DE102017120063A1

DE102017120063A1 - Zentralausrücker mit Positionserfassung über Koppelgetriebe

Info

Publication number: DE102017120063A1
Application number: DE102017120063.0A
Authority: DE
Inventors: Alan Barrera
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2019-02-28

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Zentralausrücker (1) mit einem ringförmigen Kolben (20), einem ringförmigen Zylinder in einem Zylindergehäuse (10) zur Aufnahme des Kolbens (20) und einem Sensor (30) zur Erfassung einer Stellung des Kolbens (20) relativ zu dem Zylindergehäuse (10), wobei der Sensor (30) ein als Winkelsensor ausgebildet und mit einer Kurbel (32) verbunden ist, deren Winkelstellung mit dem Sensor (30) messbar ist, wobei die Kurbel (32) Teil eines Koppelgetriebes (3) ist, mit welchem eine Relativbewegung (B) zwischen dem Kolben (20) und dem Zylindergehäuse (10) auf den Sensor (30) übertragbar ist, sodass über den Sensor (30) die Stellung des Kolbens (20) in Bezug auf das Zylindergehäuse (10) erfassbar ist. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung einer Stellung eines Kolbens (10) eines Zentralausrückers (1) in Bezug auf einen Zylinder (10) des Zentralausrückers (1).

Description

Diese Erfindung betrifft einen Zentralausrücker mit einem ringförmigen Kolben, einem ringförmigen Zylinder in einem Zylindergehäuse zur Aufnahme des Kolbens und einem Sensor zur Erfassung einer Stellung des Kolbens relativ zu dem Zylindergehäuse. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung einer Stellung eines Kolbens eines Zentralausrückers in Bezug auf einen Zylinder des Zentralausrückers.
Auf dem Markt befindliche Zentralausrücker mit Sensor sind überwiegend mit einem Hall-Sensor ausgestattet, die die Position des Kolbens des Zentralausrückers während der Betätigung erfassen. Hierzu befindet sich am Kolben bzw. damit verbunden ein Magnet oder ein anderer Signalgeber, der mit einem Luftspalt zum Sensor geführt wird. Um eine hohe Genauigkeit des Sensors zu erhalten, muss hierbei der Luftspalt über den gesamten Hub konstant gehalten werden. Ein gehäusefester Sensor, beispielsweise ein Hall-Sensor, erfasst somit die Position entlang des Ausfahrwegs des Kolbens. Durch die Bauteiltoleranzen und Spiele zwischen den Bauteilen kommt dem Luftspalt eine besondere Bedeutung zu.
Beispielsweise offenbart die DE 20 2006 014 024 einen Zentralausrücker, bei dem ein Magnet am Kolben befestigt ist, wobei ein Führungsschuh in eine Umfangsnut in dem Kolben eingreift. Der Magnet ist außerdem in einem Führungsprofil an dem Zylinder geführt. Es kann eine Vorspannung des Magneten in der Führung vorgesehen sein. So soll der Abstand zwischen Magnet und Sensor entlang der Führung konstant gehalten werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Führung zur Übertragung der Relativbewegung zwischen Kolben und Zylindergehäuse zu konstruieren, die die negativen Einflüsse des Spiels zwischen Kolben und Zylindergehäuse während des Betriebes minimiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gegenstand der Erfindung ist ein Zentralausrücker, bei dem der Sensor ein als Winkelsensor ausgebildet und mit einer Kurbel verbunden ist, deren Winkelstellung mit dem Sensor messbar ist.
Die Kurbel ist Teil eines Koppelgetriebes, mit welchem eine Relativbewegung zwischen dem Kolben und dem Zylindergehäuse auf den Sensor übertragbar ist. So Kann die lineare Bewegung des Kolbens gegenüber dem Zylindergehäuse in eine Drehbewegung umgewandelt werden. Über den Sensor kann die Stellung des Kolbens in Bezug auf das Zylindergehäuse erfasst werden. Diese Lösung hat den Vorteil, dass Spiel Zwischen den Kolben und dem Zylinder, durch welches der Weg des Kolbens unvorhersagbar sein und Messfehler verursachen kann, sich nicht oder nur in geringerem Ausmaß auf die Relativposition zwischen einem Signalgeber und einem Sensor auswirkt, der Signale von dem Signalgeber aufnimmt. Der Signalgeber kann zum Beispiel ein Magnet sein, und der Sensor ein Magnetsensor.
Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung.
