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Die Erfindung betrifft eine Druckmessvorrichtung sowie eine Hydraulikanordnung mit einer solchen Druckmessvorrichtung.
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Derzeit werden Drucksensoren für Bremssysteme in einer hydraulischen Steuerungseinheit (HCU) verbaut, um hydraulischen Druck in Bremskreisen oder ähnlichen hydraulischen Vorrichtungen zu messen. Diese verfügen typischerweise über eine elektrische Kontaktierung, welche zur Signalübertragung verwendet wird. Die Signale der Drucksensoren werden in einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) aufgenommen und in den Bremsfunktionen verarbeitet.
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Die Kontaktierung zwischen HCU und ECU erfolgt derzeit typischerweise über Federkontakte, die bei der Zusammenführung von HCU und ECU auf Kontaktflächen gepresst werden.
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Bei dieser Vorgehensweise ergeben sich Probleme bezüglich der Störfestigkeit, insbesondere bezüglich einer elektromagnetischen Störung der Sensorsignale durch die galvanische Kopplung der Signalpotentiale zwischen HCU und ECU. Außerdem erfordern die Anforderungen an die Zuverlässigkeit der elektrischen Kontakte über eine typische Produktlaufzeit einen hohen Aufwand bezüglich der Materialrobustheit, was erhebliche Kosten verursachen kann.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Druckmessvorrichtung bereitzustellen, welche im Vergleich zu Ausführungen gemäß dem Stand der Technik alternativ, insbesondere besser, ausgeführt ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, eine Hydraulikanordnung mit einer solchen Druckmessvorrichtung oder zur Verwendung mit einer solchen Druckmessvorrichtung vorzusehen.
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Dies wird erfindungsgemäß durch eine Druckmessvorrichtung nach Anspruch 1 sowie eine Hydraulikanordnung nach Anspruch 14 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung betrifft eine Druckmessvorrichtung, welche einen Messkörper aufweist, welcher zumindest teilweise deformierbar ist. Er kann auch vollständig deformierbar sein. Sie weist ferner eine Anzahl von Sensoren auf. In dem Messkörper ist eine Kavität zur Aufnahme einer Hülse ausgebildet und der Messkörper ist dazu ausgebildet, sich bei Ausübung einer Kraft in der Kavität auf den Messkörper zu deformieren. Die Sensoren sind dazu ausgebildet, die Deformation des Messkörpers zu messen.
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Die erfindungsgemäße Druckmessvorrichtung bringt mehrere Vorteile mit sich. Zum einen erfolgt eine galvanische Trennung der Sensorsignale von einer HCU-Baugruppe. Sie ermöglicht einen einfachen, mechanischen, robusten Zusammenbau von ECU und HCU. Die Kosten werden insbesondere bei den Sensoren und Kontakten reduziert. Die Sensorik ist hochskalierbar. Außerdem ist die erfindungsgemäße Druckmessvorrichtung robust gegen Verschmutzung und es erfolgt des Weiteren eine mechanische Temperaturkompensation.
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Der Messkörper kann insbesondere transparent sein. Er ist vorteilhaft zumindest teilweise oder auch ganz mit einer reflektierenden Schicht überzogen. Damit können insbesondere Lichtstrahlen durch den Messkörper dringen und an seiner Oberfläche reflektiert werden, was vorteilhaft die Verwendung optischer Sensoren ermöglicht.
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Die Sensoren können gemäß einer vorteilhaften Ausführung als optische Sensoren ausgebildet sein. Sie können insbesondere dazu ausgebildet sein, zumindest einen Lichtstrahl in den Messköper abzustrahlen und nach Reflexion an der reflektierenden Schicht ortsaufgelöst zu detektieren. Dies hat sich für typische Anwendungen als vorteilhaft erwiesen.
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Die Sensoren können jedoch beispielsweise auch als induktive oder dehnungsmessende Sensoren ausgebildet sein. Sie können beispielsweise als Dehnungsmesselemente ausgebildet sein. Insbesondere in diesem Fall kann der Messkörper als starrer Körper ausgebildet sein. Er kann die Kraft damit auf die Sensoren übertragen. Beispielsweise kann er relativ zu einem Grundkörper beweglich sein.
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Dehnungsempfindliche Strukturen können beispielsweise wie DMS (Dehnungsmessstreifen) auf piezoresistiver Basis, auf Dünnschicht- oder Dickschichtbasis basieren. Auch induktive Strukturen können integriert werden.
