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Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Betätigungsvorrichtung sowie ihr Herstellungsverfahren und ihre Verwendung in einem Kupplungs- oder Bremssteuerungssystem.
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Die Erfindung betrifft genauer betrachtet das Gebiet der hydraulischen Betätigungsvorrichtungen, die insbesondere in den Kupplungssystemen oder Bremssystemen der Kraftfahrzeuge verwendet werden.
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Diese hydraulischen Vorrichtungen umfassen im Allgemeinen einen Hauptzylinder, Geberzylinder genannt, der einen Kolben einschließt, dessen Stange mit einem Pedal (Kupplungs- oder Bremspedal) verbunden ist, das vom Fahrer des Fahrzeugs betätigt wird.
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In den Kupplungssystemen ist dieser Hauptzylinder über eine Hydraulikfluidleitung an einem stromabwärtigen Zylinder, Nehmerzylinder genannt, angeschlossen, der direkt auf die Mittel einwirkt, die es ermöglichen, das Schwungrad des Getriebes einzukoppeln (Einrückphase) oder auszukoppeln (Ausrückphase).
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Um die Funktion der hydraulischen Betätigungsvorrichtung zu optimieren, schlagen gewissen Ausführungsarten vor, den Geberzylinder mit Mitteln auszustatten, die es ermöglichen, die Position des Kolbens zu erfassen.
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Nun sind der Zylinder und der Kolben im Allgemeinen aus nichtmagnetischen Materialien, wie starren Kunststoffen und/oder duroplastischen Polymeren hergestellt.
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Bei diesen Varianten trägt der Kolben nun axial einen Permanentmagneten, der geeignet ist, mit einem elektromagnetischen Sensor zusammenzuwirken, der außerhalb des besagten Zylinders montiert und dazu bestimmt ist, die Verfolgung seines Hubs zu gewährleisten.
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Derartige Ausführungsarten sind insbesondere in der
DE 103 23 797 B4 und der
DE 10 2008 057 107 A1 beschrieben, wo die Verbindung zwischen dem Magneten und dem Kolben durch Kleben bzw. mit Hilfe eines Stiftes gewährleistet ist, der in einer zentralen Bohrung des Kolbens befestigt ist, wobei er als Zwischenstück den Magneten blockiert.
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Allerdings sind diese früheren Praktiken nicht zufriedenstellend, da im ersten Fall der Kolben eine ausreichend große Kontaktfläche mit dem Magneten bieten muss, was ein hydraulisches Problem darstellt, und im zweiten Fall die Nutzfläche des Magneten zu klein ist, um genaue Messungen durch den Sensor zu erhalten.
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Ferner erfordern diese Ausführungsarten die Verwendung von Magneten von seltenen Erden, deren Abmessungen klein genug sind, und die relativ kostspielig sind.
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Die Wahl von magnetischen Materialien, deren Kosten günstiger sind, würde mit identischen Sensoren dazu führen, zu große Magnete zu konzipieren, die nun mit der kompakten Struktur der bestehenden Kolben und Geberzylinder unvereinbar wären.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese technischen Probleme auf zufriedenstellende und effektive Weise zu lösen, wobei eine industriell einfach einzusetzende und wirtschaftlich vorteilhafte Lösung vorgeschlagen wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine hydraulische Betätigungsvorrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Befestigung des Magneten auf dem Kolben nur mit Hilfe seiner Anziehungskraft auf ein zumindest teilweise metallisches, mit dem Kolben verbundenes Verbindungselement gewährleistet wird.
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Nach einem ersten vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist das zumindest teilweise metallische Verbindungselement in den besagten Kolben integriert.
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Vorteilhafterweise ist der Kolben durch Kunststoffguss hergestellt.
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Vorzugsweise ist der Kunststoff des Kolbens starr, vom Typ Thermoplast oder Duroplast.
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Vorzugsweise ist der Kunststoff des Kolbens nicht leitend und nicht magnetisch.
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Nach einer spezifischen und vorteilhaften Variante umfasst der besagte Magnet einen zumindest teilweise zylindrischen Körper.
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Vorzugsweise entspricht der Radius des Körpers des besagten Magneten im Wesentlichen dem Innenradius des Zylinders.
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Nach einer weiteren Variante umfasst das Verbindungselement ein metallisches Kontaktstück, das längs und parallel zur Achse des besagten Kolbens angeordnet ist.
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Vorzugsweise umfasst der Kolben einen Längshohlraum, der eine Aufnahme für den besagten Magneten bildet.