Vorzugsweise weist das Koppelgetriebe zumindest einen Zwischenhebel und eine Führung auf, wobei der Zwischenhebel mit der Kurbel drehbar verbunden ist und entlang der Führung geführt ist. Zum Beispiel mit einem solchen Zwischenhebel ist eine Bewegung des Kolbens auf die Kurbel übertragbar. Der Zwischenhebel ist dann drehbar mit dem Kolben oder einer Verbindungseinrichtung zwischen Zwischenhebel und Kolben verbunden, sodass eine Relativbewegung zwischen dem Kolben und dem Zylindergehäuse auf eine Bewegung des Zwischenhebels übertragbar ist. Weil der Zwischenhebel drehbar mit dem Kolben verbunden ist, können sich entsprechende Drehbewegungen des Kolbens nicht auf der Zwischenhebel übertragen.
Bevorzugt umfasst das Koppelgetriebe einen Anlenkhebel, der zwischen dem Zwischenhebel und dem Zylindergehäuse angeordnet und damit jeweils drehbar verbunden ist. Der Anlenkhebel stellt eine weitere Verbindung zwischen dem Zylindergehäuse und dem Zwischenhebel dar, so dass der Zwischenhebel besser geführt ist.
Vorzugsweise sind die Kurbel, der Zwischenhebel und der Anlenkhebel stangenförmig ausgebildet. Auf diese Weise sind sie einfach und kostengünstig herstellbar.
Bevorzugt haben bestimmte Längen der Kurbel und der Hebel bestimmte Verhältnisse zueinander. Vorzugsweise hat die Kurbel eine wirksame Länge A zwischen einem Zylindergehäuse-Kurbel-Gelenk, das zwischen dem Zylindergehäuse und der Kurbel angeordnet ist, und einem Kurbel-Zwischenhebel-Gelenk, das zwischen der Kurbel und dem Zwischenhebel angeordnet ist.
Der Abstand zwischen dem Kurbel-Zwischenhebel-Gelenk und einem Zwischenhebel-Anlenkhebel-Gelenk, das zwischen dem Zwischenhebel und dem Anlenkhebel angeordnet ist, beträgt dann bevorzugt zumindest näherungsweise das 2,5-fache der wirksamen Länge A der Kurbel. Der Abstand zwischen dem Zwischenhebel-Anlenkhebel-Gelenk und einem Zwischenhebel-Führung-Gelenk, das zwischen dem Zwischenhebel und der Führung angeordnet ist, beträgt dann bevorzugt zumindest näherungsweise das 2,5-fache der wirksamen Länge A der Kurbel. Der Abstand zwischen einem Zylindergehäuse-Anlenkhebel-Gelenk, das zwischen dem Anlenkhebel und dem Zylindergehäuse angeordnet ist, und dem Zwischenhebel-Anlenkhebel-Gelenk beträgt dann bevorzugt das zumindest näherungsweise 2,5-fache der wirksamen Länge A der Kurbel. Insbesondere beträgt dann der Abstand zwischen dem Zylindergehäuse-Kurbel-Gelenk und dem Zylindergehäuse-Anlenkhebel-Gelenk zumindest näherungsweise das 2-fache der der wirksamen Länge A der Kurbel. Dann kann die Führung wenigstens näherungsweise gerade und wenigstens näherungsweise parallel zu einer Verbindungslinie zwischen dem Zylindergehäuse-Kurbel-Gelenk und dem Zylindergehäuse-Anlenkhebel-Gelenk verlaufen. Auf diese Weise kann ein Tschebyschoff-Lambda-Mechanismus realisiert werden. Entlang dessen geradlinigen Verlauf an der Stelle des Zwischenhebel-Führung-Gelenks oder parallel dazu verläuft bevorzugt die Führung.
Bevorzugt weist die Führung einen Führungsabschluss aufweist, sodass die Führung die Form einer Kulisse aufweist. Eine Führung kann einseitige Führung sein oder als zweiseitige Führung ausgebildet sein, was im Allgemeinen als Kulisse bezeichnet wird. Der Führungsabschluss ist parallel zu der Führung angeordnet, so dass sich zwischen dem Führungsabschluss und der Führung ein Zwischenraum ergibt, durch den das Zwischenhebel-Führung-Gelenk oder ein damit verbundenes Element laufen kann.
Vorzugsweise ist zwischen der Kurbel und dem Zylindergehäuse eine Vorspanndrehfeder angeordnet. Mittels kann ein Vorspanndrehmoment zwischen dem Zylindergehäuse und der Kurbel aufgebracht werden. Dieses kann wiederum das Koppelgetriebe vorspannen, so dass es spielfrei ist. Auf diese Weise wird die Genauigkeit der Messung der Position des Kolbens verbessert.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Führungs-Vorspannfeder zwischen der Führung und dem Zylindergehäuse angeordnet sein, wobei die Führung in Bezug auf das Zylindergehäuse beweglich ist. Die Vorspannung ist bevorzugt so ausgerichtet, dass die Führung gegen den Zwischenhebel oder ein damit verbundenes Element gepresst wird.
