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Die Erfindung betrifft einen Kupplungsausrücker der hydraulischen Art, für eine Kupplung, wie eine trocken- oder nasslaufende Kupplung, bspw. eine Doppelkupplung eines Pkws oder eines Lkws, mit einem zum Verkleinern eines Druckraums ausgelegten Kolben, in dem Hydraulikmittel komprimierbar ist, wobei der Kolben kraftübertragend mit einem Ausrücklager in Wirkzusammenhang steht, wobei ferner ein Wegmesssystem vorhanden ist, das zum Sensieren der Axialposition des Kolbens ausgelegt ist, wobei desweiteren ein von einem Wegmesssensor zu sensierendes Target vorhanden ist, das zumindest Axialkräfte vom Kolben aufnehmend und axial am Wegmesssensor entlangfahrbar angeordnet ist.
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Die Erfindung ist auf dem Gebiet von Ausrücksystemen, insbesondere von Zentralkupplungsausrückern (CSC, d. h. Concentric Slave Cylinder) beheimatet. Sie wird bei der Sensierung des Ausrückweges eingesetzt.
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Normalerweise werden sog. PLCD-Systeme, also Permanentmagnetic Linear Contactless Displacement Sensor – einsetzende Systeme unter Nutzung magnetischer Targets genutzt. Ein Standard-PLCD muss aber aufgrund der hohen Temperaturen in diesem Bereich in einen Empfängerspulenteil und einen Elektronikteil unterteilt werden. Das CSC, also der zentrale Kupplungsausrücker muss dann eine Verdrehsicherung aufweisen, damit der Magnet immer exakt unter bzw. direkt neben dem sensitiven Element geführt wird, d.h. dass die rotatorische Zuordnung zwischen dem Magneten und dem Sensor unverändert bleibt.
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PLCD-Wegsensoren bestehen im Wesentlichen aus einem speziellen Kern aus weichmagnetischem Material, der auf seiner gesamten Länge von einer Spule, wie einer Primärspule umwickelt ist und an den Enden je eine weitere, vorzugsweise kurze Auswertespule aufweist. Ein an den Sensor angenäherter Dauermagnet führt zu einer lokalen magnetischen Sättigung und damit zu einer virtuellen Teilung des Kerns. Belegt man die Primärspule mit einem geeigneten Wechselstrom, wird in den Auswertespulen eine von der Position des gesättigten Bereichs abhängige Spannung induziert. So kann die Länge der virtuellen Teile des Kerns und damit die Position des gesättigten Bereiches ermittelt werden.
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Die Versorgung des Sensors mit einem geeigneten Wechselstrom und die Verarbeitung, Auswertung und Umwandlung der Signale erfolgt häufig durch ein externes Elektronikmodul oder durch eine im Sensor integrierte Elektronik. Am Ausgang der elektronischen Schaltung steht ein linear vom Ort des Magneten abhängiges Signal, z. B. bei einer Stromschnittstelle von 4 bis 20 mA oder einer Spannungsschnittstelle von 0 bis 5 V oder 10 V zur Verfügung.
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Um Messfehler zu verhindern, muss der Magnet exakt und wiederholbar, d.h. insbesondere spielfrei, zum Wegmesssensor geführt werden. Dazu ist normalerweise eine Verdrehsicherung notwendig. Auch sind bisher aufwändige Magnetführungsschlitten notwendig. Das zieht häufig hohe Kosten nach sich. Schon das Nutzen eines Magneten als Target ist relativ kostenintensiv.
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Wegmesssysteme für Kupplungsausrücksysteme sind grundsätzlich schon aus der
DE 10 2008 057 644 A1 bekannt. Dort wird ein Wegmesssystem für Kupplungsausrücksysteme mit einem einer beweglichen Komponente zuordnenbaren Magnetelement offenbart, das mit einem eine Sensorelektronik aufweisenden Sensorsystem versehen ist, welches an einer feststehenden Komponente in Form eines Gehäuses des Kolben-Zylindersystems angeordnet ist. Das Sensorsystem steht mit dem Magnetelement in Wirkverbindung und die Sensorelektronik des Sensorsystems ist in einer in das Gehäuse integrierten Aussparung angeordnet.
