EP0463349B1 - Arbeitszylinder - Google Patents

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EP0463349B1
EP0463349B1 EP91107995A EP91107995A EP0463349B1 EP 0463349 B1 EP0463349 B1 EP 0463349B1 EP 91107995 A EP91107995 A EP 91107995A EP 91107995 A EP91107995 A EP 91107995A EP 0463349 B1 EP0463349 B1 EP 0463349B1
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EP
European Patent Office
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working
chamber
sensor
cylinder according
working cylinder
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EP91107995A
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EP0463349A1 (de
Inventor
Manfred Siebold
Norbert Dipl.-Ing. Schneider (Fh)
Friedbert Roether
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke

Definitions

  • the invention relates to a cylinder according to the preamble of the main claim.
  • Such a working cylinder is known (US-A-4727 791).
  • This working cylinder has the advantage that the position of the working piston movable in the working cylinder can be detected at any time.
  • electrical detection means such as limit switches or the like.
  • Working cylinders of this type have recently also been used in connection with electronic switching devices, and they are provided on vehicles in which, for example, they act as actuators for electrically controlled clutches of vehicle engines.
  • a working cylinder equipped in this way is then also "capable of wading" because the access to the opening of the snorkel can be raised so that no water is sucked into the breathing chamber when crossing water courses.
  • the working cylinder mentioned at the outset, with the characterizing features of the main claim, has the advantage that no special means are required to guide the breathing air.
  • FIG. 1 shows a working cylinder in section with a sensor
  • FIG. 2 shows the sensor on an enlarged scale, also in section.
  • a working cylinder 1 has a housing 2, which consists of a largely smooth-walled cylinder piece 3 and a connector 4 and a cover 5 and 6 each for the cylinder piece and connector.
  • the cover 5 intended for the cylinder piece 3 has a central hole through which one end of a piston rod 7 projects in a sealed manner to the outside.
  • the piston rod 7 has a recess 8 for receiving a push rod 9 with which to actuate a clutch, not shown, i.e. is to move in and out.
  • the piston rod 7 carries on its other side a working piston 10, which separates a working chamber 11 from a breathing chamber 12 facing the cover 5 in the working cylinder 1.
  • the piston rod 7 is extended through the working chamber 11 by means of a hollow cylindrical immersion body 13 which is provided with an axial channel 13 'and is fastened in the piston rod 7 by means of a snap ring 14 and a sealing ring 15.
  • the immersion body 13 ends at a radial channel 30 of the piston rod 7, which opens into the breathing chamber 12.
  • an axial passage 31 to an outside air point 29 is provided (see FIG. 2).
  • the immersion body 13 is made of aluminum material and - as can best be seen in FIG. 2 - is overlapped by a hollow cylindrical plastic bobbin 16 which carries the windings of a coil 17 which is surrounded by a shielding sleeve 18 made of ferritic material.
  • Coil body 16 with coil 17 and shielding sleeve 18 form a hollow cylindrical sensor 16, 17, 18 which interacts with the immersion body 13.
  • the shielding sleeve 18 is in one Partition 19 mounted and carries on its side facing the working piston 10 a sleeve seal 21 fixed by means of a snap ring 20, which can slide on the outer surface of the immersion body 13.
  • the coil body 16 together with the shielding sleeve 18 projects with its end facing away from the working piston 10 into a control unit chamber 22. It is provided there with a head 23 through which two coil connections 24 and 25 are passed.
  • the connections 24 and 25 are connected to electronics 32, which in turn are connected in an electrically conductive manner to a central plug 26 which is fastened to the cover 6.
  • the partition 19 accommodates two solenoid valves in an axially parallel arrangement, a ventilation solenoid valve 27 and a ventilation solenoid valve 28 which protrude into the control unit chamber 22.
  • the ventilation solenoid valve 27 is connected to a compressed air source 33 and the ventilation solenoid valve 28 and the control device chamber 22 are connected to an outside air point 29, as is the axial channel 13 ′ of the immersion body 13.