Bevorzugt ist eine Führungsabschluss-Vorspannfeder zwischen dem Führungsabschluss und dem Zylindergehäuse angeordnet, wobei der Führungsabschluss in Bezug auf das Zylindergehäuse beweglich ist und der Führungsabschluss durch die Führungsabschluss-Vorspannfeder ist Richtung der Führung vorspannbar ist. Auf diese Weise kann die Kulisse so vorgespannt werden, dass ein in der Kulisse befindliches Element zwischen der Führung und den Führungsabschluss eingeschlossen ist. Auf diese Weise ist eine spielfreie Führung möglich.
Insbesondere ist zwischen dem Zylindergehäuse und der Führung ein Zylindergehäuse-Führung-Gelenk und/oder zwischen dem Zylindergehäuse und dem Führungsabschluss ein Zylindergehäuse-Führungsabschluss-Gelenk angeordnet. So kann die Führung über ein Führung-Zylindergehäuse-Gelenk und/oder der Führungsabschluss über ein Führungsabschluss-Zylindergehäuse-Gelenk drehbar mit dem Zylindergehäuse verbunden sein.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung einer Stellung eines Kolbens eines Zentralausrückers in Bezug auf einen Zylinder des Zentralausrückers vorgeschlagen, bei dem eine Relativbewegung zwischen dem Kolben und dem Zylinder mittels eines Koppelgetriebes in eine Drehung einer Kurbel umgewandelt wird. Die Winkelstellung der Kurbel wird mittels eines Sensors gemessen wird. Der Sensor ist bevorzugt als Winkelsensor ausgestaltet.
Mit anderen Worten kann die Erfindung wie folgt beschrieben werden.
Es soll eine mechanische Umwandlung der linearen Bewegung des Zentralausrückers in eine Drehbewegung bewirkt werden. Diese mechanische Kopplung bringt als größten Vorteil einen konstanten Luftspalt zu realisieren. Damit ist der Einsatz von einem kleineren Magneten (z.B. ca. ∅5×2,5 mm) im Vergleich zum bisherigen Standard (ca. 15x3x3 mm) möglich.
Die neue Lösung ermöglicht den Einsatz von kleineren Magneten mit gleichzeitig einfach herzustellenden Bauteilen und einem kleineren erwarteten Messfehler.
Die neue Sensoranbindung umfasst in einer ersten Ausführungsform einen stangenförmigen Zwischenhebel, eine stangenförmige Kurbel und eine Führung. Bevorzugt umfasst sie auch eine Vorspanneinrichtung, die eine Vorspannfeder umfasst. Diese kann an zwei verschiedenen Elementen in dem Koppelgetriebe angreifen, nämlich an dem stangenförmigen Zwischenhebel oder einem daran befestigten Element und/oder an der Führung.
Die Gelenke des Koppelgetriebes, je nach Führung auch Gelenke zwischen dem Zylindergehäuse und dem Anlenkhebel sowie zwischen dem Anlenkhebel und dem Zwischenhebel, können im Allgemeinen nicht spielfrei hergestellt werden. Daher kann ein Federsystem vorgesehen sein, das das Koppelgetriebe ständig unter Spannung führt. Eine erste Variante ist mit einer Vorspanndrehfeder ausgeführt, die in Richtung der Z-Achse auf das Gelenk ein Vorspannmoment aufbringt. Eine zweite Variante weist eine Vorspannfeder für die Führung und/oder den Führungsabschluss auf, die in X-Richtung eine Vorspannung für die Gelenke erzeugt.
Die zweite Variante kann zwei Federn aufweisen, eine Drehfeder, die in Z-Achse auf das Gelenk A] ein Vorspannmoment aufbringt und eine Vorspannfeder, die die Bewegung des Gelenks in X-Richtung verhindert.
Durch die Vorspannung können sich die Gelenke des Systems auf einer definierten Bahn bewegen. Dies ist wichtig vor allem für die Drehachse des Winkelsensors bzw. für die Drehachse eines Magnets des Sensors oder eines Magnets an der Kurbel, der nach der Kalibrierung nicht von der eingestellten Bahn abweichen soll.
