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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Betätigungsanordnung
für eine
Reibungskupplung umfassend einen Betätigerzylinder mit einem Zylinderbodenbereich
und einen Betätigerkolben,
welcher in dem Betätigerzylinder
verschiebbar ist und einen dem Zylinderbodenbereich gegenüberliegenden
Kolbenbodenbereich aufweist, fernerumfassend eine Lageerfassungsanordnung
zur Erfassung der Verschiebelage des Betätigerkolbens bezüglich des
Betätigerzylinders.
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Bei automatisierten Kupplungssystemen
ist es erforderlich, zum Durchführen
korrekter Ein- bzw. Auskuppelvorgänge Information über die
Stellenlage der Kupplung zu gewinnen. Dies kann beispielsweise dadurch
erfolgen, dass bei einer Betätigungsanordnung
die Lage eines Betätigerkolbens
ermittelt wird, beispielsweise durch ein mit dem Betätigerkolben
zusammenwirkendes Potentiometer. Weiter ist es bekannt, die Lage
von Komponenten zu erfassen, durch welche die Betätigungsbewegung
des Betätigerkolbens
auf eine Kupplung übertragen
wird, also beispielsweise irgendwelche Hebelanordnungen oder dergleichen.
All diese Messmethoden haben den Nachteil, dass sie entweder ungenau
arbeiten oder die Lage von der Betätigungskraftübertragung
dienenden Bauteilen erfassen und somit beispielsweise durch Bewegungsspiel
eingeführte
Erfassungsungenauigkeiten aufweisen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Betätigungsanordnung
für eine
Reibungskupplung vorzusehen, bei welcher präzise der momentane Betätigungszustand
erfasst werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird diese Aufgabe gelöst
durch eine Betätigungsanordnung für eine Reibungskupplung,
umfassend einen Betätigerzylinder
mit einem Zylinderbodenbereich und einen Betätigerkolben, welcher in dem
Betätigerzylinder
verschiebbar ist und einen dem Zylinderbodenbereich gegenüberliegenden
Kolbenbodenbereich aufweist, ferner umfassend eine Lageerfassungsanordnung
zum Erfassen der Verschiebelage des Betätigerkolbens bezüglich des
Betätigerzylinders
durch Ermittlung einer durch die Lage des Kolbenbodenbereichs oder/und
des Zylinderbodenbereichs beeinflussten Größe.
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Wesentlich ist bei der vorliegenden
Erfindung, dass zur Betätigungszustandserfassung
auf einen Systembereich zugegriffen wird, nämlich einen Bodenbereich, der
zum einen unmittelbar im Kraftfluss liegt und zum anderen den Einfluss
durch externe Größen weitgehend
vermeidet.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein,
dass die Lageerfassungsanordnung eine am Bodenbereich des Betätigerzylinders
oder des Betätigerkolbens
vorgesehene Lageerfassungseinheit aufweist, welche in Zusammenwirkung
mit dem jeweils anderen Bodenbereich die Größe erzeugt.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform
der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Lageerfassunganordnung
eine Signal-Sende/Empfangs-Einheit an dem Betätigerzylinder oder dem Betätigerkolben
umfasst, die zum Senden eines von dem Bodenbereich der jeweils anderen
Baugruppe zu reflektierenden Signals und zum Empfangen des reflektierenden
Signals ausgebildet ist. Um dabei dann in korrekter Art und Weise
auf die Relativlage zwischen dem Betätigerzylinder und dem Betätigerkolben
schließen
zu können,
wird vorgeschlagen, dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist zur
Ermittlung der Verschiebelage des Betätigerkolbens bezüglich des
Betätigerzylinders
auf der Grundlage des empfangenen reflektierten Signals.
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Eine derartige Auswerteeinheit kann
gesandte und empfangene Signale dann auf der Grundlage verschiedener
physikalischer Größen auswerten.
So kann beispielsweise die Phasenlage des empfangenen Signals dazu
genutzt werden, auf die Lage des reflektierenden Bereichs, also
eines Bodenbereichs, zu schließen.
Auch kann die Signallaufzeit dazu genutzt werden, auf diese Lage
zu schließen.
Hierzu kann weiter vorgesehen sein, dass das Signal ein Schallsignal,
vorzugsweise Ultraschallsignal ist, oder beispielsweise ein elektromagnetisches Signal
ist.