  • the working cylinder 1 is intended for actuating a clutch, which is fully engaged in the drawn position of the working piston 10.
  • the ventilation solenoid valve 27 is switched over to release the clutch. Compressed air flows into the working chamber 11 and the working piston 10 moves to the left.
  • the breathing chamber 12 reduces its volume, and the breathing air flows through the radial channel 30 of the piston rod 7 and the axial channel 13 'of the immersion body 13 via the outside air point 29 and the cover 6 to the outside air.
  • the ventilation solenoid valve 27 is switched off and the ventilation solenoid valve 28 is switched on.
  • the working chamber 11 is vented.
  • the springs provided in the clutch which are tensioned when the clutch is released, now press the working piston 10 to the right in the direction of the starting position via the push rod 9.
  • the breathing chamber 12 Since the breathing chamber 12 enlarges, compressed air expelled from the working chamber 11 is sucked into the breathing chamber 12 from the external point 29. The breathing chamber 12 thus breathes air from the working chamber 11. However, the path of the breathing air always leads through the axial channel 13 'of the immersion body 13 and the hollow sensor 16, 17, 18 with each piston movement. The breathing air which the control device chamber 22 and the Immersed body 13 and the sensor 16, 17, 18 flows through, can therefore cool the sensor.
  • the working piston 10 again reaches its right end position, in which the clutch is fully engaged.
  • the hollow cylindrical sensor 16, 17, 18 works as a position sensor for the working piston 10 by measuring the distance traveled by the working piston. For this purpose, an alternating current is applied to the coil 17, so that when the immersion depth of the immersion body 13 changes, a corresponding electrical signal is obtained which is evaluated in an electrical switching device. In this way, different engagement speeds can also be measured in addition to the distance measurement.
  • solenoid valves can be used instead of the two solenoid valves 27 and 28.
  • the working piston 10 can thus be positioned exactly with the aid of the hollow cylindrical position sensor 16, 17, 18.
  • the four solenoid valves are controlled directly by the electronics.
  • Two solenoid valves are used for releasing the clutch and for engaging the clutch used, the two solenoid valves are followed by orifices with different diameters. Different engagement speeds of the clutch can then be realized by frequency and / or pulse width modulated control of the solenoid valves.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Arbeitszylinder nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • Ein derartiger Arbeitszylinder ist bekannt (US-A-4727 791). Dieser Arbeitszylinder hat den Vorteil, daß die Stellung des im Arbeitszylinder beweglichen Arbeitskolbens jederzeit erfaßbar ist. Es gibt auch schon entsprechende elektrische Erkennungsmittel, wie Endschalter oder dgl.
  • Arbeitszylinder dieser Art werden in jüngster Zeit auch im Zusammenhang mit elektronischen Schalteinrichtungen verwendet, und sie werden auf Fahrzeugen vorgesehen, bei denen sie beispielsweise die Aufgabe von Stellgliedern von elektrisch gesteuerten Kupplungen von Fahrzeug-Motoren übernehmen. Auf Fahrzeugen besteht aber immer das Problem, daß eine auf der Rückseite des Arbeitskolbens liegende Atmungskammer bei ihrer durch die Kolbenbewegung bewirkten Ausdehnung keinen Schmutz oder - im Winter - Salznebel ansaugen darf. Solche Fremdstoffe könnten dort nämlich zur Korrosion führen, wodurch der Arbeitszylinder blockiert.
  • Es ist deshalb auch bereits vorgeschlagen worden, die Atmungskammer über einen Schnorchel mit Filter mit der Außenluft zu verbinden (DE-A-2430 394).
  • Ein derart augerüsteter Arbeitszylinder ist dann auch "watfähig", weil der Zugang zur Öffnung des Schnorchels so hochgelegt werden kann, daß beim Durchqueren von Wasserläufen kein Wasser in die Atmungskammer eingesaugt wird.
