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Die Erfindung betrifft ein Ausrücksystem für eine Kupplung eines Kraftfahrzeuges, insbesondere in der Art eines hydraulischen Kupplungsaktors (HCA) mit einer Einrichtung zur Wegmessung und/oder Positionsbestimmung des Kolbens.
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Zur Wegbestimmung oder Positionserfassung in Kupplungsausrücksystemen kommen vielfach technische Lösungen zum Einsatz, die als Magnete ausgebildete Informationsgeber/Referenzgeber (Sensorelemente) im Zusammenwirken mit einem Sensor/einer Sensiereinrichtung verwenden. Üblicherweise ist der Magnet dem Kolben zugeordnet, der die bewegliche Komponente des fluidischen Zylinders darstellt, während der Sensor an dem in Bezug zum Kolben feststehenden Zylindergehäuse befestigt ist.
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Aus der Druckschrift
DE 103 16 422 A1 ist ein Kupplungsaktor bekannt, der aus einem Antriebsmotor wie z.B. einem Elektromotor besteht, wobei der Elektromotor über ein Getriebe, wie z. B. ein Schneckengetriebe, ein Stirnradgetriebe, ein Kurbelgetriebe oder ein Gewindespindelgetriebe usw., auf einen Geberzylinder wirkt. Diese Wirkung auf den Geberzylinder kann direkt oder über ein Gestänge erfolgen. Die Bewegung des Ausgangsteiles des Aktors, wie z. B. des Geberzylinderkolbens, wird mit einem Kupplungswegsensor detektiert, welcher die Position oder Stellung oder die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung einer Größe detektiert, welche proportional zur Position bzw. Einrückposition respektive der Geschwindigkeit oder Beschleunigung der Kupplung ist. Der Geberzylinder ist über eine Druckmittelleitung, wie z. B. eine Hydraulikleitung, mit dem Nehmerzylinder verbunden. Das Ausgangselement des Nehmerzylinders ist mit dem Ausrückmittel, z.B. einem Ausrückhebel wirkverbunden, so dass eine Bewegung des Ausgangsteiles des Nehmerzylinders bewirkt, dass das Ausrückmittel ebenfalls bewegt oder verkippt wird, um das von der Kupplung übertragbare Drehmoment anzusteuern. Der Aktor kann druckmittelbetätigbar sein, d.h., er kann einen Druckmittelgeber- und Nehmerzylinder aufweisen. Die Betätigung des Druckmittelgeberzylinders kann elektromotorisch erfolgen, wobei der als Antriebselement vorgesehene Elektromotor elektronisch angesteuert werden kann. Das Antriebselement des Aktors kann neben einem elektromotorischen Antriebselement auch ein anderes, beispielsweise druckmittelbetätigtes Antriebselement sein.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2010 049 618 A1 ist ein Aktor bekannt, bei dem ein Antrieb mit einem Getriebe mit einer Gewindespindel (beispielsweise einer Kugelgewindespindel) verwendet wird, die mittels eines Drehantriebs durch einen Elektromotor angetrieben wird, wodurch die Spindelmutter ein axial zu verlagerndes Bauteil in Form eines Kolbens zur Betätigung einer Reibungskupplung axial verlagert. Dabei baut der Kolben in einer von Gehäuse und Kolben gebildeten Druckkammer Druck auf, die über eine Druckleitung einen Nehmerzylinder betätigt, der eine auf diese Weise hydraulisch betätigte Reibungskupplung, axial beaufschlagt. Es wird ein Axialweg der Gewindespindel mittels einer Sensoreinrichtung, beispielsweise einem berührungslosen Sensor wie Magnetfeldsensor, switched Hall-Sensor oder dergleichen mit einem gehäusefest montierten Sensorteil und einem an der Gewindespindel angeordneten Sensorteil vorgesehen.
Das Befestigen des Magneten des Hall-sensors in die Gewindespindel, beispielsweise mittels Einkleben ist kostenaufwendig und bedeutet eine erschwerte Montage. Auch benötigen die Lösungen des Standes der Technik einen relativ großen Bauraum. Dieser ist häufig nicht vorhanden. Insbesondere trifft dies auf hydraulisch betätigte Doppelkupplungen zu, die meist als Doppel-CSC (Concentric Slave Cylinder) oder als eine Kombination aus CSC und Mehrkolbenausrücker aufgebaut sind.
