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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator zur Betätigung einer Reibkupplung, die der Unterbrechung eines Drehmomentflusses von einem Antriebsmotor auf einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dient.
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Zur Betätigung von Reibkupplungen, beispielsweise Einscheibentrockenkupplungen oder Doppelkupplungen, werden Aktuatoren zum Einrücken und/oder zum Ausrücken verwendet. Bei einem Aktuator kann es sich beispielsweise um einen Geberzylinder oder Nehmerzylinder einer Betätigungseinrichtung der Reibkupplung handeln. Aus der
DE 10 2012 217 343 A1 ist beispielsweise ein Geberzylinder mit einem in einem Gehäuse axial verschiebbar gelagerten Kolben bekannt, wobei der Kolben bei Betätigung in einem vom Gehäuse und Kolben gebildeten Druckraum Druck aufbaut. Der Geberzylinder weist eine Sensorik mit einem im Gehäuse angeordneten Sensor und einem am Kolben befestigten Magneten zur Positionsbestimmung des Kolbens in dem Gehäuse auf. Bei dem Magnet handelt es sich um einen Neodyn-Eisen-Bore-, SmCo-, AlNiCo- oder Ferritmagnet, der an einer in Richtung zum Druckraum weisenden Seite des Kolbens mit dem Kolben verbunden ist. Nachteilig an diesem bekannten Geberzylinder ist, dass der Magnet für die Stellwege des Kolbens (also eine Verlagerung entlang einer axialen Richtung) keine ausreichend hohe magnetische Flussdichte bereitstellt.
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Zur Verbesserung der Messgenauigkeit für große Stellwege wurde bereits vorgeschlagen zwei Magnete einzusetzen, die in einer axialen Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind (unveröffentlichter Stand der Technik). Dabei wird eine Magnetisierung der Magnete in einer radialen Richtung (hin zum Sensor weisend) vorgeschlagen, wobei die Magnetisierungen der Magnete einander entgegengesetzt orientiert sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere einen Aktuator zur Betätigung einer Reibkupplung anzugeben, bei dem gerade bei kleineren Stellwegen eines Kolbens die Position des Kolbens in einem Gehäuse des Aktuators zuverlässig detektierbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Aktuator gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur Betätigung einer Reibkupplung, aufweisend ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse entlang einer axialen Richtung bewegbaren Kolben, wobei an dem Kolben eine Magneteinrichtung mit einem ersten Magnet und einem zweiten Magnet befestigt ist, wobei an dem Gehäuse ein Sensor zur Messung der Magnetfelder der Magnete angeordnet ist, wobei die zwei Magnete in der axialen Richtung in einem Abstand voneinander angeordnet sind, wobei der erste Magnet in einer ersten axialen Richtung und der zweite Magnet in einer, zu der ersten axialen Richtung entgegengesetzt gerichteten zweiten axialen Richtung magnetisiert sind.
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Bei der Reibkupplung handelt es sich insbesondere um eine Einscheibentrockenkupplung oder eine Doppelkupplung. Solche Reibkupplungen dienen der Unterbrechung eines Drehmomentflusses von einem Antriebsmotors auf einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Reibkupplung ist durch einen Aktuator einrückbar und/oder ausrückbar, um einen Drehmomentfluss von einem Antriebsmotor auf einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs zu aktivieren und/oder zu deaktivieren.
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Bei dem Aktuator kann es sich insbesondere um einen, beispielweise mit einem Kupplungspedal verbundenen, Geberzylinder oder einen Nehmerzylinder handeln. Der Nehmerzylinder kann dabei unmittelbar mit der Reibkupplung verbunden sein. Der Aktuator weist ein Gehäuse auf, das bevorzugt zumindest teilweise aus Kunststoff und/oder Metall besteht. In dem Gehäuse ist ein Kolben bewegbar angeordnet. Im Falle eines Geberzylinders kann mittels des Kolbens ein Druck in einem Druckraum für ein hydraulisches Fluid aufgebaut werden, durch den über eine Hydraulikleitung ein Kolben eines Nehmerzylinders bewegbar ist. Im Falle eines Nehmerzylinders kann der Kolben direkt oder indirekt zur Betätigung der Reibkupplung auf die Reibkupplung einwirken.
