DE20315735U1

DE20315735U1 - Vorrichtung zur Sensierung der axialen Stellung eines von zwei relativ zueinander bewegbaren Bauteilen bezüglich des anderen Bauteils

Info

Publication number: DE20315735U1
Application number: DE20315735U
Authority: DE
Original assignee: FTE Automotive GmbH
Current assignee: FTE Automotive GmbH
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2013-06-12

Abstract

Vorrichtung (16) zur Sensierung der axialen Stellung eines von zwei relativ zueinander bewegbaren Bauteilen bezüglich des anderen Bauteils, insbesondere eines Kolbens (12) bezüglich eines Zylindergehäuses (14) eines Geber- oder Nehmerzylinders (10) für eine hydraulische Kupplungsbetätigung für Kraftfahrzeuge, mit einem an dem einen Bauteil angeordneten magnetischen Signalelement (18) und mindestens einem an dem anderen Bauteil angeordneten magnetflußempfindlichen Sensor (20, 20'), mittels dessen die axiale Relativstellung des Signalelements (18) zum Sensor (20, 20') erfaßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sensor (20, 20') wenigstens ein bezüglich des Sensors (20, 20') ortsfestes Flußleitelement (22, 22') zugeordnet ist, welches sich an dem anderen Bauteil mindestens über den zu erfassenden Bereich von axialen Relativstellungen des Signalelements (18) zum Sensor (20, 20') erstreckt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Sensierung der axialen Stellung eines von zwei relativ zueinander bewegbaren Bauteilen bezüglich des anderen Bauteils gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Sensierung der axialen Stellung eines Kolbens bezüglich eines Zylindergehäuses eines Geber- oder Nehmerzylinders für eine hydraulische Kupplungsbetätigung für Kraftfahrzeuge, wie sie massenweise in der Automobilindustrie zum Einsatz kommen.
Eine herkömmliche hydraulische Kupplungsbetätigung für Kraftfahrzeuge hat einen an einen mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Ausgleichsbehälter angeschlossenen Geberzylinder, der beispielsweise über ein Kupplungspedal oder einen elektromotorischen Antrieb betätigt werden kann. Der Geberzylinder ist über eine Druckleitung mit einem Nehmerzylinder hydraulisch verbunden, so daß der durch Niedertreten des Kupplungspedals oder elektromotorische Verschiebung des Geberzylinderkolbens im Geberzylinder erzeugte Druck über die Flüssigkeitssäule in der Druckleitung auf den Nehmerzylinder übertragbar ist. Im Ergebnis wird das Ausrücklager der Kupplung über den Nehmerzylinderkolben mit einer Betätigungskraft beaufschlagt, um über einen Ausrückmechanismus die Kupplungsdruckplatte von der Kupplungsmitnehmerscheibe und somit den Motor vom Getriebe des Kraftfahrzeugs zu trennen. Auch sind hydraulische Kupplungsbetätigungen bekannt, bei denen der Ausrückmechanismus der Kupplung von einem damit wirkverbundenen Stell- oder Nehmerzylinder betätigt werden kann, der seinerseits über einen hydraulischen Servokreis angesteuert wird.
Bei derartigen hydraulischen Kupplungsbetätigungen für Kraftfahrzeuge wurde im Stand der Technik bereits vorgeschlagen, mittels geeigneter mechanischer, elektrischer oder magnetischer Einrichtungen die Stellung des Kolbens des Geber- oder Nehmerzylinders zu sensieren (z.B. US 4,705,151 , DE 41 20 643 A1 ), um mittelbar auf die Stellung der Kupplungsdruckplatte zurückzuschließen. Eine solche Sensierung ermöglicht zum einen eine Aussage über den Verschleißzustand der Kupplung. Zum anderen kann der Ein- bzw. Ausrückzustand der Kupplung ermittelt werden, so daß z.B. bei automatisierten Reibungskupplungen die Kupplungsbetätigung im gewünschten Maße automatisch gesteuert werden kann. Die Ergebnisse der Sensierung können schließlich auch für Sicherheitsvorkehrungen im Betrieb des Kraftfahrzeugs verwendet werden, beispielsweise dafür, daß das Kraftfahrzeug nur dann gestartet werden kann, wenn das Kupplungspedal niedergetreten wird.
In diesem Zusammenhang offenbart die DE 199 15 832 A1 einen Geberzylinder, der einen längsverschieblich in einem Gehäuse angeordneten Kolben aufweist. Am Kolben ist eine Ringnut ausgebildet, die zur Aufnahme eines Ringmagneten dient. Auf dem Gehäuse des Geberzylinders sitzt ein Aufnahmeteil, in dem zwei Hallschalter, eine zugehörige Auswerteelektronik sowie ein Anschlußkontaktteil angeordnet sind. Mittels der Hallschalter wird durch die Wandung des Zylindergehäuses hindurch die Stellung des Ringmagneten und damit die Stellung des Kolbens erfaßt, worauf das entsprechende Schaltsignal durch die Auswerteelektronik aufbereitet und sodann über das Anschlußkontaktteil zur weiteren Verarbeitung nach außen abgegeben wird.
Der dort beschriebene, einen Ringmagneten und zwei Hallschalter umfassende Stellungsgeber ist allerdings nur in der Lage, die jeweiligen Endstellungen des Kolbens zu erfassen. Zwischenstellungen oder der Weg des Kolbens indes können nicht erfaßt wer den, was aber erforderlich ist, wenn etwa eine exakte Aussage über den Verschleißzustand der Kupplung getroffen werden oder eine automatische Steuerung der Aus- bzw. Einrückbewegung erfolgen soll.
Entsprechendes gilt für den aus der DE 100 53 995 A1 bekannten Stellungsgeber an einem Tandem-Hauptzylinder eines Kraftfahrzeug-Bremssystems, der ein gehäuseseitiges Hallelement aufweist, das mit einem kolbenseitigen magnetischen Metallstift zusammenwirkt, um bei einer bestimmten Kolbenstellung ein Signal etwa zur Ansteuerung eines Bremslichts abzugeben.
Schließlich ist aus dem gattungsbildenden Fachartikel "Berührungslose, verschleißfreie Wegsensoren in Kupplungs- und Bremssystemen" von Houben, Hans; Marto, Arno; Wagner, Klaus; Gebert, Stefan und Wöhner, Steffen in ATZ 12/2002, Jahrgang 104, Seiten 1076 bis 1081, eine Sensorvorrichtung für insbesondere Kupplungszylinder bekannt, die einen am Zylindergehäuse angeordneten magnetflußempfindlichen Sensor in Form eines Hallsensors aufweist, welcher mit einem am Kolben angeordneten magnetischen Signalelement in Form eines stabförmigen Permanentmagneten zusammenwirkt, um die axiale Relativstellung des Permanentmagneten zum Hallsensor und somit die des Kolbens zum Zylindergehäuse zu erfassen.