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Dazu alternative Lösungen sind auch aus der
DE 20 2006 014 024 U1 bekannt, wobei dort ein Zentralausrücker für eine hydraulische Kupplungsbetätigung offenbart ist. Der Zentralausrücker, mit einem eine zylindrische Durchgangsbohrung aufweisenden Gehäuse und einer konzentrisch innerhalb der Durchgangsbohrung angeordneten und an ihrem einen Ende zentriert am Gehäuse befestigten rohrförmigen Hülse weist einen Ringkolben auf, der mit der Kupplung in Wirkverbindung bringbar axial verschiebbar geführt ist. An dem äußeren Ende des Ringkolbens ist ein Innenring eines Ausrücklagers befestigt, wobei ein Sensor zur Erfassung der axialen Position des Ringkolbens relativ zum Gehäuse stationär am Gehäuse befestigt ist, und wobei dem Sensor ein axial verschiebbarer und geführter Magnetkörper zugeordnet ist, der mit einem am Innenring befestigten Ringkörper zur Mitnahme durch den Kolben bei dessen axialen Verschiebungen axial spielfrei verbunden ist, wobei der Magnetkörper mit über seinem Verschiebeweg gleichbleibenden Abstand zum Sensor am Gehäuse verschiebbar geführt ist und mit einem Führungsschuh in eine Umfangsnut des Ringkörpers axial spielfrei aber radial beweglich eingreift.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Wegmesssensor geometrisch so an das vom Kolben drehfest angebrachte Target angepasst ist, dass eine Rotation des Targets relativ zum Wegmesssensor über einen Formschluss ausgeschlossen ist.
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Mit anderen Worten, wird zur Senkung der Kosten und Vereinfachung der Montage bei einem CSC ein Sensor mit einer Tauchspule und darin eingeführtem Target vorgesehen, wobei das Target am Kolben befestigt ist und gleichzeitig als Verdrehsicherung dient.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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So ist es von Vorteil, wenn das Target zum Eintauchen in den Wegmesssensor angeordnet und/oder ausgelegt ist. Eine tauchspulenartige Ausgestaltung lässt sich dann einfach realisieren. Ein Anschlagen des Targets im Inneren des Wegmesssensors stellt einen Formschluss sicher und verhindert dann effizient eine Verdrehung des Targets / des Kolbens zum Wegmesssensor.
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Wenn der Außendurchmesser des Targets auf einen vom Wegmesssensor umschlossenen Sensierraum angepasst ist, so kann einerseits ein Eintauchen des Targets in das Innere des Wegmesssensors erreicht / ermöglicht werden und andererseits die gewünschte Verdrehsicherung mit mechanisch belastbaren Mitteln kostengünstig erreicht werden.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Wegmesssensor eine Spule aufweist, die auf einem einen Zentraldurchgang aufweisenden Kern vorhanden ist, dessen Innendurchmesser den Außendurchmesser des Sensierraumes definiert. Ein berührungsloses Wegmesssystem kann dann realisiert werden, wobei die Kosten eines solchen Systems niedrig gehalten werden, da einerseits die Montage einfach ist und andererseits die Einzelkomponenten günstig hergestellt werden können.
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Um über eine lange Zeit hinweg einen verschleißarmen Betrieb zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn der Kern aus einem für ein Gleitlager geeigneten Material aufgebaut ist oder dieses umfasst. Als besonders geeignet haben sich Bronzelegierungen, bspw. unter Einsatz von Kupfer, Weißmetalllegierungen, Aluminiumlegierungen, Blei, Kunststoff, wie besonders vorzugsweise PTFE, oder Keramik herausgestellt.
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Auf teure Magnetmaterialien kann verzichtet werden, wenn das Target ein nicht-magnetisches Material umfasst oder daraus aufgebaut ist.
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In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn das Target aus einem eisenhaltigen Material besteht, als Stahlblech oder Trafo-Blech aufgebaut ist, µ-Metall, amorphes Metall oder nano-kristallines Metall und/oder kristallines Ferrit umfasst. Bezüglich µ-Metall werden weichmagnetische Nickel-Eisenlegierungen empfohlen, insbesondere solche mit einer hohen magnetischen Permeabilität von µr im Bereich von ca. 50.000 bis 140.000. Auf diese Weise kann eine präzise Messung erwartet werden.
