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Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Positionserfassung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kupplungssystem mit der Sensoranordnung.
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Zur Positionserfassung von beweglichen Bauteilen sind verschiedene Sensortechnologien bekannt. Beispielsweise sind induktive Sensoren bekannt, welche bei einer Positionsänderung eines induktiven Targetelements relativ zu einer Spulenstruktur auf einer Leiterplatte, eine Änderung der Position basierend auf einer Änderung der induzierten Spulenspannung erfassen können. Hierzu wird ein elektromagnetisches Wechselfeld durch den induktiven Sensor erzeugt, wobei aufgrund der elektromagnetischen Induktion im induktiven Targetelement ein Wirbelstrom erzeugt wird. In Abhängigkeit der Position verändert sich die Summe der magnetischen Flussdichte unterhalb des Targets. Alternativ sind Hall-Sensoren bekannt, welche bei einer Lageänderung relativ zu dem beweglichen Bauteil, eine Änderung der Position basierend auf dem Hall-Effekt erfassen können. Hierzu wird ein Magnetfeld durch einen Magneten erzeugt, wobei durch eine Bewegung des Magneten eine damit korrelierende Änderung des Magnetfelds im Bereich des Hall-Sensors erfasst wird, welche sich in Abhängigkeit der Position verändert.
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Die Druckschrift
DE 10026019 A1 offenbart einen induktiven Positionssensor mit einer Oszillatorschaltung, die ein periodisches Wechselspannungssignal erzeugt und in eine Erregerspule einkoppelt, mit mehreren Empfangsspulen, wobei die Erregerspule und die Empfangsspulen als Leiterbahnen auf einer Trägerplatte ausgebildet sind, mit einer Auswerteschaltung zur Auswertung der in den Empfangsspulen induzierten Signale und einem beweglichen induktiven Koppelelement, welches die Stärke der induktiven Kopplung zwischen Erregerspule und den Empfangsspulen beeinflusst, wobei die Auswerteschaltung innerhalb der Geometrie der Sende- und/oder Empfangsspulen angeordnet ist und die wirksamen Flächen der Empfangsspulen im Anfangs- und/oder Endbereich des Sensors derart ausgebildet sind, dass sich bei nicht vorhandenem beweglichen Element an den Anzapfungen der Empfangsspulen die Summenspannung Null ergibt.
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Die Druckschrift
WO 2016134712 A1 offenbart einen Aktuator zur Betätigung einer Reibkupplung, aufweisend ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse bewegbaren Kolben, wobei an dem Kolben mindestens ein erster Magnet und ein zweiter Magnet befestigt sind, die in einer Bewegungsrichtung des Kolbens voneinander beabstandet und in entgegengesetzte Richtungen magnetisiert sind und wobei an dem Gehäuse ein Hall-Sensor zur Messung zumindest eines Magnetfelds des ersten Magnets und zweiten Magnets angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung zu schaffen, welche sich durch eine redundante Positionserfassung und einen kompakten Aufbau auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen das Anspruchs 1 sowie ein Kupplungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Sensoranordnung, welche zur Positionserfassung ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist die Sensoranordnung ausgebildet, eine Position und/oder eine Änderung der Position entlang einer linearen Messstrecke zu erfassen.
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Die Sensoreinrichtung weist eine induktive Sensoreinrichtung auf, wobei die induktive Sensoreinrichtung ein induktives Targetelement und einen Induktivsensor zur Erfassung des induktiven Targetelements aufweist. Insbesondere weist der Induktivsensor eine Sendespulenstruktur sowie eine Empfängerspulenstruktur auf. Insbesondere ist der Induktivsensor ausgebildet, eine Position des induktiven Targetelements basierend auf der elektromagnetischen Induktion zu erfassen. Hierzu kann der Induktivsensor ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugen, welches einen Wirbelstrom in dem induktiven Targetelement induziert. Dabei kann eine Bewegung des induktiven Targetelements relativ zu dem Induktivsensor durch eine Änderung des magnetischen Wechselfeldes detektiert werden. Bevorzugt ist der Induktivsensor als ein induktiver Wegaufnehmer ausgebildet.
