SE511111C2

SE511111C2 - Position sensor gauge for vehicle transmission cylinder

Info

Publication number: SE511111C2
Application number: SE9704655A
Authority: SE
Inventors: Nils Tengberg
Original assignee: Volvo Lastvagnar Ab
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 1999-08-09
Also published as: SE9704655D0; SE9704655L

Abstract

The gauge comprises a gauge rod (210), mounted from the piston head (200), moving axially in an opening (310) in the gauge housing (300) as the piston is displaced. A sensor (330) senses the position of the rod in the opening. The gauge rod is mounted from the piston head in a manner allowing it a limited freedom of movement transverse to the axial direction. The gauge rod head (220), which is inserted into a receiving hole in the piston head, is rounded so that it may roll against the end wall (250) of the hole. The gauge rod head is biased towards the end wall by a spring (240) wedged between the gauge rod head and a slotted washer (230).

Description

15 20 25 30 35 511 11.1 2 hjulet, ett första läge där kopplingslamellen är i fullt ingrepp med svänghjulet och tryckplattan, och ett andra läge där kopplingslamellen ej är i kontakt med svänghjulet och tryckplattan. 15 20 25 30 35 511 11.1 2 the wheel, a first position where the clutch plate is in full engagement with the flywheel and the pressure plate, and a second position where the clutch plate is not in contact with the flywheel and the pressure plate.

Ett byte av utväxling i växellådan sker först när kopp- lingslamellen är frigjord från svänghjulet. För att erhålla en mjuk övergång från en utväxling ("växel") till en annan är det viktigt att kopplingen kan regleras på ett till- räckligt väldefinierat sätt genom att kopplingslamellens läge kan mätas relativt svänghjulet så att en mjuk in- koppling kan genomföras.A gear change in the gearbox only takes place when the clutch plate is released from the flywheel. In order to obtain a smooth transition from one gear ("gear") to another, it is important that the clutch can be adjusted in a sufficiently well-defined manner by measuring the position of the clutch plate relative to the flywheel so that a soft clutch can be performed.

Den pneumatiska eller hydrauliska cylinderanordningen innefattar vanligtvis en cylinder med ett cylinderlopp samt ett kolvelement vilken är rörligt anordnad i cylinderlop- pet. En kolvstång är fäst vid kolvelementet så att kolv- stången sticker ut ur cylinderloppet. Kolvstången är anordnad att påverka tryckplattan via manövergaffeln.The pneumatic or hydraulic cylinder device usually comprises a cylinder with a cylinder bore and a piston element which is movably arranged in the cylinder bore. A piston rod is attached to the piston element so that the piston rod protrudes from the cylinder bore. The piston rod is arranged to actuate the pressure plate via the control fork.

För att erhålla kontinuerlig information om. läget hos kolvelementet relativt cylindern är en givare anordnad att mäta detta läge. Givaren innefattar ett första, långsträckt givarelement vilket har två ändar. En första ände är fäst i kolvelementet på nmtsatt sida kolvstången. Den andra änden är anordnad att rörligt sticka in i ett lângsträckt hål i ett givarhus. Kolvelementet och det första givarele- mentet är rörligt monterade relativt givarhuset. En elektrisk signal genereras av ett avkänningsmedel anordnat i givarhuset, vilken signal är proportionell mot läget av det första givarelementet relativt givarhuset och således proportionell mot läget av kolvstången relativt cylindern och därmed också tryckplattans läge.To obtain continuous information about. the position of the piston element relative to the cylinder, a sensor is arranged to measure this position. The sensor comprises a first, elongate sensor element which has two ends. A first end is attached to the piston element on the centered side of the piston rod. The other end is arranged to movably insert into an elongate hole in a sensor housing. The piston element and the first sensor element are movably mounted relative to the sensor housing. An electrical signal is generated by a sensing means arranged in the sensor housing, which signal is proportional to the position of the first sensor element relative to the sensor housing and thus proportional to the position of the piston rod relative to the cylinder and thus also the position of the pressure plate.

