DE4407648A1

DE4407648A1 - Vorrichtung zum Erfassen der Position eines Stellelementes

Info

Publication number: DE4407648A1
Application number: DE4407648A
Authority: DE
Inventors: Peter Buchholz; Nikolaus Dipl Ing Wahnschaffe; Heinz Dipl Ing Ruehmer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1994-03-08
Filing date: 1994-03-08
Publication date: 1995-09-14
Anticipated expiration: 2014-03-09
Also published as: FR2717260A1; GB2288240B; FR2717260B1; GB2288240A; JPH0843004A; GB9504437D0; DE4407648C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Posi tion eines Stellelementes, das über eine Steuerleitung hydrau lisch oder pneumatisch beaufschlagbar ist, mit mindestens ei nem Positionsmeßgeber.

Hydraulisch beaufschlagbare Stellelemente werden beispiels weise in Betätigungseinrichtungen von zwischen einer Antriebs maschine und einem Getriebe wirksamen Reibungskupplungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. So ist zum Beispiel aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 40 11 850 A1 eine automatisch wirksame Reibungskupplung bekannt. Diese Kupplung ist über einen Betätigungsmechanismus, der ein Ausrücklager und eine daran angreifende Gabel umfaßt, ein- und ausrückbar. Der Betätigungsmechanismus wiederum wird über ein Stellglied in Form eines hydraulischen Zylinders betätigt, der über steuer bare hydraulische Wegeventile mit einem Druckmittelkreislauf verbunden ist. Weiterhin ist eine elektronische Steuereinheit vorgesehen, die in Abhängigkeit verschiedener Kenngrößen die Wegeventile des Druckmittelkreislaufes steuert, um über das hydraulische Stellglied einen entsprechenden Kupplungseingriff einzuregeln. Solche Kenngrößen sind beispielsweise die Motor drehzahl, die Stellung der Drosselklappe oder der Kupplungs betätigungsweg bzw. der Kupplungseingriffszustand. In der bekannten Betätigungseinrichtung erfolgt die Ermittlung des Kupplungsbetätigungsweges oder Eingriffszustandes über ein am Stellglied direkt angeordnetes Potentiometer, welches den Weg bzw. die Stellung des Kolbens des Stellgliedes erfaßt und eine entsprechende elektrische Größe an die elektrische Steuerein heit weiterleitet. Bei bestimmten Einsatzfällen von solchen hydraulischen Stellgliedern kann die direkte Anordnung eines Positions- oder Wegemeßwertgebers aus Platzgründen oder auf grund der notwendigen elektrischen Zuleitungen problematisch sein.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Er fassen der Position eines druckbeaufschlagbaren Stellelementes zu schaffen, die nicht unmittelbar am Stellelement angeordnet ist.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche ge löst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargestellt. Erfindungsgemäß ist in der druckmittelbeauf schlagbaren Steuerleitung des Stellelementes ein in einem Ge häuse gleitender Meßkolben vorgesehen, dessen Stellung in dem Gehäuse als Naß für die Position des Stellelementes verwendbar ist.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung teilt der Meßkolben das Gehäuse in eine Primär- und eine Sekundärkammer mit jeweils mindestens einem Strömungsanschluß und ist ent gegen des beaufschlagbaren Druckes des Steuermediums in seine Ruhelage vorgespannt. Soll nun das Stellelement aus seiner Ruhelage bewegt werden, wird über die Steuerleitung der Meß kolben primär kammerseitig mit Druckmittel beaufschlagt und gibt als Übertragungskolben wirkend eine entsprechende Ver schiebung über ein einstellbares Übersetzungsverhältnis an das Stellelement weiter.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht der Meßkolben aus einem ersten und einem zweiten, an der Innenwandung des Gehäuses abdichtend gleiten den Teilkolben, die mittels einer eine Meßskala aufweisenden Meßstange miteinander verbunden sind. Die zwischen den Teil kolben angeordnete Meßkammer ist dabei vorzugsweise druck entlastet. Gemäß einer Weiterbildung der Ausführungsform ent spricht die Länge der Meßskala entsprechend eines Überset zungsverhältnisses dem Verstellweg des Stellelementes. Die Einstellung der Druckmittelübersetzung kann durch Gestaltung von unterschiedlichen Durchmessern der Primär- und Sekundär kammer erfolgen.

