EP2257712A1 - Zylinder - Google Patents

Zylinder

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EP2257712A1
EP2257712A1 EP09722753A EP09722753A EP2257712A1 EP 2257712 A1 EP2257712 A1 EP 2257712A1 EP 09722753 A EP09722753 A EP 09722753A EP 09722753 A EP09722753 A EP 09722753A EP 2257712 A1 EP2257712 A1 EP 2257712A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder
adapter
cylinder rod
sensor magnet
sensor
Prior art date
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Granted
Application number
EP09722753A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2257712B1 (de
Inventor
Jens-Thorsten Gronau
Mike Heurich
Christian SEESTÄDT
Tino Wiggers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF CV Systems Hannover GmbH
Original Assignee
Wabco GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of EP2257712A1 publication Critical patent/EP2257712A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2257712B1 publication Critical patent/EP2257712B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
    • F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • 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
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/1447—Pistons; Piston to piston rod assemblies
    • 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
    • F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • F15B15/2861—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using magnetic means

Definitions

  • the invention relates to a cylinder with a running in a cylinder housing piston which is fixed to a cylinder rod and rotatable about a cylinder axis, and a position sensor which comprises a sensor magnet and a sensor element which cooperates with the sensor magnet, wherein the sensor magnet is formed for Detecting a cylinder rod position relative to the cylinder housing.
  • a position sensor which comprises a sensor magnet and a sensor element which cooperates with the sensor magnet, wherein the sensor magnet is formed for Detecting a cylinder rod position relative to the cylinder housing.
  • adjacently arranged sensors can be disturbed by the partial magnets.
  • Such a piston is known for example from DE 20 2005 005 508 U1.
  • complementary magnet parts are arranged on the piston to a magnetic ring whose magnetic field is detected by a magnetic field sensor.
  • a disadvantage of the piston is its high production costs.
  • the invention has for its object to provide an easy-to-manufacture cylinder, which is also easy to maintain and surrounding sensors less influenced.
  • the invention solves the problem by a generic cylinder, in which the sensor magnet with respect to the cylinder rod rotatably mounted on the cylinder rod and is rotatably guided relative to the cylinder housing.
  • a cylinder rod is understood to mean in particular each component, which is fixedly coupled to the piston with respect to the actuating direction of the piston.
  • the cylinder rod may comprise a plurality of partial cylinder rods which are shear stable or secured by joints together.
  • a free rotation for example by several turns is not possible.
  • pivoting about a small angular range for example less than 20 °, may be possible.
  • the sensor magnet extends only over a fraction of a cylinder rod circumferential angle of the cylinder rod. Since the sensor magnet is rotatably guided with respect to the cylinder housing, it is only necessary that the sensor magnet is always facing the sensor element. On a side facing away from the sensor element of the cylinder rod no magnetic element is necessary and possibly even harmful, since surrounding sensors can be influenced.
  • the advantage of this is that the magnetic E lement is small and therefore inexpensive to produce.
  • Another advantage is that the magnetic field surrounding the sensor magnet is present only in the immediate vicinity of the sensor element. This avoids magnetic interference that can otherwise interfere with other nearby sensors. It is also advantageous that a small sensor magnet is less affected by external magnetic fields, which in turn increases the measurement accuracy.
  • the sensor magnet extends over less than a third, in particular less than a fifth, of the cylinder rod circumferential angle of the cylinder rod. It is even possible for the sensor magnet to extend over less than 70 ° or even less than 45 ° above the cylinder rod circumferential angle. A particularly easy to manufacture sensor magnet is obtained if this is circular segment-shaped. It is particularly advantageous because such a sensor magnet builds radially particularly small for a given magnetic field strength.
  • a structurally particularly simple piston is obtained when the sensor magnet is fastened to an adapter, wherein the adapter is free of magnetized material on a side remote from the sensor element and fixed in relation to the cylinder rod longitudinal direction in at least one direction immovably on the cylinder rod.
  • the adapter is free of magnetized material on a side facing the sensor element, spatially extended magnetic fields are avoided, which can disturb magnetically positioned magnetic field sensors.
  • the cylinder can also be manufactured particularly easily at low cost.