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Die Sensoreinrichtung weist eine Hall-basierte Sensoreinrichtung auf, wobei die Hall-basierte Sensoreinrichtung ein magnetisches Targetelement und einen Hall-Sensor zur Erfassung des magnetischen Targetelements aufweist. Insbesondere ist der Hall-Sensor ausgebildet, eine Position des magnetischen Targetelements basierend auf dem Hall-Effekt zu erfassen. Hierzu kann das magnetische Targetelement ein Magnetfeld erzeugen, wobei eine Bewegung des magnetischen Targetelements relativ zu dem Hall-Sensor durch eine Änderung des Magnetfelds detektiert werden kann. Vorzugsweise sind der Induktivsensor und der Hall-Sensor signaltechnisch mit einer Auswerteeinrichtung verbunden, wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, ein Ausgangssignal des Induktivsensors und des Hall-Sensors auszuwerten, um die Position des jeweils zugehörigen Targetelements zu bestimmen.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Induktivsensor und der Hall-Sensor auf einer gemeinsamen Trägerplatte angeordnet sind. Insbesondere ist die Trägerplatte als eine ebene und/oder flächige Leiterplatte ausgebildet, auf welcher der Induktivsensor und der Hall-Sensor angeordnet und/oder elektrisch kontaktiert sind. Vorzugsweise können der Induktivsensor und der Hall-Sensor als integrierter Schaltkreis (IC), insbesondere als Mikrochip, ausgebildet sein. Beispielsweise können der Induktivsensor und der Hall-Sensor über ein oder mehrere Leiterbahnen der Leiterplatte signaltechnisch mit der Auswerteeinrichtung verbunden sein.
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Das magnetische Targetelement und das induktive Targetelement bilden gemeinsam eine relativ zu der Trägerplatte bewegbare Targeteinheit. Insbesondere sind die beiden Targetelemente fest und/oder unlösbar miteinander verbunden. Beispielsweise kann das magnetische Targetelement kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem induktiven Targetelement verbunden sein. Bevorzugt ist die Targeteinheit in einer axialen Richtung in Bezug auf eine Hauptachse relativ zu der Trägerplatte verschiebbar. Dabei ist das magnetische Targetelement gegenüber der Trägerplatte durch das induktive Targetelement überdeckt. Vorzugsweise ist das magnetische Targetelement dauerhaft und/oder vollständig durch das induktive Targetelement abgedeckt. Beispielsweise ist das induktive Targetelement als ein zylindrisches und/oder hohles oder quaderförmiges und/oder flächiges Bauteil ausgebildet, wobei das magnetische Targetelement unterhalb oder innerhalb des induktiven Targetelements angeordnet ist.
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Der Vorteil der Erfindung besteht somit darin, dass durch die Targeteinheit eine Kombination der beiden Sensortechnologien unter Einhaltung eines geringen Bauraumbedarfs vorgeschlagen wird. Somit wird eine Sensoranordnung vorgeschlagen, welche aufgrund der beiden Sensoreinrichtungen eine hohe Messgenauigkeit aufweist, sodass Fehlinterpretationen der Messgrößen vermieden werden. Des Weiteren wird eine Sensoranordnung vorgeschlagen, welche gemäß ISO 26262 die Anforderungen von ASIL D erfüllt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das induktive Targetelement aus einem elektrisch leitfähigen und nicht-magnetischen und/oder nicht-magnetisierbaren Material gefertigt ist, sodass das magnetische Targetelement unabhängig von dem induktiven Targetelement durch den Hall-Sensor erfassbar ist. Insbesondere ist das Magnetfeld des magnetischen Targetelements nicht durch das induktive Targetelement beeinflussbar, sodass ausschließlich das magnetische Targetelement durch den Hall-Sensor erfassbar ist und/oder das induktive Targetelement für den Hall-Sensor unsichtbar und/oder nicht erfassbar ist. Vorzugsweise ist das induktive Targetelement aus einem nicht-ferromagnetischen Metall oder einer nicht-ferromagnetischen Legierung gefertigt.
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In einer konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass das induktive Targetelement aus Aluminium oder Kupfer gefertigt ist. Somit wird ein induktives Targetelement vorgeschlagen, welches sich durch eine hohe Leitfähigkeit auszeichnet und zugleich keinen Einfluss auf das Magnetfeld hat.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das magnetische Targetelement aus einem ferromagnetischen und/oder magnetisierten Material gefertigt ist und elektrisch durch das induktive Targetelement abgeschirmt ist, sodass das induktive Targetelement unabhängig von dem magnetischen Targetelement durch den Induktivsensor erfassbar ist. Insbesondere ist das elektromagnetisches Wechselfeld des Induktivsensors nicht durch das magnetische Targetelement beeinflussbar, sodass ausschließlich das induktive Targetelement durch den Induktivsensor erfassbar ist und/oder das magnetische Targetelement für den Induktivsensor unsichtbar und/oder nicht erfassbar ist.