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Bei einer alternativen Ausgestaltungsform wird
zur Bestimmung des Betätigungszustands
vorgeschlagen, dass die Lageerfassungsanordnung an dem Betätigerzylinder
oder dem Betätigerkolben
einen elektrischen Schwingkreis mit einer durch die Lage des Bodenbereich
der jeweils anderen Baugruppe beeinflussbaren Resonanzfrequenz umfasst. Insbesondere
ist es hier möglich,
dass der elektrische Schwingkreis eine durch die Lage des Bodenbereichs
der jeweils anderen Baugruppe beeinflussbare Induktivität umfasst.
Auch bei dieser Ausgestaltungsvariante kann dann eine Auswerteeinheit
vorgesehen sein zur Ermittlung der Verschiebelage des Betätigerkolbens
bezüglich
des Betätigerzylinders auf
der Grundlage der Verschiebung der Resonanzfrequenz des elektrischen
Schwingkreises.
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Um die erfindungsgemäße Betätigungsanordnung
direkt im Anschluss an eine Kupplung positionieren zu können, d.h.,
sie im Wesentlichen eine Getriebeeingangswelle umgebend anordnen
zu können,
wird vorgeschlagen, dass der Betätigerzylinder und
der Betätigerkolben
ringartig ausgebildet sind.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit
Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausgestaltungsformen
detailiert beschrieben. Es zeigt:
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1 Eine
Prinzip/Längsschnittansicht
einer erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung;
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2 eine
der 1 entsprechenden
Ansicht einer alternativen Ausgestaltungsform.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Betätigeranordnung
allgemein mit 10 bezeichnet. Diese Betätigeranordnung 10 umfasst
einen Betätigerzylinder 12 mit
ringartiger Struktur. Der Betätigerzylinder 12 umfasst
eine Zylinderaußenwand 14 und
eine dazu konzentrisch angeordnete Zylinderinnenwand 16 sowie
einen Zylinderbodenbereich 18. Die Zylinderaußenwand 14,
die Zylinderinnenwand 16 und der Zylinderbodenbereich 18 begrenzen
eine Zylinderkammer 20, die an einer Seite axial offen
ist und in welche über
eine Zuleitung 22 Druckmedium, beispielsweise Druckluft,
eingespeist werden kann.
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In dem Betätigerzylinder 12,
insbesondere der Zylinderkammer 20 desselben aufgenommen
ist ein Betätigerkolben 24.
Dieser weist ebenfalls eine ringartige Struktur auf und kann beispielsweise
eine der Zylinderaußenwand 14 gegenüberliegende
Kolbenaußenwand 16,
eine der Zylinderinnenwand 16 gegenüberliegende Kolbeninnenwand 28 sowie
einen dem Zylinderbodenbereich 18 gegenüberliegenden Kolbenbodenbreich 30 aufweisen.
Um eine Druckmittelleckage soweit als möglich zu verhindern, wirken
zwischen der Zylinderaußenwand 14 und
der Kolbenaußenwand 26 und
der Zylinderinnenwand 16 und der Kolbeninnenwand 28 jeweilige
Dichtungselemente 32, 34. Der Betätigerkolben 24 ist
durch Druckmittelzufuhr bzw. Druckmittelabfuhr in die bzw. aus der
Zylinderkammer 20 in einer Richtung R bezüglich des
Betätigerzylinder 12 verschiebbar.
Der Betätigerzylinder 12 kann
bei Integration in ein Antriebssystem beispielsweise an einem Getriebegehäuse axial
abgestützt
werden. Der Betätigerkolben 24 ist
dann dazu ausgebildet, über
ein Drehentkopplungslager 36 die Reibungskupplung zu beaufschlagen,
beispielsweise die Federzungen einer Membranfeder oder Hebelelemente
eines Einrückkraftübertragungshebelssystems.
Im ersteren Falle ist die Betätigungsanordnung 10 als
sogenannter Ausrücker
eingesetzt, also eine Anordnung, die eine zum Ausrücken einer
Kupplung führende
Betätigungskraft erzeugt,
während
im zweiten Falle die Betätigungsanordnung 10 als
sogenannter Einrücker
wirksam ist, also als ein System, dass eine zum Einrücken einer Kupplung
führende
Betätigungskraft
erzeugt.