  • the adapter is mounted displaceably on the cylinder rod in at least one direction with respect to the cylinder rod longitudinal direction, it is to be understood in particular that a movement of the piston in at least one direction always leads to a movement of the adapter in the same direction. In other words, the adapter is carried along in at least one direction by the cylinder rod.
  • the adapter is guided around the cylinder rod longitudinal direction in a rotationally secure manner in a guide sleeve.
  • the guide sleeve rests relative to the cylinder housing, so that the adapter can perform relative to the cylinder housing no rotational movement.
  • a pivoting movement by a few degrees may be possible.
  • the cylinder housing and the guide sleeve are directly connected.
  • the cylinder housing and the guide sleeve are fastened together on a third object.
  • the adapter has a guide groove, in which a guide projection of the guide sleeve engages.
  • the adapter has a guide projection which engages in a recess in the guide sleeve.
  • the cylinder rod has a stop for the adapter, wherein the piston comprises a relative to the cylinder housing against rotation secured spring, in particular a coil spring, which biases the adapter to the stop.
  • the adapter is secured against rotation on the spring, so that the adapter is rotatable relative to the cylinder housing.
  • the coil spring surrounds the cylinder rod and attached to the adapter, for example clipped.
  • the coil spring is then rotatably mounted relative to the cylinder housing.
  • the adapter can perform so small pivoting movements about the cylinder rod longitudinal axis, but is always pushed back by the spring in a rest position. This design has the advantage of being particularly easy to manufacture and maintain.
  • the cylinder may preferably be designed for switching an alley of the transmission.
  • a transmission actuator neither a lane rod, which is used to switch the alley, nor the cylinder to be actuated to be rotatably formed.
  • ring magnets are provided which cooperate with the sensor element.
  • these ring magnets can influence surrounding sensors, for example, a gear sensor for determining a gear position of the transmission or a split sensor for determining a switching position of a split stage of the transmission.
  • the position sensor is designed as a gas sensor, which detects a position of a throttle bar of the transmission.
  • the sensor magnet is a gas sensor magnet and the sensor element is a gas sensor element.
  • the sensor elements are preferably magnetic-inductive sensor elements, in particular PLCD sensor elements (PLCD, permanent magnetic linear contact-less displacement, linear, contactless displacement sensors with permanent magnets).
  • FIG. 1 shows a cross section through a cylinder according to the invention
  • FIG. 2 shows an exploded view of the cylinder according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a side view of a part of the components of a cylinder according to the invention according to a second embodiment
  • Figure 4 shows a second embodiment of a cylinder according to the invention
  • FIG. 5 shows a detail cross-sectional view of the cylinder according to FIG. 4.
  • Figure 1 shows a cylinder 10 with a running in a cylinder housing 12 piston 14 which is fixed to a cylinder rod 16 and rotatably mounted about a cylinder rod longitudinal axis L.
  • the cylinder 10 also includes a position sensor 18 that includes a sensor magnet 20 and a sensor element 22 that cooperates with the sensor magnet 20.
  • the position sensor 18 is configured to measure the position of the piston 14 at a height to the cylinder rod longitudinal axis L.
  • the piston 14 is rotatable relative to the cylinder housing 12 about the longitudinal axis L by a rotational angle ⁇ .
  • the sensor magnet 20 is always arranged relative to the cylinder housing 12 with respect to the sensor element 22 by being arranged rotationally fixed with respect to the cylinder housing 12.
  • the sensor magnet 20 is attached to an adapter 24.
  • the sensor magnet 20 is injected in the adapter 24, glued or clipped.
  • the piston 14 and the cylinder rod 16 are rotatable relative to the adapter 24.
  • the adapter 24 is displaceably mounted on the cylinder rod 16 in the first direction R 1 along the longitudinal axis of the cylinder rod L.
  • the adapter 24 surrounds the cylinder rod 16 annularly and forms a clearance 26 with the cylinder rod 16.
  • the adapter 24 is not movable relative to the piston 14 because it abuts against a stop 28 formed by a surface of the piston 14.