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In der nachveröffentlichten Druckschrift
DE 10 2012 218 605 A1 ist ebenso ein hydraulischer Geberzylinder beschrieben. Hier ist das Target zur Wegmessung am beweglich gelagerten Kolben befestigt, während die Sensorik zur Detektion der Targetbewegung am Aktorgehäuse in Form einer Platine mit Spulen am Aktorgehäuse angeordnet ist.
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Auch hier erfolgt die Wegmessung üblicherweise berührungslos durch induktive Sensoren oder Hall-Sensoren, die z.B. an dem Gehäuse des Zylinders angebracht sind und die Bewegung der betätigten Kolben erfassen. Aus Bauraumgründen, axial und radial, ist es in den meisten Fällen nicht möglich, einen Sensor für den inneren Kolben zu platzieren.
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Nachteilig ist weiterhin, dass der Magnet exakt / wiederholbar und spielfrei zu dem Hall-Sensor geführt werden muss und dass der auf einer Sensorplatine integrierte Sensor sehr exakt positioniert und im einem Winkel von 90° auf der Grundplatine angebracht werden muss.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Ausrücksystem für eine Kupplung eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, bei welchem in einem begrenzten Bauraum eine einfache und kostengünstige Wegmessung/Positionsbestimmung des Kolbens möglich ist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das Ausrücksystem, welches für eine Kupplung eines Kraftfahrzeuges Anwendung findet, weist einen Antrieb auf, welcher über ein Getriebe mit einem in einem Gehäuse axial verschiebbar gelagerten Kolben in Wirkverbindung steht und wobei der Kolben bei Betätigung in einer von Gehäuse und Kolben gebildeten Druckkammer Druck aufbaut, wobei eine Sensorik zur Erfassung der Position des Kolbens vorhanden ist und erfindungsgemäß eine induktive Sensorik in das Ausrücksystem integriert ist, die einen gehäusefesten induktiven Sensor aufweist, mit dem die Position eines zu detektierenden elektrisch leitfähigen Objektes (Targets) erfassbar ist, wobei das Target in einer nicht erfindungsgemäßen Alternative in den Kolben oder erfindungsgemäß in ein komplementär zum Kolben axial verschiebbares Bauteil des Ausrücksystems integriert ist oder in Form zumindest eines Bereiches eines komplementär zum Kolben verschiebbaren Bauteils ausgebildet ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein absoluter induktiver Linarwegsensor geschaffen, der vorhandene Teile als Target nutzt oder das Target in vorhandene Teile integriert, wodurch zusätzliche Bauteile nicht erforderlich sind. Dies realisiert eine Verkleinerung der Toleranzkette, verringert den Montageaufwand und stellt eine robuste und kostengünstige Variante der Wegmessung des Kolbens zur Verfügung, wobei die Genauigkeitsanforderung der Positionierung von Target und Sensor geringer sind, als bei den nach dem Stand der Technik verwendeten Messsystem mit Magneten und Hall-Sensor und damit eine weitere Kostenreduzierung möglich ist.
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Dabei weist der Sensor eine Länge auf, die gewährleistet, dass das Target über den gesamten Messweg, der dem Stellweg des Kolbens entspricht, am Sensor vorbei bewegbar ist. Der Sensor ist dabei auf einer Sensorplatine angeordnet und im Wesentlichen axial ausgerichtet.
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Neben der nicht erfindungsgemäßen Anordnung des Targets im Kolben kann dieser auch außerhalb des Gehäuses z.B. an einem mit dem Kolben axial verstellbaren Gestänge angeordnet sein, wobei dass der Sensor in das Gehäuse oder in einen am Gehäuse befestigten Deckel integriert.
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Erfindungsgemäß ist das Target in ein mit dem Kolben axial bewegbares Bauteil des Getriebes integriert oder zumindest ein Bereich eines mit dem Kolben axial bewegbaren Bauteils des Getriebes bildet das Target.
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Besteht das Bauteil des Getriebes aus einen elektrisch leitfähigem Material, z.B. Stahl, bildet dieses oder ein Bereich von diesem Bauteil das Target. Besteht dieses Bauteil aus einem elektrisch nicht leitendem Werkstoff, z.B. aus Kunststoff, kann dieses mit dem Target versehen werden bzw. das Target darin integriert sein.