Zwar ist die dort offenbarte Sensorvorrichtung in der Lage, beliebige Stellungen des Kolbens bezüglich des Zylindergehäuses oder den Weg des Kolbens zu erfassen. Hierfür ist gemäß diesem Stand der Technik jedoch ein langer Stabmagnet vorzusehen, der sich über den gesamten zu erfassenden Bereich von axialen Relativstellungen des Kolbens zum Zylindergehäuse durch den Kolben hindurch erstreckt. Dies erfordert einen im Verhältnis großen axialen Bauraum im Kolben zur Unterbringung des Stabmagneten, was auch zu einer unerwünschten Vergrößerung der Gesamtlänge des Zylinders führen kann. Hinzu kommt hier, daß der mechani schen Stabilität des Stabmagneten besondere Beachtung zu schenken ist, damit dieser z.B. bei der Montage des Stabmagneten im Kolben nicht zerbricht. Schon insofern darf der Stabmagnet nicht zu dünn ausgebildet werden. Eine dickere Ausgestaltung des Stabmagneten hingegen vergrößert in unerwünschter Weise den radialen Bauraum zur Unterbringung des Stabmagneten im Kolben, ganz zu schweigen von den damit verbundenen höheren Kosten für den Stabmagneten, die angesichts des massenhaften Einsatzes derartiger Sensorvorrichtungen ebenfalls unerwünscht sind.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfach aufgebaute Vorrichtung zur Sensierung der axialen Stellung eines von zwei relativ zueinander bewegbaren Bauteilen bezüglich des anderen Bauteils, insbesondere eines Kolbens bezüglich eines Zylindergehäuses eines Geber- oder Nehmerzylinders für eine hydraulische Kupplungsbetätigung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, mittels welcher Vorrichtung bei möglichst geringem Bauraumbedarf für die Vorrichtung beliebige axiale Relativstellungen zwischen den beteiligten Bauteilen bzw. deren Relativweg erfaßt werden können/kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte bzw. zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Schutzansprüche 2 bis 15.
Erfindungsgemäß ist bei einer Vorrichtung zur Sensierung der axialen Stellung eines von zwei relativ zueinander bewegbaren Bauteilen bezüglich des anderen Bauteils, insbesondere eines Kolbens bezüglich eines Zylindergehäuses eines Geber- oder Nehmerzylinders für eine hydraulische Kupplungsbetätigung für Kraftfahrzeuge, welche Vorrichtung ein an dem einen Bauteil angeordnetes magnetisches Signalelement und mindestens einen an dem anderen Bauteil angeordneten magnetflußempfindlichen Sensor aufweist, mittels dessen die axiale Relativstellung des magnetischen Signalelements zum magnetflußempfindlichen Sensor er faßbar ist, dem magnetflußempfindlichen Sensor wenigstens ein bezüglich des magnetflußempfindlichen Sensors ortsfestes Flußleitelement zugeordnet, welches sich an dem anderen Bauteil mindestens über den zu erfassenden Bereich von axialen Relativstellungen des magnetischen Signalelements zum magnetflußempfindlichen Sensor erstreckt.
Das dem magnetflußempfindlichen Sensor zugeordnete, bezüglich des magnetflußempfindlichen Sensors unbewegliche Flußleitelement der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung dient quasi der Bündelung der Feldlinien des Magnetfelds des magnetischen Signalelements, so daß sich im Verhältnis hohe Feldstärken H im Flußleitelement ergeben. Mit anderen Worten gesagt kommt es im Flußleitelement zu einer Konzentration des magnetischen Flusses Φ, dessen Dichte, d.h. die magnetische Flußdichte B mittels des magnetflußempfindlichen Sensors sensiert werden kann. Um so näher das magnetische Signalelement bei einer Bewegung entlang des Flußleitelements einem Meßpunkt am Flußleitelement kommt, an dem die magnetische Flußdichte B im Flußleitelement mittels des magnetflußempfindlichen Sensors sensiert wird, um so höher ist die sensierte magnetische Flußdichte B.
Kommt etwa ein Hallsensor mit einem Hallelement aus z.B. Silizium als magnetflußempfindlicher Sensor zum Einsatz, was bevorzugt ist, weil die zugehörige Auswerteelektronik in der Halbleiterfertigung auf einfache und somit kostengünstige Weise mit integriert werden kann, kommt es infolge des durch das Flußleitelement gebündelten Magnetfelds des magnetischen Signalelements an dem von einem elektrischen Strom durchflossenen Hallelement zu einer Ablenkung der Ladungsträger im Hallelement. Durch diese Verschiebung der Ladungsträger im Hallelement entstehen Potentialunterschiede an dem Stromverlauf durch das Hallelement parallelen Elektroden, an denen diese Potentialunterschiede als Quer- oder Hallspannung U_H abgegriffen werden können. Diese Hallspannung U_H ist bei konstanter Stromstärke I des das Hallelement durchfließenden Stroms direkt proportional zur magnetischen Flußdichte B im Flußleitelement.
Aus den obigen Ausführungen ergibt sich, daß bei der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mittels des magnetflußempfindlichen Sensors die magnetische Flußdichte B im Flußleitelement sensiert werden kann, die wiederum ein Maß für den axialen Abstand zwischen dem magnetischen Signalelement und dem magnetflußempfindlichen Sensor darstellt, so daß die axialen Relativstellungen des magnetischen Signalelements zum magnetflußempfindlichen Sensor kontinuierlich erfaßt werden können oder, mit anderen Worten gesagt, hier eine Erfassung des Relativwegs möglich ist, und das mit nur wenigen Bauteilen. Dabei gestattet die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Sensorvorrichtung die Verwendung eines im Vergleich zum gattungsbildenden Stand der Technik kleinen Magneten, der eine nur sehr kurze axiale Baulänge aufweisen kann und sich nicht über den gesamten zu erfassenden Bereich von axialen Relativstellungen zwischen den beteiligten Bauteilen erstrecken muß. Die im gattungsbildenden Stand der Technik vorgesehenen langen Stabmagneten sind im Ergebnis entbehrlich, so daß auch die damit verbundenen Nachteile vermieden werden können.
Der Umstand, daß sich bei der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung das Flußleitelement an dem anderen Bauteil mindestens über den zu erfassenden Bereich von axialen Relativstellungen des magnetischen Signalelements zum magnetflußempfindlichen Sensor erstreckt, ist hierbei dem Erhalt eindeutiger Sensorsignale förderlich. Dies deshalb, weil somit im Meßbereich der Sensorvorrichtung stets eine axiale Überdeckung von Signalelement und Flußleitelement gegeben ist, wodurch auf einfache Weise ein solcher Vorzeichenwechsel des erfaßten Magnetfelds verhindert wird, der auftreten würde, wenn sich das magnetische Signalelement im Meßbereich der Sensorvorrichtung relativ zum magnetflußempfindlichen Sensor in axialer Richtung über das Flußleit element hinaus bewegen könnte. Andersherum ausgedrückt bestimmt bei der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung der gewünschte Meßbereich nicht mehr die Länge des Magneten, wie beim gattungsbildenden Stand der Technik, sondern die Länge des u.a. ungleich kostengünstigeren Flußleitelements. Dadurch erschließen sich der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung auch Anwendungsgebiete, die vorher meist aufwendigen spulengebundenen, d.h. induktiv arbeitenden Sensorvorrichtungen vorbehalten waren, wobei die erfindungsgemäße Ausbildung der Sensorvorrichtung induktiv arbeitenden Sensorvorrichtungen gegenüber den zusätzlichen Vorteil hat, daß axiale Relativbewegungen des Signalelements zum Sensor zuverlässig auch bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten erfaßt werden können.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ist schließlich darin zu sehen, daß diese im Gegensatz zu der gattungsbildenden Sensorvorrichtung mit deren langen Stabmagneten auch zuverlässig arbeitend an Kolben-Zylinder-Anordnungen eingesetzt werden kann, deren Kolben bezüglich des Zylindergehäuses in Abhängigkeit von der axialen Kolbenstellung um einen bestimmten Winkelbetrag bezüglich der Längsachse des Zylindergehäuses verkippt, wie sie etwa in der DE 43 31 241 A1 der Anmelderin beschrieben werden.