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Um bei der in 1 dargestellten Anordnung auf den Betätigungszustand
der Betätigungsanordnung 10 und
somit den Stellzustand der dadurch betätigten Reibungskupplung schließen zu können, ist eine
Lageerfassungsanordnung 38 vorgesehen. In dem in 1 dargestellten Ausgestaltungsbeispiel ist
die Lageerfassungsanordnung 38, zumindest ein wesentlicher
Systembereich derselben, am Zylinderbodenbereich 18 vorgesehen.
Bei der in 1 dargestellten
Ausgestaltungsvariante umfasst die Lageerfassungsanordnung 38 eine
Signal-Sende/Empfangs-Einheit 40 welche dazu in der Lage ist, ein Schallsignal,
beispielsweise im höheren
Ultraschallbereich, auszusenden und das am Kolbenbodenbereich 30 reflektierte
Signal wieder zu empfangen. Zum Senden dieses Signals kann die Sende/Empfangs-Einheit 40 eine
Piezomembran 42 aufweisen, die in Zusammenwirkung mit einem
entsprechenden Oszillator Schallsignale mit definierter Trägerfrequenz
und gegebenenfalls moduliert abgeben kann. Die Frequenz bzw. die
Modulation dieses Signals können
dann selbstverständlich
auf die baulichen Gegebenheiten abgestimmt sein. Durch das Senden eines
Signals mit definierter Trägerfrequenz
können Störfrequenzen
leichter ausgefiltert werden.
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Da die in der 1 erkennbare Lageerfassungsanordnung 38 in
der Zylinderkammer 20 angeordnet ist, ist sie grundsätzlich auch
dem in diese Kammer 20 eingespeisten Druckmittel ausgesetzt. Um
hier eine Beschädigung
vor allem der Piezomembran 42 zu vermeiden, kann diese
durch eine Kappe abgedeckt sein, welche eine kleine Öffnung zur Schallabgabe
auf weisen kann. Möglicherweise
auftretende Verschmutzungen können
durch den Signalauswertealgorithmus berücksichtigt und kompensiert
werden. Weiter ist darauf zu achten, dass bei Einsatz einer Membran
zur Signalerzeugung diese druckkompensiert wird, d.h., nicht nur
an einer Seite durch einen in der Zylinderkammer 20 möglicherweise
vorherrschenden Arbeitsmitteldruck beaufschlagt ist.
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Die in der 1 gezeigte Lageerfassungsanordnung 38 umfasst
ferner eine Auswerteeinheit, die das reflektierte Signal oder ein
beruhend darauf erzeugtes Signal empfängt und beruhend auf diesem empfangenen
Signal Information generiert, die mit der Relativlage des Kolbenbodenbereichs 30 bezüglich der
Lageerfassungsanordnung 38 und somit im Allgemeinen auch
bezüglich
des Zylinderbodenbereichs .18 im Zusammenhang steht. Beispielsweise kann
die Laufzeit des gesandten und empfangenen Signals hierzu ausgewertet
werden.
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Die Positionierung der Lageerfassungsanordnung 38 am
Betätigerzylinder 12 ermöglicht eine vergleichsweise
leichte elektrische Kontaktierung, da der Betätigerzylinder 12 in
einem Antriebssystem im Allgemeinen feststehend ist, während der
Betätigerkolben 24 sich
in Richtung R verschiebt. Die gesamte zur Signalauswertung erforderliche
Elektronik kann in der Lageerfassungsanordnung 38 vorgesehen sein,
so dass diese unmittelbar ein Signal abgibt, das die Relativlage
zwischen dem Betätigerkolben 12 und
dem Betätigerzylinder 24 repräsentiert,
wobei systembedingt dieses Signal mit sehr hoher Genauigkeit diese
Relativlage wiedergibt, da unmittelbar in Zusammenwirkung mit dem
Bodenbereich 30 des Betätigerkolbens 24 gearbeitet
wird.
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Anstelle des Einsatzes von Schallwellen können ebenso
elektromagnetische Wellen genutzt werden, um mit Hilfe der am Zylinderbodenbereich 18 vorgesehenen
Lageerfassungsanordnung 38 ein mit der Relativpositionierung
des Kolbenbodenbereichs 30 bezüglich des Zylinderbodenbereichs 18 in Zusammenhang
stehendes Signal zu generieren. Hierzu kann die Lageerfassungsanordnung 38 bzw. die
Signal-Sende/Empfangs-Einheit 40 derselben zur Abgabe eines elektromagnetischen
Signals ausgebildet sein, dessen Wellenlänge im Bereich der zu messenden
Strecke, also im Bereich des Abstands, zwischen den Bodenbereichen 18, 30,
liegen kann. Vorzugsweise ist die Anordnung dann derart, dass durch Reflexion
an dem Bodenbereich 30 eine stehende Welle gebildet wird.