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Der Zusammenbau der Einzelkomponenten wird vereinfacht, wenn das Target an einem Gestänge form-, kraft- und/oder stoffschlüssig befestigt ist, das direkt oder indirekt, etwa unter Zwischenschaltung eines dazu separaten Mitnehmers, axial- und drehfest an einem Lagerinnenring des Ausrücklagers befestigt ist.
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Die Präzision über einen langen Zeitraum wird auch verbessert, wenn das Target konzentrisch zur Spule ausgerichtet und geführt ist.
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Für eine Weiterverarbeitung der vom Wegmesssystem zur Verfügung gestellten Daten ist es von Vorteil, wenn der Wegmesssensor an eine Auswerteelektronik angeschlossen ist.
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Das Einsetzen einer Tauchkernspule für die Sensierung hat eine Vielzahl von Vorteilen, wie z.B. dass teure Magnete durch kostengünstige Targets ersetzbar sind, dass das Target in der Spule führbar ist und damit gleichzeitig eine Verdrehsicherung bildet, etc.. Ein sehr aufwändiges Konzept der Magnetführung, wie es bisher eingesetzt wurde, kann durch eine Gleitlagerung der Spule am Target bzw. des Targets an der Spule vermieden werden. Dabei definiert der Wegmesssensor mit seinem Kunststoffmaterial einen Innendurchmesser, innerhalb dessen das Target möglichst spielfrei geführt ist. Die Toleranzen in dem System können vergrößert werden, wobei die Führungsgenauigkeit verbessert wird. Ein Verkippen, ein Verdrehen, und/oder eine Konzentrizitätsverschiebung des Targets innerhalb des Wegmesssensors hat dann keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit mehr.
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Durch den Entfall des Magneten kann das Sensorsystem auch bei sehr hohen Temperaturen eingesetzt werden, wobei lediglich die Spulendrahtisolierung als beschränkend anzusehen ist, da sie bei bestimmten Temperaturen zu Schmelzen anfängt. Waren bei zu erwartenden hohen Temperaturen besonders hohe Magnetkosten zu erwarten, kann dies nun ausgeschlossen werden. Auch kann auf die häufig angesetzten Seltenerdenmagnete verzichtet werden, selbst bei angespannter Bauraumsituation, was die Kosten minimiert.
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Hingewiesen sei darauf, dass das Target im Spulenkörper führbar ist. Ein Target-Ende kann aber so ausgeführt sein, dass eine direkte Anbindung an das Ausrücklager möglich wird, insbesondere unter Spielfreiheit in axialer Richtung. Die Form des Target-Endes hat dann keinen Einfluss mehr auf die Messung, insbesondere wenn es axial außerhalb der Messspule angeordnet ist. Auf diese Weise kann bei einem CRS eine Linearwegmessung vorgenommen werden. Die hochgenaue Führung des Magneten relativ zum Sensorchip kann entfallen. Das Target-Material muss nicht mehr aus hochwertigem Magnetmaterial sein, sondern kann aus sogenanntem Trafo-Blech bestehen. Ein Spulenkörper des Wegmesssensors und das Target bilden gleichzeitig die Verdrehsicherung aus. Auf diese Weise kann ein LVDT (Linear Variable Differential Transformator) ersetzt werden. Auch sind verdrehverhindernde Passstifte nicht mehr notwendig.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Darin ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Die einzige Figur, 1, zeigt einen erfindungsgemäßen Kupplungsausrücker 1.
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Der Kupplungsausrücker 1 ist ein hydrostatischer Kupplungsausrücker (CSC) und zum Einsatz an einem Kupplungsaggregat, wie einer Doppelkupplung gedacht. Die Kupplung kann eine trockenlaufende Kupplung oder eine nasslaufende Kupplung sein. Sie ist bei Pkws oder Lkws einsetzbar.