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Der Kolben weist eine Magneteinrichtung auf, die insbesondere lösbar mit dem Kolben, z. B. über eine Steckverbindung, verbunden ist. Die Magneteinrichtung weist insbesondere eine Zentrierungseigenschaft gegenüber dem Gehäuse auf, so dass die Magneteinrichtung möglichst dauerhaft unverändert und koaxial mit dem Kolben in dem Gehäuse entlang der axialen Richtung bewegbar ist.
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Die Magneteinrichtung umfasst einen ersten Magneten und einen zweiten Magneten, bei denen es sich beispielsweise um Neodyn-Eisen-Bore Magnete oder um SmCo-, AlNiCo- oder Ferritmagnete handeln kann. Der erste Magnet und der zweite Magnet sind insbesondere Teil einer Sensorvorrichtung, die dazu dient, eine Position oder einen Weg des Kolbens in dem Gehäuse des Aktuators zu erfassen. Der erste Magnet und der zweite Magnet sind in einer Bewegungsrichtung (axiale Richtung) des Kolbens, mit einem Abstand voneinander beabstandet. Der Abstand beträgt bevorzugt 2 mm [Millimeter] bis 15 mm, bevorzugt 3 mm bis 7 mm. Der erste Magnet und/oder zweite Magnet weisen bevorzugt eine Länge (in der axialen Richtung von 5 mm bis 10 mm, bevorzugt 7 mm, eine Höhe (in einer radialen Richtung) von 5 mm bis 10 mm, bevorzugt 6 mm, und eine Breite (in einer Umfangsrichtung) von 2 mm bis 10 mm, bevorzugt 7 mm, auf.
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Weiterhin sind der erste Magnet und der zweite Magnet in einander entgegengesetzte axiale Richtungen magnetisiert. Dies bedeutet insbesondere, dass der Nordpol und Südpol des ersten Magnets in entgegengesetzte Richtungen weisen, wie der Nordpol und Südpol des zweiten Magnets. Durch den ersten Magnet und den zweiten Magnet kann dadurch ein Magnetfeld generiert werden, das trotz der Verwendung relativ kleinvolumiger und dadurch kostengünstiger Magnete eine hohe magnetische Flussdichte über einen Stellweg des Kolbens und darüber hinaus eine sehr gute Linearität aufweist.
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Insbesondere ist zwischen den Magneten ein Abstandsmedium angeordnet, dass ggf. dazu vorgesehen ist, die Magnetfeldlinien der Magnete zu führen. Das Abstandsmedium besteht insbesondere wenigstens teilweise aus einem magnetischem oder magnetisierbaren Material.
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Zur Messung des Magnetfeld beziehungsweise der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds des ersten Magnets und des zweiten Magnets ist an dem Gehäuse insbesondere ein Hall-Sensor als Sensor angeordnet. Ein solcher Hall-Sensor nutzt den sogenannten Hall-Effekt zur Messung von Magnetfeldern. Durch eine Verlagerung des ersten Magnets und zweiten Magnets mit dem Kolben entlang der axialen Richtung kann durch den Hall-Sensor eine damit korrelierende Änderung des Magnetfelds im Bereich des Hall-Sensors erfasst werden. Diese Änderung bewirkt eine Änderung der Hallspannung. Dabei ist eine Änderung der Hallspannung nur oberhalb einer vorbestimmten minimalen Flussdichte des Magnetfeldes bestimmbar.