  • the adapter 24 is a plastic injection-molded part, which is non-magnetic and unmagnetisable bar, so that only in an environment of the sensor magnet 20, a permanent magnetic field exists.
  • the sensor element 22 is designed to measure this magnetic field in a spatially resolved manner along the cylinder longitudinal axis L and to determine therefrom the position of the piston 14.
  • a coil spring 30 is mounted, for example, clipped.
  • the coil spring is non-rotatably attached to the adapter 24.
  • the coil spring 30 With its end facing away from the adapter 24, the coil spring 30 is rotatably mounted in a receiving groove 32 on the cylinder housing 14.
  • the sensor magnet 20 can thereby pivot about the cylinder longitudinal axis L, but is always returned to a predetermined rotational angle position by the helical spring 30.
  • Figure 2 shows an exploded view of the arranged in the cylinder housing 12 components, wherein a sealing rubber 34 of the piston 14 can be seen. It can be seen that the sensor magnet 20 extends only by a fraction of a cylinder rod circumferential angle of the cylinder rod 16. In other words, a plurality of sensor magnets 20 could be arranged in the circumferential direction one behind the other until the cylinder rod 16 would be completely surrounded radially by sensor magnets 20. The determination of the cylinder rod circumferential angle is explained in more detail below in connection with FIG.
  • FIG. 3 shows the components of a second embodiment of a cylinder according to the invention.
  • the cylinder rod 16 unlike the embodiment according to FIG. 2, neither passes through the adapter 24 nor the coil spring 30.
  • the adapter 24 is provided with the sensor magnet 20 and the spiral spring 30 arranged in the cylinder housing 12.
  • adapter 24 and coil spring 30 are arranged outside of the cylinder housing 12.
  • Figure 4 shows another embodiment of a cylinder according to the invention, wherein the cylinder housing 12 has been omitted for clarity.
  • the cy Linderstange 16 passes through the adapter 24, which supports the circular segment-shaped sensor magnet 20.
  • the adapter 24 has a sensor magnet holder 36 and a clamping projection 38.
  • the sensor magnet 20 is received in the sensor magnet holder 36 and is held by the clamping projection 38.
  • the adapter 24 is in turn pivotable about the rotational angle ⁇ freely about the cylinder rod longitudinal axis L of the cylinder rod 16.
  • the sensor magnet 20 also extends over a cylinder rod circumferential angle ⁇ , which is determined as outlined.
  • a measuring plane E is spanned, through which the cylinder rod longitudinal axis L extends.
  • the cylinder rod circumferential angle ⁇ is the angle existing between two planes E that just touch the outer sides of the sensor magnet 20. The smaller the cylinder rod circumferential angle ⁇ , the less any surrounding sensors are adversely affected by stray fields. In FIG. 4, ⁇ is about 90 °.
  • the adapter 24 has a guide groove 40 into which a guide nose 42 (see FIG. 4
  • the adapter 24 is fixedly connected to the Koiben 14 via a screw 46 and thus immovable relative to the piston 14.
  • the piston 14 is rotatable relative to the piston rod 16, so that the adapter z24 is also rotatable with respect to the cylinder axis.
  • the cylinder rod 16 is rotatable with respect to the adapter 24 and thus with respect to the sensor magnet 20th
  • FIG. 5 shows a cross section through the cylinder 10, the inner components of which are shown in FIG. It can be seen that the guide sleeve 44 is attached to one end of the cylinder housing 14 and is sealed with respect to this with an O-ring 48.
  • the sealing rubber 34 is attached directly to the piston 14.
  • the adapter 24 is rotatable relative to the piston 14, so that the piston can rotate in the cylinder housing 12, without the sensor magnet 20 moves away from its position relative to the sensor element 22 , It is also possible that the adapter 24 is an integral part of the piston 14. By engaging the guide lug 42 in the guide groove 40 of the adapter 24, the cylinder rod 16 can rotate freely with respect to the cylinder housing and yet the sensor magnet is rotationally fixed relative to the cylinder housing 12 out.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinder mit einem in einem Zylindergehäuse (12) laufenden Kolben (14), der an einer Zylinderstange (16) befestigt und um eine Zylinderlängsachse (L) drehbar ist, und einem Positionssensor (18), der einen Sensormagneten (20) und ein Sensorelement (22), das mit dem Sensormagneten (20) zusammenwirkt, umfasst, und ausgebildet ist zum Erfassen einer Zylinderstangenposition relativ zu dem Zylindergehäuse (12). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Sensormagnet (20) drehbar bezüglich der Zylinderstange (16) an der Zylinderstange befestigt und drehfest bezüglich des Zylindergehäuses (12) geführt ist.