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Erfindungsgemäß ist das Getriebe in Form eines Planetenwälzgetriebes (PWG) mit einer über den Antrieb (vorzugsweise ein Elektromotor) antreibbaren Gewindespindel und damit kämmenden Planetenspindeln, die mit einem Innengewinde einer PWG-Hülse kämmen, wodurch die PWG-Hülse entlang der Längsachse des Ausrücksystems bewegbar ist, und mit einer PWG-Mutter, die mit einem dem Antrieb abgewandten Ende der PWG-Hülse in Wirkverbindung steht und eine Axialbewegung der PWG-Hülse auf den Kolben überträgt ausgebildet, wobei an dem dem Antrieb gegenüberliegenden Ende des Gehäuses eine Abdeckkappe angeordnet ist. Die beispielsweise aus Stahl bestehende PWG-Mutter bildet zumindest mit ihren radial nach außen weisenden Bereich das Target. Der z.B. auf der Sensorplatine angeordnete Sensor ist radial außen zur PWG-Mutter in die Abdeckkappe integriert.
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Alternativ kann auch die PWG-Hülse das Target bilden (wenn die PWG-Hülse aus elektrisch leitfähigen Material besteht) oder das Target in die PWG-Hülse integriert sein (wenn die PWG-Hülse nicht aus elektrisch leitfähigem Werkstoff besteht. In beiden Fällen wird der Sensor in dem Gehäuse oder in der Abdeckkappe angeordnet.
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Bei den PWG-Getrieben ist die PWG-Hülse über eine mit dem Kolben in Eingriff stehende Verdrehsicherung verdrehgesichert. Besteht die Verdrehsicherung aus elektrisch leitfähigem Material, z.B. aus Stahl kann diese als Target eingesetzt werden. Besteht die Verdrehsicherung aus Kunststoff, kann an dieser das Target befestigt bzw. integriert sein, bevorzugt am Führungsbereich der Verdrehsicherung im Kolben. Der Sensor wird bevorzugt in einer Ausnehmung des Kolbens, insbesondere der Führungsnut des Kolbens für die Verdrehsicherung angeordnet.
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Ist das Target in den aus Kunststoff bestehenden Kolben integriert, sitzt dieser bevorzugt im/am druckraumseitigen Ende des Kolbens.
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Bei allen Varianten sollte der Abstand zwischen Sensor und Target möglichst gering sein.
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Der auf der Sensorplatine angeordnete Sensor ist über einen Anschluss mit einer bevorzugt auf der Antriebsseite angeordneten Auswerteelektronik (die ebenfalls auf einer Platine angeordnet ist) verbunden, die von einem Elektronik-Gehäusedeckel ummantelt ist, der die gesamte Elektronikbaugruppe einschließlich Motorelektronik schützt.
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Befindet sich das Target an dem außerhalb des Gehäuses vorgesehenen Gestänge ist der Sensor vorteilhafter Weise in einem sich im Wesentlichen axial erstreckenden Sensordom des Elektronik-Gehäusedeckels angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht durch die Verwendung des induktiven Sensors die direkte Erfassung der Kolbenposition unter Messung der Position des Kolbens, wenn der Kolben das Target aufweist, oder unter Messung der Position zumindest eines analog/komplementär zum Kolben axial bewegbaren Teiles des PWG.
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Die Sensorplatine wird dabei vorzugsweise in vorhandenen Bauraum des Ausrücksystems integriert.
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Weiterhin wird der bisher erforderliche teure Magnet durch ein kostengünstigeres Target ersetzt. Wird dabei ein axial bewegbares Bauteil des Getriebes verwendet, ist kein zusätzliches Bauteil notwendig und das sehr aufwendige Konzept der Magnetführung wird nicht mehr benötigt, da das Target die zu erfassenden Teile selbst sind bzw. auf ihnen direkt das Target angebracht wird.
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Wenn ein (statisches) Aluminium-Gehäuse in der Umgebung stört, kann dies bei der Kalibrierung ausgeblendet werden. Meist besteht das Gehäuse jedoch aus Kunststoff.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Ausrücksystems,
- 2 dreidimensionale Außenansicht eines Ausrücksystems mit außerhalb des Gehäuses angeordnetem Target und Sensor, bei einer komplett eingefahrenen Position den hier nicht dargestellten Kolbens,
- 3 dreidimensionale Außenansicht des Ausschnitts des Bereiches mit Target und Sensor in einer komplett ausgefahrenen Position des hier nicht dargestellten Kolbens,
- 4 Längsschnitt des Ausrücksystems im Bereich des Kolbens mit eingezeichnetem Messweg s,
- 5 einen Teillängsschnitt gemäß 4 mit einem Target im Kolben und einer Sensorplatine im Gehäuse,
- 6 einen Teillängsschnitt gemäß 4 mit der PWG-Hülse als Target und einer Sensorplatine im Gehäuse,
- 7 einen Teillängsschnitt gemäß 4 mit einem Target in der Verdrehsicherung und einer Sensorplatine im Gehäuse,
- 8 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch das Kolben/Getriebesystems mit den angedeuteten Positionen des Targets der Varianten gem. der 5 bis 7,
- 9 einen Längsschnitt durch das Ausrücksystem, mit der PWG-Mutter als Target und einer in die Abdeckkappe integrierten Sensorplatine,
- 10 die dreidimensionale Außenansicht gemäß 9.