  • Nachteilig dabei ist, daß stets besondere Mittel vorgesehen werden müssen, um ein schmutzfreies Atmen der Atmungskammer zu gewährleisten. Bei dem zuerst genannten Arbeitszylinder ist es außerdem nachteilig, daß der Sensoreinbau Platz verbraucht.
    • Vorteile der Erfindung
  • Der eingangs genannte Arbeitszylinder mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß zur Führung der Atemluft keine besonderen Mittel notwendig sind.
  • Außerdem ist es von Vorteil, daß zum Einbau des Sensors kein besonderer Platz vorgesehen sein muß.
  • Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen Arbeitszylinder im Schnitt mit einem Sensor und Figur 2 den Sensor in vergrößertem Maßstab, ebenfalls im Schnitt.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Ein Arbeitszylinder 1 hat ein Gehäuse 2, das aus einem weitgehend glattwandigen Zylinderstück 3 und einem Anschlußstück 4 sowie je einem Deckel 5 und 6 für Zylinderstück und Anschlußstück besteht. Der für das Zylinderstück 3 bestimmte Deckel 5 hat ein zentrisches Loch, durch das ein Ende einer Kolbenstange 7 abgedichtet nach außen ragt.
  • Die Kolbenstange 7 hat eine Ausnehmung 8 zur Aufnahme einer Druckstange 9, mit der eine nicht dargestellte Kupplung zu betätigen, d.h. ein- und auszurücken ist.
  • Die Kolbenstange 7 trägt auf ihrer anderen Seite einen Arbeitskolben 10, der in dem Arbeitszylinder 1 eine Arbeitskammer 11 von einer dem Deckel 5 zugekehrten Atmungskammer 12 trennt. Durch einen hohlzylindrischen, mit einem Axialkanal 13' versehenen Tauchkörper 13, der mittels Sprengring 14 und Dichtring 15 in der Kolbenstange 7 befestigt ist, ist die Kolbenstange 7 durch die Arbeitskammer 11 hindurch verlängert. An seinem einem Ende endet der Tauchkörper 13 an einem Radialkanal 30 der Kolbenstange 7, der in die Atmungskammer 12 mündet. An dem anderen Ende des Tauchkörpers 13 ist ein Axialdurchgang 31 zu einer Außenluftstelle 29 vorgesehen (vgl. Figur 2).
  • Der Tauchkörper 13 besteht aus Alu-Material und wird - wie am besten in der Figur 2 zu erkennen ist - von einem hohlzylindrischen Kunststoff-Spulenkörper 16 übergriffen, der die Wicklungen einer Spule 17 trägt, die von einer Abschirmhülse 18 aus ferritischem Material umgeben ist. Spulenkörper 16 mit Spule 17 und Abschirmhülse 18 bilden einen hohlzylindrischen Sensor 16, 17, 18, der mit dem Tauchkörper 13 zusammenwirkt. Die Abschirmhülse 18 ist in einer Trennwand 19 gelagert und trägt auf ihrer dem Arbeitskolben 10 zugekehrten Seite eine mittels Sprengring 20 fixierte Manschettendichtung 21, die auf der Mantelfläche des Tauchkörpers 13 gleiten kann.
  • Der Spulenkörper 16 samt Abschirmhülse 18 ragt mit seinem dem Arbeitskolben 10 abgekehrten Ende in eine Steuergeräte-Kammer 22. Er ist dort mit einem Kopf 23 versehen, durch den zwei Spulenanschlüsse 24 und 25 hindurchgeführt sind. Die Anschlüsse 24 und 25 sind an eine Elektronik 32 angeschlossen, die wiederum mit einem Zentralstecker 26 elektrisch leitend verbunden ist, der am Deckel 6 befestigt ist.