Givarkonstruktionen kan vara uppbyggd som en resistiv lägesmätare där det första givarelementet är en resistor 10 15 20 25 30 35 511 1.11 3 och givarhuset är en strömuppsamlare och de tillsamans bildar en linjär potentiometer, givare av detta slag är kända från GB-A-2 235 513 och WO-96/18517. En förbättrad version av givarkonstruktion använder en nætallstav som första givarelement samt en, i givarhuset placerad, elektrisk spole vars induktans ändras då metallstaven förflyttas relativt spolen. Det första givarelementet är således ett givarankare i en induktiv givaranordning. Denna konstruktion ger en beröringsfri mätning samt relativt hög noggrannhet i mätningen.The sensor construction can be constructed as a resistive position meter where the first sensor element is a resistor 10 15 20 25 30 35 511 1.11 3 and the sensor housing is a current collector and together they form a linear potentiometer, sensors of this type are known from GB-A-2 235 513 and WO-96/18517. An improved version of the sensor construction uses a net number rod as the first sensor element and an electrical coil placed in the sensor housing, the inductance of which changes as the metal rod moves relative to the coil. The first sensor element is thus a sensor anchor in an inductive sensor device. This construction provides a non-contact measurement and relatively high accuracy in the measurement.

Infästningen av givarelementet i kolvelementet är utfört som en stel förbindelse, d.v.s. sker med ett fast förband, exempelvis ett gängförband där det första givarelementet är gängat för inskruvning i. ett. motsvarande gängat, hål i kolvelementet. Ett problenlmed denna lösning är att eventu- ella snedställningar av det första givarelementet, relativt givarhusets hål, kan ge upphov till ökad direktkontakt mellan givarelement och givarhus varvid ett starkt ökat slitage av dessa komponenter uppstår. Detta ökade slitage leder vanligtvis till felmätningar och även helt förlorad mätförmåga hos givarkonstruktionen.The attachment of the sensor element to the piston element is designed as a rigid connection, i.e. takes place with a fixed connection, for example a threaded connection where the first sensor element is threaded for screwing into one. correspondingly threaded, hole in the piston element. A problem with this solution is that any misalignments of the first sensor element, relative to the hole of the sensor housing, can give rise to increased direct contact between the sensor element and the sensor housing, whereby a greatly increased wear of these components occurs. This increased wear usually leads to erroneous measurements and also a complete loss of measurement ability of the sensor construction.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN: Det är därför ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en givarkonstruktion, speciellt för en axiell lägesmätare, till exempel av induktiv typ, vilken säkerställer en fixering av ett första givarelement till dess avsedda axiella rörelseriktning samtidigt som den tillåter att det första givarelementet kan röra sig i andra riktningar i en begränsad omfattning för att neutralisera eventuella snedställningar av det första givarelementet vilka uppkommit som resultat av relativrörelser mellan ett mätobjekt och det första givarelementet antingen vid mon- tering av givarelementet på mätobjektet eller under drift. 10 15 20 25 30 35 511 _111 4 Detta syfte nås med en tryckmediepåverkad manöveranordning enligt patentkrav 1.DISCLOSURE OF THE INVENTION: It is therefore an object of the present invention to provide a sensor structure, especially for an axial position meter, for example of the inductive type, which ensures a fixation of a first sensor element to its intended axial direction of movement while allowing the first sensor element to can move in other directions to a limited extent to neutralize any misalignments of the first sensor element which have arisen as a result of relative movements between a measuring object and the first sensor element either during mounting of the sensor element on the measuring object or during operation. This object is achieved with a pressure-actuated actuating device according to claim 1.

Föredragna utföringsformer enligt uppfinningen är beskrivna i respektive underkrav.Preferred embodiments of the invention are described in the respective subclaims.

KORT BESKRIVNING AV FIGURERNA: Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas mer detaljerat genom icke begränsande exempel samt med referens till de bifogade figurerna i vilka: Fig. 1. är en schematisk.perspektivvy av en.pneumatisk eller hydraulisk cylinderanordning för manövrering av kopplingen i ett fordons växellåda; Fig. 2 är en schematisk sníttvy av en pneumatisk eller hydraulisk cylinderanordning för manövrering av kopplingen i ett fordons växellåda, och Fig. 3 är en schematisk snittvy av infästningen av ett givarankare enligt Fig. 2.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS: The invention will be described in more detail below by way of non-limiting example and with reference to the accompanying figures in which: Fig. 1 is a schematic perspective view of a pneumatic or hydraulic cylinder device for operating the coupling in a vehicle gearbox; Fig. 2 is a schematic sectional view of a pneumatic or hydraulic cylinder device for operating the clutch in a vehicle gearbox, and Fig. 3 is a schematic sectional view of the attachment of a sensor anchor according to Fig. 2.