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In 1 ist der Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Ausrücksystems zur Erläuterung des prinzipiellen Aufbaus dargestellt. Das Ausrücksystem ist hier als Ausrücker in Form eines hydraulischen Kupplungsaktors (HCA) ausgebildet, bei dem ein Geberzylinder 1 mittels eines Antriebes in Form eines Elektromotors 2 über ein Getriebe 3 betätigbar ist.
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In dem Gehäuse 1.1 des Geberzylinders 1 ist ein Kolben 4 (Ringkolben) bei Betätigung des Elektromotors 2 über das Getriebe 3 axial verschiebbar angeordnet. Der Kolben 4 baut bei Betätigung in axialer Richtung, hier in Pfeilrichtung nach rechts, in einer von Gehäuse 1 und Kolben 4 gebildeten Druckkammer 5 Druck auf. Die Druckkammer 5 ist über einen Druckmittelanschluss 6 und eine nicht dargestellte Hydraulikleitung mit einem ebenfalls nicht dargestellten Nehmerzylinder verbunden, der über Ausrückmittel eine Kupplung betätigt (nicht dargestellt).
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Das Getriebe 3 ist in Form eines Planetenwälzgetriebes (PWG) mit einer über den Antrieb/Elektromotor 2 antreibbaren Gewindespindel 7 und damit kämmenden Planetenspindeln 8, die mit einem nicht bezeichneten Innengewinde einer PWG-Hülse 9 kämmen, wodurch die PWG-Hülse 9 entlang der Längsachse A bewegbar ist. An dem vom Elektromotor 2 abgewandten Ende der PWG-Hülse 9 ist eine PWG Mutter 10 angeordnet, die an der vom Druckraum 5 abgewandten Ende des Kolbens 4 anliegt und den Kolben 4 in Richtung zum Druckraum bei Betätigung des Elektromotors 2 bewegt. Zur Verdrehsicherung der PWG-Hülse weist diese eine Verdrehsicherung 11 auf, die mit radial nach außen weisenden Vorsprüngen 11.1 in axial verlaufende nicht bezeichnete Nuten der Gehäuses 1.1 eingreifen.
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Auf der Seite, auf welcher die PWG-Mutter 10 angeordnet ist, ist eine Abdeckkappe 12 angeordnet und an der gegenüberliegenden Seite des Ausrücksystems ist die Elektronikbaugruppe 13 vorgesehen, die mit einem Elektronik-Gehäusedeckel 14 angeordnet ist.
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Die Bestimmung der Position des Kolbens 4 erfolgt mittels eines induktiven Sensors 15 und eines Targets T gemäß der nachfolgenden Varianten, wobei das Target 14 in den Kolben oder ein anderes korrespondierend mit dem Kolben bewegtes Bauteil integriert ist oder durch ein bewegtes Bauteil gebildet wird.
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Eine erste Variante ist in den 2 und 3 dargestellt. Dabei sind Target T und der in eine Sensorplatine integrierte Sensor 15 außerhalb des Gehäuses 1.1 angeordnet.
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Das Target T ist in ein außerhalb des Gehäuses 1.1 mit dem Kolben 4 axial verstellbaren Gestänge 16 integriert und der Sensor 15 in einem sich im Wesentlichen axial erstreckenden Sensordom 17 des Elektronik-Gehäusedeckels 14. 3 zeigt das Target T im Gestänge 16 bei einer komplett eingefahrenen Position des hier nicht dargestellten Kolbens und 3 die dreidimensionale Außenansicht des Ausschnitts des Bereiches mit dem Target T und dem Sensor 15 in einer komplett ausgefahrenen Position des hier nicht dargestellten Kolbens. Bei seiner Axialbewegung bewegt sich das Target T entlang des Sensors 15, wodurch dessen Position und darüber die Position des Kolbens 4 bestimmbar ist.
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Ein Längsschnitt des Ausrücksystems im Bereich des aus Kunststoff bestehenden Kolbens 4 mit eingezeichnetem Messweg s ist in 4 dargestellt. Darauf basierende Varianten zur Bestimmung der Position des Kolbens 4 mit einer Sensorbaugruppe innerhalb des Geberzylinders 1 sind in den 5 bis 7 dargestellt.