Description

Zylinder
Die Erfindung betrifft einen Zylinder mit einem in einem Zylindergehäuse laufenden Kolben, der an einer Zylinderstange befestigt und um eine Zylinderachse drehbar ist, und einem Positionssensor, der einen Sensormagneten und ein Sensorelement, das mit dem Sensormagneten zusammenwirkt, umfasst, wobei der Sensormagnet ausgebildet ist zum Erfassen einer Zylinderstangenposition relativ zu dem Zylindergehäuse. Zudem können benachbart angeordnete Sensoren durch die Teilmagneten gestört werden.
Ein derartiger Kolben ist beispielsweise aus der DE 20 2005 005 508 U1 bekannt. Dabei sind an dem Kolben sich zu einem magnetischen Ring ergänzende Teilmagneten angeordnet, deren Magnetfeld von einem Magnetfeldsensor erfasst wird. Nachteilig an dem Kolben ist sein hoher Fertigungsaufwand.
Aus der DE 20 2007 001 020 U1 ist ein fluidischer Zylinder mit einer Positionserfas- sungseinrichtung für die Kolbenposition bekannt. Auch hieran ist nachteilig, dass der Zylinder aufwändig zu fertigen und schlecht zu warten ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen leicht zu fertigenden Zylinder anzugeben, der zudem einfach zu warten ist und umliegende Sensoren weniger stark beeinflusst.
Die Erfindung löst das Problem durch einen gattungsgemäßen Zylinder, bei dem der Sensormagnet bezüglich der Zylinderstange drehbar an der Zylinderstange befestigt und bezüglich des Zylindergehäuses drehfest geführt ist.
Vorteilhaft hieran ist, dass ein derartiger Zylinder einfach zu fertigen ist. So kann ein Standardzylinder verwendet werden, an dem lediglich der spezielle Positionssensor befestigt werden muss. Es ist ein weiterer Vorteil, dass der Positionssensor in Um- fangsrichtung keinerlei zusätzlichen Bauraum beansprucht, so dass der Zylinder in Umfangsrichtung schmal baut. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein sehr kleiner Magnet verwendet werden kann, was die Herstellkosten senkt. Gleichzeitig sind Streufelder deutlich reduziert, wodurch umliegende Sensoren weniger beeinflusst werden.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einer Zylinderstange insbesondere jedes Bauteil verstanden, was bezüglich der Betätigungsrichtung des Kolbens fest mit dem Kolben gekoppelt ist. So kann die Zylinderstange mehrere Teilzylinderstangen umfassen, die schubstabil oder durch Gelenke aneinander befestigt sind. Unter dem Merkmal, dass ein Objekt drehfest bezüglich eines anderen Objektes angeordnet ist, ist insbesondere zu verstehen, dass ein freies Drehen, beispielsweise um mehrere Umdrehungen nicht möglich ist. Das schließt aber nicht aus, dass ein Verschwenken um einen kleinen Winkelbereich, beispielsweise weniger als 20°, möglich sein kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Sensormagnet ausschließlich über einen Bruchteil eines Zylinderstangen-Umfangswinkels der Zylinderstange. Da der Sensormagnet drehfest bezüglich des Zylindergehäuses geführt ist, ist es lediglich notwendig, dass der Sensormagnet stets dem Sensorelement zugewandt ist. Auf einer dem Sensorelement abgewandten Seite der Zylinderstange ist kein magnetisches Element notwendig und möglicherweise sogar schädlich, da umliegende Sensoren beeinflusst werden können. Vorteilhaft hieran ist, dass das magnetische E- lement klein und damit kostengünstig herstellbar ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass das magnetische Feld, das den Sensormagnet umgibt, nur in unmittelbarer Nähe des Sensorelements vorliegt. Dadurch werden magnetische Störfelder vermieden, die ansonsten andere in der Nähe angeordnete Sensoren stören können. Vorteilhaft ist zudem, dass ein kleiner Sensormagnet auf weniger durch externe Magnetfelder beeinflusst wird, was seinerseits die Messgenauigkeit erhöht.
