DE102014221038A1 - Aktuator zur Betätigung einer Kupplung und Kupplung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Aktuator zur Betätigung einer Kupplung, aufweisend ein Gehäuse mit einem Druckraum, wobei in dem Druckraum ein Kolben bewegbar angeordnet ist, und wobei der Aktuator einen Halbleiterdrucksenor aufweist, mit dem ein Druck in dem Druckraum bestimmbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator zur Betätigung einer Kupplung sowie eine Kupplung für ein Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Aktuator. Mit dem Aktuator ist eine Kupplung einrückbar und ausrückbar, um einen Drehmomentfluss von einem Antriebsmotor auf einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu unterbrechen.
  • Zur Betätigung von Kupplungen, insbesondere Reibkupplungen, wie zum Beispiel Doppelkupplungen, sind Betätigungssysteme bekannt, die zumindest einen Aktuator aufweisen. Bei dem zumindest einen Aktuator kann es sich beispielsweise um einen Geberzylinder oder Nehmerzylinder handeln, die zudem über eine Hydraulikleitung miteinander verbunden sein können. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Geberzylinder mit einer Messsensorik zu versehen, um den Weg eines Geberzylinderkolbens und dadurch die Kupplungsbetätigung zu überwachen. Hierfür werden im Stand der Technik sogenannte Targets eingesetzt, die in den Geberzylinder integriert werden. Nachteilig an diesen Targets ist der Kostenaufwand, die notwendige Kalibrierung sowie die Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Temperaturen sowie Störfeldern. Weiterhin können solche Wegsensoren an einem Geberzylinder nicht erkennen, ob die Kupplung betätigt wird, so dass es im Falle einer Fehlfunktion des Betätigungssystems, beispielsweise durch eine Leckage, zu Fehlern kommen kann. Zudem konnten sich Wegsensoren am Nehmerzylinder aufgrund der dort herrschenden schwierigen Umgebungsbedingungen, beispielsweise Umgebungstemperaturen von mehr 200 °C, Schmutz und/oder Wassereintrag, nicht durchsetzen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere einen Aktuator zur Betätigung einer Kupplung anzugeben, mit dem eine Betätigung der Kupplung sicher erkennbar ist. Zudem soll auch eine Kupplung für ein Kraftfahrzeug angegeben werden, mit dessen Aktuator eine Betätigung der Kupplung sicher erkennbar ist.
  • Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Aktuator und einer Kupplung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegeben Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Der erfindungsgemäße Aktuator zur Betätigung einer Kupplung weist ein Gehäuse mit einem Druckraum auf, wobei in dem Druckraum ein Kolben bewegbar angeordnet ist und wobei der Aktuator einen Halbleiterdrucksensor aufweist, mit dem ein Druck in dem Druckraum bestimmbar ist.
  • Bei dem hier vorgeschlagenen Aktuator handelt es sich insbesondere um einen Geberzylinder oder Nehmerzylinder eines Betätigungssystems einer Kupplung. Der Aktuator dient dem Einrücken und Ausrücken der Kupplung. Bei der Kupplung handelt es sich insbesondere um eine Reibkupplung, beispielsweise nach Art einer Doppelkupplung. Der Aktuator weist ein Gehäuse auf, das beispielsweise zumindest teilweise aus Kunststoff und/oder Metall besteht. In dem Gehäuse ist ein Druckraum ausgebildet, in dem ein Kolben bewegbar ist. Im Falle eines Geberzylinders ist der Kolben beispielsweise durch ein Kupplungspedal oder einen Elektromotor in dem Druckraum bewegbar, wodurch ein Betätigungsfluid in dem Druckraum durch den Kolben über eine Hydraulikleitung zur Betätigung der Kupplung einem Nehmerzylinder zuführbar ist. Im Falle eines Nehmerzylinders ist der Kolben durch das Betätigungsfluid in dem Druckraum bewegbar. Das Betätigungsfluid weist in dem Druckraum je nach Betriebssituation des Aktuators unterschiedliche Drücke auf. Zur Bestimmung des Drucks in dem Druckraum weist der Aktuator einen Halbleiterdrucksensor auf. Der Halbleiterdrucksensor besteht zumindest teilweise aus Silicium und arbeitet insbesondere nach dem piezoresistiven Prinzip. Weiterhin weist der Halbleiterdrucksensor insbesondere eine Membran auf, die insbesondere aus dem Silicium ausgeätzt wird. Mit dem Halbleiterdrucksensor sind Drücke von bevorzugt bis zu 50 bar, besonders bevorzugt bis zu 100 bar bestimmbar. Der durch den Halbleiterdrucksensor bestimmte Druck kann insbesondere einer Position des Kolbens in dem Druckraum zugeordnet werden, so dass eine Druck-Weg-Kennlinie bestimmbar ist. Diese kann auf Plausibilität geprüft werden und im Falle von Abweichungen, beispielsweise durch eine Leckage oder Luft in dem Betätigungssystem, frühzeitig eine Warnung eines Fahrers des Kraftfahrzeugs erfolgen.
