DE112005001646T5

DE112005001646T5 - Positionssensor für einen Fahrzeugmechanismus

Info

Publication number: DE112005001646T5
Application number: DE112005001646T
Authority: DE
Inventors: Sten Jiewertz
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2025-07-02
Also published as: WO2006006916A1; SE0401859D0; SE0401859L; DE112005001646B4; SE525792C2

Abstract

Positionssensor (30) zum Erfassen einer Positionsverlagerung eines Bauteils (20), das in einem Aktuator (10) für einen Fahrzeugmechanismus (80) hin und her bewegbar ist, der einen stationären Sensorkörper (32) und einen bewegbaren Sensorkörper (52) aufweist, welcher mit dem Bauteil (20) verbindbar ist und ausgeführt ist, um sich mit dem Bauteil (20) zwischen Positionen nahe und entfernt von dem stationären Sensorkörper (32) zu bewegen, wobei der stationäre Sensorkörper (32) ausgeführt ist, um gegen eine Reibungskraft zu neuen stationären Positionen in einer Führungsbuchse (14) abhängig von einem Verschleiß des Fahrzeugmechanismus (80) verschiebbar zu sein, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Sensorkörper (32) ausgeführt ist, um von einem freien Ende (24) des Bauteils (20) zu den neuen stationären Positionen verlagert zu werden, und dass der bewegbare Sensorkörper (52) ausgeführt ist, um sich mit einem Abstand zu dem stationären Sensorkörper (32) zu bewegen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung bezieht sich auf einen Positionssensor zum Erfassen einer Positionsverlagerung eines Bauteils, das in einem Aktuator für einen Fahrzeugmechanismus hin und her bewegbar ist, der einen stationären Sensorkörper und einen bewegbaren Sensorkörper aufweist, welcher mit dem Bauteil verbindbar ist und ausgeführt ist, um sich mit dem Bauteil zwischen Positionen nahe und entfernt von dem stationären Sensorkörper zu bewegen, wobei der stationäre Sensorkörper ausgeführt ist, um gegen eine Reibungskraft zu neuen stationären Positionen in einer Führungsbuchse abhängig von einem Verschleiß des Fahrzeugmechanismus verschiebbar zu sein. Die Erfindung bezieht sich auch auf einen stationären Sensorkörper und einen bewegbaren Sensorkörper für einen derartigen Positionssensor und auf einen Aktuator, der einen derartigen Positionssensor oder einen derartigen bewegbaren und einen derartigen stationären Sensorkörper aufweist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Automatikkupplung mit einem derartigen Aktuator.
HINTERGRUND
Wenn ein derartiger Positionssensor genutzt wird zur Erfassung, ob eine Reibkupplung für ein Fahrzeug eingerückt oder ausgerückt ist, verschiebt sich der stationäre Sensorkörper schrittweise in Abhängigkeit von einem Verschleiß der Kupplungsscheibe. Ein derartiger Positionssensor muss daher keine größere Länge zum Kompensieren dieses Verschleißes haben. Das Ergebnis ist eine bessere Auflösung des Signals zum Erfassen der Einrückposition der Kupplung.
Bei einem bekannten Positionssensor dieser Art gemäß US 5,758,758 wird das Ende des bewegbaren Sensorkörpers zur Verschiebung des stationären Sensorkörpers zu neuen stationären Positionen genutzt. Wenn es gewünscht ist, beispielsweise um einen Ankerstift als einen bewegbaren Sensorkörper in einem induktiven Sensor zu nutzen, wäre es vorteilhaft, wenn der Ankerstift in kontaktfreier Weise mit dem stationären Sensorkörper zusammenwirken würde, das heißt ohne jegliches Risiko, bei der Gelegenheit eines jeden Einrückens der Kupplung mit einer relativ großen Kraft gegen den stationären Sensorkörper zu stoßen, der durch eine relativ große Reibung in der Führungsbuchse fest gehalten werden muss.
ABRISS DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Positionssensor der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, wobei der bewegbare Sensorkörper nicht einer mechanischen Belastung ausgesetzt werden muss und in einer kontaktfreien Weise mit dem stationären Sensorkörper zusammenwirken kann.