Es hat sich herausgestellt, dass es ausreichend und vorteilhaft ist, wenn der Sensormagnet sich über weniger als ein Drittel, insbesondere weniger als ein Fünftel, des Zylinderstangen-Umfangswinkels der Zylinderstange erstreckt. Es ist sogar möglich, dass sich der Sensormagnet über weniger als 70° oder sogar weniger als 45° über den Zylinderstangen-Umfangswinkel erstreckt. Ein besonders einfach zu fertigender Sensormagnet wird erhalten, wenn dieser kreis- segmentförmig ist. Besonders vorteilhaft daran ist, dass ein derartiger Sensormagnet bei gegebener Magnetfeldstärke radial besonders klein baut.
Ein konstruktiv besonders einfacher Kolben wird erhalten, wenn der Sensormagnet an einem Adapter befestigt ist, wobei der Adapter an einer dem Sensorelement abgewandten Seite frei von magnetisiertem Material ist und bezüglich der Zylinderstangen- Längsrichtung in zumindest eine Richtung unverschieblich an der Zylinderstange befestigt ist. Dadurch, dass der Adapter an einer dem Sensorelement zugewandten Seite frei von magnetisiertem Material ist, werden räumlich ausgedehnte Magnetfelder vermieden, die umliegend positionierte Magnetfeldsensoren stören können. Durch den Verzicht auf magnetisiertes Material kann der Zylinder zudem besonders einfach kostengünstig gefertigt werden. Unter dem Merkmal, dass der Adapter bezüglich der Zylinderstangen-Längsrichtung in zumindest eine Richtung verschieblich an der Zylinderstange befestigt ist, ist insbesondere zu verstehen, dass eine Bewegung des Kolbens in zumindest eine Richtung stets zu einer Bewegung des Adapters in die gleiche Richtung führt. Der Adapter wird in anderen Worten in zumindest eine Richtung von der Zylinderstange mitgenommen.
Bevorzugt ist der Adapter um die Zylinderstangen-Längsrichtung drehsicher in einer Führungshülse geführt. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Führungshülse relativ zum Zylindergehäuse ruht, so dass der Adapter relativ zum Zylindergehäuse keine Drehbewegung ausführen kann. Eine Schwenkbewegung um wenige Grad kann aber möglich sein. Dazu ist nicht notwendig, dass das Zylindergehäuse und die Führungshülse direkt miteinander verbunden sind. So ist es möglich, dass beispielsweise das Zylindergehäuse und die Führungshülse gemeinsam an einem dritten Objekt befestigt sind.
Eine besonders einfach und wenig störungsanfällige Konstruktion wird erhalten, wenn der Adapter eine Führungsnut aufweist, in die ein Führungsvorsprung der Führungshülse eingreift. Selbstverständlich ist es alternativ oder additiv auch möglich, dass der Adapter einen Führungsvorsprung aufweist, der in eine Ausnehmung in der Führungshülse eingreift. Bevorzugt weist die Zylinderstange einen Anschlag für den Adapter auf, wobei der Kolben eine relativ zum Zylindergehäuse drehsicher befestigte Feder, insbesondere eine Spiralfeder, umfasst, die den Adapter auf den Anschlag vorspannt. Der Adapter ist dabei drehsicher an der Feder befestigt, so dass der Adapter drehsicher relativ zum Zylindergehäuse ist. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Spiralfeder die Zylinderstange umgibt und an dem Adapter befestigt, beispielsweise eingeklippst ist. Auf der dem Adapter gegenüberliegenden Seite ist die Spiralfeder dann drehfest relativ zum Zylindergehäuse gelagert. Der Adapter kann so kleine Schwenkbewegungen um die Zylinderstangen-Längsachse ausführen, wird durch die Feder jedoch stets in eine Ruhelage zurückgedrückt. Diese Konstruktion hat den Vorteil, besonders einfach zu fertigen und zu warten zu sein.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines oben beschriebenen Kolbens in einem Getriebesteller für ein automatisches oder halbautomatisches Getriebe. Dabei kann der Zylinder bevorzugt zum Schalten einer Gasse des Getriebes ausgebildet sein. Bei einem derartigen Getriebesteller dürfen weder eine Gassenstange, die zum Schalten der Gasse dient, noch der sie zu betätigende Zylinder drehfest ausgebildet sein. Bei bekannten Getriebestellern sind deshalb Ringmagneten vorgesehen, die mit dem Sensorelement zusammenwirken. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese Ringmagneten umliegende Sensoren beeinflussen können, beispielsweise einen Gangsensor zum Ermitteln einer Gangstellung des Getriebes oder einen Splitsensor zum Ermitteln einer Schaltstellung einer Splitstufe des Getriebes. Mit einem erfindungsgemäßen Zylinder, der ein Pneumatik-Zylinder oder ein Hydraulik-Zylinder sein kann, wird dieses Problem vermieden.