Grundsätzlich sind für das magnetische Signalelement beliebige Magneten denkbar, etwa auch ein Elektromagnet. Bevorzugt wird jedoch eine Ausgestaltung, bei der es sich bei dem magnetischen Signalelement um einen Permanentmagneten handelt, der in vorteilhafter Weise keine Energiezufuhr zum Aufbau eines Magnetfelds benötigt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Permanentmagneten um einen sehr kompakt bauenden Ringmagneten. Andere Magnetgeometrien, z.B. ein kleiner quader- oder würfelförmiger Magnet, sind den jeweiligen Einbauerfordernissen entsprechend aber ebenfalls denkbar.
Prinzipiell kann für den magnetflußempfindlichen Sensor jeder Sensor eingesetzt werden, der, wie der Name schon sagt, in der Lage ist, den Magnetfluß im Flußleitelement bzw. eine Änderung desselben zu erfassen. So könnten etwa auch magnetoresistive Sensoren eingesetzt werden. Bevorzugt wird jedoch der Einsatz von Hallsensoren, welche die oben schon angesprochenen Vorteile besitzen. Solche Hallsensoren sind heutzutage auch in programmierbarer Form relativ kostengünstig im Handel erhältlich. Programmierbare Hallsensoren können in vorteilhafter Weise den jeweiligen Erfordernissen entsprechend eine Linearisierung und/ oder eine Temperaturkompensation an einer Wegkennlinie durchführen, leicht an die verschiedensten Schnittstellen angepaßt werden, ja ggf. sogar eine Teaching-Funktion besitzen, so daß die Wegkennlinie z.B. hinsichtlich der Festlegung der Anfangs- und Endpunkte, der Steigung und der Verstärkung der Signale optimal an die jeweilige Applikation angepaßt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung kann das Flußleitelement aus einem Blechabschnitt aus einem geeignet magnetisierbaren Material, wie einem ferromagnetischen Dynamoblechabschnitt bestehen. Neben Bauraumvorteilen, die ein Blechabschnitt, d.h. ein in Dickenrichtung gegenüber seiner Breiten- und Längenrichtung sehr viel kleinerer Materialabschnitt mit sich bringt, hat ein Blechabschnitt noch den Vorteil, daß er den jeweiligen Erfordernissen entsprechend leicht an die Geometrie der Bauteile angepaßt werden kann, deren Relativbewegung erfaßt werden soll. So kann etwa bei dem hier bevorzugten, wenngleich die Erfindung nicht einschränkenden Anwendungsgebiet der Erfindung, nämlich der Sensierung der axialen Stellung eines Kolbens bezüglich eines Zylindergehäuses eines Geber- oder Nehmerzylinders für eine hydraulische Kupplungsbetätigung für Kraftfahrzeuge, das Flußleitelement in einfacher Weise durch Biegen des Blechabschnitts der Krümmung des Zylindergehäuses oder des Kolbens angepaßt werden, was wiederum insbesondere dem Erhalt eines nur geringen Bauraumbedarfs für die Sensorvorrichtung förderlich ist.
Grundsätzlich ist es denkbar, daß sich das Flußleitelement beispielsweise in einer Richtung erstreckt, die mit der Richtung der axialen Relativbewegung des einen Bauteils bezüglich des anderen Bauteils einen vorbestimmten Winkel einschließt. Bevorzugt wird jedoch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung, bei der sich das Flußleitelement im wesentlichen in Richtung der axialen Relativbewegung des einen Bauteils bezüglich des anderen Bauteils erstreckt, d.h. in Bewegungsrichtung liegt, weil dies zum einen den radialen Bauraumbedarf der Sensorvorrichtung minimiert. Zum anderen gestaltet sich bei einer solchen Ausbildung der Sensorvorrichtung die Auswertung des mittels des magnetflußempfindlichen Sensors erhaltenen, für die magnetische Flußdichte B im Flußleitelement repräsentativen Signals einfacher.
Wenn der magnetflußempfindliche Sensor an dem zugeordneten Flußleitelement anliegt, vorzugsweise flächig anliegt, steht ein sehr guter Pegel des für die Flußdichte B im Flußleitelement repräsentativen Signals zu erwarten. Gleichwohl könnte der magnetflußempfindliche Sensor aber auch den jeweiligen Einbauerfordernissen entsprechend vom Flußleitelement beabstandet angeordnet sein, wobei der Abstand im Hinblick auf eine einwandfreie Signalauswertung allerdings möglichst klein sein sollte.
Vorteilhaft kann der magnetflußempfindliche Sensor an einem der Längsenden des Flußleitelements auf einer Längsfläche des Flußleitelements aufliegen. Die endseitige Anordnung des magnetflußempfindlichen Sensors am Flußleitelement hat hierbei den Vorteil, daß der Verlauf des für die magnetische Flußdichte B im Flußleitelement und somit für die Relativbewegung des magnetischen Signalelements zum Flußleitelement repräsentativen Signals über dem Weg bei einer axialen Annäherung des magneti schen Signalelements an den magnetflußempfindlichen Sensor stetig steigt oder stetig fällt wenn sich das magnetische Signalelement in axialer Richtung vom magnetflußempfindlichen Sensor entfernt, so daß das Signal einfach auszuwerten ist. Bei etwa einer mittigen Anordnung des magnetflußempfindlichen Sensors bezüglich des Flußleitelements, welche prinzipiell ebenfalls möglich wäre, müßte bei der Auswertung des Signals auf geeignete Weise mit berücksichtigt werden, von welcher Seite sich das magnetische Signalelement dem magnetflußempfindlichen Sensor nähert bzw. nach welcher Seite sich das magnetische Signalelement vom magnetflußempfindlichen Sensor entfernt, was die Signalauswertung komplizierter machen würde.
Alternativ zu einer endseitigen Auflage des magnetflußempfindlichen Sensors auf dem Flußleitelement könnte der magnetflußempfindliche Sensor zweckmäßig auch an einer längsendseitigen Stirnfläche des Flußleitelements anliegen, wo dies im Hinblick auf den vorhandenen Bauraum wünschenswert oder erforderlich ist.