Dies wird durch die Merkmale erreicht, die in den angefügten Ansprüchen angegeben werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der stationäre Sensorkörper ausgeführt, um von einem freien Ende des Bauteils zu den neuen stationären Positionen verlagert zu werden, und der bewegbare Sensorkörper ist ausgeführt, um sich mit einem Abstand zu oder mit einer Lücke relativ zu dem stationären Sensorkörper zu bewegen. Dadurch kann der bewegbare Sensorkörper einerseits fast ausschließlich im Hinblick auf eine optimale Sensorfunktion mit unwesentlichen Anforderungen im Hinblick auf mechanische Festigkeit gestaltet werden. Andererseits kann der stationäre Sensorkörper fest durch eine gewünschte ausreichende Reibung entgegen einer Verlagerung zu neuen Positionen gehalten werden, so dass nicht riskiert wird, unabsichtlich, beispielsweise durch starke Schwingungen verlagert zu werden, die von einem großen Fahrzeugdieselmotor ausgehen.
Gemäß einer Ausführungsform hat das freie Ende des Bauteils ein zylindrische Vertiefung zum Aufnehmen eines Detektorbereichs des bewegbaren Sensorkörpers, so dass das freie Ende eines Hohlzylinders, das den Detektorbereich umgibt, ausgeführt ist, um mit einer Schulterfläche des stationären Sensorkörpers in Eingriff zu gelangen, um die Position des letzteren zu verlagern. Auf diese Weise kann die Druckkraft ausgehend von dem Bauteil vorteilhaft konzentrisch auf den stationären Sensorkörper um die funktionalen Bereiche des Sensors herum verteilt werden, beispielsweise eine Spule und einen Ankerstift, die dadurch geschützt sind, dass sie in der zylindrischen Vertiefung aufgenommen werden.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung und die Ansprüche angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schrägansicht von vorne, überwiegend in einem Längsschnitt, eines Aktuators mit einem Positionssensor gemäß der Erfindung;
2A ist ein Längsschnitt mit einem vergrößerten Paar von Bereichen eines Aktuators in einer ersten Position mit einem Positionssensor überwiegend nach 1;
2B ist ein Längsschnitt des Aktuators in 2A in einer zweiten Position; und
2C ist ein Längsschnitt des Aktuators in 2A in einer weiteren zweiten Position mit dem Positionssensor nach hinten verlagert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGEN
Der in 1 dargestellte Aktuator 10, soll in bekannter Weise eine schematisch dargestellte Reibkupplung 80 in einem Fahrzeug über eine Betätigungsstange 28 betätigen. Die Kupplung kann als eine Automatikkupplung dienen, die den Fahrer von der Betätigung der Kupplung befreit. In dem dargestellten Beispiel weist der Aktuator 10 einen Zylinder 11 auf, der mit Druckluft von einer Druckluftquelle 74 über eine Fluidleitung 76 zu einem Ein- und Ausgang 12 versorgt wird. Ein höherer Druck der Druckluft wirkt auf einen Kolben 18, der wiederum die Betätigungsstange 28 zu einer Position angegeben in 1 (und 2A) drückt, wobei die Kupplung ausgerückt ist. Ein geringerer Druck der Druckluft ermöglicht es der Kraft, ausgehend von einer Feder 84 in der Kupplung 80, die Betätigungsstange 28 dazu zu veranlassen, den Kolben 18 durch einen Abstand s zu einer Position dargestellt in 2B zurück zu drücken, wobei die Kupplung eingerückt ist, um ein von einem Motor des Fahrzeugs ausgehendes Drehmoment zu den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs zu übertragen.
Der Kolben 18 wird über eine Kolbenstange 20 durch eine Endwand 13 des Zylinders geführt. Eine Druckfeder 26, die sich zwischen der Endwand 13 und dem Kolben 18 des Zylinders 10 befindet, wirkt zusammen mit der Druckluft, um der von der Kupplung 80 ausgehenden Druckkraft auf die Betätigungsstange 28 entgegenzuwirken, die bestrebt ist, die Kupplung 80 einzurücken.