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Insbesondere ist jeder Magnet in einer radialen Richtung in einer Distanz von dem Sensor angeordnet.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem (Hall-)Sensor und dem ersten Magnet sowie dem (Hall-)Sensor und dem zweiten Magnet ein Luftspalt bzw. eine Distanz in der radialen Richtung ausgebildet ist. Der Luftspalt ist insbesondere zwischen der Magneteinrichtung und dem Gehäuse zumindest in dem Bereich in der axialen Richtung ausgebildet, in dem die Magnete in der Magneteinrichtung angeordnet sind. Der Luftspalt umgibt die Magneteinrichtung zumindest teilweise und ist insbesondere hohlzylindrisch ausgebildet. Der Luftspalt weist insbesondere eine Stärke von 2 mm bis 10 mm, bevorzugt 5 mm, auf.
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Die Magnete sind insbesondere ringförmig, zylinderförmig, quaderförmig oder auch ringsegmentförmig ausgebildet.
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Bevorzugt ist bei einer Verlagerung der Magneteinrichtung entlang der axialen Richtung am Sensor eine normierte Gesamtflussdichte messbar, die nur ein Maximum aufweist.
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Es wird weiter eine Betätigungseinrichtung für eine Reibkupplung vorgeschlagen, zumindest aufweisend einen erfindungsgemäßen Aktuator sowie einen aus der Gruppe: Geberzylinder und Nehmerzylinder, wobei der Aktuator über Druckleitungen zum Austausch eines Druckmediums und zur Betätigung der Reibkupplung mit dem Geberzylinder oder Nehmerzylinder verbunden ist.
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Insbesondere umfasst die Betätigungseinrichtung zumindest einen Geberzylinder oder einen Nehmerzylinder, der als Aktuator ausgeführt ist.
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Die Ausführungen zu dem Aktuator gelten gleichermaßen für die Betätigungseinrichtung und umgekehrt.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:
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1: einen Aktuator im Längsschnitt;
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2: ein Detail aus 1;
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3: einen Verlauf der am Sensor gemessenen magnetischen Flussdichten; und
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4: einen linearisierten Verlauf eines Messsignals des Sensors.
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Die 1 zeigt einen Aktuator 1 einer Betätigungsvorrichtung 17 in einem Längsschnitt. 2 zeigt ein Detail aus 1. Die 1 und 2 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Die Betätigungseinrichtung 17 ist hier ein Geberzylinder 18, der als Aktuator 1 ausgeführt ist und über eine Druckleitung 25 mit einem Nehmerzylinder 19 zur Betätigung einer Reibkupplung verbunden ist. Der Aktuator 1 weist ein Gehäuse 2 und einen in dem Gehäuse 2 bewegbaren Kolben 4 auf. Der Kolben 4 ist in dem Gehäuse 2 entlang einer axialen Richtung 3 bewegbar. An dem Kolben 4 ist eine Magneteinrichtung 5 angeordnet, wobei die Magneteinrichtung 5 zwei Magnete 6, 7 aufweist, die in der axialen Richtung 3 in einem Abstand 9 voneinander angeordnet sind. An dem Gehäuse 2 ist ein (Hall-)Sensor 8 zur Messung der Magnetfelder der Magnete 6, 7 angeordnet, wobei zwischen dem Sensor 8 und den beiden Magneten 6, 7 ein Luftspalt ausgebildet ist. Die Magnete 6, 7 sind in der radialen Richtung 12 in einer Distanz 13 von dem Sensor 8 angeordnet.
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Der erste Magnet 6 ist in einer ersten axialen Richtung 10 und der zweite Magnet ist in einer, zu der ersten axialen Richtung 10 entgegengesetzt gerichteten zweiten axialen Richtung 11 magnetisiert.
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Zwischen den Magneten 6, 7 ist ein Abstandsmedium 20 angeordnet.
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Die Magnete 6, 7 weisen eine Länge 27 in der axialen Richtung 3, eine Höhe 28 in der radialen Richtung 12 (wobei die radiale Richtung 12 hier insbesondere parallel zur (kürzesten) Distanz 13 zwischen Sensor 8 und den Magneten 6, 7 verläuft) sowie eine Breite 29 in einer Umfangsrichtung 30 auf, wobei die Umfangsrichtung 30 senkrecht zur radialen Richtung 12 verläuft.