Auf Grund der Phasenlage bzw. einer Änderung der Phasenlage kann
auf den Abstand zwischen den beiden Bodenbereichen 18, 30 geschlossen
werden bzw. in der Lageerfassungsanordnung 38 dann ein
diesen Abstand repräsentierendes
Signal erzeugt werden kann.
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Eine alternative Ausgestaltungsform
ist in 2 gezeigt. Hier
umfasst die Lageerfassungsanordnung 38 einen elektrischen
Schwingkreis mit einer beispielsweise durch eine Spule 44 gebildeten
Induktivität.
Der Schwingkreis weist eine definierte und im Zusammenhang mit der
Induktivität
der Spule 44 stehende Resonanzfrequenz auf. Die Induktivität der Spule 44 wird
jedoch beeinflusst durch den axialen Abstand des Bodenbereichs 30 des
Betätigerkolbens 24,
da dieser im Allgemeinen aus Metallmaterial gebildet ist. Eine Verschiebung
des Betätigerkolbens 24 bezüglich des
Betätigerzylinders 12 führt zu einer Änderung
der Induktivität
der Spule 44 und somit zu einer Verschiebung der Resonanzfrequenz
des Schwingkreises der Lageerfassungsanordnung 38. Diese
Verschiebung der Resonanzfrequenz wiederum kann erfasst werden,
und es kann ein im Zusammenhang mit dieser Verschiebung und somit
im Zusammenhang mit der axialen Lage des Betätigerkolbens 24, insbesondere
des Bodenbereichs 30 desselben, stehendes Signal erzeugt
und ausgegeben werden.
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Da bei dieser Ausgestaltungsform
die die Resonanzfrequenz im Wesentlichen beeinflussende Induktivität in einem
durch metallische Bauteile gekapselten Bauraum liegt, liegt eine
sehr gute Abschirmung bis zu sehr hohen Frequenzen nach außen hin vor,
so dass auch hier die Lage mit hoher Präzision erfasst werden kann.
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Bei allen erfindungsgemäßen Ausgestaltungsvarianten
wird also der Betätigungszustand durch
direkte Erfassung der Relativlage des Betätigerkolbens 24 bezüglich des
Betätigerzylinders 12 ermittelt,
und zwar unter Einsatz einer Lageerfassungsanordnung 38,
die im Wesentlichen, also mit ihren der Lageerfassung im Wesentlichen
dienenden Komponenten, in einer in der Betätigungsanordnung 10 gebildeten
Arbeitskammer, nämlich
der Zylinderkammer 20, positioniert ist. Dadurch wird der
Einfluss störender
Effekte von außen
weitestgehend ausgeschaltet und es wird die Möglichkeit geschaffen, direkt
die Lage einer Baugruppe zu erfassen, nämlich des Betätigerzylinders 24,
welche Lage unmittelbar in Zusammenhang steht mit dem Stellzustand
der Kupplung, da diese Komponente, deren Lage erfasst wird, über das
Drehentkopplungslager 36 direkt auf die zu stellende Kupplung
einwirkt. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung
ist das Bereitstellen einer Vorlastfeder nicht erforderlich, da über einen
geregelten Druckmittelaufbau eine Vorlast auf das Lager 36 ausgeübt werden
kann und gleichwohl die Lage mit hoher Genauigkeit erfasst werden
kann.
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Selbstverständlich ist es möglich, die
Erfindungsprinzipien bei anders ausgestalteten Systemen einzusetzen.
So könnte
beispielsweise auch der Betätigerkolben 24 die
feststehende Komponente sein, während
der Betätigerzylinder 12 sich
axial verschiebt. Weiterhin ist es selbstverständlich möglich, bei Bereitstellung entsprechender
Kontaktierungsmöglichkeiten
die Lageerfassungsanordnung am Betätigerkolben 24 vorzusehen,
oder beispielsweise eine Sendeeinheit am Kolben und eine Empfangseinheit
am Zylinder bereitzustellen, oder umgekehrt.