Bevorzugt ist der Positionssensor als Gassensensor ausgebildet, der eine Position einer Gassenstange des Getriebes erfasst. In diesem Fall ist der Sensormagnet ein Gassensensormagnet und das Sensorelement ein Gassensensorelement. Bei den Sensorelementen handelt es sich bevorzugt um magnetinduktive Sensorelemente, insbesondere um PLCD-Sensorelemente (PLCD, permanet magnet linear contact-less displacement, linear, kontaktlose Verschiebesensoren mit Permanentmagneten).
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Zylinder,
Figur 2eine Explosionszeichnung des Zylinders gemäß Figur 1 ,
Figur 3 eine Seitenansicht eines Teils der Komponenten eines erfindungsgemäßen Zylinders gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Figur 4 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zylinders, der
Teil eines erfindungsgemäßen Getriebestellers ist und
Figur 5 eine Detail-Querschnittsansicht des Zylinders gemäß Figur 4.
Figur 1 zeigt einen Zylinder 10 mit einem in einem Zylindergehäuse 12 laufenden Kolben 14, der an einer Zylinderstange 16 befestigt und um eine Zylinderstangen- Längsachse L drehbar befestigt ist.
Der Zylinder 10 umfasst zudem einen Positionssensor 18, der einen Sensormagneten 20 und ein Sensorelement 22 umfasst, das mit dem Sensormagneten 20 zusammenwirkt. Der Positionssensor 18 ist so ausgebildet, dass er die Position des Kolbens 14 auf einer Höhe zur Zylinderstangen-Längsachse L misst.
Der Kolben 14 ist bezüglich des Zylindergehäuses 12 um die Längsachse L um einen Drehwinkel φ drehbar. Der Sensormagnet 20 ist bezüglich des Zylindergehäuses 12 stets gegenüber dem Sensorelement 22 angeordnet, indem er drehfest bezüglich des Zylindergehäuses 12 angeordnet ist. Dazu ist der Sensormagnet 20 an einem Adapter 24 befestigt. Beispielsweise ist der Sensormagnet 20 in dem Adapter 24 eingespritzt, eingeklebt oder eingeklippst. Der Kolben 14 und die Zylinderstange 16 sind relativ zum Adapter 24 drehbar. Der Adapter 24 ist in erste Richtung R1 entlang der Zylinderstangen-Längsachse L verschieblich an der Zylinderstange 16 gelagert. Dazu umgibt der Adapter 24 die Zylinderstange 16 ringförmig und bildet mit der Zylinderstange 16 eine Spielpassung 26. Bezüglich einer der ersten Richtung R1 entgegengesetzten zweiten Richtung R2 ist der Adapter 24 nicht relativ zum Kolben 14 bewegbar, da er an einen Anschlag 28 anschlägt, der durch eine Fläche des Kolbens 14 gebildet ist.