Gemäß einer Weiterbildung wird die Meßskala durch eine zwi schen den Teilbereichen angeordnete Zahnstange gebildet, die die translatorische Bewegung des Meßkolbens beispielsweise an ein mit ihr in Eingriff stehendes Zahnrad weitergibt, das diese Bewegung in eine rotatorische Bewegung umwandelt und auf ein Potentiometer überträgt.

Eine andere Möglichkeit der Positions- oder Verstellwegerfas sung besteht darin, die Meßskala magnetisch auszubilden und die Meßwerterfassung induktiv durchzuführen.

Besonders vorteilhaft kann die Vorrichtung zur Erfassung eines Kupplungsbetätigungsweges eingesetzt werden. Dabei wird der in einem Gehäuse gleitende Meßkolben zum Beispiel in der Druck mittelsteuerleitung des druckmittelbeaufschlagbaren Stellzy linders angeordnet.

In einer Weiterbildung der Vorrichtung zur Betätigung einer Kupplung teilt der Meßkolben das Gehäuse in eine Primär- und eine Sekundärkammer mit mindestens einem Strömungsanschluß und ist entgegen des beaufschlagbaren Druckes des Steuermediums in seine Ruhelage vorgespannt, wobei die Sekundärkammer in der Ruhelage des Meßkolbens mit einem Entlüftungsdurchlaß im Ge häuse in Verbindung steht.

Nach einer vorteilhaften Ausführung bildet mindestens eines der den Druckmittelfluß in der Steuerleitung steuernden Vent ile mit dem Gehäuse, in dem der Meßkolben gleitet, eine Bau einheit, wodurch die räumliche Position der Druckmittelver sorgungseinheit, entgegen von Einrichtungen, bei dem die Ven tile in der Druckmittelversorgungseinheit integriert sind und damit die Verbindungsleitung zwischen Meßkolben und Ventilen für eine Entlüftung steigend angeordnet sein muß, frei wählbar ist.

Neben dem Einsatz in einer Vorrichtung zur Betätigung einer Kupplung bieten sich jedoch auch andere Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise für druckbeauf schlagte Ventile, an.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie len näher beschrieben. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Betätigung einer Reibungskupplung,

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Erfassung der Po sition eines Stellelementes mit einem mechanischen Positionsgeber und

Fig. 3 eine Vorrichtung zur Positionserfassung mit einem induktiven Positionsgeber.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt eine Reibungs kupplung 18, die einen Verbrennungskraftmotor eines Kraftfahr zeuges mit einem Getriebe in Abhängigkeit bestimmter Betriebs zustände bzw. von Übergängen zwischen einzelnen Betriebszu ständen verbindet. Die Reibungskupplung ist über einen Betäti gungsmechanismus 14 ein- und ausrückbar. Der Betätigungsmecha nismus wiederum wird über ein Stellelement 2 in Form eines Nehmerzylinders betätigt. Der Nehmerzylinder 2 ist über eine Steuerleitung 1 und ein Wegeventil 20 mit einem Druckmittelkreislauf 21 verbunden. Der Druckmittelkreislauf weist eine über einen Motor 22 antreibbare Druckmittelpumpe 23 auf, die mit einem Flüssigkeitsvorratsbehälter 24 in Verbindung steht und über das Wegeventil 20 den Nehmerzylinder 2 beaufschlagt. Zwischen der Druckmittelpumpe 23 und dem Wegeventil 20 ist im Druckmittelkreislauf außerdem ein Rückschlagventil 25, ein den Motor 22 bei Bedarf ein- und ausschaltender Druckschalter 26 sowie ein Druckspeicher 27 vorgesehen. Der Druckspeicher kann derart bemessen werden, daß bei Inbetriebnahme des Kraftfahr zeuges mindestens ein erstmaliges Auskuppeln ohne Energiezu fuhr möglich ist. Damit ist für die Druckmittelpumpe 23 kein spezieller Motor erforderlich, während des Fahrbetriebes wird dann der Druckspeicher 27 von der über die Brennkraftmaschine 22 angetriebenen Druckmittelpumpe 23 versorgt.