Die Kolbenstange 20 erstreckt sich außerhalb der Endwand 13 in eine Führungsbuchse 14 für einen erfindungsgemäßen Positionssensor, der allgemein mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet ist. In dem dargestellten Beispiel ist der Positionssensor 30 ein Induktionssensor, jedoch kann die Erfindung ebenfalls mit anderen Arten von Sensoren ausgestattet sein, die nach anderen Prinzipien, beispielsweise elektrisch und/oder optisch arbeiten.
Der induktive Positionssensor 30 weist einen stationären Sensorkörper 32 und einen bewegbaren Sensorkörper 52 auf. Der stationäre Sensorkörper 32 hat ein gebohrtes Loch oder einen Durchgang 42, den der bewegbare Sensorkörper 52 in Form eines Schaftes oder Stiftes durchdringen kann. Der Durchgang 42 ist umgeben von einer Spule 44 (2A), in der Wechsel der Induktivität als Maß für die Position des stationären Sensorkörpers 52 genutzt werden können, wenn letzterer den Durchgang 42 durchdringt. Der herrschende Induktivitätswert wird über Leitungen 46 an eine elektronische Kontrolleinheit 70 für die Fahrzeugkupplung als Signal weitergegeben. Die Leitungen 46 erstrecken sich von einer Rückseite des stationären Sensorkörpers 32 über eine Schutzhülle 48 zu der Kontrolleinheit 70, die in einer näher dargestellten konventionellen Weise nicht über eine Signalverbindung 72 den Druck ausgehend von der Druckluftquelle 74 kontrolliert, um die Reibkupplung 80 ein- und auszurücken.
Da die Kontaktflächen 82 (1) der Reibkupplung 80 sich progressiv abnutzen, wird sich die Position der Kolbenstange 20 des Aktuators 10 nach hinten verschieben, das heißt in 2B nach rechts, wenn die Kupplung 80 eingerückt ist. Erfindungsgemäß bringt das freie Ende der Kolbenstange 20 den stationären Sensorkörper 32 dann progressiv mit sich zu neuen stationären Positionen, mit dem Ergebnis, dass der stationäre Sensorkörper 32 sich um einen Abstand w zu der in 2C gezeigten Position verschoben haben wird, wenn die Kontaktflächen fast gänzlich verschlissen sind.
Die Kolbenstange 20 besitzt an ihrem freien Ende eine zylindrische Vertiefung 22, die mit Spiel einen konischen zylindrischen Vorsprung oder Detektorbereich 34 des stationären Sensorkörpers 32 aufnimmt. Eine ringförmige Druckfläche 24, die mit einer ringförmigen Schulter 38 des stationären Sensorkörpers 32 radial außerhalb des bewegbaren Sensorkörpers 52 in Eingriff gebracht werden kann, ist somit an dem freien Ende der Kolbenstange 20 begrenzt. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass der bewegbare Sensorkörper 52 nicht mechanisch an der zunehmenden Verlagerung des stationären Sensorkörpers 32 partizipieren muss und bei der Gelegenheit einer jeder Betätigung der Kupplung den Durchgang 42 axial in einer kontaktfreien Weise durchdringen kann ohne ein Risiko des Verursachens einer Abnutzung oder eines anderen mechanischen Effekts. Im Hinblick auf Materialwahl und Geometrie kann der beweg bare Sensorkörper demnach ausschließlich für eine optimale Sensorfunktion gestaltet werden.
Um jegliches Risiko zu vermeiden, dass der bewegbare Sensorkörper 52 einer schädlichen radialen Wirkung aufgrund einer unbeabsichtigten Schrägposition des Durchgangs 42 ausgesetzt ist, ist der Sensorkörper 52 elastisch in einem gebohrten Loch oder einer Bohrung 64 in dem Boden der Vertiefung 22 befestigt, wie näherungsweise in der linken Vergrößerung in 2A dargestellt.