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Die Sensoren können beispielsweise als Dehnungsmessstreifen, beispielsweise metallisch, dick- oder dünnschichtig und/oder piezoresistiv ausgebildet sein. Die Sensoren können beispielsweise auch als optische Messanordnungen ausgebildet sein.
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Die Druckmessvorrichtung weist bevorzugt eine Mehrzahl von Sensoren, insbesondere drei Sensoren, auf. Die Sensoren können als Drucksensoren ausgebildet sein.
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Die Kavität ist gemäß jeweiliger Ausführungen beispielsweise zylinderförmig, konisch oder quaderförmig.
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Der Messkörper ist bevorzugt dazu ausgebildet, sich bei in der Kavität auf den Messkörper ausgeübten Kräften entlang einer Längsrichtung und/oder quer dazu zu deformieren. Hierbei sind jedoch auch andere Ausführungen denkbar, beispielsweise kann er auch lediglich zur Übertragung einer Kraft entlang der Längsrichtung ausgebildet sein.
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Der Messkörper ist bevorzugt halbkugelförmig ausgebildet. Dies hat sich für typische Anwendungen bewährt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist die Druckmessvorrichtung ferner einen Grundkörper auf. Dieser kann vorzugsweise als elektronische Steuerungseinrichtung bzw. Steuerungseinheit (ECU) ausgebildet sein. Dieser Grundkörper kann beispielsweise fest mit der HCU verbunden sein und eine Referenz darstellen.
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Die Druckmessvorrichtung weist bevorzugt ferner eine Hülse auf, wobei die Hülse deformierbar ist, und wobei die Hülse in der Kavität angeordnet ist, so dass sie bei Deformation eine Kraft auf den Messkörper ausübt. Eine solche Hülse kann in bevorzugter Weise als Schnittstelle zum hydraulischen System dienen.
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Die Hülse kann beispielsweise als Dreh- oder Tiefziehteil ausgebildet sein. Sie kann insbesondere aus Stahl gefertigt sein.
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Die Hülse weist dabei insbesondere einen Hohlraum auf, welcher mit einem zu messenden Reservoir fluidisch verbunden ist. Die Hülse wird dabei bei Druckänderung in dem Reservoir deformiert. Dies ermöglicht eine unmittelbare Übertragung einer Druckänderung eines Fluids, also beispielsweise einer Flüssigkeit oder eines Gases in dem Reservoir auf den Messkörper und somit auf die Drucksensoren.
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Die Hülse kann insbesondere zylinderförmig, konisch oder quaderförmig ausgebildet sein. Insbesondere kann sie komplementär zur Kavität ausgebildet sein, so dass eine möglichst gute Druckübertragung möglich ist.
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Die Hülse kann dazu ausgebildet sein, sich entlang einer Längsrichtung und quer dazu zu deformieren. Sie kann auch beispielsweise dazu ausgebildet sein, sich nur entlang der Längsrichtung oder nur quer dazu zu deformieren.
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Derartige Hülsen sind in typischen HCUs bereits vorhanden. Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich derartige Hülsen im normalen Betrieb verformen und mittels einer erfindungsgemäßen Druckmessvorrichtung zum Messen eines Drucks verwendet werden können.
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Das Reservoir kann insbesondere von einem Material berandet sein, welches Teil einer hydraulischen Steuerungseinheit (HCU) ist.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Hydraulikanordnung mit einem Reservoir, welches mit einem Fluid gefüllt oder befüllbar ist, mit einer Hülse mit einem Innenraum, und mit einer erfindungsgemäßen Druckmessvorrichtung, wobei der Innenraum mit dem Reservoir fluidisch verbunden ist und die Hülse bei Druckänderung in dem Reservoir deformiert wird. Die Hülse der Hydraulikanordnung ist dabei identisch zur Hülse der Druckmessvorrichtung.
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Eine solche Hydraulikanordnung ermöglicht eine vorteilhafte Druckbestimmung mit einer erfindungsgemäßen Druckmessvorrichtung. Die Hülse steht dabei bevorzugt über eine Wand des Reservoirs hervor, so dass eine Druckmessvorrichtung damit zusammenwirken kann.
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Anders ausgedrückt weist die Hydraulikanordnung nur eine Hülse auf, und diese ist auch gleichzeitig die Hülse der Druckmessvorrichtung. Es sei verstanden, dass sich dies insbesondere auf einen betrachteten Abschnitt der Hydraulikanordnung bezieht, dass also die Hydraulikanordnung auch weitere Hülsen haben kann, welche jedoch nicht mit der Druckmessvorrichtung in Verbindung stehen.