Zur Regelung des Reibungseingriffs der Reibungskupplung 18 ist eine elektronische Steuereinheit 28 vorgesehen, die in Abhän gigkeit sensierter bzw. vorgegebener Größen eine Stellgröße zur Kupplungsbetätigung an das Wegeventil 20 abgibt. Die sen sierten Größen sind unter anderem die Motordrehzahl, die Dros selklappenstellung und der Kupplungsbetätigungsweg bzw. der Kupplungseingriffszustand. Für die Ermittlung des Kupplungsbe tätigungsweges ist in der Druckmittelsteuerleitung 1 des Neh merzylinders 2 ein Sensorzylinder 29 angeordnet. Die Steuer leitung 1 stellt dabei eine hydraulische Stange dar, die das Fluidvolumen zwischen dem Nehmerzylinder 2 und dem Sensor zylinder 29 verschiebt.

Der in Fig. 2 näher gezeigte Sensorzylinder 29 besteht aus ei nem zylinderförmigen Gehäuse 4, welches der Meßkolben 3 in eine Primärkammer 5 und eine Sekundärkammer 6 unterteilt. So wohl die Primär- als auch die Sekundärkammer 5, 6 ist mit einem Strömungsanschluß 7, 8 verbunden, wobei die Primärkammer über das Wegeventil 20 mit dem Druckmittelkreislauf und die Sekundärkammer mit dem Nehmerzylinder 2 verbunden ist. Der Meßkolben 3 wird über die Druckfeder 15 entgegen der Druckmit telbeaufschlagung durch den Druckmittelkreislauf in seiner Ru helage vorgespannt. Der Meßkolben 3 besteht aus zwei Teilkol ben 9 und 10, die über die Dichtringe 17 und 19 an der Innen wandung des Gehäuses 4 gleiten. Zwischen den Teilkolben 19 und 10 ist eine als Verzahnung ausgebildete Meßskala 11 aufweisen de Meßstange 12 fest mit den Teilkolben verbunden angeordnet. Die die Meßstange 12 aufnehmende, drucklose Meßkammer 16 ist über eine Anschlußbohrung 30 mit einem nicht dargestellten Tank verbunden.

Mittels eines in die Verzahnung der Meßstange 12 eingreifenden Zahnrades 13 wird die translatorische Bewegung des Meßkolbens 4 in eine rotatorische Bewegung umgewandelt und auf bekannte Weise auf ein nicht dargestelltes Drehpotentiometer übertra gen, wobei das Drehpotentiometer ein elektrisches Ausgangs signale erzeugt, welches proportional und somit linear zum zurückgelegten Weg des Stellelementes 2 ist. Zum Druckaus gleich bzw. zum Entlüften der Sekundärkammer 6 ist am Gehäuse 4 eine Schnüffellochbohrung 31 vorgesehen, die beim Überfahren derselben in die Ruhestellung die Sekundärkammer 6 mit dem Tank verbindet.