Genauer gesagt besitzt das Befestigungsende des bewegbaren Sensorkörpers 52 einen Kopf 60 aus reibungsarmem Kunststoff, der an dem inneren Ende angegossen ist. Die Umfangsfläche des Kopfes 60 hat eine Kugelform, so dass der Sensorkörper 52 begrenzt Kipp- oder Drehbewegungen in alle Richtungen ausgesetzt sein kann. Der Sensorkörper 52 ist mit Spiel durch einen Federring 56 eingesetzt, der radial in eine umlaufende Nut 66 in der Bohrung oder dem gebohrten Loch 64 eingespannt ist. Eine passende Druckspiralfeder 62 aus Bandmaterial ist zwischen dem Boden des gebohrten Lochs 64 und der Innenseite des Kopfes 60 eingespannt, so dass die ebene Außenseite des Kopfes 60 an der Innenseite des Federrings 56 anliegt und demzufolge durch elastische Vorspannung den Sensorkörper 52 in der gewünschten axialen Orientierung hält. Ein Zwischenring 58 kann zwischen dem Kopf 60 und dem Federring 56 platziert werden, um jegliche Fehler hinsichtlich Ebenheit und Anliegens auszugleichen.
Um den stationären Sensorkörper 32 in dem gewünschten Reibkontakt mit der Innenseite 16 der Führungsbuchse 14 zu halten, weist die Erfindung darüber hinaus eine Federhülse 50 auf, die aus einem elastischen dünnwandigen Material hergestellt ist, sowie aufgenommen wird und axial zwischen Flanschen in einer umlaufenden Vertiefung 40 eines Basisbereichs 36 des stationären Sensorkörpers 32 befestigt ist. Wie vor allem durch die Vergrößerung auf der rechten Seite in 2A angegeben, ist die Federhülse 50 in der Umfangsrichtung gerippt, was in einem annähernd trapezoiden faltigen Längsschnitt mit ebenen Graten 51 resultiert, die federnd an der Innenseite 16 der Führungsbuchse 14 anliegen. Um sie in die Vertiefung 40 einzupassen, ist die Federhülse vorteilhaft mit einem längslaufenden Spalt (nicht dargestellt) versehen, der durch sie hindurch verläuft, wodurch sich die Federhülse 50 weiten kann, wenn sie an dem Basisbereich 36 angebracht ist. Da der gewünschte Federeffekt und demzufolge die Klemmkraft der Federhülse 50 überwiegend durch die Höhe der Grate 51 bestimmt werden, ist es relativ leicht den Durchmesser der Vertiefung 40 relativ zu dem inneren Durchmesser der Führungsbuchse 14 zu dimensionieren, um die gewünschte Reibkraft zu erreichen, die einer Verlagerung des stationären Sensorkörpers 32 entgegensteht.
Zusammenfassung
Positionssensor für einen Fahrzeugmechanismus
Positionssensor (30) zum Erfassen einer Positionsverlagerung eines Bauteils (20), das in einem Aktuator (10) für einen Fahrzeugmechanismus (80) hin und her bewegbar ist. Der Positionssensor besitzt einen stationären Sensorkörper (32) und einen bewegbaren Sensorkörper (52), der mit dem Bauteil (20) verbindbar ist und ausgeführt ist, um sich mit dem Bauteil (20) zwischen Positionen nahe und entfernt von dem stationären Sensorkörper (32) zu bewegen. Der stationäre Sensorkörper (32) ist darüber hinaus ausgeführt, um gegen eine Reibungskraft zu neuen stationären Positionen in einer Führungsbuchse (14) abhängig von einem Verschleiß des Fahrzeugmechanismus (80) verschiebbar zu sein. Um es unnötig zu machen, den bewegbaren Sensorkörper (52) einer mechanischen Belastung auszusetzen und um ihn dadurch zu befähigen, in kontaktfreier Weise mit dem stationären Sensorkörper zusammen zu wirken, wird unter anderem erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der stationäre Sensorkörper (32) ausgeführt ist, um von einem freien Ende (24) des Bauteils (20) zu neuen stationären Positionen verlagerbar zu sein, und dass der bewegbare Sensorkörper (52) ausgeführt ist, um sich mit einem Abstand zu dem stationären Sensorkörper zu bewegen.