Das Gelenk zwischen dem Zwischenhebel und der Führung wird durch die Führung geradlinig geführt. Das Koppelgetriebe wandelt die translatorische Bewegung dieses Gelenks in eine rotatorische Bewegung um, die über den Sensor detektiert wird. Durch die Erfassung des Drehwinkels des Gelenkes zwischen Zylindergehäuse und Kurbel kann die Position des Kolbens und/oder der damit verbundenen Baugruppe umgerechnet werden.
Für die Länge der Kurbel und der Hebel wird ein Verhältnis nach dem Tschebyschoff-Lambda-Mechanismus vorgeschlagen. Dies hat den Vorteil, dass ein linearer Bereich über etwa 180° der Kurbelumdrehung vorhanden ist. Der Lineare Bereich erhöht die Kalibriergenauigkeit des Winkelsensors.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:

1 einen Schnitt durch einen Zentralausrücker nach dem Stand der Technik,
2 einen Schnitt durch einen Zentralausrücker nach der Erfindung in einer ersten Ausführungsform mit einem Koppelgetriebe in Form eines Tschebyschoff-Lambda-Mechanismus und einem Winkelsensor,
3 eine schematische Darstellung des Koppelgetriebes der erstes Ausführungsform in Form eines Tschebyschoff-Lambda-Mechanismus,
4 eine schematische Darstellung eines Tschebyschoff-Lambda-Mechanismus mit einer ersten Stellung der Kurbel,
5 eine schematische Darstellung eines Tschebyschoff-Lambda-Mechanismus mit einer zweiten Stellung der Kurbel,
6 einen Schnitt durch einen Zentralausrücker nach der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform mit einem Koppelgetriebe mit einer Kulisse und einem Winkelsensor, und
7 eine schematische Darstellung des Koppelgetriebes der zweiten Ausführungsform mit einer Kulisse.

1 zeigt einen Zentralausrücker 1 nach dem Stand der Technik. Der Zentralausrücker 1 umfasst ein Ausrücklager 2, das gegenüber einem Zylindergehäuse 10 zusammen mit einem nicht dargestellten Kolben verschieblich ist. Um die Position des Ausrücklagers 2 bzw. des Kolbens in Bezug auf das Zylindergehäuse 10 zu erfassen, weist der Zentralausrücker 1 einen Sensor 30 auf. Der Sensor 30 umfasst eine Sensor Führung 37, in der ein Schieber 36 verschieblich angeordnet ist. Der Schieber 36 ist zusammen mit dem Ausrücklager 2 bzw. dem Kolben verschiebbar. Auf dem Schieber 36 ist ein Messaufnehmer 39 angeordnet, welcher die Position des Schiebers 36 gegenüber der Führung erfassen kann. Der Messaufnehmer 39 ist an ein Kabel 38 angeschlossen, mit dem Messwerte von dem Zentralausrücker 1 übertragen werden können.
2 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Zentralausrückers 1 nach der Erfindung. Der Zentralausrücker 1 umfasst ein Ausrücklager 2, welches mit einem ringförmigen Kolben 20 verbunden ist. Mit dem Kolben und dem Ausrücklager verbunden ist außerdem eine Verbindungseinrichtung 231, welche ihrerseits mit einem Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 verbunden ist.
Das Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 ist Teil eines Koppelgetriebes 3, welches weiter einen Zwischenhebel 31, einen Anlenkhebel 33, eine Kurbel 32 und eine Führung 34 umfasst. Die Kurbel 32 ist mit einem Sensor 30 verbunden, welcher die Winkelstellung der Kurbel 32 erfassen kann. Vorzugsweise ist der Sensor als magnetischer Sensor ausgeführt. Ein Magnet kann beispielsweise an der Kurbel 32 befestigt sein oder alternativ mit einer nicht dargestellten Sensorwelle verbunden sein, die sich an der Stelle eines Zylindergehäuse-Kurbel-Gelenks 1032 befindet. Das Koppelgetriebe 3 dient dazu, eine Relativbewegung B zwischen dem Zylindergehäuse 10 und dem Kolben 20 in eine Drehbewegung B der Kurve 32 zu übersetzen. Anhand der Winkelstellung der Kurbel 32 kann dann auf die Stellung des Kolbens 20 in Bezug auf das Zylindergehäuse 10 geschlossen werden.