DETALJERAD BESKRIVNING Av FÖREDRAGNA UTFöRINGsFommR= I Fig. 1 visas en cylinderanordning 100 enligt uppfinningen där en kolvstång 110 är anordnad att vara rörlig fram och åter enligt pilen A samt att samverka med en kopplingsa- nordning (ej visad) hos en fordonstransmission (ej visad).DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS = Fig. 1 shows a cylinder device 100 according to the invention where a piston rod 110 is arranged to be movable back and forth according to the arrow A and to cooperate with a coupling device (not shown) of a vehicle transmission (not shown). .

Cylinderanordningen 100 är avsedd att monteras direkt på fordonstransmissionen samt att styras med hjälp av ventiler (ej visade) reglerade av en central styrenhet (ej visad) exempelvis också monterad på fordonstransmissionen.The cylinder device 100 is intended to be mounted directly on the vehicle transmission and to be controlled by means of valves (not shown) controlled by a central control unit (not shown), for example also mounted on the vehicle transmission.

Manövreringen av kolvstângen 110 nædelst cylinderanord- ningen 100 kan ske pneumatiskt eller hydrauliskt.The actuation of the piston rod 110 next to the cylinder device 100 can be done pneumatically or hydraulically.

En givaranordning enligt uppfinningen för beröringsfri lägesmätning av läget av kolvstången 110 i förhållande till 10 15 20 25 30 35 511 111 s en ej visad koppling visas vidare i Fig. 2. Givaranord- ningen är anordnad att samverka med ett mätobjekt, till exempel ett kolvelement 200 förskjutbart anordnat i ett cylinderrum 208 i en cylinder 120. Givaranordningen innefattar ett första givarelement, till exempel ett av- kännarelement 210, och ett givarhus 300 anordnat i cylin- dern 120. Kolvelementet 200 är i en första ände fäst vid kolvstången 110. Kolvstången 110 är således anordnad att vara rörlig fram och åter i cylinderrummet 208 i cylindern 120. Kolvelementets 200 andra ände är anordnad vid av- kännare lementet 2 1 0 .A sensor device according to the invention for non-contact position measurement of the position of the piston rod 110 in relation to a coupling (not shown) is further shown in Fig. 2. The sensor device is arranged to cooperate with a measuring object, for example a piston element 200 The sensor device comprises a first sensor element, for example a sensor element 210, and a sensor housing 300 arranged in the cylinder 120. The piston element 200 is attached at a first end to the piston rod 110. The piston rod 110 is thus arranged to be movable back and forth in the cylinder space 208 in the cylinder 120. The other end of the piston element 200 is arranged at the sensor element 20.

Avkännarelementet är anordnat på kolvelementet 200 med hjälp av en fästanordning 230, 240. Avkännarelementet har en infästningsände uppvisande ett mäthuvud 220 vilket huvud kan vara infört i en fördjupning i kolvelementet 200. Denna fördjupning innefattar en vägg 206 samt en botten 207.The sensor element is arranged on the piston element 200 by means of a fastening device 230, 240. The sensor element has a fastening end having a measuring head 220 which head can be inserted into a recess in the piston element 200. This recess comprises a wall 206 and a bottom 207.

Mäthuvudet 220 är i kontakt med kolvelementet 200 i en mätyta 250 hos kolvelementet. Mätytan 250 är fördelaktigast större än den del av mäthuvudets 220 yta vilken är vänd mot mätytan. Fästanordningen 230, 240 innefattar fördelaktigt en spårbricka 230 och ett fjädrande element 240. Spårbrick- an 230 är monterad i ett spår 235 i kolvelementet 200. Det fjädrande elementet 240 pressar således mäthuvudet 220 mot mätytan 250 .The measuring head 220 is in contact with the piston element 200 in a measuring surface 250 of the piston element. The measuring surface 250 is advantageously larger than the part of the surface of the measuring head 220 which faces the measuring surface. The fastening device 230, 240 advantageously comprises a groove washer 230 and a resilient element 240. The groove washer 230 is mounted in a groove 235 in the piston element 200. The resilient element 240 thus presses the measuring head 220 against the measuring surface 250.

Givarhuset 300 innefattar ett långsträckt hål 310 för mottagande av en företrädesvis stavformad andra ände hos avkännarelementet 210 samt ett avkänningsmedel 330 anordnat i givarhuset, i direkt anslutning till det långsträckta hålet 310, för mätning av läget hos den företrädesvis stav- formade andra änden hos avkännarelementet 210.The sensor housing 300 includes an elongate hole 310 for receiving a preferably rod-shaped second end of the sensor element 210 and a sensing means 330 disposed in the sensor housing, in direct connection with the elongate hole 310, for measuring the position of the preferably rod-shaped second end 210 of the sensor member. .