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3 zeigt einen Verlauf der am Sensor 8 gemessenen magnetischen Flussdichten 15, 21, 22 über der Verlagerung 14 der Magneteinrichtung 5 entlang der axialen Richtung 3. Die durch den Sensor gemessenen magnetischen Flussdichten 15, 21, 22 umfassen die magnetische Flussdichte Bx 21 der in der axialen Richtung verlaufenden Magnetfeldlinien, die magnetische Flussdichte By 22 der in der radialen Richtung verlaufenden Magnetfeldlinien und die aus den Flussdichten Bx und By resultierende magnetische (normierte) Gesamtflussdichte Bnorm 15. Bnorm wird dabei wie folgt ermittelt: Bnorm = (Bx2 + By2)0,5
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Die magnetischen Flussdichten werden in milliTesla [mT] angegeben und sind hier an der vertikalen Achse aufgetragen. Die Verlagerung 14 (horizontale Achse) ist in Millimetern [mm] angegeben. Der durch den Sensor 8 erfassbare Messbereich 24 der Verlagerung 14 erstreckt sich über eine Verlagerung, innerhalb der eine Gesamtflussdichte einen Betrag von mindestens ca. 20 mT aufweist.
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Auf der horizontalen Achse des Diagramms ist hier die Verlagerung 14 entlang der axialen Richtung 3 angegeben, wobei eine Verlagerung von 0 mm einer Nulllage der Magneteinrichtung 5 gegenüber dem Sensor 8 entspricht. Eine Ausgangsposition des Kolbens 4 liegt insbesondere bei ca. –10 mm, wobei diese Ausgangsposition so gewählt sein sollte, dass möglichst noch darüber hinaus gehende Verlagerungen 14 durch den Sensor 8 detektierbar sind.
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Erkennbar ist, dass bei einer derartigen Magnetisierung und Anordnung der Magneten 6, 7 über einen (kleinen) Messbereich 24 eine hohe Gesamtflussdichte 15 messbar ist, wobei der Verlauf der Gesamtflussdichte 15 in dem Messbereich 24 nur ein Maximum 16 aufweist.
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4 zeigt einen linearisierten Verlauf eines Messsignals des Sensors 8. Das Messsignal, welches hier zur Messung verwendet wird, wird durch den ArcTan der beiden Flussdichten 21, 22 gebildet und als magnetischer Winkel 23 bezeichnet, der hier an der vertikalen Achse aufgetragen ist. An der horizontalen Achse ist wieder die Verlagerung 14 aufgetragen. Ein maximaler Messbereich 24 ist auch hier dargestellt. Die sehr steil und dabei im Wesentlichen linear (mit konstanter Steigung) verlaufende Kurve des Messsignals ermöglicht eine hohe Messgenauigkeit des Sensors 8.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aktuator
- 2
- Gehäuse
- 3
- axiale Richtung
- 4
- Kolben
- 5
- Magneteinrichtung
- 6
- erster Magnet
- 7
- zweiter Magnet
- 8
- Sensor
- 9
- Abstand
- 10
- erste axiale Richtung
- 11
- zweite axiale Richtung
- 12
- radiale Richtung
- 13
- Distanz
- 14
- Verlagerung
- 15
- Gesamtflussdichte Bnorm
- 16
- Maximum
- 17
- Betätigungseinrichtung
- 18
- Geberzylinder
- 19
- Nehmerzylinder
- 20
- Abstandsmedium
- 21
- Flussdichte Bx
- 22
- Flussdichte By
- 23
- Magnetischer Winkel
- 24
- Messbereich
- 25
- Druckleitung
- 26
- Druckmedium
- 27
- Länge
- 28
- Höhe
- 29
- Breite
- 30
- Umfangsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012217343 A1 [0002]