Das Koppelgetriebe 3 ist in der ersten Ausführungsform bevorzugt als Tschebyschoff-Lambda-Mechanismus ausgestaltet. Die Kurbel 32 ist über ein Zylindergehäuse-Kurbel-Gelenk 1032 drehbar mit dem Zylindergehäuse 10 verbunden. Ähnlich ist der Anlenkhebel 33 über das Zylindergehäuse-Anlenkhebel-Gelenk 33 drehbar mit dem Zylindergehäuse 10 verbunden. Der Zwischenhebel 31 verbindet die Kurbel 32 und den Anlenkhebel 33 über ein Kurbel-Zwischenhebel-Gelenk 312 bzw. ein Anlenkhebel-Zwischenhebel-Gelenk 313. Das Zylindergehäuse-Anlenkhebel-Gelenk 33 und das Zylindergehäuse-Kurbel-Gelenk 1032 sind in Richtung der Relativbewegung B zueinander angeordnet. Einer Drehung der Kurbel kann eine zumindest näherungsweise lineare Bewegung des Zwischenhebel-Führung-Gelenks 311 in Richtung der Relativbewegung B bewirken. Diese Bewegung erfolgt zumindest näherungsweise entlang einer Führung 34. Die Führung 34 berührt das Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 und/oder die Verbindungseinrichtung 231, so dass das Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 bzw. die Verbindungseinrichtung 231 entlang der Führung 34 geführt werden kann. Diese Bewegung kann in Richtung der Relativbewegung B erfolgen und hat eine Drehung der Kurbel 32 in der Drehrichtung D zur Folge.
3 zeigt schematisch das eingesetzte Koppelgetriebe 3 in Form eines Tschebyschoff-Lambda-Mechanismus. Der Tschebyschoff-Lambda-Mechanismus ist in einer Ausrichtung dargestellt, wie er auch in 2 in dem Zentralausrücker 1 angeordnet gezeigt ist. Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal gesondert beschrieben - es sei auf 2 verwiesen.
Im Unterschied zu der 2 ist zusätzlich sehr schematisch eine Vorspanndrehfeder 325 gezeigt, die an dem Zylindergehäuse 10 und der Kurbel 32 befestigt ist. Sie bewirkt ein Vorspanndrehmoment um das Zylindergehäuse-Kurbel-Gelenk 1032 herum, durch welches das Koppelgetriebe 3 vorgespannt werden kann. Das Vorspanndrehmoment bewirkt, dass das Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 an seiner Gleitstelle 314 zu der Führung 34 gedrückt wird.
Weiter ist in der 3 eine Führungs-Vorspannfeder 345 gezeigt, die die Führung 34 von dem Zylindergehäuse 10 weg und über die Gleitstelle 314 gegen den Zwischenhebel 31 drückt. Das Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 ist mit dem Kolben verbunden, so dass sich auf diese Weise ein Widerlager für die Vorspannkraft ergibt. Dennoch wird durch die Vorspannung durch die Führung-Vorspannfeder 345 eine Bewegung des Zwischenhebel-Führung-Gelenks 311 entlang der Führung 34 erreicht.
Damit die Führung 34 Ungleichmäßigkeiten in der Linearität der Bewegung des Zwischenhebel-Führung-Gelenks 311 ausgleichen kann, kann sie mit einem Zylindergehäuse-Führung-Gelenk 312 drehbar an dem Zylindergehäuse 10 befestigt sein. Die Führung 34 kann dann bei Bahnabweichungen ausweichen.
Es ist auch denkbar, die Führung 34 wegzulassen, da der Tschebyschoff-Lambda-Mechanismus von sich aus eine näherungsweise lineare Bewegung in Richtung der Relativbewegung B zwischen Kolben 20 und Zylindergehäuse 10 realisiert.
4 zeigt den in der ersten Ausführungsform eingesetzten Tschebyschoff-Lambda-Mechanismus schematisch in einem zweidimensionalen Koordinatensystem. Damit kann verdeutlicht werden, welche Längenverhältnisse die Elemente des Tschebyschoff-Lambda-Mechanismus' haben müssen. Gleiche Merkmale wie in den 2 und 3 sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal gesondert beschrieben. Es sei auf die 2 und 3 verwiesen.
In dem Koordinatensystem liegt das Zylindergehäuse-Kurbel-Gelenk 1032 im Koordinatenursprung. Die Kurbel 32 erstreckt sich entlang der Abszisse über eine Strecke A. Damit ist die wirksame Länge der Kurbel 32 zwischen dem Zylindergehäuse-Kurbel-Gelenk 1032 und dem Kurbel-Zwischenhebel-Gelenk 312 gemeint. Der zu der Kurbel 32 gerichtete Teil des Zwischenhebels 31 zwischen dem Kurbel-Zwischenhebel-Gelenk 312 und dem Anlenkhebel-Zwischenhebel-Gelenk 313 ist zweieinhalbmal so lang wie die wirksame Länge A der Kurbel 32. Der Teil des Zwischenhebels 31, der an dem Anlenkhebel-Zwischenhebel-Gelenk 313 beginnt und von der Kurbel 32 weggerichtet ist, hat ebenfalls die zweieinhalbfache Länge der wirksamen Länge A der Kurbel 32. Auch die wirksame Länge des Anlenkhebels 33 zwischen dem Zylindergehäuse-Anlenkhebel-Gelenk 1033 und dem Anlenkhebel-Zwischenhebel-Gelenk 313 beträgt das Zweieinhalbfache der wirksamen Länge A der Kurbel 32. Der Abstand zwischen dem Zylindergehäuse-Kurbel-Gelenk 1032 und dem Zylindergehäuse-Anlenkhebel-Gelenk 1033 beträgt das Doppelte der wirksamen Länge A der Kurbel.