In einer anderen Alternative der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung kann vorgesehen sein, daß das Flußleitelement in Längsrichtung in zwei Abschnitte unterteilt ist, zwischen denen der magnetflußempfindliche Sensor eingefügt ist, wodurch der magnetflußempfindliche Sensor vorteilhaft direkt in dem im Flußleitelement konzentrierten magnetischen Fluß liegt. Liegt der magnetflußempfindliche Sensor demgemäß im Hauptfluß bzw. im Bereich der höchsten Feldstärke im Flußleitelement, so ist dies dem Erhalt eines für die magnetische Flußdichte B im Flußleitelement repräsentativen Signals von hoher Signalstärke förderlich. Zweckmäßig können sich hierbei auch die zwei Abschnitte des Flußleitelements jeweils zum magnetflußempfindlichen Sensor hin verjüngen.
Wenn für bestimmte technische Anwendungen eine Redundanz der Sensorsignale wünschenswert oder erforderlich ist, können zwei magnetflußempfindliche Sensoren vorgesehen sein. Im Hinblick auf die oben geschilderten, mit einer endseitigen Anordnung des magnetflußempfindlichen Sensors am Flußleitelement verbundenen Vorteile kann die Anordnung hierbei in kompakter, den benötigten Bauraum nicht oder nur kaum vergrößernder Weise so getroffen sein, daß der eine magnetflußempfindliche Sensor an einem Längsende des Flußleitelements angeordnet ist, während der andere magnetflußempfindliche Sensor an dem anderen Längsende des Flußleitelements angeordnet ist. Grundsätzlich ist aber auch eine parallele Anordnung der zwei magnetflußempfindlichen Sensoren an einem Ende des Flußleitelements denkbar.
Auch können zwei Flußleitelemente vorgesehen sein, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und zwischen denen der magnetflußempfindliche Sensor eingefügt ist. Zwar ist bei dieser Ausgestaltung der Sensorvorrichtung das erfaßte, für die magnetische Flußdichte B in den Flußleitelementen repräsentative Signal im Vergleich zu einer Ausführung mit nur einem Flußleitelement schwächer. Dafür sorgen die zwei Flußleitelemente aber in vorteilhafter Weise für eine Linearisierung des über dem Relativweg des magnetischen Signalelements zum magnetflußempfindlichen Sensor aufgetragenen Signals, was die Auswertung des Signals vereinfacht.
In einer bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung kann das magnetische Signalelement, vorzugsweise ein Ringmagnet an einem Kolben eines Geber- oder Nehmerzylinders für eine hydraulische Kupplungsbetätigung für Kraftfahrzeuge angebracht sein, wie es z.B. aus der DE 202 08 568 U1 der Anmelderin bekannt ist und sich bereits in der Serienfertigung bewährt hat, während der magnetflußempfindliche Sensor mit dem zugeordneten Flußleitelement an einem Zylindergehäuse des Geber- oder Nehmerzylinders angebracht ist. Prinzipiell könnte die Anordnung zwar auch umgekehrt getroffen sein, mit dem magnetischen Signalelement am Zylindergehäuse und dem magnetflußempfindlichen Sensor samt zugeordnetem Flußleitelement am Kolben. Letztere Anordnung aber könnte u.U. wieder zu Bauraumproblemen am Kolben führen. Außerdem wäre hier das Signal des magnetflußempfindlichen Sensors vom Kolben abzuführen und eine Stromversorgung zum magnetflußempfindlichen Sensor am Kolben zu gewährleisten, was eine im Grunde unerwünschte Leitungsführung zum Kolben als dem bewegten Bauteil erfordern würde.
Schließlich können bei dieser bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung der magnetflußempfindliche Sensor und das zugeordnete Flußleitelement vorteilhaft in einem gemeinsamen Sensorgehäuse untergebracht sein, welches – wie es beispielsweise die DE 201 16 818 U1 der Anmelderin beschreibt – an vorbestimmter Stelle an dem Zylindergehäuse des Geber- oder Nehmerzylinders befestigt werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten, teilweise schematischen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen•
1 eine abgebrochene Längsschnittansicht eines einen Kol-ben und ein Zylindergehäuse aufweisenden Geberzylinders für eine hydraulische Kupplungsbetätigung für Kraftfahrzeuge, an dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Sensierung der axialen Stellung des Kolbens bezüglich des Zylindergehäuses montiert ist, die ein kolbenseitiges magnetisches Signalelement und einen zylindergehäuseseitigen magnetflußempfindlichen Sensor mit zugeordnetem Flußleitelement umfaßt,
2 eine Schnittansicht des Geberzylinders gemäß 1 entsprechend der Schnittverlaufslinie II-II in 1,
3 eine perspektivische Darstellung des Geberzylinders gemäß 1,
4 ein Diagramm zu der Sensorvorrichtung gemäß den 1 bis 3, in dem die magnetische Flußdichte B [mT] im Flußleitelement über dem Weg s [mm] des magnetischen Signalelements aufgetragen ist, den dieses relativ zum magnetflußempfindlichen Sensor zurücklegen kann, wobei der magnetflußempfindliche Sensor am Meßpunkt 41,5 mm am Flußleitelement angeordnet ist, um den darin vom Magnetfeld des magnetischen Signalelements bewirkten Magnetfluß zu erfassen,
5 eine prinzipielle Darstellung der Sensorvorrichtung gemäß den 1 bis 3 mit einem Diagramm, in dem über dem vom magnetischen Signalelement relativ zum magnetflußempfindlichen Sensor zurückgelegten Weg s eine vom magnetflußempfindlichen Sensor abgegebene Ausgangsspannung U aufgetragen ist, die der magnetflußempfindliche Sensor aus dem Verlauf der magnetischen Flußdichte B gemäß 4 gewinnen kann,
6 eine abgebrochene Darstellung des Magnetfelds des magnetischen Signalelements der Sensorvorrichtung gemäß den 1 bis 5, die veranschaulicht, wie das dem magnetflußempfindlichen Sensor zugeordnete Flußleitelement die Feldlinien des Magnetfelds des magnetischen Signalelements bündelt,
7 eine prinzipielle Darstellung einer Sensorvorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zugehörigem Spannungs-Weg-Verlauf (U = f (s)), wobei die Darstellungsweise der von 5 entspricht,
8 eine prinzipielle Darstellung einer Variante der Sensorvorrichtung gemäß 7 mit zugehörigem Spannungs-Weg-Verlauf (U = f (s)), wobei die Darstellungsweise wiederum der von 5 entspricht, und
9 eine prinzipielle Darstellung einer Sensorvorrichtung nach noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zugehörigem Spannungs-Weg-Verlauf (U = f (s)), wobei die Darstellungsweise nochmals der von 5 entspricht.