Avkänningsmedlet 330 kan utgöras av en spiralformad induktiv lindning runt det långsträckta hålet 310 och inuti givarhuset 300. En konstant mätström matas genom lindningen 10 15 20 25 30 35 511111 6 varvid induktansen hos lindningen ändras då det första givarelementets 210 andra stavformade ände förflyttasj.det långsträckta hålet 310. En alternativ utformning av avkän- ningsmedlet är ett optiskt avkänningsmedel för detektering av läget hos avkännarelementet 210, varvid den induktiva lindningen enligt ovan bortfaller. Någon form av optiska markeringar erfordras på avkännarelementet 210 samt optiska läselement måste vara anordnade i givarhuset 300 för av- läsning av markeringarna.The sensing means 330 may be a helical inductive winding around the elongate hole 310 and within the sensor housing 300. A constant measuring current is fed through the winding, the inductance of the winding changing as the second rod-shaped end of the first sensor element 210 moves. the hole 310. An alternative design of the sensing means is an optical sensing means for detecting the position of the sensing element 210, whereby the inductive winding as above is omitted. Some form of optical markings are required on the sensor element 210 and optical reading elements must be provided in the sensor housing 300 for reading the markings.

En mer detaljerad beskrivning av infästningen av avkännare- lementet 210 till det första kolvelementet 200 visas i Fig. 3. Däri framgår tydligt hur mäthuvudet 220 hos avkännarele- mentet 210 är infört i en fördjupning i det första kolvele- mentet 200. Fördjupningen består av väggen 206, exempelvis med cylindriskt tvärsnitt, samt bottnen 207.A more detailed description of the attachment of the sensor element 210 to the first piston element 200 is shown in Fig. 3. It clearly shows how the measuring head 220 of the sensor element 210 is inserted into a recess in the first piston element 200. The depression consists of the wall 206, for example with a cylindrical cross-section, and the bottom 207.

Mäthuvudet 220 kan vara halvsfäriskt eller ha en mer eller mindre avrundad profil, d.v.s. ha en konvex form. Syftet är att underlätta relativrörelser mellan mäthuvudet 220 och kolvelementet 200. Således kan mätytan 250 mellan mäthuvu- det 220 och det första kolvelementet 200 göras avrundat konvext och mäthuvudet 200 utformas med en i huvudsak plan yta mot det första kolvelementet, detta visas ej i figurer- na. Ett ytterligare alternativ är att utforma både mätytan 250 och mäthuvudet 220 med konvexa ytor.The measuring head 220 may be hemispherical or have a more or less rounded profile, i.e. have a convex shape. The purpose is to facilitate relative movements between the measuring head 220 and the piston element 200. Thus, the measuring surface 250 between the measuring head 220 and the first piston element 200 can be made rounded convex and the measuring head 200 formed with a substantially flat surface against the first piston element. na. A further alternative is to design both the measuring surface 250 and the measuring head 220 with convex surfaces.

Mäthuvudet 220 fixeras axiellt mot kolvelementet 200 med hjälp av det fjädrande elementet 240, exempelvis en skruv- fjäder, vilket hålls på plats i kolvelementet av spårbrick- an 230 vilken, i sin tur, är nwnterad i spåret 235 i kolvelementet. Alternativt kan det fjädrande elementet 240 anligga mot givarhuset 300 med sin ena ände och mot mäthuvudet 220 med sin andra ände, detta visas ej i figurerna. 10 15 20 25 30 S11 111 7 Avkännarelementet 210, exempelvis ett givarankare enligt ovan, kan därigenom monteras i en position i det första kolvelementet 200 vilken avviker från en tänkt mittlinje genom hålet 310 i givarhuset 300. Eventuella snedställ- ningar av avkännarelementet 210 relativt kolvelementet 200, vilka uppkommit som resultat av relativrörelser mellan kolvelementet och avkännarelementet antingen vid montering av avkännarelementet.på kolvelementet eller vilka.uppkommit under drift, kommer att tillrättaläggas automatiskt under drift då avkännarelementet ställer in sig i ett läge med minsta möjliga friktion mellan avkännarelementet och givarhuset 300 eftersom infästningen av avkännarelementet 210 gör det möjligt att automatiskt kompensera dels sidoförskjutningar, markerade med pilen B, och dels vinkelsnedställningar, markerade med pilen C.The measuring head 220 is fixed axially against the piston element 200 by means of the resilient element 240, for example a helical spring, which is held in place in the piston element by the groove washer 230 which, in turn, is centered in the groove 235 in the piston element. Alternatively, the resilient element 240 may abut against the sensor housing 300 with one end and against the measuring head 220 with its other end, this is not shown in the figures. 10 15 20 25 30 S11 111 7 The sensor element 210, for example a sensor anchor as above, can thereby be mounted in a position in the first piston element 200 which deviates from an imaginary center line through the hole 310 in the sensor housing 300. Any skewings of the sensor element 210 relative to the piston element 200, which have arisen as a result of relative movements between the piston element and the sensor element either when mounting the sensor element on the piston element or which have arisen during operation, will be arranged automatically during operation when the sensor element adjusts to a position with the least possible friction between the sensor element and the sensor housing 300 since the attachment of the sensor element 210 makes it possible to automatically compensate for lateral displacements, marked with the arrow B, and partly for angle adjustments, marked with the arrow C.