  • Zudem ist es vorteilhaft, wenn der Aktuator einen Wegsensor zur Bestimmung einer Position des Kolbens in dem Druckraum aufweist. Hierzu ist der Aktuator insbesondere mit einem sogenannten Target versehen, bei dem es sich insbesondere um einen Magneten handelt. Bei dem Wegsensor handelt es sich folglich um einen induktiven Wegsensor.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn an dem Gehäuse eine Platine angeordnet ist, auf der der Halbleiterdrucksensor integriert ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der Halbleiterdrucksensor unmittelbar an und/oder in der Platine angeordnet ist. Bei der Platine handelt es sich insbesondere um eine Leiterplatte, die insbesondere einen Träger für elektronische Bauteile darstellt.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Halbleiterdrucksensor durch eine Abdeckkappe im Gehäuse fixierbar ist. Hierdurch ist der Halbleiterdrucksensor insbesondere vor äußeren Einflüssen geschützt. Die Abdeckkappe besteht zumindest teilweise aus Kunststoff und/oder Metall.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Halbleiterdrucksensor über einem Anschlussstutzen mit dem Druckraum verbunden ist. Bei dem Anschlussstutzen handelt es sich insbesondere um ein Rohrstück, an dem der Halbleiterdrucksensor insbesondere anschließbar ist.
  • Vorzugsweise ist durch den Halbleiterdrucksensor ein Warnsignal für einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs aktivierbar, wenn ein Ist-Messwert des Drucks von einem Soll-Messwert des Drucks beziehungsweise von einem vorbestimmten Solldruckbereich abweicht.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn eine Dichtung den Halbleiterdrucksensor zum Gehäuse hin abdichtet. Bei der Dichtung handelt es sich insbesondere um einen O-Ring.
  • Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird auch eine Kupplung für ein Kraftfahrzeug angegeben, wobei die Kupplung durch einen erfindungsgemäßen Aktuator betätigbar ist. Bei der Kupplung handelt es sich insbesondere um eine (trockene oder nasse) Reibkupplung, beispielsweise nach Art einer Doppelkupplung.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:
  • 1: eine Kupplung mit einem Aktuator; und
  • 2: eine Moment-Weg-Kennlinie sowie Druck-Weg-Kennlinie.