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In einer weiteren konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass das magnetische Targetelement als ein Magnet ausgebildet ist. Insbesondere ist das Targetelement als ein Permanentmanget ausgebildet, welcher ein dauerhaftes Magnetfeld erzeugt. Bevorzugt ist der Magnet in einer radialen Richtung in Bezug auf die Hauptachse magnetisiert. Hierdurch sind die Magnetfeldlinien des Magnetfelds ausgehend von dem Magneten radial nach außen geführt und könne dort von dem Hall-Sensor erfasst werden. Beispielsweise ist das Targetelement als ein Ferrit-Magnet ausgebildet. Somit wird ein magnetisches Targetelement vorgeschlagen, welches sich durch eine hohe Magnetisierbarkeit auszeichnet und zugleich keinen Einfluss auf das elektromagnetische Wechselfeld hat.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das induktive Targetelement als eine zylindrische Hülse ausgebildet ist. Insbesondere ist die Hülse koaxial zu der Hauptachse angeordnet und/oder umlaufend um die Hauptachse geschlossen ausgebildet. Die Trägerplatte ist radial außerhalb angeordnet. Insbesondere ist die Trägerplatte mit einem radialen Abstand beabstandet zu der Hülse angeordnet. Vorzugsweise weisen der Induktivsensor und der Hall-Sensor jeweils einen Messbereich auf, welcher sich in radialer Richtung und/oder senkrecht zu der Hauptachse erstreckt, wobei die Targeteinheit in dem jeweiligen Messbereich relativ zu der Trägerplatte in axialer Richtung bewegbar ist. Beispielsweise können der Induktivsensor und der Hall-Sensor in axialer Richtung voneinander beabstandet sein, sodass die beiden Messbereiche versetzt zueinander angeordnet sind. Alternativ oder ergänzend sind der Induktivsensor und der Hall-Sensor derart angeordnet, dass diese einen gemeinsamen oder zumindest teilweise überschneidenden Messbereich aufweisen.
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Gemäß dieser Ausführung ist das magnetische Targetelement radial innerhalb der Hülse angeordnet. Insbesondere ist das magnetische Targetelement durch die Hülse umhüllt, sodass das magnetische Targetelement durch die Hülse gegen das elektromagnetische Wechselfeld abgeschirmt ist. Insbesondere ist das magnetische Targetelement an einem Innumfang der Hülse befestigt. Das magnetische Targetelement kann dabei als ein würfel- oder quaderförmiger Magnet ausgebildet sein. Alternativ kann das magnetische Targetelement jedoch auch als ein band- oder streifenförmiger Magnet ausgebildet sein, welcher abschnittsweise oder umlaufend an dem Innenumfang der Hülse befestigt ist. Somit wird eine Targeteinheit vorgeschlagen, welche sich durch eine einfache und kompakte Ausgestaltung auszeichnet, wobei zugleich das magnetische Targetelement durch das induktive Targetelement abgeschirmt wird.
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In einer weiteren konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass die induktive Sensoreinrichtung mindestens oder genau eine Sendespule, insbesondere als die Sendespulenstruktur, und mindestens eine, vorzugsweise zwei Empfangsspulen, insbesondere als die Empfängerspulenstruktur, aufweist, wobei das induktive Targetelement eine Stärke der induktiven Kopplung zwischen Sendespule und Empfangsspule beeinflusst. Dabei ist die Sendespule ausgebildet, das elektromagnetische Wechselfeld zu erzeugen, wobei das durch die Sendespule gebildete Wechselfeld, eine Spannung in die Empfangsspulen induziert. Nähert sich das induktive Schaltelement dieser Schaltung an, so ist eine Spannungsänderung in den Empfangsspulen messbar. In die Empfangsspulen werden somit mit an verschiedenen Positionen der Targeteinheit unterschiedliche Spannungen induziert, wodurch auf die Position zurückgeschlossen werden kann. Die Sendespule und die Empfangsspulen sind als Leiterbahnen auf der Trägerplatte planar aufgebracht. Insbesondere sind die Sendespule und die Empfangsspulen als eine ringförmige Spulenstruktur auf die Trägerplatte aufgedruckt. Die Sendespule und/oder Empfangsspulen können eine oder mehrere Windungen aufweisen. Es wird somit eine Sensoranordnung vorgeschlagen, welche sich durch eine besonders kompakte Ausgestaltung auszeichnet.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Kupplungssystem mit mindestens oder genau einem Kupplungszylinder, welcher zur Betätigung einer Kupplungsvorrichtung ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist das Kupplungssystem in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs integriert. Vorzugsweise ist das Kupplungssystem als ein Kupplungsausrücksystem ausgebildet. Der Kupplungszylinder hat insbesondere die Funktion die Kupplungsvorrichtung zu betätigen, um einen Kraftfluss zwischen zwei Wellen zu unterbrechen oder zu schließen. Die Kupplungsvorrichtung kann beispielsweise als eine reibschlüssige oder formschlüssige Kupplung ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Kupplungszylinder hydraulisch und/oder mechanisch und/oder elektrisch betätigbar sein.