Diese Geometrie führt dazu, dass sich bei einer Drehbewegung B der Kurbel 32, bei der sich das Kurbel-Zwischenhebel-Gelenk 312 entlang der Kreisbahn 3121 bewegt, für das Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 eine Bewegungsbahn 3111 ergibt. Diese Bewegungsbahn 3111 hat an seiner zu dem Koppelgetriebe 3 gerichteten Seite einen nahezu linear verlaufenden Abschnitt. In der gezeigten Stellung der Kurve 32 befindet sich das Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 jedoch auf einem gebogenen Abschnitt der Bewegungsbahn 3111. 5 zeigt den Tschebyschoff-Lambda-Mechanismus aus 4, jedoch mit einer anderen Stellung der Kurbel 32 auf der Kreisbahn 3121. Die Kurbel 32 ist auf der Abszisse des Koordinatensystems in den negativen Bereich gerichtet. Dadurch befindet sich das Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 auf dem linearen Abschnitt der Bewegungsbahn 3111. Eine Drehbewegung D der Kurbel 32 nach oben oder nach unten bewirkt somit eine Auslenkung des Zwischenhebel-Führung-Gelenks 311 mit einer Linearbewegung L.
6 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Zentralausrücker 1 in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einer Führung 34, die als Kulisse 350 ausgestaltet ist. 6 ähnelt 2, die die erste Ausführungsform zeigt, wobei gleiche Merkmale mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Diese werden nicht noch einmal gesondert beschrieben. Es sei auf 2 verwiesen.
Im Unterschied zu der 2 weist die zweite Ausführungsform keinen Anlenkhebel auf, dafür jedoch einen Führungsabschluss 35. Da der Zwischenhebel 31 durch den fehlenden Anlenkhebel nicht zwangsgeführt ist, könnte das Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 sich ohne den Führungsabschluss 35 von der Führung 34 entfernen. Zwischen der Führung 34 und dem Führungsabschluss 35 ergibt sich eine Kulisse 350, welche eine Führungsbahn für das Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 oder ein damit verbundenes Element darstellt. Die Gleitstelle 314 liegt somit im Inneren der Kulisse 350.
Eine Relativbewegung P zwischen dem Kolben 20 und dem Zylindergehäuse 10 wird durch die Verbindungseinrichtung 231 an das Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 übertragen, das entlang der Führung 34 bewegt wird. Auf diese Weise wird der Zwischenhebel 31 bewegt, welcher wiederum die Kurbel 32 zu einer Drehbewegung D um das Zylindergehäuse-Kurbel-Gelenk 1032 veranlasst. Die Winkelstellung der Kurbel 32 kann somit als Maß für die Stellung des Kolbens 20 in Bezug auf das Zylindergehäuse 10 dienen und mit einem Sensor 30 erfasst werden.
7 zeigt das Koppelgetriebe 3 aus 6 in einer sehr schematischen Darstellung. Die 7 gleicht in einigen Details der 3. Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden noch einmal gesondert beschrieben. Es sei auf 3 verwiesen, was insbesondere für die Vorspanndrehfeder 325 und die Führungs-Vorspannfeder 345 gilt.
Im Unterschied zu der 3 ist in der 7 ein Koppelgetriebe mit einer Kulisse 350 dargestellt. Die Kulisse 350 ist aus der Führung 34 und zusätzlich aus dem Führungsabschluss 35 gebildet, wobei sich die Kulisse 350 zwischen diesen beiden Elementen befindet. Die Kulisse 350 führt das Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 oder ein damit verbundenes Element. Das Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 muss kein explizites Gelenk sein; es reicht aus, wenn zum Beispiel ein Stift drehbar in der Kulisse 350 geführt ist. Dann fallen die Gleitstelle 345 und das Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 zusammen. Dies gilt ebenso in Bezug auf die Führung 34 in der ersten Ausführungsform.