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Gemäß 5 ist das Target T in das in Richtung zum Druckraum 5 gerichtete Ende des Kolbens 4 integriert und der Sensor 15 (auf einer nicht bezeichneten Platine) ist in geringen Abstand dazu in dem Gehäuse 1.1 angeordnet.
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Wenn die PWG Hülse 9 aus elektrisch leitendem Material (bevorzugt Strahl) besteht, kann diese auch wie in 6 dargestellt das Target T bilden, wobei der Sensor 15 in das Gehäuse 1.1 oder die Abdeckkappe integriert ist. Vollführen die PWG-Hülse 9 und damit der Kolben 4 eine Axialbewegung entlang der Längsachse A wird dies über den Sensor 15 detektiert und damit die Position des Kolbens 4 erfasst.
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Eine weitere in 7 dargestellte Variante zeigt einen in einen Vorsprung 11.1 der Verdrehsicherung 11 integrierten Target T, wenn die Verdrehsicherung 11 aus Kunststoff besteht. Der Sensor 15 ist auf der nicht bezeichneten Platine in eine Ausnehmung des Gehäuses 1.1 integriert. Vollführen die PWG-Hülse 9 und die Verdrehsicherung 11 und damit der Kolben 4 eine Axialbewegung entlang der Längsachse A wird dies ebenfalls über den Sensor 15 detektiert und die absolute Position des Kolbens 4 bestimmt.
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Eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Kolben 4 (Ringkolben und das Getriebe 3 mit den angedeuteten Positionen der Sensoren 15 mit ihren Sensorplatinen der
- - Variante V1 - dem Target im Kolben 4 zugeordnet gemäß 5,
- - Variante V2 - der PWG-Hülse 9 zugeordnet gemäß 6,
- - Variante V3 - dem Target in der Verdrehsicherung 11 zugeordnet gemäß 7,
wird in 8 verdeutlicht.
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9 zeigt einen Längsschnitt durch das Ausrücksystem, mit der PWG-Mutter 10 aus elektrisch leitfähigem Material, insbesondere Stahl, als Target T und einer in die Abdeckkappe 12 integrierten Sensorplatine mit dem Sensor 15, in der oberen Hälfte des Schnittes in ausgerückter und in der unteren Hälfte in der eingerückten Position des Kolbens 4 des Geberzylinders 1, wodurch der Stellweg s ersichtlich ist.
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Der Sensor 15 ist über eine elektrische Anbindung/einen Anschluss 18 beispielsweise in Form eines Kabels oder Stanzgitters mit einer auf der Antriebsseite angeordneten nicht bezeichnete Auswertelektronik verbunden, die in die Elektronikbaugruppe 13 integriert ist, welche von dem Elektronik-Gehäusedeckel 14 ummantelt ist.
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Die 10 verdeutlicht die Lage der Sensoren 15 in den Abdeckkappen 12. Es sind zwei Geberzylinder 1 in dem HCA miteinander kombiniert, die getrennt über jeweils einen Antrieb (Elektromotor - hier nicht sichtbar) betätigbar sind und zur Betätigung einer Doppelkupplung über einen entsprechenden Nehmerzylinder und zwei unabhängig voneinander betätigbare Ausrücklager (nicht dargestellt) dienen.
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In den vorgenannten Ausführungsbeispielen wird das Target T über den Messweg s am Sensor 15 vorbeibewegt und dadurch mit dem Sensor 15 die Position des Targets T und somit die absolute Position des Kolbens 4 erfasst.
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Der in die Sensorplatine integrierte Sensor 15 ist dabei im Wesentlichen axial ausgerichtet und weist eine Länge L und eine Position auf, die gewährleistet, dass das Target T über den gesamten Stellweg s am Sensor 15 entlang geführt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Geberzylinder
- 1.1
- Gehäuse
- 2
- Elektromotor
- 3
- Getriebe
- 4
- Kolben
- 5
- Druckkammer
- 6
- Druckmittelanschluss
- 7
- Gewindespindel
- 8
- Planetenspindeln
- 9
- PWG-Hülse
- 10
- PWG-Mutter
- 11
- Verdrehsicherung
- 11.1
- Vorsprünge
- 12
- Abdeckkappe
- 13
- Elektronikbaugruppe
- 14
- Elektronik-Gehäusedeckel
- 15
- Sensor
- 16
- Gestänge
- 17
- Sensordom
- 18
- Anschluss
- A
- Längsachse
- L
- Länge des Sensors 15