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Der Kupplungszylinder weist eine in einem Zylindergehäuse axial bewegliche Kolbenstange auf. Insbesondere definiert die Kolbenstange mit ihrer Längsachse die Hauptachse, wobei die Kolbenstange in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse relativ zu dem Zylindergehäuse verschiebbar ist. Dabei ist die Sensoranordnung ausgebildet, eine Kolbenstellung des Kupplungszylinders zu erfassen, wobei die Targeteinheit hierzu mit der Kolbenstange bewegungsgekoppelt ist und die Trägerplatte stationär zu dem Zylindergehäuse angeordnet ist. Die Sensoranordnung ist somit als ein lineares Wegmesssystem ausgebildet. Bei einer Betätigung des Kupplungszylinders wird die Kolbenstange zusammen mit der Targeteinheit in axialer Richtung verschoben, wobei die Trägerplatte stationär an dem Kupplungsgehäuse verbleibt. Insbesondere ist die zylindrische Hülse koaxial und/oder konzentrisch zu der Kolbenstange angeordnet. Insbesondere ist der Magnet exzentrisch und/oder an einem Außenumfang der Kolbenstange gegenüberliegend zu der Trägerplatte, insbesondere dem Hall-Sensor, angeordnet. Bevorzugt ist die Hülse und/oder der Magnet zumindest in axialer Richtung form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig mit der Kolbenstange verbunden.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass das Kupplungssystem einen weiteren Kupplungszylinder aufweist. Der eine Kupplungszylinder ist als ein Geberzylinder zur Aufnahme einer Betätigungskraft und der andere Kupplungszylinder ist als ein Nehmerzylinder zur Übertragung der Betätigungskraft auf die Kupplungsvorrichtung ausgebildet. Insbesondere ist der Geberzylinder mit einem Kupplungspedal verbundenen. Insbesondere ist der Nehmerzylinder unmittelbar mit der Kupplungsvorrichtung wirkverbunden. Der Nehmerzylinder und der Geberzylinder sind über eine hydraulische Strecke miteinander verbunden, wobei bei einer Betätigung des Geberzylinders eine hydraulische Säule in Richtung des Nehmerzylinders verschoben wird, um die Betätigungskraft auf die Kupplungsvorrichtung zu übertragen. Die Sensoranordnung kann wahlweise dem Geberzylinder oder dem Nehmerzylinder zugeordnet sein. Optional kann eine weitere Sensoranordnung vorgesehen sein, wobei die eine Sensoranordnung dem Geberzylinder und die andere Sensoranordnung dem Nehmerzylinder zugeordnet ist.