  • Die 1 zeigt schematisch eine Kupplung 2 mit einem Aktuator 1. Der Aktuator 1 ist hier nach Art eines Geberzylinders ausgebildet und weist ein Gehäuse 3 mit einem Druckraum 4 auf. In dem Druckraum 4 ist in einer axialen Richtung 12 des Aktuators 1 ein Kolben 5 bewegbar. Durch den Kolben 5 ist im Betrieb ein Betätigungsfluid in dem Druckraum 4 durch den Kolben 5 zu einem hier nicht gezeigten Nehmerzylinder pressbar, wodurch in unterschiedlichen Positionen des Kolbens 5 in dem Druckraum 4 das Betätigungsfluid unterschiedliche Drücke aufweist. Zur Messung des Drucks in dem Druckraum 4 weist der Aktuator 1 einen Halbleiterdrucksensor 6 auf, der auf einer Platine 8 integriert ist. Der Halbleiterdrucksensor 6 ist durch eine Abdeckkappe 9 in beziehungsweise an dem Gehäuse 3 fixierbar. Weiterhin ist der Halbleiterdrucksensor 6 über einen Anschlussstutzen 10 mit dem Druckraum 4 verbunden. Hierzu ist der Halbleiterdrucksensor 6 zum Gehäuse 3 hin mit einer Dichtung 11 abgedichtet, die hier nach Art eines O-Rings ausgeführt ist. Die Platine 8 weist zudem einen Wegsensor 7 zur Bestimmung der Position des Kolbens 2 in dem Druckraum 4 auf.
  • Die 2 zeigt oben eine Moment-Weg-Kennlinie 13, wobei auf einer ersten Ordinate 14 das Moment und auf einer ersten Abszisse 15 der Weg beziehungsweise die Position des in der 1 gezeigten Kolbens 5 in dem Druckraum 4 aufgetragen ist. Unten wird eine Druck-Weg-Kennlinie 16 gezeigt, wobei auf einer zweiten Ordinate 17 der Druck und auf einer zweiten Abszisse 18 der Weg beziehungsweise die Position des in der 1 gezeigten Kolbens 5 in dem Druckraum 4 aufgetragen ist. Durch die Bestimmung der Moment-Weg-Kennlinie 13 und der Druck-Weg-Kennlinie 16 ist insbesondere durch eine Steuerung feststellbar, ob ein Ist-Messwert des Drucks von einem Soll-Messwert des Drucks abweicht. Im Falle einer Abweichung kann ein Warnsignal für einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs aktiviert werden.
  • Durch den hier beschriebenen Aktuator kann sicher erkannt werden, ob eine Kupplung betätigt wird beziehungsweise getrennt wurde.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Aktuator
    2
    Kupplung
    3
    Gehäuse
    4
    Druckraum
    5
    Kolben
    6
    Halbleiterdrucksensor
    7
    Wegsensor
    8
    Platine
    9
    Abdeckkappe
    10
    Anschlussstutzen
    11
    Dichtung
    12
    Axiale Richtung
    13
    Moment-Weg-Kennlinie
    14
    erste Ordinate
    15
    erste Abszisse
    16
    Druck-Weg-Kennlinie
    17
    zweite Ordinate
    18
    zweite Abszisse

Claims (8)

  1. Aktuator (1) zur Betätigung einer Kupplung (2), aufweisend ein Gehäuse (3) mit einem Druckraum (4), wobei in dem Druckraum (4) ein Kolben (5) bewegbar angeordnet ist und wobei der Aktuator (1) einen Halbleiterdrucksenor (6) aufweist, mit dem ein Druck in dem Druckraum (4) bestimmbar ist.
  2. Aktuator (1) nach Anspruch 1, aufweisend einen Wegsensor (7) zur Bestimmung einer Position des Kolbens (2) in dem Druckraum (4).
  3. Aktuator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Gehäuse (3) eine Platine (8) angeordnet ist, auf der der Halbleiterdrucksensor (6) integriert ist.
  4. Aktuator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterdrucksensor (6) durch eine Abdeckkappe (9) im Gehäuse (3) fixierbar ist.
  5. Aktuator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterdrucksensor (6) über einem Anschlussstutzen (10) mit dem Druckraum (4) verbunden ist.
  6. Aktuator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch den Halbleiterdrucksensor (6) ein Warnsignal für einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs aktivierbar ist, wenn ein Ist-Messwert des Drucks von einem Soll-Messwert des Drucks abweicht.
  7. Aktuator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dichtung (11) den Halbleiterdrucksensor (6) zum Gehäuse (3) hin abdichtet.
  8. Kupplung (2) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Kupplung (2) durch einen Aktuator (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche betätigbar ist.
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