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Hinsichtlich der Druckmessvorrichtung kann auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend.
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Die Hülse kann insbesondere Teil eines Ventils der Hydraulikanordnung sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigt 1 eine Hydraulikanordnung mit einer Druckmessvorrichtung.
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1 zeigt eine Hydraulikanordnung mit einer hydraulischen Steuerungseinheit (HCU) 1 und einer erfindungsgemäßen Druckmessvorrichtung 3. In der HCU 1 ist eine Hülse 2 vorhanden, welche mit einem Reservoir in Verbindung steht. Diese Hülse 2 kann beispielsweise anstatt eines gemäß dem Stand der Technik vorgesehenen Drucksensors verpresst sein. Eine innere Bohrung der Hülse ist mit dem zu messenden Druckbereich verbunden. Die Hülse 2 ist druckdicht ausgebildet und verformt sich geringfügig in axiale (Längenänderung) sowie radiale (Dickenänderung) Richtung.
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Die Druckmessvorrichtung 3 weist einen Grundkörper 4 und einen Messkörper 7 auf. Der Grundkörper 4 ist dabei in nicht gezeigter Weise starr mit der HCU 1 verbunden. Er ist als elektronische Steuerungseinheit (ECU) ausgebildet. Der Messkörper 7 ist aus optisch transparentem, deformierbarem Silikon ausgebildet und außenseitig mit einer reflektierenden Schicht überzogen. Somit können sich im Messkörper 7 Lichtstrahlen ausbreiten und an der Schicht reflektiert werden.
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In dem Messkörper 7 ist eine Kavität 5 ausgebildet. Diese ist derart ausgebildet, dass sie ein herausragendes Hülsenteil der Hülse 2 aufnehmen kann. Anders ausgedrückt ist sie komplementär zur Hülse 2 ausgebildet.
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Das Material, aus welchem der Messkörper 7 ausgebildet ist, kann sich deformieren, insbesondere wenn in der Kavität 5 eine Kraft auf den Messkörper ausgeübt wird.
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Die Druckmessvorrichtung 3 weist Sensoren 6 auf. Diese sind vorliegend dazu ausgebildet, einen Lichtstrahl in den Messkörper 7 abzugeben und nach Reflexion an der reflektierenden Schicht ortsaufgelöst zu messen. Auf diese Weise kann eine Deformation des Messkörpers 7 gemessen werden, da eine solche Deformation mit einer Änderung der Lichtausbreitung und insbesondere mit einer Änderung von Winkeln, unter welchen Lichtstrahlen auf die reflektierende Schicht treffen und von dort reflektiert werden, einhergeht.
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Im zusammengefügten Zustand von Hülse 2 und Kavität 5 werden über eine vom Druck in der HCU 1 erzeugte geometrische Verformung der Hülse 2 Kräfte auf die Wände der Kavität 5 ausgeübt. Die Kräfte in der Druckmessvorrichtung 3 können sich in radialer Richtung, zum Beispiel als Fx bzw. Fy sowie in axialer Richtung als Kraft Fz ausbreiten. Sie deformieren insbesondere den Messkörper 7.
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Die auftretenden Kräfte bzw. Deformationen des Messkörpers 7 werden von den Sensoren 6 aufgenommen und werden als direktes Drucksignal interpretiert. Dies erlaubt einen unmittelbaren Rückschluss auf den in der HCU 1 herrschenden Druck des Fluids. Bei einem Fluid kann es sich typischerweise um eine Flüssigkeit oder um ein Gas handeln.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die jeweilige Gestalt des Messkörpers sowie der Kavität und auch weiterer Komponenten unterschiedliche Ausführungsformen haben können. Die Kavität kann beispielsweise konisch, zylindrisch oder rechteckig sein.
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Die Druckmessvorrichtung 3 kann beispielsweise symmetrisch oder auch unsymmetrisch sein. Der Messkörper 7 ist vorliegend halbkugelförmig ausgeführt, jedoch sei erwähnt, dass auch andere Formen verwendet werden können.
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Die beschriebene Druckmessvorrichtung kann beispielsweise zur Kraftmessung an Pedalen wie beispielsweise einem Bremspedal, zur Druckmessung von hydraulischen Systemen oder zur Messung der Anpresskraft bei elektromechanischen Bremsen verwendet werden. Insbesondere kann sie deshalb im Bereich der Bremsen eines Automobils eingesetzt werden.
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Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
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Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
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Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