  • Die Trennwand 19 nimmt in achsparalleler Anordnung zwei Magnetventile, ein Belüftungs-Magnetventil 27 und ein Entlüftungs-Magnetventil 28 auf, die in die Steuergeräte-Kammer 22 hineinragen. Das Belüftungs-Magnetventil 27 ist an eine Druckluftquelle 33 und das Entlüftungs-Magnetventil 28 und die Steuergeräte-Kammer 22 sind ebenso wie der Axialkanal 13' des Tauchkörpers 13 an eine Außenluftstelle 29 angeschlossen.
    • Wirkungsweise
  • Der Arbeitszylinder 1 ist zur Betätigung einer Kupplung bestimmt, die in der gezeichneten Stellung des Arbeitskolbens 10 voll eingerückt ist. Zum Lösen der Kupplung wird das Belüftungs-Magnetventil 27 umgeschaltet. Druckluft strömt in die Arbeitskammer 11 und der Arbeitskolben 10 bewegt sich nach links. Dabei verkleinert die Atmungskammer 12 ihr Volumen, und die Atemluft strömt durch den Radialkanal 30 der Kolbenstange 7 und den Axialkanal 13' des Tauchkörpers 13 über die Außenluftstelle 29 und den Deckel 6 zur Außenluft.
  • Zum Wiedereinrasten der Kupplung wird das Belüftungs-Magnetventil 27 abgeschaltet und das Entlüftungs-Magnetventil 28 eingeschaltet. Die Arbeitskammer 11 wird entlüftet. Die in der Kupplung vorgesehenen, bei Lösen der Kupplung gespannten Federn drücken nun über die Druckstange 9 den Arbeitskolben 10 nach rechts in Richtung Ausgangsstellung.
  • Da sich dabei die Atmungskammer 12 vergrößert, wird von der Arbeitskammer 11 ausgestoßene Druckluft von der Außenstelle 29 her in die Atmungskammer 12 eingesaugt. Die Atmungskammer 12 atmet also Luft von der Arbeitskammer 11. Der Weg der Atemluft führt aber bei jeder Kolbenbewegung immer durch den Axialkanal 13' des Tauchkörpers 13 und den hohlen Sensor 16, 17, 18. Die Atemluft, welche die Steuergeräte-Kammer 22 und den Tauchkörper 13 und den Sensor 16, 17, 18 durchströmt, kann daher den Sensor kühlen.
  • Am Ende der Entlüftung der Arbeitskammer 11 erreicht der Arbeitskolben 10 wieder seine rechte Endstellung, in der die Kupplung voll eingerückt ist. Der hohlzylindrische Sensor 16, 17, 18 arbeitet dabei als Stellungs-Sensor für den Arbeitskolben 10, indem er den jeweils zurückgelegten Weg des Arbeitskolbens mißt. Dazu wird an die Spule 17 ein Wechselstrom angelegt, wodurch man bei Veränderung der Eintauchtiefe des Tauchkörpers 13 ein entsprechendes elektrisches Signal erhält, das in einer elektrischen Schalteinrichtung ausgewertet wird. Auf diese Weise können dann neben der Wegmessung auch verschiedene Einrückgeschwindigkeiten gemessen werden.
  • In Erweiterung der Anlage können anstelle der zwei Magnetventile 27 und 28 auch vier Magnetventile verwendet werden. Damit kann der Arbeitskolben 10 mit Hilfe des hohlzylindrischen Stellungssensors 16, 17, 18 exakt positioniert werden. Dazu werden die vier Magnetventile über die Elektronik direkt gesteuert. Je zwei Magnetventile werden für das Lösen der Kupplung und für das Einrücken der Kupplung verwendet, wobei den jeweils zwei Magnetventilen Blenden mit unterschiedlichen Durchmessern nachgeschaltet werden. Durch eine frequenz- und/oder pulsbreitenmodulierte Ansteuerung der Magnetventile können dann verschiedene Einrückgeschwindigkeiten der Kupplung realisiert werden.