In Fig. 3 ist ein Meßzylinder mit einem induktiven Meßwert aufnehmer dargestellt. Dazu ist die zwischen den Teilkolben 9 und 10 angeordnete Meßstange 12 mit einem die Induktivität einer am Gehäuse 4 angeordneten Meßspule 35 beeinflussenden Material 36 versehen, das in Bewegungsrichtung eine Position markierende Struktur besitzt. Damit beeinflußt jede Stelle des auf der Meßstange aufgebrachten Materials die Induktivität der Meßspule 35 in charakteristischer Weise anders. Die Meßspule 35 wird mit einer konstanten Spannung mit einer relativ hohen Frequenz gespeist und man mißt z. B. den durchfließenden Strom, wobei dieser ein Maß für die Induktivität der Meßspule 35 und damit für die momentane Position des Meßkolbens 3 im zylinderförmigen Gehäuse 4 ist.

Bezugszeichenliste

1 Steuerleitung
2 Stellelement
3 Meßkolben
4 Gehäuse
5 Primärkammer
6 Sekundärkammer
7 Strömungsanschluß
8 Strömungsanschluß
9 Teilkolben
10 Teilkolben
11 Meßskala
12 Meßstange
13 Zahnrad
14 Betätigungsmechanismus
15 Druckfeder
16 Meßkammer
17 Dichtring
18 Reibungskupplung
19 Dichtring
20 Wegeventil
21 Druckmittelkreislauf
22 Motor
23 Druckmittelpumpe
24 Vorratsbehälter
25 Rückschlagventil
26 Druckschalter
27 Druckspeicher
28 elektronische Steuereinheit
29 Meßzylinder
30 Anschlußbohrung
31 Schnüffellochbohrung
35 Meßspule
36 Material

Claims

1. Vorrichtung zum Erfassen der Position eines Stellelemen tes, das über eine Steuerleitung hydraulisch oder pneuma tisch beaufschlagbar ist, mit mindestens einem Positions meßgeber, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerleitung (1) des Stellelementes (2) ein in einem Gehäuse (4) glei tender Meßkolben (3) vorgesehen ist, dessen Stellung in dem Gehäuse (4) als Maß für die Position des Stellelemen tes (2) verwendbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkolben (3) das Gehäuse (4) in eine Primär- und eine Sekundärkammer (5; 6) mit jeweils mindestens einem Strö mungsanschluß (7; 8) unterteilt und entgegen des beauf schlagbaren Druckes des Steuermediums in seine Ruhelage vorgespannt ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet daß der Meßkolben (3) aus einem ersten und einem zweiten an der Innenwandung des Gehäuses (4) abdich tend gleitenden Teilkolben (9; 10) besteht, wobei die Teilkolben mittels einer eine Meßskala (11) aufweisenden Meßstange (12) miteinander verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Teilkolben (9; 10) angeordnete, die Meß stange (12) aufnehmende Meßkammer (16) druckentlastet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, daß die Länge der Meßskala (11) entsprechend eines Übersetzungsverhältnisses dem Verstellweg des Stellelemen tes (2) entspricht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Meßskala durch eine zwischen den Teilkolben (9; 10) angeordnete Zahnstange (11) gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (11) mit einem Zahnrad (13) in Wirkverbin dung steht, das die Bewegung des Meßkolbens (3) auf ein Potentiometer überträgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Positionsmeßgeber als induktiver oder kapazitiver Meßwertgeber ausgebildet ist.

9. Vorrichtung zur Betätigung einer Kupplung eines Kraftfahr zeuges, insbesondere über einen Nehmerzylinder mit einem Druckmittelkreis, der wenigstens eine Druckmittelpumpe, eine die Druckmittelpumpe betätigende Antriebseinrichtung, einen Druckmittelspeicher und den Druckmittelfluß steuern de Ventile umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckmittelsteuerleitung des Nehmerzylinders (17) ein in einem Gehäuse (4) gleitender Meßkolben (3) vorgesehen ist, dessen Stellung in dem Gehäuse (4) als Maß für den Kupp lungsbetätigungsweg verwendbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die den Druckmittelfluß steuernden Ventile (18) mit dem Gehäuse (4) eine Baueinheit bilden.