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In einer alternativen Konkretisierung ist vorgesehen, dass das Kupplungssystem einen Kupplungsaktor zur Übertragung einer Betätigungskraft auf die Kupplungsvorrichtung aufweist. Insbesondere ist der Kupplungsaktor als ein elektromechanischer Kupplungsaktor ausgebildet, welcher unmittelbar mit der Kupplungsvorrichtung wirkverbunden ist. Der Kupplungszylinder ist zur Simulation einer Pedalkraft als ein Pedalkraftsiumlator ausgebildet. Insbesondere ist der Kupplungszylinder mit einem Kupplungspedal verbunden, welches mit der in dem Zylindergehäuse verschiebbaren Kolbenstange wirkverbunden ist. Vorzugsweise ist die Kolbenstange mit einer Rückstellkraft in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptachse beaufschlagt, um das Kupplungspedal in eine Ausgangsstellung zurückzustellen. Der Kupplungszylinder ist signaltechnisch mit dem Kupplungsaktor verbunden, wobei der Kupplungsaktor bei einer Betätigung des Kupplungszylinders in Abhängigkeit der erfassten Kolbenstellung betätigbar ist. Insbesondere wird eine aktuelle Kolben- und/oder Pedalstellung mittels der Sensoranordnung erfasst und durch die Auswerteeinrichtung ausgewertet. Auf Basis der ermittelten Kolbenstellung kann somit der Kupplungsaktor angesteuert werden. Es wird somit eine elektrifizierte Kupplungsbetätigung, auch als „clutch by wire“ bekannt, vorgeschlagen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung zur Positionserfassung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine axiale Ansicht der Sensoranordnung der 1;
- 3 eine schematische Darstellung eines Kupplungssystems mit der Sensoranordnung;
- 4 eine schematische Darstellung eines alternativen Kupplungssystems mit der Sensoranordnung.
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Die 1 und 2 zeigen jeweils in einer schematischen Darstellung eine Sensoranordnung 1 zur Positionserfassung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei zeigt die 1 die Sensoranordnung 1 in einer Seitenansicht und 2 in einer axialen Ansicht. Beispielsweise ist die Sensoranordnung 1 als ein lineares Wegmesssystem ausgebildet. Aufgrund hoher funktionaler Sicherheitsanforderungen kann es notwendig sein das ASIL D Rating nach ISO26262 zu erreichen. Dies fordert den Einsatz zweier unabhängiger Sensortechnologien, um eine hohe Fehlinterpretation der Messgröße zu vermeiden.
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Hierzu weist die Sensoranordnung 1 eine induktive und eine Hall-basierte Sensoreinrichtung 2, 3 auf. Die induktive Sensoreinrichtung 2 weist einen Induktivsensor 4 und die Hall-basierte Sensoreinrichtung 3 weist einen Hall-Sensor 5 auf, wobei der Induktivsensor 4 und der Hall-Sensor 5 auf einer gemeinsamen Trägerplatte 6 angeordnet sind. Beispielsweise ist die Trägerplatte 6 als eine Leiterplatte ausgebildet, wobei der Induktivsensor 4 und der Hall-Sensor 5 jeweils als eine integrierte Schaltung ausgebildet und mit der Trägerplatte 6 elektrisch kontaktiert sind.
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Der Induktivsensor 4 weist zudem eine Mehrzahl von Sensorspulen, nicht dargestellt, auf, welche planar auf die Trägerplatte 6 aufgebracht sind. Beispielsweise können die Sicherheitsanforderungen durch die Verwendung einer doppelten Spulenstruktur erhöht werden. Beispielsweise weist der Induktivsensor 4 eine Sendespule und zwei Empfangsspulen auf. Die Sendespule ist ausgebildet, ein elektromagnetisches Wechselfeld W - schematisch in 2 angedeutet - zu erzeugen, wobei das durch die Sendespule gebildete Wechselfeld W eine Spannung in die Empfangsspulen induziert. Das elektromagnetische Wechselfeld W kann dabei in radialer Richtung orientiert sein, wobei es sich bei der radialen Richtung um eine Richtung orthogonal zu der Bewegungsrichtung der Targeteinheit 9 bzw. der Hauptachse H handelt. Beispielsweise sind die Sendespule und die Empfangsspulen als ringförmige Leiterbahnen mit ein oder mehreren Windungen auf der Trägerplatte 6 aufgedruckt.
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Die induktive Sensoreinrichtung 2 weist ein durch den Induktivsensor 4 erfassbares induktives Targetelement 7 und die Hall-basierte Sensoreinrichtung 3 ein durch den Hall-Sensor 5 erfassbares magnetisches Targetelement 8 auf. Dabei bilden die beiden Targetelemente 7, 8 eine gemeinsame Targeteinheit 9, welche relativ zu den beiden Sensoreinrichtungen 2, 3 entlang einer Hauptachse H positionierbar ist.