Die 1 bis 3 zeigen exemplarisch für einen möglichen Anwendungsort der vorliegenden Erfindung einen Geberzylinder 10 für eine hydraulische Kupplungsbetätigung für Kraftfahrzeuge, der einen hier in seiner Grundstellung dargestellten Kolben 12 hat, welcher längsverschieblich in einem Zylindergehäuse 14 aufgenommen ist. Mit 16 ist allgemein eine Sensorvorrichtung zur Sensierung der axialen Stellung des Kolbens 12 bezüglich des Zylindergehäuses 14 beziffert, die ein hier am Kolben 12 angeordnetes magnetisches Signalelement in Form eines ringförmigen Permanentmagneten, kurz Ringmagnet 18, sowie einen hier am Zylindergehäuse l4 angeordneten magnetflußempfindlichen Sensor in Form eines Hallsensors 20 aufweist, mittels dessen die axiale Relativstellung des Ringmagneten 18 zum Hallsensor 20 auf noch zu beschreibende Weise erfaßt werden kann. Wesentlich ist, daß, wie nachfolgend ebenfalls noch näher erläutert werden wird, dem Hallsensor 20 wenigstens ein bezüglich des Hallsensors 20 ortsfestes Flußleitelement 22 zugeordnet ist, welches sich an dem Zylindergehäuse 14 zumindest über den zu erfassenden Bereich von axialen Relativstellungen des Ringmagneten 18 zum Hallsensor 20 erstreckt.
Wie insbesondere die 1 und 3 zeigen, weist das im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem NE-Metall wie einer Aluminiumlegierung gefertigte Zylindergehäuse 14 an seinem in 1 linken Ende einen Druckanschluß 24 auf, über den der Geberzylinder 10 mit einem Nehmerzylinder (nicht dargestellt) verbunden werden kann. Das Zylindergehäuse 14 ist ferner, wie den 2 und 3 zu entnehmen ist, in Längsrichtung im wesentlichen mittig mit zwei auf gegenüberliegenden Seiten ausgebildeten Befestigungsflanschen 26 zur Montage an etwa einem Pedalbock (nicht gezeigt) sowie einem in den 1 und 2 unten dargestellten Nachlaufanschluß 28 versehen. Über den Nachlaufanschluß 28 kann der Geberzylinder 10 an einen Nachlaufbehälter (nicht dargestellt) angeschlossen werden. Der Nachlaufanschluß 28 hat einen Nachlaufkanal 30, der in einer Druckausgleichsbohrung 32 sowie einer Nachlaufbohrung 34 mündet.
An der in den 1 und 2 oberen Seite weist das Zylindergehäuse 14 eine ebene Auflagefläche 36 für ein hier aus Kunststoff bestehendes Sensorgehäuse 38 auf, in dem u.a. der Hallsensor 20 und das zugeordnete Flußleitelement 22 untergebracht sind. An der Auflagefläche 36 des Zylindergehäuses 14 liegt das Sensorgehäuse 38 in dem in den 1 bis 3 gezeigten montierten Zustand der Sensorvorrichtung 16 flächig an. Die Befestigung des Sensorgehäuses 38 an dem Zylindergehäuse 14 erfolgt in dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel an vorbestimmter Stelle des Zylindergehäuses 14 mittels Schrauben 40, die in zugeordnete Gewindebohrungen (nicht gezeigt) des Zylindergehäuses 14 eingeschraubt sind und dabei Befestigungsflansche 42 des Sensorgehäuses 38 durch- und hintergreifen. Als Alternative zu dieser Befestigung könnte das Sensorgehäuse 38 auch mittels einer Schnappverbindung mit dem Zylindergehäuse 14 verrastet sein, wie sie in der DE 201 16 818 U1 der Anmelderin näher beschrieben wird, auf die diesbezüglich hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
An dem in 1 rechten Ende hat das Zylindergehäuse 14 einen Flanschabschnitt 44 mit einer außenumfangsseitig eingebrachten Radialnut 46, die der Befestigung einer elastomeren Schutzkappe 48 dient. Das in 3 rechte Ende der faltenbalgartig ausgebildeten Schutzkappe 48 ist an einem Druckbolzen 50 festgelegt, der auf der in 3 rechten Seite fest mit einem Druckbolzenkopf 52 verbunden ist, welcher ein Anschlußauge 54 zum Anschluß an ein Kupplungspedal (nicht dargestellt) aufweist. Das in 1 linke Ende des Druckbolzens 50 ist mit einem Kugelkopf 56 versehen, über den der Druckbolzen 50 schwenkbar aber zug- und druckfest mit dem hier aus Kunststoff bestehenden Kolben 12 verbunden ist.
Der in einer zylindrischen Sackbohrung 58 des Zylindergehäuses 14 längsverschieblich aufgenommene Kolben 12 ist mittels einer geschlitzten Anschlagscheibe 60 in dem Zylindergehäuse 14 gesichert, die ihrerseits mittels eines Sicherungsrings 62 an einem Absatz 64 des Zylindergehäuses 14 befestigt ist. Die Anschlagscheibe 60 wirkt mit einem an dem Druckbolzen 50 vorgesehenen Zuganschlag 66 sowie einem ebenfalls am Druckbolzen 50 angebrachten Druckanschlag (nicht dargestellt) zusammen, um den Hub des Kolbens 12 im Zylindergehäuse 14 zu begrenzen.
Der Kolben 12 hat im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei im wesentlichen zylindrische Abschnitte 68, 70, die über einen Verbindungsabschnitt 72 miteinander verbunden sind. Jeder der zylindrischen Abschnitte 68, 70 ist außenumfangsseitig mit einer Radialnut 74, 76 versehen, von denen die in 1 linke Radialnut 74 der Aufnahme eines Primärdichtelements 78 in der Form eines elastomeren Nutrings dient, während in der in 1 rechten Radialnut 76 ein Sekundärdichtelement 80 – ebenfalls in der Form eines elastomeren Nutrings – aufgenommen ist. In 1 sind die Dichtelemente 78 bzw. 80 zur Vereinfachung der Darstellung im unverformten Zustand gezeigt. Das Primärdichtelement 78 begrenzt in an sich bekannter Weise einen mit dem Druckanschluß 24 kommunizierenden Druckraum 82 im Zylindergehäuse 14, während ein zwischen dem Außenumfang des Kolbens 12 und der Wandung der Sackbohrung 58 vorgesehener Nachlaufraum 84 in an sich bekannter Weise von dem Primärdichtelement 78 in 1 nach links und dem Sekundärdichtelement 80 in 1 nach rechts begrenzt wird.
Der Verbindungsabschnitt 72 des Kolbens 12 ist schließlich angrenzend an den zylindrischen Abschnitt 68 mit einer Querbohrung 86 versehen, in der eine sich durch den zylindrischen Abschnitt 68 hindurch erstreckende Längsbohrung 88 mündet. Auf der in 1 linken Seite der Längsbohrung 88 schließt sich ein an sich bekanntes zentrales Nachsaugventil 90 an, dessen elastomerer Ventilkörper 92 mittels einer an der druckraumseitigen Stirnfläche des Kolbens 12 angebrachten, ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Haltekappe 94 in axialer Richtung bewegbar am Kolben 12 gehalten ist. Die Haltekappe 94 dient zugleich der spielfreien Befestigung des Ringmagneten 18 am Kolben 12, wie es in der DE 202 08 568 U1 der Anmelderin ausführlich beschrieben wird, auf die hiermit bezüglich der Ausbildung und der Funktion der Haltekappe 94 sowie des zentralen Nachsaugventils 90 ausdrücklich Bezug genommen wird.