En tänkbar utföringsform har ett polymert material 260 belagt på nätytan 250 för att minska friktion och/eller slitage mellan mätytan och avkännarelementet 210. En alternativ utföringsform har ett polymert material belagt på mäthuvudet 220, eller, alternativt, både på mäthuvudet och nätytan 250. Fördelaktiga polymermaterial är Teflon (PTFE) eller Acetalplast 4POM, PAS-L, Delrin, Hostaform), båda registrerade varumärken/handelsnamn.A possible embodiment has a polymeric material 260 coated on the mesh surface 250 to reduce friction and / or wear between the measuring surface and the sensor element 210. An alternative embodiment has a polymeric material coated on the measuring head 220, or, alternatively, both on the measuring head and the mesh surface 250. Advantageous polymer material is Teflon (PTFE) or Acetalplast 4POM, PAS-L, Delrin, Hostaform), both registered trademarks / trade names.

Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till de exempel vilka beskrivits här samt vilka visats i figurerna, utan kan varieras inom vidden av de bifogade patentkraven. Till exempel kan andra tillämpningsomrâden än cylinderanord- ningar tänkas där ett axiellt läge skall mätas samtidigt som vissa snedställningar av givarelementet skall kunna kompenseras automatiskt.The invention is of course not limited to the examples which are described here and which are shown in the figures, but can be varied within the scope of the appended claims. For example, areas of application other than cylinder devices are conceivable where an axial position must be measured at the same time as certain deviations of the sensor element must be able to be compensated automatically.

Claims

10 15 20 25 30 35 511111 8 108627 UAW 1997-12-11 PATENT REQUIREMENTS:

Pressure medium actuated device (100), comprising a cylinder (120) with a cylinder space (208), a pressure medium inlet and a pressure medium outlet which open into the cylinder space (208), a piston element (200) sealing and displaceably arranged against the wall of the cylinder space, a sensor (210, 220, 300, 310) for axially positioning the position of the piston element (200) relative to said cylinder space (208) which sensor comprises a sensor housing (300) with an elongate cavity (310) in which a sensor element (310) connected to the piston element 210) is displaceably arranged, characterized in that the piston element (200) is provided with a measuring surface (250) and that an end of said sensor element (210) directed towards said measuring surface has a measuring head (220) and that resilient means (240) are arranged for axial fixing of the measuring head (220) to the measuring surface (250) of the piston element.

Pressure medium actuated device according to claim 1, characterized in that said measuring head (220) has a surface convexly formed towards the measuring surface (250).

Pressure medium actuated device according to any one of the preceding claims, characterized in that said measuring surface (250) has a surface convexly formed towards the measuring head (220).

Pressure medium actuated actuator according to any one of the preceding claims, characterized in that said measuring surface (250) is coated with a polymeric material.

Pressure medium actuated device according to any one of the preceding claims, characterized in that said measuring head (220) is inserted into a recess in said piston element (200) which recess comprises a wall (206) and a bottom (207) wherein said measuring surface (250) forms part of said bottom (207).

Pressure media actuated device according to claim 5, characterized. that said wall (206) is provided. with fixing means (230, 235) for position-fixing said resilient means (240) relative to said piston element (200), and said resilient means (240) being arranged between the measuring head (220) and said fixing means for pressing the measuring head against the measuring surface.

Pressure medium actuated device according to claim 6, characterized in that said fixing means (240) comprises a groove ring (230) which is mounted in a groove (235) in the wall (206).