DE102019110851A1

DE102019110851A1 - Messsystem

Info

Publication number: DE102019110851A1
Application number: DE102019110851.9A
Authority: DE
Inventors: Florian Zeller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-10-29
Also published as: WO2020216389A1; KR20220005433A; CN113508278A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messystem, umfassend einen magnetfeldabhängigen Sensor, der zur Erfassung eines Zustandes oder einer Bewegung eines beweglich gelagerten Bauelementes (6) diesem gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das beweglich gelagerte Bauelement (6) eine Permeabilität trägt. Bei einem Messystem, welches einfach und robust ausgebildet ist, besteht das beweglich gelagerte Bauelement (6) zumindest teilweise aus Edelstahl, wobei in dem Edelstahl in Bewegungsrichtung des Bauelementes (6) mindestens ein Bereich (10, 15, 16) mit einer vorgegebenen Permeabilität integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messystem, umfassend einen magnetfeldabhängigen Sensor, der zur Erfassung eines Zustandes oder einer Bewegung eines beweglich gelagerten Bauelementes diesem gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das beweglich gelagerte Bauelement eine Permeabilität trägt sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Position eines Aktors in einem hydrostatischen Aktorsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9.
Aus der DE 10 2012 219 173 A1 sind ein Sensorsystem und eine Kolben-Zylinder-Anordnung bekannt. Das Sensorsystem umfasst einen Schaltpunktsensor, welcher einem Magneten gegenüberliegend gelagert ist, wobei der den Schaltpunktsensor passierende Magnet an einem linear beweglichen Element mechanisch befestigt ist. Da Magnetmaterialien sehr teuer sind, erhöhen diese die Kosten für das Sensorsystem.
Die DE 10 2012 218 605 DE offenbart einen induktiven Schaltpunktsensor für eine Kupplungs-Zylinder-Anordnung, der eine mit einer Stromquelle verbundene primäre Spule und mindestens eine sekundäre Spule aufweist, die von einem beweglich gelagerten elektrisch leitfähigen Target zur Erkennung eines Schaltpunktes überstrichen wird. Mit Hilfe dieser Anordnung kann zwar auf den Einsatz eines Magneten verzichtet werden, allerdings ist diese Anordnung in ihrer Herstellung sehr aufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messystem anzugeben, welches robust ausgebildet ist und trotzdem kostengünstig herstellbar ist.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass das beweglich gelagerte Bauelement zumindest teilweise aus Edelstahl besteht, wobei in dem Edelstahl in Bewegungsrichtung des Bauelementes mindestens ein Bereich mit einer vorgegebenen Permeabilität integriert ist. Dies hat den Vorteil, dass die magnetischen Bereiche innerhalb des Edelstahls erkannt werden, da der Edelstahl lokal unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweist. Dadurch wird die Bewegung des Bauteiles detektiert. Auf die Verwendung von teurem Magnetmaterial kann somit verzichtet werden Ein solches Messystem ist einfach in der Herstellung und trotzdem robust und zuverlässig in der Anwendung. Im Weiteren soll unter Permeabilität die Durchlässigkeit für magnetische Felder verstanden werden.
Vorteilhafterweise erstrecken sich in Bewegungsrichtung des Bauelements mehrere beabstandet zueinander angeordnete Bereiche mit gleicher Permeabilität in dem Edelstahl. Dadurch lassen sich einzelne Positionen des sich bewegenden Bauteils einfach durch den Sensor detektieren.
In einer Ausgestaltung erstrecken sich in Bewegungsrichtung des Bauelements mehrere beabstandet zueinander angeordnete Bereiche mit unterschiedlicher Permeabilität in dem Edelstahl. Bereiche mit unterschiedlicher Permeabilität erhöhen die Genauigkeit der Positionserkennung des Bauteils.
In einer Variante weisen die Bereiche mit Permeabilität unterschiedliche Größen und/oder Formen auf. Dadurch wird die Positions- oder Zustandserkennung verfeinert.
In einer Ausführungsform ist die Permeabilität in dem Bereich als Struktur ausgebildet. Dadurch lässt sich eine hohe Genauigkeit bei der Messung der Bewegung des Bauteiles realisieren.
In einer weiteren Ausgestaltung liegt der magnetfeldabhängige Sensor dem beweglich gelagerten Bauteil direkt gegenüberliegt und trägt auf einer dem Bauteil abgewandten Seite einen Back-Bias-Magneten . Durch diesen Back-Bias-Magneten wird eine Vorspannung am Sensor eingestellt, wodurch das Sensorsignal vergrößert wird, was dessen Auswertung erleichtert.
In einer weiteren Variante ist die Permeabilität der Bereiche durch ein ferromagnetisches Material realisiert. Bei dem Ferromagnetismus handelt es sich um den am häufigsten auftretenden Magnetismus, so dass solche Materialien kostengünstig in der Verwendung sind.
Bei dem beschriebenen Messsystem ist das Bauelement linear oder rotatorisch beweglich gelagert, wobei der Sensor eine lineare Positionsänderung oder eine Winkeländerung detektiert, Somit ist dieses Messsystem vielfältig einsetzbar.
Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Position eines Aktors in einem hydrostatischen Aktorsystem, vorzugsweise eines Kupplungsbetätigungssystems in einem Fahrzeug, bei welchem ein Elektromotor zur Förderung einer Hydraulikflüssigkeit in einer Kolbeneinheit des Aktorsystems eine Rotorwelle zum Zusammenwirken mit einem Messsystem zur Bestimmung einer Winkellage der Rotorwelle aufweist. Das Messystem ist dabei nach mindestens einem der in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Merkmale ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist die Rotorwelle als Spaltrohr ausgebildet, welches in Bewegungsrichtung mehrere Bereiche mit gleicher und/ der unterschiedlicher Permeabilität aufweist. Eine solche robuste und kostengünstige Motorwelle lässt sich einfach in einer Serienproduktion herstellen und benötigt weniger Bauraum, so dass die die Motorwelle umfassende Vorrichtung in ihren Ausmaßen reduziert werden kann.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Mehrere davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messsystems,
3 Ausführungsbeispiele eines beweglich gelagerten Bauteils gemäß 1.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines hydraulischen Aktors 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Der hydraulische Kupplungsaktor 1 umfasst ein Steuergerät 2, das einen Elektromotor zur Betätigung des Kupplungsaktors 1 ansteuert. Das Steuergerät 2 ist als Modul ausgebildet, welches mit einem Hydraulikmodul 3 verbunden ist. Bei einer Lageveränderung des Kupplungsaktors 1 ist eine Spindel 4 entlang eines axialen Aktorweges beidseitig bewegbar. Die Spindel 4 wird von dem Elektromotor angetrieben, der einen Stator 5 aufweist. Radial innerhalb des Stators 5 ist eine Rotorwelle 6 gelagert, die über ein nicht weiter gezeigtes Planetenwälzgetriebe mit der Spindel 4 im Eingriff steht. Die Rotorwelle besteht aus Edelstahl und weist in Rotationsrichtung mehrere magnetische Bereiche 10 auf. Das Planetenwälzgetriebe ist von einer Hülse 7 ummantelt. An der dem Steuergerät 2 abgewandten Ende 4.1 der Spindel 4 ist ein Druckstück 8 befestigt, welches auf ein nicht weiter dargestelltes Element einer hydraulischen Strecke, wie einen Geberzylinder, wirkt. Zwischen dem Druckstück 8 und dem Hydraulikmodul 3 erstreckt sich ein Faltenbalg 11, der den Aktor 1 vor Verschmutzung schützt.
Um die Spindel 4 auf eine gewünschte Position verfahren zu können, wird der Elektromotor kommutiert angesteuert. Dazu muss die Rotationsbewegung der Rotorwelle 6 erfasst werden. Dies erfolgt durch ein Messsystem 12, wie es in 2 dargestellt ist. Die Rotorwelle 6 besteht aus Edelstahl mit einer vorgegebenen Permeabilität µ1. Entlang der Bewegungsrichtung der Rotorwelle 6 sind in gleichen Abständen die Bereiche 10 mit einem ferromagnetischen Material integriert. Diesen Bereichen 10 gegenüberliegend ist ein Hallsensor 13 angeordnet, welcher einen Back-Bias-Magneten 14 auf seiner der Rotorwelle 6 abgewandten Seite aufweist. Mittels diesem Back-Bias-Magneten 14, wird das Signal des Hallsensors 13 magnetisch vorgespannt, so dass lokale Unterschiede des Magnetismus zuverlässig erkannt werden können, wenn sich die Rotorwelle 6 an dem Hallsensor 13 vorbei bewegt.
In 3 sind verschiedene Ausgestaltungen der ferromagnetischen Bereiche 10 gezeigt, die in der Rotorwelle 6 aus Edelstahl integriert werden können. 3a zeigt eine Draufsicht auf die Rotorwelle 6, welche zueinander gleichmäßig beabstandete Bereiche 10 mit der gleichen Permeabilität µ2 aufweist, welche sich von der Permeabilität µ1 des Edelstahls unterscheidet.
In 3b sind rechteckige Bereiche 10, 15, 16 gezeigt, welche unterschiedliche Permeabilitäten aufweisen. Neben der Permeabilität µ2 des Bereiches 10, weist der Bereich 15 die Permeabilität µ3 auf, während der Bereich 16 eine Permeabilität µ4 besitzt. Darüber hinaus können die Bereiche 10, 15, 16 auch unterschiedlich breit ausgebildet sein.
Um eine Zustandserfassung eines Bauteiles zu vereinfachen, können die ferromagnetischen Bereiche Strukturen mit verschiedenen ferromagnetischen Eigenschaften aufweisen. Diese ferromagnetischen Eigenschaften können durch die Struktur eines Quadrates 17 oder eines Kreises 18 oder eines Dreiecks 19 oder eines Halbkreises 20 oder ähnlichem realisiert werden (3c).
Die beschriebene Lösung ist nicht auf eine Winkelerkennung mit einem Rotorlagesensor beschränkt, sondern kann auch bei linearen Bewegungserkennungen eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: hydrostatischer Kupplungsaktor
2: Steuergerät
3: Hydraulikmodul
4: Spindel
5: Stator
6: Rotor
7: Hülse
8: Druckstück
10: Bereich mit ferromagnetischen Material
11: Faltenbalg
12: Messsystem
13: Hallsensor
14: Back-Bias-Magnet
15: Bereich mit ferromagnetischem Material
16: Bereich mit ferromagnetischen Material
17: Quadrat
18: Kreis
19: Dreieck
20: Halbkreis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012219173 A1 [0002]
DE 102012218605 [0003]