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Das induktive Targetelement 7 ist als eine zylindrische Hülse 10 ausgebildet, welche um die Hauptachse H umlaufend geschlossen ausgebildet ist. Die Hülse 10 ist dabei aus einem elektrisch leitfähigen und nicht-ferromagnetischen Material, wie z.B. Aluminium, Silber, Kupfer oder dergleichen, gebildet. Bei einer Bewegung der Targeteinheit 9 entlang der Hauptachse H beeinflusst das induktive Targetelement 7 eine Stärke der induktiven Kopplung zwischen Sendespule und Empfangsspule. Dabei löst das induktive Targetelement 7 aufgrund von Wirbelstromeffekten Induktivitätsänderungen in den Sensorspulen aus, welche durch die Wirbelströme in Abhängigkeit der Position des induktiven Targetelements 7 relativ zu dem Induktivsensor 4 verändert werden. In die Empfangsspulen werden somit mit an verschiedenen Positionen unterschiedliche Spannungen induziert, wodurch auf die Position des induktiven Targetelements 7 zurückgeschlossen werden kann.
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Das magnetische Targetelement 8 ist als ein Magnet 11, insbesondere ein Blockmagnet, ausgebildet, welcher in radialer Richtung an einem Innenumfang der Hülse 10 angeordnet ist. Somit ist der Magnet 11 innerhalb der Hülse 10 angeordnet und in radialer Richtung gegenüber der Trägerplatte 6 durch die Hülse 10 verdeckt. Der Magnet 11 ist dabei aus einem ferromagnetischen Material, wie z.B. Ferrit oder dergleichen, gebildet. Der Magnet 11 ist beispielsweise als ein Permanentmagnet ausgebildet, welcher ein dauerhaftes Magnetfeld M - wie in 2 schematisch angedeutet - erzeugt. Beispielsweise ist der Magnet 11 in radialer Richtung magnetisiert, wobei es sich bei der radialen Richtung um eine Richtung orthogonal zu der Bewegungsrichtung der Targeteinheit 9 bzw. der Hauptachse H handelt. Der Hall-Sensor 5 ist ausgebildet, das Magnetfeld M bzw. eine magnetische Flussdichte des Magnetfeldes M des Magneten 11 basierend auf dem Hall-Effekt zu erfassen. Bei einer Bewegung der Targeteinheit 9 entlang der Hauptachse H kann durch den Hall-Sensor 5 eine damit korrelierende Änderung des Magnetfelds M im Bereich des Hall-Sensors 5 erfasst werden. Diese Änderung bewirkt eine Änderung der Hallspannung, wodurch auf die Position des magnetischen Targetelements 8 zurückgeschlossen werden kann. Beispielsweise weist die Sensoranordnung eine Auswerteeinrichtung, nicht dargestellt, auf, welche die Sensorsignale des Induktivsensors 4 und des Hall-Sensors 5 auswertet und ein entsprechendes Positionssignal ausgeben kann.
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Durch die Integration des Magneten 11 in die Hülse 10 kann eine besonders kompakte Bauform umgesetzt werden. Des Weiteren können die beiden Sensoreinrichtungen 3, 4 unabhängig voneinander betrieben werden, da die Hülse 10 den Magneten 11 bzw. dessen Magnetfeld M nicht beeinflusst und zugleich den Magneten 11 gegenüber dem Induktivsensor 4 bzw. dessen elektromagnetischen Wechselfeld W elektrisch abschirmt. Insbesondere wird das Magnetfeld M des Magneten 11 nur durch ferromagnetische Materialien beeinflusst, sodass die Hülse 10 für den Hall-Sensor unsichtbar ist. Andererseits wird das Wechselfeld W des Induktivsensors 4 nur durch elektrisch leitfähige Materialen beeinflusst, sodass der Magnet 11 für den Induktivsensor unsichtbar ist.
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3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Kupplungssystem 12 als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Kupplungssystem 12 ist beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs integriert, um einen Kraftfluss von einem Antriebsmotor auf den Antriebsstrang zu unterbrechen.
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Das Kupplungssystem 12 weist einen Kupplungszylinder 13 und einen weiteren Kupplungszylinder 14 auf, wobei die beiden Kupplungszylinder 13, 14 über eine hydraulische Strecke 15, z.B. eine Hydraulikleitung, fluidtechnisch miteinander verbunden sind. Der Kupplungszylinder 13 ist beispielsweise als ein Geberzylinder ausgebildet, welcher beispielsweise durch ein Kupplungspedal, nicht dargestellt, betätigbar ist. Der weitere Kupplungszylinder 14 ist beispielsweise als ein Nehmerzylinder ausgebildet, welcher mit einer Kupplungsvorrichtung, nicht dargestellt, unmittelbar in Wirkverbindung steht. Beispielsweise ist die Kupplungseinrichtung als eine Reibkupplung ausgebildet.