In dem in der hydraulischen Kupplungsbetätigung montierten, befüllten Zustand des Geberzylinders 10 kommuniziert der Druckraum 82 in der in 1 dargestellten Grundstellung des Kolbens 12 über die Druckausgleichsbohrung 32 und den Nachlaufkanal 30 mit dem Nachlaufbehälter (nicht dargestellt) sowie über das Nachsaugventil 90, die Längsbohrung 88 und die Querbohrung 86 mit dem Nachlaufraum 84. Der Nachlaufraum 84 selbst ist über die Nachlaufbohrung 34 und den Nachlaufkanal 30 mit dem Nachlaufbehälter verbunden. Wird nun der Kolben 12 über das an dem Druckbolzenkopf 52 angelenkte Kupplungspedal (nicht gezeigt) in das Zylindergehäuse 14 hinein, d.h, in 1 nach links verschoben, so überfährt das Primärdichtelement 78 die Druckausgleichsbohrung 32 und unterbricht somit die hydraulische Verbindung zwischen dem Druckraum 82 und dem Nachlaufbehälter. Durch den sich im Druckraum 82 aufbauenden Druck wird der Ventilkörper 92 des Nachsaugventils 90 gegen den Kolben 12 gedrückt und verhindert somit ein Abströmen der Hydraulikflüssigkeit über die Längsbohrung 88 und die Querbohrung 86 in den Nachlaufraum 84, der nun über die Nachlaufbohrung 34 und die Druckausgleichsbohrung 32 mit dem Nachlaufbehälter verbunden ist. Der sich im Druckraum 82 einstellende Druck wird über den Druckanschluß 24 und die Flüssigkeitssäule zwischen dem Geberzylinder 10 und dem am Druckanschluß 24 angeschlossenen Nehmerzylinder (nicht dargestellt) übertragen, um an der mit dem Nehmerzylinder wirkverbundenen Trockenreibkupplung (nicht gezeigt) eine Ausrückkraft aufzubringen. Die axiale Bewegung des Kolbens 12 ist hierbei durch Sensierung des über die Haltekappe 94 am Kolben 12 befestigten Ringmagneten 18 mittels der am Zylindergehäuse 14 fest angebrachten, den Hallsensor 20 und das zugeordnete Flußleitelement 22 umfassenden Sensoranordnung durch die Wandung des Zylindergehäuses 14 hindurch erfaßbar, wie nachfolgend noch näher beschrieben werden wird.
Wird die Kupplung gelöst, so wird durch die Rückstellkraft der Kupplung die Flüssigkeitssäule in den Geberzylinder 10 zurückverschoben. Eilt, wie es z.B. durch eine Rückholfeder (nicht dargestellt) am Kupplungspedal verursacht werden kann, der dann über den Druckbolzen 50 gezogene Kolben 12 des Geberzylinders 10 dieser Rückströmbewegung vor, entsteht im Druckraum 82 des Geberzylinders 10 und im Leitungssystem zum Nehmerzylinder ein Unterdruck. Infolge der Druckdifferenz, die dann zwischen den beiden Seiten des Ventilkörpers 92 des Nachsaugventils 90 herrscht, hebt der axial verschiebbare Ventilkörper 92 vom Kolben 12 ab und öffnet die Längsbohrung 88 im Kolben 12. In den Druckraum 82 strömt sodann Hydraulikflüssigkeit vom Nachlaufraum 84 über die Querbohrung 86 und die Längsbohrung 88 im Kolben 12. Sobald die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Ventilkörpers 92 ausgeglichen ist, strömt die überflüssige Menge der so eingeströmten Hydraulikflüssigkeit durch die inzwischen wieder offene, d.h. vom Primärdichtelement 78 in 1 nach rechts überfahrene Druckausgleichsbohrung 32 in den Ausgleichsbehälter zurück.
Weitere Einzelheiten der den Hallsensor 20 und das zugeordnete Flußleitelement 22 umfassenden Sensoranordnung der Sensorvorrichtung 16 sind insbesondere den 1 und 2 zu entnehmen. Demgemäß hat das Sensorgehäuse 38 einen im wesentlichen L-förmigen Querschnitt, mit einem im wesentlichen quaderförmigen Grundabschnitt 96 und einem sich an den Grundabschnitt 96 anschließenden Verbindungsabschnitt 98. Der Grundabschnitt 96 des Sensorgehäuses 38 liegt flächig an der Auflagefläche 36 des Zylindergehäuses 14 an und dient der geschützten Aufnahme des Hallsensors 20 samt zugeordnetem Flußleitelement 22. Der gegenüber dem Grundabschnitt 96 mittels einer Rippe 99 abgestützte Verbindungsabschnitt 98 des Sensorgehäuses 38 weist eine an sich bekannte Steckerfassung 100 auf, in der ein Stecker (nicht dargestellt) vermittels einer Schnappverbindung befestigt werden kann, um die Sensoranordnung mit Strom zu versorgen und Sensorsignale von der Sensoranordnung abzuleiten.
Wie die 1 und 2 ferner zeigen, handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel bei dem Flußleitelement 22 um einen ebenen und in einer Draufsicht gesehen rechteckigen Blechabschnitt aus einem geeignet magnetisierbaren Material, wie ein ferromagnetischer Dynamoblechabschnitt. Das Flußleitelement 22 liegt mit seiner in den 1 und 2 unteren Längsfläche 102 flächig an einer Bodenwand 104 des Grundabschnitts 96 des Sensorgehäuses 38 an und ist an dieser auf geeignete Weise – im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Klebeverbindung (Klebstoffraupen 106 in 2) – befestigt. Hierbei ist die Anordnung so getroffen, daß sich das Flußleitelement 22 im wesentlichen in Richtung der axialen Relativbewegung des Kolbens 12 bezüglich des Zylindergehäuses 14 erstreckt oder, mit anderen Worten gesagt, im wesentlichen in Richtung der Mittelachse der Sackbohrung 58 im Zylindergehäuse 14 und parallel zu dieser liegt.
Der Hallsensor 20 liegt an dem ihm zugeordneten Flußleitelement 22 an. Genauer gesagt liegt der Hallsensor 20 bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel an dem in 1 rechten Längsende des Flußleitelements 22 auf der in den 1 und 2 oberen Längsfläche 108 des Flußleitelements 22 auf, und zwar etwas außerhalb des zu erfassenden Bereichs von axialen Relativstellungen des Ringmagneten 18 zum Hallsensor 20. Hier sei in Erinnerung gerufen, daß der Kolben 12 in der in 1 gezeigten Grundstellung schon seine in 1 am weitesten rechts liegende Stellung eingenommen hat. Zweckmäßig ist der Hallsensor 20 in Richtung des Flußleitelements 22 oder quer dazu ausgerichtet. Da der Aufbau und die Funktion von Hallsensoren allgemein bekannt sind und in der Beschreibungseinleitung, soweit für das Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig, bereits beschrieben wurden, sind weitere Ausführungen hierzu an dieser Stelle entbehrlich.