Claims

Positionssensor (30) zum Erfassen einer Positionsverlagerung eines Bauteils (20), das in einem Aktuator (10) für einen Fahrzeugmechanismus (80) hin und her bewegbar ist, der einen stationären Sensorkörper (32) und einen bewegbaren Sensorkörper (52) aufweist, welcher mit dem Bauteil (20) verbindbar ist und ausgeführt ist, um sich mit dem Bauteil (20) zwischen Positionen nahe und entfernt von dem stationären Sensorkörper (32) zu bewegen, wobei der stationäre Sensorkörper (32) ausgeführt ist, um gegen eine Reibungskraft zu neuen stationären Positionen in einer Führungsbuchse (14) abhängig von einem Verschleiß des Fahrzeugmechanismus (80) verschiebbar zu sein, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Sensorkörper (32) ausgeführt ist, um von einem freien Ende (24) des Bauteils (20) zu den neuen stationären Positionen verlagert zu werden, und dass der bewegbare Sensorkörper (52) ausgeführt ist, um sich mit einem Abstand zu dem stationären Sensorkörper (32) zu bewegen.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei das freie Ende (24) des Bauteils eine zylindrische Vertiefung (22) zum Aufnehmen eines Detektorbereichs (34) des stationären Sensorkörpers (32) besitzt, und wobei das freie Ende (24) ausgeführt ist, um mit einer Schulterfläche (38) des stationären Sensorkörpers (32) in Eingriff zu gelangen, um die Position des letzteren zu verlagern.
Stationärer Sensorkörper (32) für einen Positionssensor (30), der ausgeführt ist, um eine Positionsverlagerung eines Bauteils (20) zu erfassen, das in einem Aktuator (10) für einen Fahrzeugmechanismus (80) hin und her bewegbar ist, wobei der Positionssensor einen bewegbaren Sensorkörper (52) aufweist, der mit dem Bauteil verbunden ist und ausgeführt ist, um sich mit dem Bauteil (20) zwischen Positionen nahe und entfernt von dem stationären Sensorkörper (32) zu bewegen, wobei der stationäre Sensorkörper (32) ausgebildet ist, um gegen eine Reibungskraft zu neuen stationären Position in einer Führungsbuchse (14) abhängig von einem Verschleiß des Fahrzeugmechanismus (80) verschiebbar zu sein, dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist: eine Schulterfläche (38), die ausgeführt ist, um mit einem freien Ende (24) des Bauteils (20) in Eingriff zu gelangen, um den Sensorkörper (32) zu den neuen stationären Positionen zu verschieben; und einen Detektorbereich (34), der einen Raum (42) aufweist, der ausgeführt ist, um den bewegbaren Sensorkörper (52) mit Spiel aufzunehmen.
Stationärer Sensorkörper nach Anspruch 3, der einen Basisbereich (36) aufweist, welcher ein Reibmittel (50) für einen Reibkontakt mit einer Innenwand (16) der Führungsbuchse (14) aufweist.
Stationärer Sensorkörper nach Anspruch 4, wobei das Reibmittel (50) eine dünnwandige Federbuchse (50) umfasst, die in der Umfangsrichtung gerippt ist und die den Basisbereich (36) für elastischen Reibkontakt mit der Innenwand (16) der Führungsbuchse (14) umgibt.
Bewegbarer Sensorkörper (52) für einen Positionssensor (30), der ausgeführt ist, um eine Positionsverlagerung eines Bauteils (20) zu erfassen, das in einem Aktuator (10) für einen Fahrzeugmechanismus (80) hin und her bewegbar ist, wobei der bewegbare Sensorkörper (52) mit dem Bauteil (20) verbunden ist, um sich mit dem Bauteil (20) zwischen Positionen nahe und entfernt von einem stationären Sensorkörper (32) zu bewegen, welcher ausgeführt ist, um gegen eine Reibungskraft zu neuen stationären Positionen in einer Buchse (14) abhängig von einem Verschleiß des Fahrzeugmechanismus (80) verschiebbar zu sein, dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist: einen Sensorstift (52), der ausgeführt ist, um mit Spiel in einem Raum (42) eines Detektorbereichs (34) des stationären Sensorkörpers (32) aufgenommen zu werden; und einen Kopf (60), der sich an einem Ende des Sensorkörpers (50) befindet und ausgeführt ist, um elastisch in einer Vertiefung (64) von dem Bauteil (20) derart eingespannt zu sein, dass der Sensorstift (52) begrenzt Schwenkbewegungen über dem Kopf (60) in dem Raum (42) ausgesetzt sein kann.
Aktuator, der einen beweglichen oder einen stationären Sensorkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
Automatikkupplung, die einen Aktuator mit einem Positionssensor oder einem bewegbaren oder einem stationären Sensorkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.