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Ein Kolben 2, nach Art eines Ringkolbens, ist entlang einer Führungshülse 3, nach Art eines Zylinders, in Richtung einer Längsachse 4 axial gleitverschieblich gelagert. An einem ersten Ende 5 des Kolbens 2 ist eine Dichtung 6 vorhanden, die einen Druckraum 7 abdichtet. Der Druckraum 7 ist mit Hydraulikmittel, wie Öl, versorgbar. Das Öl ist bei Verkleinerung des Druckraumes 7 unter Druck setzbar. Wurde der Druck im Druckraum 7 erhöht, so wird ein Verschieben des Kolbens/Ringkolbens 2 in Richtung der Längsachse 4, von einem Flanschbereich 8 der Führungshülse 3 und einem dort angeordneten Dichtungselement 9 weg erzwungen.
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An einem dem ersten Ende 5 gegenüberliegenden zweiten Ende 10 des Kolbens/Ringkolbens 2 ist unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer weiterer Bauteile ein Lagerinnenring 11 eines als Wälzlager ausgebildeten Ausrücklagers 12 zumindest axial fest angebracht. Normalerweise ist der Lagerinnenring 11 auch drehfest am Kolben 2 angebracht.
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Ein Gestänge 13 weist einen Mitnehmer 14 und ein Koppelstück 15 auf. Der Mitnehmer 14 und das Koppelstück 15 sind form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden, im vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden diese zwei Bauteile ein integrales (einstückiges) und einteilig ausgeformtes Element. Der Mitnehmer 14 ist kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem Lagerinnenring 11 verbindbar.
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Am Koppelstück 15 ist ein Target 16 befestigt. Das Target 16 kann in einen Sensierraum 17 eines Wegmesssensors 18 eindringen. Das Target 16 ist aus Stahlblech, Trafo-Blech oder einem sonstigen nicht-magnetischen Material aufgebaut. Insbesondere hat sich µ-Metall, amorphes Metall oder nano-kristallines Metall als vorteilhaft herausgestellt. Weichmagnetische Nickel-Eisenlegierungen mit einer hohen magnetischen Permeabilität von 70.000 bis 120.000, insbesondere 100.000 sind hier von Vorteil.
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Der Wegmesssensor 18 weist ein für Gleitlagerungen geeignetes Material als Kern 19 auf. Der Kern 19 agiert als Führung für das Target 16. Der Kern 19 ist von Drahtwicklungen umgeben, die eine Spule 20 ausformen. Der Wegmesssensor 18 ist Teil eines Wegmesssystems.
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Zur Wirkweise sei ausgeführt, dass bei Bewegung des Kolbens 2 entlang der Längsachse 4 eine in dieselbe Richtung geartete Bewegung des Lagerinnenrings 11 erzwungen wird und dadurch eine in dieselbe Richtung gerichtete Bewegung des Mitnehmers 14, des Koppelstücks 15 und dadurch des Targets 16 erzwungen wird. Das Target 16 taucht dann in den Sensierraum 17 ein, wodurch die relative Position des Targets 16 durch den Wegmesssensor 18 ermittelt werden kann. Dadurch lassen sich Rückschlüsse zur Position des Kolbens 2 ziehen. Je weiter das Target 16 in den Sensierraum 17 eingetaucht ist, desto näher ist das erste Ende 5 des Kolbens 2 dem Dichtungselement 9.
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Eine Feder 21 dient als Vorspannelement und kann als Schraubenfeder ausgebildet sein, insbesondere als Druckschraubenfeder.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplungsausrücker
- 2
- Kolben/Ringkolben
- 3
- Führungshülse/Zylinder
- 4
- Längsachse
- 5
- erstes Ende
- 6
- Dichtung
- 7
- Druckraum
- 8
- Flanschbereich
- 9
- Dichtungselement
- 10
- zweites Ende
- 11
- Lagerinnenring
- 12
- Ausrücklager
- 13
- Gestänge
- 14
- Mitnehmer
- 15
- Koppelstück
- 16
- Target
- 17
- Sensierraum
- 18
- Wegmesssensor
- 19
- Kern
- 20
- Spule
- 21
- Feder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008057644 A1 [0007]
- DE 202006014024 U1 [0008]