In den 1 und 2 ist oberhalb des Hallsensors 20 eine damit elektrisch verbundene, ebenfalls im Sensorgehäuse 38 aufgenommene Auswerteelektronik 110 schematisch angedeutet, welche dazu dient, zum einen den Hallsensor 20 mit Strom zu versorgen und zum anderen die vom Hallsensor 20 abgegebenen, für den magnetischen Fluß B im Flußleitelement 22 und somit die axiale Stellung des Kolbens 12 bezüglich des Zylindergehäuses 14 repräsentativen Signale aufzubereiten. An der Auswerteelektronik 110 sind schließlich Steckerzungen 112 angeschlossen, die sich in die Steckerfassung 100 am Verbindungsabschnitt 98 des Sensorgehäuses 38 hinein erstrecken, um eine Stromzufuhr von außen sowie eine Signalabgabe nach außen zu ermöglichen.
In 4 ist für die unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschriebene Sensorvorrichtung 16 der Verlauf der magnetischen Flußdichte B im Flußleitelement 22 in mT (Milli-Tesla) über dem Weg s des Kolbens 12 bzw. des daran angebrachten Ringmagneten 18 in mm aufgetragen, die mittels des Hallsensors 20 erfaßt werden kann, wenn dieser an einem Meßpunkt bei 41,5 mm am Flußleitelement 22 angeordnet ist. Es ist ersichtlich, daß die mittels des Hallsensors 20 erfaßte magnetische Flußdichte B stetig steigt um so näher der Ringmagnet 18 dem Hallsensor 20 kommt und stetig fällt um so weiter sich der Ringmagnet 18 vom Hallsensor 20 entfernt. Zwar hat die Kennlinie der magnetischen Flußdichte B über dem Weg s keinen exakt linearen Verlauf. Der Verlauf der magnetischen Flußdichte B über dem Weg s kann jedoch leicht vermittels der Auswerteelektronik 110 linearisiert werden, so daß die Sensorvorrichtung 16 eine vom Weg s des Kolbens 12 bzw. des daran befestigten Ringmagneten 18 linear abhängige Signalspannung U abzugeben vermag, wie sie in 5 gezeigt ist. Die 5 veranschaulicht im übrigen auch die Magnetisierungsrichtung des Ringmagneten 18, mit dem Südpol S auf der einen Stirnseite und dem Nordpol N auf der anderen Stirnseite des Ringmagneten 18.
In 6 ist schließlich für die unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschriebene Sensorvorrichtung 16 das Magnetfeld des Ringmagneten 18 für eine bestimmte Relativstellung des Ringmagneten 18 zum Hallsensor 20 dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, daß es quasi zu einer Bündelung der über die untere Längsfläche 102 und die obere Längsfläche 108 in das Flußleitelement 22 eintretenden Feldlinien des Magnetfelds des Ringmagneten 18 im Flußleitelement 22 kommt, so daß sich im Verhältnis hohe Feldstärken H im Flußleitelement 22 ergeben. Der somit im Flußleitelement 22 konzentrierte magnetische Fluß kann im Ergebnis leicht mittels des am Flußleitelement 22 angeordneten Hallsensors 20 erfaßt werden.
Obgleich in dem obigen Ausführungsbeispiel der Einsatz der Sensorvorrichtung 16 exemplarisch an einer Kolben-Zylinder-Anord nung mit einem "klassischen" Kolben 12 beschrieben wurde, der zwei mit einer gehäuseseitigen Lauffläche zusammenwirkende Dichtelemente 78, 80 aufweist, ist für den Fachmann ersichtlich, daß die Sensorvorrichtung 16 natürlich auch bei einem sogenannten "Schaftkolben" eingesetzt werden kann, bei dem ein gehäusefestes (Sekundär)Dichtelement mit einer am Kolbenschaft vorgesehenen Lauffläche zusammenwirkt, während ein am Kolbenkopf angebrachtes (Primär)Dichtelement mit einer gehäuseseitigen Lauffläche zusammenwirkt. Hierbei könnte der Ringmagnet 18 ebenfalls mit einer Haltekappe am Kolbenkopf befestigt werden.
Ebenso ist ein Einsatz der Sensorvorrichtung 16 bei einem sogenannten "Plungerkolben" möglich, bei dem zwei oder mehr gehäusefeste Dichtelemente (nicht dargestellt) mit einer kolbenseitig vorgesehenen Lauffläche (nicht dargestellt) zusammenwirken, wie es etwa in der DE 100 28 673 A1 der Anmelderin beschrieben wird. Hierbei ist an dem Zylindergehäuse gemäß der DE 100 28 673 A1 zusätzlich eine Aufnahme für das Sensorgehäuse 38 vorzusehen, die z.B. wie in der DE 201 16 818 U1 der Anmelderin offenbart ausgebildet sein kann. Was bei der "Plungerkolben"-Ausführung die Befestigung des Ringmagneten 18 am Kolben angeht, kann wiederum beispielhaft auf die DE 202 08 568 U1 der Anmelderin (siehe dort die 10 bis 14) verwiesen werden, auf die diesbezüglich hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Obgleich bei dem unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel die Auswerteelektronik 110 als vom Hallsensor 20 separates Teil beschrieben wurde, kann die Auswerteelektronik – wie eingangs schon angesprochen – auch bereits im Hallsensor integriert sein. In diesem Fall wird lediglich eine Platine zur Befestigung des Hallsensors und zur Stromzufuhr sowie Signalableitung zum/vom Hallsensor benötigt.
Die 7 bis 9 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Sensorvorrichtung 16, die nachfolgend nur insofern beschrieben werden sollen, als sie sich vom unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel unterscheiden, wobei gleiche oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hinsichtlich des Wirkprinzips unterscheiden sich diese Ausführungsbeispiele nicht vom Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 6.
Gemäß 7 ist das Flußleitelement 22 in Längsrichtung in zwei Abschnitte 114, 116 unterteilt, zwischen denen der Hallsensor 20 eingefügt ist. Hierdurch liegt der Hallsensor 20 direkt in dem im Flußleitelement 22 konzentrierten magnetischen Fluß, was die Signalstärke des vom Hallsensor 20 abgegebenen Signals gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 6 erhöht. In einer in 8 dargestellten Variante dieses Ausführungsbeispiels verjüngen sich die Abschnitte 114, 116 des Flußleitelements 22 jeweils zum Hallsensor 20 hin bzw. sind zum Hallsensor 20 hin abgeschrägt.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9 sind zwei Flußleitelemente 22, 22' vorgesehen, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und zwischen denen der Hallsensor 20 eingefügt ist. Das mit dieser Sensoranordnung vom Hallsensor 20 erfaßte, für die magnetische Flußdichte B und somit die Relativstellung des Ringmagneten 18 zum Hallsensor 20 repräsentative Signal weist über dem Weg s aufgetragen einen Verlauf auf, der wesentlich linearer ist als der in 4 dargestellte Verlauf, wenngleich das Signal im Vergleich zu einer Sensoranordnung mit nur einem Flußleitelement 22 eine geringere Signalstärke hat.