Der Adapter 24 ist ein Kunststoff-Spritzgussteil, das unmagnetisch und unmagnetisier- bar ist, so dass lediglich in einer Umgebung des Sensormagneten 20 ein Permanentmagnetfeld existiert. Das Sensorelement 22 ist ausgebildet, um dieses Magnetfeld entlang der Zylinderlängsachse L ortsaufgelöst zu messen und daraus die Position des Kolbens 14 zu bestimmen. An den Adapter 24 ist eine Spiralfeder 30 angebracht, beispielsweise angeklippst. Dadurch ist die Spiralfeder drehfest an dem Adapter 24 befestigt. Mit ihrem dem Adapter 24 abgewandten Ende ist die Spiralfeder 30 in einer Aufnahmenut 32 an dem Zylindergehäuse 14 drehfest befestigt. Im Umfang von wenigen Grad kann dadurch der Sensormagnet 20 um die Zylinderlängsachse L verschwenken, wird jedoch durch die Spiralfeder 30 stets auf eine vorgegebene Drehwinkelposition zurückgeführt.
Figur 2 zeigt eine Explosionszeichnung der in dem Zylindergehäuse 12 angeordneten Komponenten, wobei auch ein Dichtgummi 34 des Kolbens 14 erkennbar ist. Es ist zu erkennen, dass der Sensormagnet 20 sich nur um einen Bruchteil eines Zylinderstan- gen-Umfangswinkels der Zylinderstange 16 erstreckt. In anderen Worten könnte eine Vielzahl von Sensormagneten 20 in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet werden, bis die Zylinderstange 16 vollständig radial von Sensormagneten 20 umgeben wäre. Die Bestimmung des Zylinderstangen-Umfangswinkels wird weiter unten in Zusammenhang mit Figur 4 näher erläutert.
Figur 3 zeigt die Komponenten einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zylinders. In dieser Ausführungsform durchgreift die Zylinderstange 16 anders als bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 weder den Adapter 24 noch die Spiralfeder 30. Bei beiden Ausführungsformen, sowohl nach Figur 2 als auch nach Figur 3, sind der Adapter 24 mit dem Sensormagneten 20 sowie die Spiralfeder 30 im Zylindergehäuse 12 angeordnet. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass Adapter 24 und Spiralfeder 30 außerhalb des Zylindergehäuses 12 angeordnet sind.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zylinders, wobei das Zylindergehäuse 12 der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden ist. Die Zy- linderstange 16 durchgreift den Adapter 24, der den kreissegmentförmigen Sensormagneten 20 haltert. Dazu besitzt der Adapter 24 eine Sensormagnetaufnahme 36 und einen Klemmvorsprung 38. Der Sensormagnet 20 ist in der Sensormagnetaufnahme 36 aufgenommen und wird vom Klemmvorsprung 38 festgehalten.
Der Adapter 24 ist wiederum um den Drehwinkel φ frei um die Zylinderstangen- Längsachse L der Zylinderstange 16 schwenkbar. Der Sensormagnet 20 erstreckt sich zudem über einen Zylinderstangen-Umfangswinkel α, der wie skizziert bestimmt wird. Dazu wird eine Messebene E aufgespannt, durch die die Zylinderstangen-Längsachse L verläuft. Der Zylinderstangen-Umfangswinkel α ist der derjenige Winkel, der zwischen zwei Messebenen E existiert, die gerade die Außenseiten des Sensormagneten 20 berühren. Je kleiner der Zylinderstangen-Umfangswinkel α ist, desto weniger werden etwaige umliegende Sensoren durch Streufelder negativ beeinflusst. In Figur 4 beträgt α ungeführt 90°.
Der Adapter 24 besitzt in der Ausführungsform gemäß Figur 4 eine Führungsnut 40, in die eine Führungsnase 42 (vgl. Figur 5) einer Führungshülse 44 eingreift.