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Nach einer Variante ist der besagte Magnet auf einer in der Längsrichtung verlaufenden Abflachung angeordnet.
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Nach einer weiteren Variante umfasst das besagte Verbindungselement eine metallische Lasche oder Scheibe, die quer zur Achse des Kolbens angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist der besagte Magnet dabei ein Ring, der koaxial um einen Ansatz, der den Kolben innen verlängert, montiert ist.
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Nach einer spezifischen Variante umfasst das besagte Verbindungselement eine Lasche zur Verankerung im Kolben.
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In diesem Fall weist der Kolben eine Nut auf, in die die Verankerungslasche des besagten Verbindungselements eingreift.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer wie vorangehend definierten Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Kolben durch Kunststoffguss auf dem besagten Verbindungselement, welches aus einem zumindest teilweise metallischen Material besteht, hergestellt ist.
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Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Kupplungs- oder Bremssteuerungssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Betätigungselement, das geeignet ist, vom Fahrer betätigt zu werden, einen Nehmerzylinder, der kinematisch an Ein- und Ausrückmittel der Kupplung oder der Bremse angeschlossen ist, und eine vorangehend definierte erfindungsgemäße Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben kinematisch mit dem Betätigungselement verbunden ist, während der Geberzylinder hydraulisch mit dem Nehmerzylinder verbunden ist.
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Der Spalt (d. h. der Abstand zwischen dem Sensor und dem Magneten und somit dem Kolben) ist direkt mit der Genauigkeit der Messung und der Unempfindlichkeit gegenüber Interferenzen verbunden. Mit anderen Worten wird, je größer der Spalt ist, die Genauigkeit der Messung schlechter und stärker beeinträchtigt.
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Nun ermöglicht es die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung, den Spalt zwischen dem festen Sensor und dem im Inneren des Zylinders beweglichen Magneten zu verringern, wodurch die Leistungen und die Zuverlässigkeit der Messung verbessert werden.
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Ferner ist es dank der Erfindung möglich, die Kosten der Vorrichtung zu verringern, indem die Magneten aus seltenen Erden, die teuer sind, durch Magneten ersetzt werden, die durch Sintern aus herkömmlicheren magnetischen Materialien, die somit weniger kostspielig sind, hergestellt werden.
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Obwohl diese Änderung zu einer signifikanten Vergrößerung der Abmessungen des Magneten führen kann, ist es möglich, mit der erfindungsgemäßen Technik eine stabile Verbindung mit dem Kolben zu bewahren, wobei die Führung der Kolben-Magnet-Einheit verbessert wird.
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Die Erfindung ermöglicht es, auch die allgemeinen Abmessungen des Magneten zu verringern, wobei das ferromagnetische Material möglichst nahe dem elektromagnetischen Sensor konzentriert wird.
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Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung in Begleitung der nachstehend erklärten Zeichnungen besser verständlich.
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1A stellt eine perspektivische Teilansicht einer ersten Ausführungsart der erfindungsgemäßen hydraulischen Betätigungsvorrichtung dar.
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Die 1B, 1C, und 1D stellen Teilansichten im Längs- bzw. Querschnitt von der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach der Kolbenvariante aus 1A dar.
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Die 2A und 2B stellen Teilansichten im Quer- bzw. Längsschnitt von einer zweiten Ausführungsart der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.
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Die 3A, 3B und 3C stellen Längsschnittansichten einer weiteren Ausführungsart der Gesamtheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in drei Varianten dar.
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4 ist ein Prinzipschema eines erfindungsgemäßen Kupplungssteuerungssystems.
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Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung ist dazu bestimmt, als hydraulische Kupplungsbetätigungsvorrichtung in Kraftfahrzeugen zu dienen, wie in 4 dargestellt.
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Sie umfasst insbesondere einen Geberzylinder 1 (in den 3A, 3B, 3C und schematisch in 4 dargestellt), der einen beweglichen Kolben 2 einschließt.
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Sowohl der Zylinder als auch der Kolben sind durch Formguss von starren (thermoplastischen, duroplastischen, ...) Kunststoffen, die nicht leitend und nicht magnetisch sind, hergestellt.
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Das innere Ende des Kolbens 2 trägt einen Dauermagneten 3, der mit einem elektromagnetischen Sensor C zusammenwirkt, der in der Nähe oder auf der Außenwand des Zylinders 1 montiert ist.
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Die Stange 23 (1A) des Kolbens 2 wird direkt oder indirekt durch Drücken des Fahrers des Fahrzeugs auf ein Betätigungselement, das hier von dem Kupplungspedal P (schematisch in 4 dargestellt) gebildet ist, belastet.