Wie in 7 dargestellt, können die Führung 34 mit einem Zylindergehäuse-Führung-Gelenk 1034 und der Führungsabschluss 35 mit einem Zylindergehäuse-Führungsabschluss-Gelenk 1035 drehbar mit dem Zylindergehäuse 10 verbunden sein. Dies ermöglicht, dass die gesamte Kulisse 350 seitliche Bewegungen des Kolbens, der mit dem Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 verbunden ist, mitmachen kann, ohne dass sich dabei Spannung in dem Koppelgetriebe 3 ergibt.
Weiter ermöglicht eine gelenkige Verbindung der Führung 34 und des Führungsabschluss 35 mit dem Zylindergehäuse, die Führung 34 und den Führungsabschluss 35 aufeinander zu vorzuspannen, sodass die Kulisse 350 das Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 berührend umfasst. Es ergeben sich dann zwei Gleitstellen 345 zwischen dem Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 und der Führung 34 sowie dem Führungsabschluss 35. Auf diese Weise kann die Verbindung zwischen der Kulisse und dem Zwischenhebel-Führung-Gelenk 311 spielfrei ausgeführt werden. Um eine Vorspannung in der Kulisse 350 zu erreichen, sind eine Führungs-Vorspannfeder 34 und eine Führungsabschluss-Vorspannfeder 35 vorgesehen. Diese stützen sich jeweils am Zylindergehäuse 10 ab und drücken die Führung 34 und den Führungsabschluss 35 aufeinander zu. Alternativ ist es auch denkbar, ziehende Federelemente zu verwenden oder eine Zugfeder zwischen der Führung 34 und dem Führungsabschluss 35 zu verwenden.
Bezugszeichenliste

1: Zentralausrücker
10: Zylindergehäuse
1032: Zylindergehäuse-Kurbel-Gelenk zwischen Zylindergehäuse und Kurbel
1033: Zylindergehäuse-Anlenkhebel-Gelenk zwischen Zylindergehäuse und Anlenkhebel
1034: Zylindergehäuse-Führung-Gelenk zwischen Zylindergehäuse und Führung
1035: Zylindergehäuse-Führungsabschluss-Gelenk zwischen Zylindergehäuse und Führungsabschluss
2: Ausrücklager
20: Kolben
231: Verbindungseinrichtung zwischen Zwischenhebel und Kolben
3: Koppelgetriebe
30: Sensor
31: Zwischenhebel
311: Zwischenhebel-Führung-Gelenk zwischen Zwischenhebel und Führung
3111: Bewegungsbahn des Gelenks zwischen Zwischenhebel und Führung
312: Kurbel-Zwischenhebel-Gelenk zwischen Kurbel und Zwischenhebel
3121: Kreisförmige Bewegungsbahn des Gelenks zwischen Zwischenhebel und Kurbel
313: Zwischenhebel-Anlenkhebel-Gelenk zwischen Zwischenhebel und Anlenkhebel
314: Gleitstelle zwischen Zwischenhebel und Führung
32: Kurbel
325: Vorspanndrehfeder für Kurbel
33: Anlenkhebel
34: Führung
345: Führungs-Vorspannfeder zum Vorspannen der Führung
35: Führungsabschluss, der mit der Führung eine Zwangsführung bildet
350: Kulisse
355: Führungsabschluss-Vorspannfeder zum Vorspannen des Führungsabschlusses
36: Schieber
37: Sensorführung
38: Kabel
39: Messaufnehmer
B: Bewegungsrichtung des Kolbens
D: Drehbewegung der Kurbel
L: Linearbewegung des Zwischenhebel-Führung-Gelenks

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202006014024 [0002]

Claims

Zentralausrücker (1) mit einem ringförmigen Kolben (20), einem ringförmigen Zylinder in einem Zylindergehäuse (10) zur Aufnahme des Kolbens (20) und einem Sensor (30) zur Erfassung einer Stellung des Kolbens (20) relativ zu dem Zylindergehäuse (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (30) ein als Winkelsensor ausgebildet und mit einer Kurbel (32) verbunden ist, deren Winkelstellung mit dem Sensor (30) messbar ist, wobei die Kurbel (32) Teil eines Koppelgetriebes (3) ist, mit welchem eine Relativbewegung (B) zwischen dem Kolben (20) und dem Zylindergehäuse (10) auf den Sensor (30) übertragbar ist, sodass über den Sensor (30) die Stellung des Kolbens (20) in Bezug auf das Zylindergehäuse (10) erfassbar ist.