Claims (11)

  1. Arbeitszylinder (1) mit einem Arbeitskolben (10), der eine Arbeitskammer (11) von einer Atmungskammer (12) trennt,
    mit einer die Arbeitskammer (11) und die Atmungskammer (12) durchdringenden Kolbenstange (7, 13)
    sowie mit einem Sensor (16, 17, 18) zur Erfassung der Stellung des Arbeitskolbens (10),
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die durch die Arbeitskammer (11) hindurchgeführte Kolbenstange als hohlzylindrischer Tauchkörper (13) mit einem Axialkanal (13') ausgebildet ist und eine luftleitende/durch eine die Arbeitskammer (11) begrenzende Trennwand (19) führende Verbindung zwischen der Atmungskammer (12) und einer Außenluftstelle (29) darstellt, mit der die Arbeitskammer (11) bei ihrer Entlüftung verbindbar ist, und daß der Sensor als hohlzylindrischer Sensor (16, 17, 18) ausgebildet ist, der den Tauchkörper (13) umgibt.
  2. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (16, 17, 18) im Bereich der Arbeitskammer-Durchführung der Kolbenstange (7,13) angeordnet ist.
  3. Arbeitszylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in den hohlzylindrischen Sensor (16, 17, 18) eingreifende Tauchkörper (13) an seinem einen Ende mit einem Radialkanal (30) der Kolbenstange (7) in Verbindung steht, daß der Radialkanal (30) in die Atmungskammer (12) mündet, und daß der Tauchkörper (13) auf seiner anderen Seite einen Axialdurchgang (31) zu der Außenluftstelle (29) hat.
  4. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (16, 17, 18) als Rohrsensor mit einem hohlzylindrischen Spulenkörper (16) mit Spule (17) und einer diese umgebenden, ebenfalls hohlzylindrischen Abschirmhülse (18) ausgebildet ist und daß der hohlzylindrische Tauchkörper (13) aus einem Aluminium-Werkstoff besteht.
  5. Arbeitszylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchkörper (13) wenigstens mittelbar am Arbeitskolben (10) befestigt ist.
  6. Arbeitszylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper (16) mit der Spule (17) und die Abschirmhülse (18) an der Trennwand (19) gelagert sind.
  7. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (19) Magnetventile (27, 28) für die Belüftung und Entlüftung der Arbeitskammer (11) in parallelachsiger Anordnung trägt.
  8. Arbeitszylinder nach einem der Ansprüche 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Arbeitskammer (11) gegenüberliegenden Seite der Trennwand (19) eine druckentlastete Steuergeräte-Kammer (22) vorgesehen ist.
  9. Arbeitszylinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergeräte-Kammer (22) und der Sensor (16, 17, 18) sowie der Tauchkörper (13) an die Außenluftstelle (29) angeschlossen sind.
  10. Arbeitszylinder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Entlüftung der Arbeitskammer (11) die Atemluft für die Atmungskammer (12) über den Axialkanal (13') des Tauchkörpers (13) und den hohlen Sensor (16, 17, 18) von der Arbeitskammer (11) herangeführt ist.
  11. Arbeitszylinder nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (1) als Kupplungssteller zur Betätigung einer Kupplung für Fahrzeug-Motoren verwendet ist und daß die die jeweilige Stellung des Arbeitskolbens (10) sowie seine Wegstrecke und seine Geschwindigkeit ergebenden Signale des Sensors (16, 17, 18) in einer elektronischen Schalteinrichtung für die Kupplung auswertbar sind.
EP91107995A 1990-06-27 1991-05-17 Arbeitszylinder Expired - Lifetime EP0463349B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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DE4020368 1990-06-27
DE4020368A DE4020368A1 (de) 1990-06-27 1990-06-27 Arbeitszylinder

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EP0463349A1 EP0463349A1 (de) 1992-01-02
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