In 9 mit gestrichelten Linien dargestellt ist schließlich eine Variante der Sensoranordnung, bei der zum Erhalt einer Redundanz der Sensorsignale zwei Hallsensoren 20, 20' vorgesehen sind, von denen der eine Hallsensor 20 an einem Längsende des Flußleitelements 22 angeordnet ist, während der andere Hallsensor 20' an dem anderen Längsende des Flußleitelements 22 ange ordnet ist. Diese Variante der Sensoranordnung kann auch mit nur einem Flußleitelement 22 ausgerüstet sein.
Obgleich bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen das Flußleitelement 22 jeweils materialeinheitlich bzw. ggf. einstückig aus einem Material ausgebildet ist, kann als Flußleitelement den jeweiligen Erfordernissen entsprechend auch ein Laminat aus ggf. verschiedenen Materialien zum Einsatz kommen.
Es wird eine Vorrichtung zur Sensierung der axialen Stellung eines von zwei relativ zueinander bewegbaren Bauteilen bezüglich des anderen Bauteils, insbesondere eines Kolbens bezüglich eines Zylindergehäuses eines Geber- oder Nehmerzylinders für eine hydraulische Kupplungsbetätigung für Kraftfahrzeuge offenbart, welche Vorrichtung ein an dem einen Bauteil angeordnetes magnetisches Signalelement und mindestens einen an dem anderen Bauteil angeordneten magnetflußempfindlichen Sensor aufweist, mittels dessen die axiale Relativstellung des Signalelements zum Sensor erfaßbar ist. Erfindungsgemäß ist dem Sensor wenigstens ein bezüglich des Sensors ortsfestes Flußleitelement zugeordnet, welches sich an dem anderen Bauteil mindestens über den zu erfassenden Bereich von axialen Relativstellungen des Signalelements zum Sensor erstreckt. Im Ergebnis wird eine einfach aufgebaute Sensorvorrichtung geschaffen, mittels der bei geringem Bauraumbedarf beliebige axiale Relativstellungen zwischen den beteiligten Bauteilen bzw. deren Relativweg erfaßt werden können/kann.

Bezugszeichenliste

10: Geberzylinder
12: Kolben
14: Zylindergehäuse
16: Sensorvorrichtung
18: Ringmagnet
20, 20': Hallsensor
22, 22': Flußleitelement
24: Druckanschluß
26: Befestigungsflansch
28: Nachlaufanschluß
30: Nachlaufkanal
32: Druckausgleichsbohrung
34: Nachlaufbohrung
36: Auflagefläche
38: Sensorgehäuse
40: Schraube
42: Befestigungsflansch
44: Flanschabschnitt
46: Radialnut
48: Schutzkappe
50: Druckbolzen
52: Druckbolzenkopf
54: Anschlußauge
56: Kugelkopf
58: Sackbohrung
60: Anschlagscheibe
62: Sicherungsring
64: Absatz
66: Zuganschlag
68: zylindrischer Abschnitt
70: zylindrischer Abschnitt
72: Verbindungsabschnitt
74: Radialnut
76: Radialnut
78: Primärdichtelement
80: Sekundärdichtelement
82: Druckraum
84: Nachlaufraum
86: Querbohrung
88: Längsbohrung
90: Nachsaugventil
92: Ventilkörper
94: Haltekappe
96: Grundabschnitt
98: Verbindungsabschnitt
99: Rippe
100: Steckerfassung
102: untere Längsfläche
104: Bodenwand
106: Klebstoffraupe
108: obere Längsfläche
110: Auswerteelektronik
112: Steckerzunge
114: Abschnitt
116: Abschnitt

Claims

Vorrichtung (16) zur Sensierung der axialen Stellung eines von zwei relativ zueinander bewegbaren Bauteilen bezüglich des anderen Bauteils, insbesondere eines Kolbens (12) bezüglich eines Zylindergehäuses (14) eines Geber- oder Nehmerzylinders (10) für eine hydraulische Kupplungsbetätigung für Kraftfahrzeuge, mit einem an dem einen Bauteil angeordneten magnetischen Signalelement (18) und mindestens einem an dem anderen Bauteil angeordneten magnetflußempfindlichen Sensor (20, 20'), mittels dessen die axiale Relativstellung des Signalelements (18) zum Sensor (20, 20') erfaßbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sensor (20, 20') wenigstens ein bezüglich des Sensors (20, 20') ortsfestes Flußleitelement (22, 22') zugeordnet ist, welches sich an dem anderen Bauteil mindestens über den zu erfassenden Bereich von axialen Relativstellungen des Signalelements (18) zum Sensor (20, 20') erstreckt.
Vorrichtung (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem magnetischen Signalelement um einen Permanentmagneten, vorzugsweise einen Ringmagneten (18) handelt.
Vorrichtung (16) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem magnetflußempfindlichen Sensor um einen Hallsensor (20, 20') handelt.
Vorrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußleitelement (22, 22') aus einem Blechabschnitt aus einem geeignet magnetisierbaren Material, wie einem Dynamoblechabschnitt besteht.
Vorrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Flußleitelement (22, 22') im wesentlichen in Richtung der axialen Relativbewegung des einen Bauteils bezüglich des anderen Bauteils erstreckt.
Vorrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetflußempfindliche Sensor (20, 20') an dem zugeordneten Flußleitelement (22, 22') anliegt.
Vorrichtung (16) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetflußempfindliche Sensor (20, 20') an einem der Längsenden des Flußleitelements (22) auf einer Längsfläche (108) des Flußleitelements (22) aufliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetflußempfindliche Sensor an einer Stirnfläche des Flußleitelements anliegt.
Vorrichtung (16) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußleitelement (22) in Längsrichtung in zwei Abschnitte (114, 116) unterteilt ist, zwischen denen der magnetflußempfindliche Sensor (20) eingefügt ist.
Vorrichtung (16) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Abschnitte (114, 116) des Flußleitelements (22) jeweils zum magnetflußempfindlichen Sensor (20) hin verjüngen.
Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei magnetflußempfindliche Sensoren (20, 20') vorgesehen sind.
Vorrichtung (16) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der eine magnetflußempfindliche Sensor (20) an einem Längsende des Flußleitelements (22) angeordnet ist, während der andere magnetflußempfindliche Sensor (20') an dem anderen Längsende des Flußleitelements (22) angeordnet ist.
Vorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Flußleitelemente (22, 22') vorgesehen sind, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und zwischen denen der magnetflußempfindliche Sensor (20, 20') eingefügt ist.
Vorrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Signalelement (18) an einem Kolben (12) eines Geber- oder Nehmerzylinders (10) für eine hydraulische Kupplungsbetätigung für Kraftfahrzeuge angebracht ist, während der magnetflußempfindliche Sensor (20) mit dem zugeordneten Flußleitelement (22) an einem Zylindergehäuse (14) des Geber- oder Nehmerzylinders (10) angebracht ist.
Vorrichtung (16) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetflußempfindliche Sensor (20) und das zugeordnete Flußleitelement (22) in einem Sensorgehäuse (38) untergebracht sind, welches an vorbestimmter Stelle an dem Zylindergehäuse (14) des Geber- oder Nehmerzylinders (10) befestigt ist.