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Die Verschiebung des Magneten 3 mit dem Kolben 2 im Zylinder 1 wird vom Sensor C (3A, 3B und 3C) erfasst, verfolgt und gemessen, der überdies an Mittel zur Bearbeitung des Signals (nicht dargestellt) angeschlossen ist, die in die Kupplung E integriert sind.
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Ein Nehmerzylinder R (4) ist kinematisch an Mittel zum Einrücken und Ausrücken der Kupplung E (oder der Bremse in einem Bremssystem) und an eine nachstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung angeschlossen, bei der der Kolben 2 kinematisch mit dem Betätigungselement verbunden ist, während der Geberzylinder 1 hydraulisch mit dem Nehmerzylinder R verbunden ist.
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Die Befestigung des Magneten 3 auf dem Kolben 2 ist erfindungsgemäß nur mit Hilfe seiner Anziehungskraft auf ein zumindest teilweise metallisches, mit dem Kolben verbundenes Verbindungselement 4 gewährleistet.
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Dieses Verbindungselement 4 ist ein Teil, das entweder bei der Herstellung des Kolbens durch Formguss und beispielsweise direktes Aufformen des Kolbens auf dieses Teil in den Kolben integriert wird, oder das mechanisch auf den Kolben nach seinem Formen aufgesetzt und auf diesem befestigt wird.
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Die einfachste und wirtschaftlichste Lösung besteht darin, ein metallisches Teil, beispielsweise aus Eisen oder aus Stahl oder aus einer ferromagnetischen Legierung zu verwenden.
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Eine Variante könnte auch darin bestehen, das Verbindungselement in Form eines vorderen Teils des Kolbenkörpers herzustellen, in den beim Formguss Metallpartikel mit einer ausreichenden Dichte, um die für die Befestigung des gewählten Magneten erforderliche Anziehungskraft zu verwirklichen, eingelassen werden.
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Bei der Ausführungsart der 1A, 1B, 1C und 1D ist der Magnet 3 von einem teilweise zylindrischen Körper gebildet, der mit einer Basis 32 mit ebener Unterseite versehen ist.
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Der zylindrische Teil 31 des Körpers des Magneten befindet sich hier auf der Oberseite, während sein unterer Teil 32 einen parallelflachen Querschnitt aufweist, wie in 1A dargestellt, die den Kolben 2 und den Magneten 3 ohne den Zylinder darstellt.
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Vorzugsweise umfasst der Kolben 2 einen Längshohlraum 20, der eine Aufnahme für den Magneten 3 bildet.
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Die Basis des Magneten 3 ist hier auf den Boden des Hohlraums 20 gestellt, wo das metallische Verbindungselement 4 montiert ist.
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Diese Anordnung ermöglicht es, die Merkmale des Magnetfeldes, das von dem Magneten erzeugt wird, zu optimieren und folglich seine Abmessungen zu verringern.
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Die Anziehungskraft des Magneten auf das Verbindungselement ist derart bestimmt, dass sie alleine den Halt des Magneten auf dem Kolben unter allen Umständen, unabhängig von der Position des Kolbens im Zylinder gewährleistet.
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Diese Kraft wird im Vorhinein sowohl durch die Wahl des Magneten (Abmessungen, Dichte, Material, magnetische Eigenschaften, ...) als auch durch die Struktur und die Position des Verbindungselements 4 bestimmt.
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Der Hohlraum 20 ermöglicht die Befestigung des Magneten und ist gegebenenfalls an der Gewährleistung der Stabilität des Magnetfeldes beteiligt.
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Der obere zylindrische Teil 31 des Magneten ragt aus der Aufnahme 20 hinaus, wie insbesondere in 1A dargestellt, wobei er in unmittelbare Nähe der Innenwand des Zylinders 1 gelangt, wodurch der Spalt verringert wird.
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Bei dieser Ausführungsart, die auch in den 1B, 1C und 1D dargestellt ist, ist das Element 4 in Form eines metallischen Kontaktstücks 41a ausgeführt, das längs und parallel zur Achse des Kolbens 2 angeordnet ist.
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Bei der Variante der 1C umfasst das Verbindungselement 4 eine Lasche 42a, die sich hier senkrecht auf das Kontaktstück 41a erstreckt und seine Verankerung in dem Körper des Kolbens 2 gewährleistet.