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Die beiden Kupplungszylinder 13, 14 weisen jeweils einen Kolben 16a, b mit einer daran befestigten Kolbensange 17a, b sowie ein Zylindergehäuse 18a, b auf, in welchem der Kolben 16a, b und die Kolbenstange 17a, b entlang einer Hauptachse H geführt sind. Die beiden Kolben 16a, b begrenzen jeweils einen Druckraum 19a, b des jeweiligen Zylindergehäuses 18a, b in axialer Richtung, wobei die beiden Druckräume 19a, b über die Fluidstrecke 15 fluidtechnisch miteinander verbunden sind. Bei einer Betätigung des Kupplungspedals wird der Kolben 16a des Geberzylinders über die Kolbenstange 17a in axialer Richtung verschoben, wobei eine hydraulische Säule in Richtung des Nehmerzylinders verschoben wird. Dabei wird der Kolben 16b des Nehmerzylinders in axialer Richtung verschoben und eine Betätigungskraft über die Kolbenstange 17b auf die Kupplungsvorrichtung übertragen.
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Zur Überwachung der Kolbenstellung kann die Sensoranordnung 1 beispielsweise an dem Kupplungszylinder 13 oder alternativ an dem weiteren Kupplungszylinder 14 angeordnet sein. Dabei ist die Targeteinheit 9 mit der Kolbenstange 17a bewegungsgekoppelt, wobei die Trägerplatte 6 mit dem Induktivsensor 4 und dem Hall-Sensor 5 stationär zu dem Zylindergehäuse 18a verbleibt. Bei einer Betätigung des Kupplungszylinders 13 wird somit die Targeteinheit 9 zusammen mit der Kolbenstange 17a relativ zu der Trägerplatte 6 in axialer Richtung verschoben, wobei eine Position der Kolbenstange 17a einerseits durch eine Erfassung des induktiven Targetelements 7 durch den Induktivsensor 4 und andererseits durch eine Erfassung des magnetischen Targetelements 8 durch den Hallsensor 5 detektiert wird.
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4 zeigt eine alternative Ausführung des Kupplungssystems 12 als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Kupplungssystem 12 weist anstelle des weiteren Kupplungszylinders 14 einen Kupplungsaktor 20 auf, welcher mit der Kupplungsvorrichtung in Wirkverbindung steht. Beispielsweise ist der Kupplungsaktor 20 als ein elektromechanischer Aktor ausgebildet.
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Der Kupplungszylinder 13 ist als ein Pedalkraftsimulator ausgebildet, welcher ausgebildet ist eine Pedalkraft bei einer Betätigung des Kupplungspedals zu simulieren. Die Sensoranordnung 1 nimmt dabei die aktuelle Kolbenstellung 21 bzw. Pedalstellung auf und gibt diese zur Steuerung des Kupplungsaktors 20 an eine Steuerungseinrichtung des Kupplungsaktors 20 weiter. Die Steuerungseinrichtung ist dabei ausgebildet, den Kupplungsaktor 20 in Abhängigkeit der Kolbenstellung anzusteuern. Beispielsweise sind die Sensoranordnung 1 und der Kupplungsaktor 20 hierzu signaltechnisch, z.B. über eine Funkstrecke oder ein Kabel, miteinander verbunden. Somit wird ein Kupplungssystem 20 vorgeschlagen, welches nach dem Prinzip von „clutch by wire“ ausgebildet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensoranordnung
- 2
- induktive Sensoreinrichtung
- 3
- Hall-basierte Sensoreinrichtung
- 4
- Induktivsensor
- 5
- Hall-Sensor
- 6
- Trägerplatte
- 7
- induktives Targetelement
- 8
- magnetisches Targetelement
- 9
- Targeteinheit
- 10
- Hülse
- 11
- Magnet
- 12
- Kupplungssystem
- 13
- Kupplungszylinder
- 14
- weiterer Kupplungszylinder
- 15
- hydraulische Strecke
- 16a, b
- Kolben
- 17a, b
- Kolbenstange
- 18a, b
- Zylindergehäuse
- 19a, b
- Druckraum
- 20
- Kupplungsaktor
- H
- Hauptachse
- M
- Magnetfeld
- W
- Wechselfeld
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10026019 A1 [0003]
- WO 2016134712 A1 [0004]
