraubensicherung bewirkt sein. Bei Nutzen von Kunststoff bzw. einer Kunststoffführung, kann eine heißverprägende Fixierung genutzt werden. Auf bisher übliche Sondermuttern kann eventuell verzichtet werden.
Obwohl die Toleranz sehr groß in Bezug auf den Messbereich ausfallen kann, kann nun durch eine mechanische Einstellung der vorzuhaltende Messbereich auf den eigentlichen Aktor-Verfahrweg/Messweg reduziert werden und somit das Messsystem kleiner, genauer und kostengünstiger ausgeführt werden.
Mit anderen Worten, um den Vorteil im Messweg und damit die Sensorlänge möglichst gering auszuführen, wird vorgeschlagen zur Vermeidung von Toleranzbeeinflussungen der Messweglänge ein Verfahren zum Positionieren des Targets vorzusehen, das folgende Schritte umfasst: Einstellen des Aktors auf 50% Aktorhub, Einschieben des Targets bis zur 50% Anzeige des Sensors und Verbinden des Targets mit dem Zylindergehäuse.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert, wobei unterschiedliche Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Kupplungsaktor im Längsschnitt,
2 ein zweigeteiltes Gestänge, an dem ein Target, wie ein Magnet angebunden ist,
3 eine zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel alternative Lösung,
4 eine weitere alternative Lösung zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, und
5 eine die zwei Gestängeteile über eine Quetschung verbindende Lösung.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Kupplungsaktor 1, nämlich ein hydrostatischer Kupplungsaktor (HCA) wiedergegeben. Es ist darin ein Druckraum 2 von einem Kolben 3, der als Ringkolben 4 ausgebildet ist, verkleinerbar. An dem Ringkolben 4 ist ein Gestänge 5 befestigt. Am Gestänge 5 ist ein Target 6, nämlich ein Magnet 7 befestigt. Der Magnet 7 ist von einem ersten Sensor 8 sensierbar. Mittels des ersten Sensors 8 kann die Axial-/Längsposition des Targets 6 und/oder des Kolbens 3 bestimmt werden.
Das Gestänge 5 ist zweigeteilt und weist einen ersten Teil 9 und einen zweiten Teil 10 auf. Die beiden Teile 9 und 10 sind miteinander längsunverschieblich verbunden.
Das Gestänge 5 kann auch als Befestigungsgestänge bezeichnet werden. Das Gestänge 5 weist eine 90°-Umbiegung 11 auf. Über eine Sondermutter 12 ist es an einem druckraumfernen Ende des Ringkolbens 4 angebracht.
Im Kupplungsaktor 1 ist ein Planetenwälzgetriebe (PWG) 13 enthalten. Dabei sind einzelne Planetenkörper 14 in einer Hülse 15 vorhanden. Zwei Enden der Planetenkörper 14 sind jeweils mit einem Hohlrad 16 in Wirkkontakt.
Die Hülse 15 ist innerhalb des Ringkolbens 4 befindlich. Durchgangsöffnungen 17, die auch als Schnüffelbohrungen bezeichnet werden können, sind an einem druckraumnahen Ende des Ringkolbens 4 vorhanden. Die Durchgangsöffnungen 17 können als Riefen, Nuten, Bohrungen oder Löcher ausgebildet sein. Sie sind in unmittelbarer Nähe eines oder mehrerer Dichtelemente 18 angeordnet.
Innerhalb des Planetenwälzgetriebes 13 ist auch eine Gewindespindel 19 enthalten, an deren sondermutterfernen Ende ein Drehtarget 20 vorhanden ist, welches über einen zweiten Sensor, nämlich einen Drehwinkelbestimmungssensor 21 sensiert werden kann. Dadurch kann immer die genaue Winkellage der Gewindespindel 19 sensiert werden. Allerdings reicht dieser zweite Sensor 21 und das dazugehörige Drehtarget 20 nicht aus, um eine elektronische Kalibrierung vornehmen zu können. Das Drehtarget 20 und der zweite Sensor 21 sind ferner optional. Nicht unbedeutsam ist dagegen, dass das Target 6 am Gestänge 5, nämlich dem zweiten Teil 10 festgelegt ist. Es kann ein Kunststoffhalter 22 dazu eingesetzt sein.
Der zweite Sensor 21 ist auf einer Platine 23 aufgebracht.
Zumindest ein Wälzlager 24 wird eingesetzt, um die Gewindespindel 19 zu lagern.
Auf der Gewindespindel 19 ist ein Rotor 25 drehfest angebracht, der mit einem Stator 26 in Wirkbeziehung steht. Wird der Stator 26 unter Strom gesetzt, so fängt der Rotor 25 und damit auch die Gewindespindel 19 das Rotieren an.