Wie Figur 4 zeigt, ist der Adapter 24 fest mit dem Koiben 14 über eine Schraube 46 verbunden und damit relativ zum Kolben 14 unbeweglich. Der Kolben 14 ist zur Kolbenstange 16 drehbar, so dass der Adapter z24 auch drehbar bezüglich der Zylinderachse ist. In andren Worten ist die Zylinderstange 16 drehbar bezüglich des Adapters 24 und damit bezüglich des Sensormagneten 20.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch den Zylinder 10, dessen inneren Komponenten in Figur 4 gezeigt sind. Es ist zu erkennen, dass die Führungshülse 44 an einem Ende des Zylindergehäuses 14 angebracht ist und gegenüber diesem mit einem O-Ring 48 abgedichtet ist. In Figur 5 ist das Dichtgummi 34 direkt am Kolben 14 angebracht. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Dichtgummi 34 am Adapter 24 angebracht ist. Es ist zudem möglich, dass, wie in der ersten beschriebenen Ausführungsform, der Adapter 24 relativ zum Kolben 14 verdrehbar ist, so dass der Kolben sich in dem Zylindergehäuse 12 drehen kann, ohne dass der Sensormagnet 20 sich von seiner Position gegenüber dem Sensorelement 22 entfernt. Es ist zudem möglich, dass der Adapter 24 einen integralen Bestandteil des Kolbens 14 darstellt. Durch das Eingreifen der Führungsnase 42 in die Führungsnut 40 des Adapters 24 kann die Zylinderstange 16 frei mit Bezug auf das Zylindergehäuse drehen und dennoch ist der Sensormagnet drehfest bezüglich des Zylindergehäuses 12 geführt.

Claims

Patentansprüche
1. Zylinder mit
(a) einem in einem Zylindergehäuse (12) laufenden Kolben (14), der (i) an einer Zylinderstange (16) befestigt und
(ii) um eine Zylinderlängsachse (L) drehbar ist, und
(b) einem Positionssensor (18), der
(i) einen Sensormagneten (20) und
(ii) ein Sensorelement (22), das mit dem Sensormagneten (20) zusammenwirkt, umfasst, und
(iii) ausgebildet ist zum Erfassen einer Zylinderstangenposition relativ zu dem Zylindergehäuse (12), dadurch gekennzeichnet, dass
(c) der Sensormagnet (20)
(i) drehbar bezüglich der Zylinderstange (16) an der Zylinderstange befestigt und (ii) drehfest bezüglich des Zylindergehäuses (12) geführt ist.
2. Zylinder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Sensormagnet (20) ausschließlich über einen Bruchteil eines Zylinderstangen-Umfangswinkels (α) der Zylinderstange (16) erstreckt.
3. Zylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Sensormagnet (20) über weniger als ein Drittel, insbesondere weniger als ein Fünftel, des Zylinderstangen-Umfangswinkels (α) der Zylinderstange (16) erstreckt.
4. Zylinder nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensormagnet (20) kreissegmentförmig ist.
5. Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensormagnet (20) an einem Adapter (24) befestigt ist und der Adapter (24)
(i) an einer dem Sensorelement (22) abgewandten Seite frei von magnetisier- tem Material ist und (ii) bezüglich der Zylinderstangen-Längsrichtung in zumindest eine Richtung unverschieblich an der Zylinderstange (16) befestigt ist.
6. Zylinder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (24) um die Zylinderstangen-Längsachse (L) drehsicher in einer Führungshülse (44) geführt ist.
7. Zylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (24) eine Führungsnut (40) aufweist, in die eine Führungsnase (42) der Führungshülse (44) eingreift.
8. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
(i) die Zylinderstange (16) einen Anschlag (28) für den Adapter (24) aufweist und (ii) der Kolben (14) eine relativ zum Zylindergehäuse (12) drehsicher befestigte
Feder (30), insbesondere Spiralfeder, umfasst, die den
Adapter (24) auf den Anschlag (28) vorspannt, (iii) wobei der Adapter (24) drehsicher an der Feder (30) befestigt ist, so dass der Adapter (24) drehsicher relativ zum Zylindergehäuse (12) ist.
9. Getriebesteller für ein Getriebe, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Zylinder (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche umfasst, wobei der Zylinder (10 ) zum Schalten einer Gasse ausgebildet ist und wobei die Zylinderstange (16) mit einer Gassenstange des Getriebes gekoppelt ist.
10. Getriebe mit einem Getriebesteller nach Anspruch 9.
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