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Zu diesem Zweck weist der Kolben eine Nut 21 auf, in der die Lasche 42a zur Verankerung des Verbindungselements in Eingriff ist.
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Die Verankerung der Lasche 42a kann auch entweder durch festes Einsetzen nach dem Gussformen des Kolbens mit seiner Nut 21, wie in 1C dargestellt, oder durch Ummanteln der Lasche 42a mit dem Kunststoff des Kolbens 2 direkt bei seiner Herstellung durch Gussformen erfolgen, wie im Schnitt in 1D dargestellt, wo sich die Lasche 42a in der Verlängerung des Kontaktstücks 41a erstreckt.
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Eine weitere, nicht dargestellte Variante könnte darin bestehen, das Kontaktstück 41a durch Einführen und Gleiten in zwei symmetrischen seitlichen Rillen, die sich parallel zum Boden der Aufnahme 20 erstrecken, zu befestigen.
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Nach einer weiteren Variante, die in den 2A und 2B dargestellt ist, ist das Verbindungselement 4 in Form einer metallischen Zunge 41b ausgeführt, die quer zur Achse des Kolbens am hinteren Ende des Hohlraums 20 angeordnet ist.
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Die Zunge 41b besitzt auch eine Verankerungslasche 42b, die in eine Nut 21 des Kolbens 2 eingesetzt ist.
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Es wäre auch möglich, als nicht dargestellte Variante den Magneten auf eine einfache Abflachung, die an der Peripherie des Kolbens vorgesehen ist, zu stellen, sofern die Anziehungskraft mit dem Verbindungselement, das sich unter seiner Basis oder dahinter befindet, ausreichend ist, um jede seitliche Verschiebung oder jeden ungünstigen Versatz des Magneten bei der Bewegung des Kolbens zu vermeiden.
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Diese letztgenannte Variante ist genauer betrachtet für Magneten vorgesehen, deren Körper derart ist, dass der Radius des zylindrischen Teils gleich jenem des Kolbens und/oder sehr nahe jenem des Zylinders ist.
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In diesem Zusammenhang gewährleistet die Innenwand des Zylinders nun die gleichsam gleitende Führung des vom Kolben 2 bewegten Magneten, wobei ein sehr kleiner Spalt mit dem gegenüber liegenden Sensor C erzeugt wird, der eine genauere elektromagnetische Erfassung ermöglicht.
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Der minimale Spalt ist nämlich sowohl durch die Wandstärke des Zylinders 1 (und gegebenenfalls auch jene des Gehäuses des Sensors C), die verschiedenen Montagespiele (insbesondere zwischen dem Gehäuse und der Wand des Zylinders) als auch durch den Abstand zwischen dem Magneten und der Innenwand des Zylinders begrenzt.
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Auf gewisse Weise spielt der Magnet 3, der somit den Körper des Kolbens verlängert, nun auch die Rolle eines Kolbens.
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Bei der in 3A dargestellten Ausführungsart verlängert sich der Kolben 2 zum Inneren des Zylinders 1 durch einen Ansatz 22 oder Zapfen, auf dem das Verbindungselement 4 montiert ist.
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Der Magnet 3 ist von einem Ring, einer Buchse oder einer Walze gebildet, die eine zentrale Führung 30 aufweist und koaxial um den Ansatz 22 montiert ist.
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Das Verbindungselement 4 ist dabei von einer metallischen Scheibe 41c gebildet, die quer zur Achse des Zylinders 1 auf dem Ansatz 22 an seiner Verbindungsstelle mit dem Körper des Kolbens 2 befestigt ist.
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Bei der spezifischen Variante der 3B ist die Scheibe 41c mit einem Kragen 42c versehen, der für die Verankerung in einer kreisförmigen Nut des Körpers des Kolbens 2 bestimmt ist.
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Nach einer nicht dargestellten Variante ist die Scheibe von einem Clip mit elastischen Schenkeln gebildet, der in einen zentralen Zapfen oder Haken, der vom Kolben getragen wird, einrastet.
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Bei den Varianten der 3B und 3C ragt der Ansatz 22 nicht über die Scheibe 41c hinaus, und der Magnet 3 ist nun von einem vollen Zylinder gebildet, der in direkten Kontakt mit der Scheibe 41c gelangt.
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Bei diesen Varianten weist der Magnet 3 einen im Wesentlichen gleichen Durchmesser wie jener des Kolbens 2 auf, der ganz geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Zylinders 1 ist, um den Spalt zu dem Sensor C zu verringern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10323797 B4 [0008]
- DE 102008057107 A1 [0008]