Claims

Messystem, umfassend einen magnetfeldabhängigen Sensor, der zur Erfassung eines Zustandes oder einer Bewegung eines beweglich gelagerten Bauelementes (6) diesem gegenüberliegend angeordnet ist, wobei das beweglich gelagerte Bauelement (6) eine Permeabilität trägt, dadurch gekennzeichnet, dass das beweglich gelagerte Bauelement (6) zumindest teilweise aus Edelstahl besteht, wobei in dem Edelstahl in Bewegungsrichtung des Bauelementes (6) mindestens ein Bereich (10, 15, 16) mit einer vorgegebenen Permeabilität integriert ist.
Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Bewegungsrichtung des Bauelements (6) mehrere beabstandet zueinander angeordnete Bereiche (10) mit gleicher Permeabilität in dem Edelstahl erstrecken.
Messsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Bewegungsrichtung des Bauelements (6) mehrere beabstandet zueinander angeordnete Bereiche (10, 15, 16) mit unterschiedlicher Permeabilität in dem Edelstahl erstrecken.
Messsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (10, 15, 16) Permeabilitäten unterschiedlicher Größen und/oder Formen aufweisen.
Messsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permeabilität in dem Bereich (10, 15, 16) als Struktur (17, 18, 19, 20) ausgebildet ist.
Messystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetfeldabhängige Sensor (13) dem beweglich gelagerten Bauteil (6) direkt gegenüberliegt und auf einer dem Bauteil (6) abgewandten Seite einen Back-Bias-Magneten (14) trägt.
Messsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permeabilität der Bereiche (10, 15, 16) durch ein ferromagnetisches Material realisiert ist.
Messsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (6) linear oder rotatorisch beweglich gelagert ist, wobei der Sensor (13) eine Positionsänderung oder eine Winkeländerung detektiert
Vorrichtung zur Bestimmung einer Position eines Aktors in einem hydrostatischen Aktorsystem, vorzugsweise in einem Fahrzeug, bei welchem ein Elektromotor (5, 6) zur Förderung einer Hydraulikflüssigkeit in einer Kolbeneinheit des Aktorsystems (1) eine Rotorwelle (6) zum Zusammenwirken mit einem Messsystem (12) zur Bestimmung einer Winkellage der Rotorwelle (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (12) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (6) als Spaltrohr ausgebildet ist, welches in Bewegungsrichtung mehrere Bereiche (10, 15, 16) mit gleicher und/ oder unterschiedlicher Permeabilität aufweist.