Zentralausrücker (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelgetriebe (3) zumindest einen Zwischenhebel (31) und eine Führung (34) aufweist, wobei der Zwischenhebel (31) mit der Kurbel (32) drehbar verbunden ist und entlang der Führung (34) geführt ist, wobei der Zwischenhebel (31) drehbar mit dem Kolben (20) oder einer Verbindungseinrichtung (231) zwischen Zwischenhebel (31) und Kolben (20) verbunden ist, sodass eine Relativbewegung zwischen dem Kolben (20) und dem Zylindergehäuse (10) auf eine Bewegung des Zwischenhebels (31) übertragbar ist.
Zentralausrücker (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelgetriebe (3) einen Anlenkhebel (33) umfasst, der zwischen dem Zwischenhebel (31) und dem Zylindergehäuse (10) angeordnet und damit jeweils drehbar verbunden ist.
Zentralausrücker (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbel (32) eine wirksame Länge (A) zwischen einem Zylindergehäuse-Kurbel-Gelenk (1032), das zwischen dem Zylindergehäuse (10) und der Kurbel (32) angeordnet ist, und einem Kurbel-Zwischenhebel-Gelenk (312), das zwischen der Kurbel (32) und dem Zwischenhebel (31) angeordnet ist, aufweist, wobei der Abstand zwischen dem Kurbel-Zwischenhebel-Gelenk (312), und einem Zwischenhebel-Anlenkhebel-Gelenk (313), das zwischen dem Zwischenhebel (31) und dem Anlenkhebel (33) angeordnet ist, zumindest näherungsweise das 2,5-fache der wirksamen Länge (A) der Kurbel (32) beträgt, wobei der Abstand zwischen dem Zwischenhebel-Anlenkhebel-Gelenk (313) und einem Zwischenhebel-Führung-Gelenk (312), das zwischen dem Zwischenhebel (31) und der Führung (34) angeordnet ist, zumindest näherungsweise das 2,5-fache der wirksamen Länge (A) der Kurbel (32) beträgt, wobei der Abstand zwischen einem Zylindergehäuse-Anlenkhebel-Gelenk (1033), das zwischen dem Anlenkhebel (33) und dem Zylindergehäuse (10) angeordnet ist, und dem Zwischenhebel-Anlenkhebel-Gelenk das zumindest näherungsweise 2,5-fache der wirksamen Länge (A) der Kurbel (32) beträgt, wobei der Abstand zwischen dem Zylindergehäuse-Kurbel-Gelenk (1032) und dem Zylindergehäuse-Anlenkhebel-Gelenk (1033) das 2-fache der der wirksamen Länge (A) der Kurbel (32) beträgt, und die Führung (34) wenigstens näherungsweise gerade und wenigstens näherungsweise parallel zu einer Verbindungslinie zwischen dem Zylindergehäuse-Kurbel-Gelenk (1032) und dem Zylindergehäuse-Anlenkhebel-Gelenk (1033) verläuft.
Zentralausrücker (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (34) einen Führungsabschluss (35) aufweist, sodass die Führung (34) die Form einer Kulisse (350) aufweist.
Zentralausrücker (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kurbel (32) und dem Zylindergehäuse (10) eine Vorspanndrehfeder (325) angeordnet ist.
Zentralausrücker (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungs-Vorspannfeder (345) zwischen der Führung (34) und dem Zylindergehäuse (10) angeordnet ist, wobei die Führung (34) in Bezug auf das Zylindergehäuse beweglich ist.
Zentralausrücker (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Führungsabschluss-Vorspannfeder (355) zwischen dem Führungsabschluss (35) und dem Zylindergehäuse (10) angeordnet ist, wobei der Führungsabschluss (35) in Bezug auf das Zylindergehäuse beweglich ist und der Führungsabschluss (35) durch die Führungsabschluss-Vorspannfeder (355) ist Richtung der Führung (34) vorspannbar ist.
Zentralausrücker (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zylindergehäuse (10) und der Führung (34) ein Zylindergehäuse-Führung-Gelenk (341) und/oder zwischen dem Zylindergehäuse (10) und dem Führungsabschluss (35) ein Zylindergehäuse-Führungsabschluss-Gelenk (351) angeordnet ist.
Verfahren zur Erfassung einer Stellung eines Kolbens (20) eines Zentralausrückers (1) in Bezug auf einen Zylinder (10) des Zentralausrückers (1), dadurch gekennzeichnet, dass eine Relativbewegung (B) zwischen dem Kolben (20) und dem Zylinder (10) mittels eines Koppelgetriebes (3) in eine Drehung (D) einer Kurbel (32) umgewandelt wird, wobei die Winkelstellung der Kurbel (32) mittels eines Sensors (30) gemessen wird.