Da während der Montage ein Deckel 27 noch nicht aufgesetzt ist, kann das Gestänge 5 bearbeitet werden, um die Längsposition des Targets 6 zu verändern. Dadurch verändert sich die Längsposition des Magneten 7 in einem Führungsrohr 28. Bevor der Deckel 27 aufgesetzt wird, wird das Target 6 bzw. der Magnet 7 am Kolben 3 mittels der beiden Teile 9 und 10 des Gestänges 5 befestigt.
In den 2 bis 4 sind dabei unterschiedliche Befestigungsarten der beiden Gestängeteile 9 und 10 visualisiert. So wird in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 eine Widerstandsschweißung eingesetzt, in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 auch Toxen, Kleben, Nieten mit Langlöchern oder ähnliche Verbindungsverfahren eingesetzt, in dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 eine Press- und/oder Schraublösung unter optionaler Nutzung eines Klebers genutzt und in dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 auf eine Quetschlösung gesetzt.
Es sei darauf hingewiesen, dass das in 5 innerhalb des zweiten Teils 10 befindliche erste Teil 9 auch außenliegend zum zweiten Teil 10, also genau anders herum, angeordnet sein kann. Auch muss die Verbindungsstelle zwischen dem ersten Teil 9 und dem zweiten Teil 10 nicht zwingend in einem radial äußeren Bereich des Gestänges 5 vorhanden sein, sondern kann radial innerhalb der 90°-Umbiegung vorhanden sein.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsaktor
2: Druckraum
3: Kolben
4: Ringkolben
5: Gestänge
6: Target
7: Magnet
8: erster Sensor
9: erster Teil
10: zweiter Teil
11: 90°-Umbiegung
12: Sondermutter
13: Planetenwälzgetriebe
14: Planetenkörper
15: Hülse
16: Hohlrad
17: Durchgangsöffnung
18: Dichtelement
19: Gewindespindel
20: Drehtarget
21: zweiter Sensor
22: Kunststoffhalter
23: Platine
24: Wälzlager
25: Rotor
26: Stator
27: Deckel
28: Führungsrohr

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011050766 A1 [0003]
DE 102010006058 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Kalibrieren eines Kupplungsaktors (1) wie eines hydrostatischen Kupplungsaktors (HCA), der einen über ein Planetenwälzgetriebe (13) in Längsrichtung verfahrbaren Kolben (3) aufweist, mit dem ein Target (6) wie ein Magnet (7), etwa ein Permanentmagnet, verbunden ist, welches von einem ersten Sensor (1) distanzbestimmend sensierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt zuerst der Kolben (3) um einen vordefinierten Anteil des maximal möglichen Verfahrweges von einem Systemnullpunkt weg verfahren wird, in einem nachfolgenden zweiten Schritt dann das Target (6) relativ zum ersten Sensor (8) so positioniert wird, dass derselbe Anteil an Signalstärke vorliegt, wobei von der Signalstärke ausgegangen wird, die im Betrieb des Kupplungsaktors (1) vom Target (6) innerhalb eines maximal möglichen Verfahrweges hervorrufbar oder hervorgerufen ist, und in einem dritten Schritt das Target (6) zumindest axial unverschieblich am Kolben (3) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Schritt gleichzeitig oder zeitlich nachfolgend zum zweiten Schritt erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Schritt ein Gestänge (5) direkt oder indirekt am Kolben (3) form-, kraft- und/oder stoffschlüssig axial- und/oder drehfest angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Schritt das am Kolben (3) vorfixierte Gestänge (5) so verbogen wird, dass das Target (6) zumindest axial verfahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Schritt das Target (6) relativ zum am Kolben (3) befestigten Gestänge (5) axial verschoben und dann daran festgelegt wird.
Kupplungsaktor (1), wie ein hydrostatischer Kupplungsaktor (HCA), mit einem zum Verkleinern eines Druckraums (2) ausgelegten Kolben (3), wie einem Ringkolben (4), der über ein Gestänge (5) mit einem Target (6) fest verbunden ist, wobei ein erster Sensor (8) zum Bestimmen der Axialposition des Targets (6) und/oder des Kolbens (3) enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestänge (5) zumindest zweigeteilt ist und die beiden Teile (9, 10) zumindest längs unverschieblich miteinander verbunden sind.
Kupplungsaktor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile (9, 10) aneinander stoff-, kraft- und/oder formschlüssig trennbar oder untrennbar verbunden sind.
Kupplungsaktor (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Teilen eine Schweiß-, Clinch-, Tox-, Klebe-, Quetsch-, Schraub- und/oder Nietverbindung vorhanden ist.
Kupplungsaktor (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Langlöchern eines der beiden Teile (9 oder 10) Nieten des anderen Teiles (10 oder 9) festsitzen.
Kupplungsaktor (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden über eine Presspassung verbundenen Teile (9, 10) über Schrauben und/oder Kleber in ihrer Lage zueinander gesichert/festgelegt sind.