WO2011042004A2

WO2011042004A2 - Sensoranordnung

Info

Publication number: WO2011042004A2
Application number: PCT/DE2010/001162
Authority: WO
Inventors: Werner GRÖMMER; Christian Pfaffinger; Axel Seikowsky
Original assignee: Micro-Epsilon Messtechnik Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2011-04-14
Also published as: US20120146625A1; WO2011042004A3; CN102549389A; DE102010046700A1

Abstract

Eine Sensoranordnung zur Detektion der Bewegung/Position zweier nahe beieinander oder ineinander liegender, relativ zueinander beweglicher Bauteile einer Baugruppe, umfasst mindestens einen ersten Sensor zur Detektion der Bewegung/Position des einen Bauteils und einen zweiten Sensor zur Detektion der Bewegung/Position des anderen Bauteils, wobei die Sensoren nach unterschiedlichen Messprinzipien arbeiten, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen.

Description

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„SENSORANORDNUNG"

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Detektion der Bewegung/Position zweier nahe beieinander oder ineinander liegender bzw. angeordneter, relativ zueinander beweglicher Bauteile einer Baugruppe.

Im Konkreten kann es sich bei der Baugruppe um ein Ausrücklager eines Doppelkupplungsgetriebes mit einem Innenlager als erstes Bauteil und einem Außenlager als zweites Bauteil handeln. Auch ist die Anwendung bei einem sogenannten Einrücker denkbar.

Zum allgemeinen Stand der Technik ist folgendes auszuführen:

Bei sogenannten Doppelkupplungsgetriebe, auch Direkt-Schaltgetriebe (DSG) genannt, werden Aus- bzw. Einrücker für zwei unabhängige Aus-/Einrückvorgänge benötigt.

Um die Position der beiden erforderlichen Lager zu erfassen, werden zwei unabhängige Wegsensoren benötigt. Für das äußere Lager wird bislang ein magnetischer Sensor (PLCD-Sensor) verwendet. Danach wird auf der Verdrehsicherung des Lagers ein Magnet befestigt (vgl. beispielsweise EP 1 898 111 A2 und DE 102 42 841 A1 ). Da die beiden Aus-/Ein rücker einen nur geringen Bauraum einnehmen dürfen, ist dort das innere Lager derart platziert, dass es konzentrisch innerhalb des äußeren Lagers angeordnet ist. Dadurch ist der erforderliche Bauraum ganz erheblich reduziert. Dies bedeutet aber auch gleichzeitig eine Reduktion des Raumes für einen Wegsensor. Ein nach dem PLCD-Prinzip arbeitender Sensor findet bei einer solchen Anordnung keinen Platz. Außerdem würden sich die beiden zwingend erforderlichen Magnete der Sensoren gegenseitig beeinflussen und dabei das Messergebnis verfälschen.

Doppelkupplungsgetriebe bestehen aus zwei Teilkupplungen und sind seit langem aus der Praxis bekannt. Der Vorteil solcher Getriebe besteht darin, dass ohne Zugkraftunterbrechung zwischen den Getriebeübersetzungen gewechselt werden kann. Solche Getriebe werden ganz überwiegend in Kraftfahrzeugen eingesetzt, insbe-

BESTÄTIGUNGSKOPIE sondere als Direkt-Schaltgetriebe (DSG) oder Parallelschaltgetriebe (PSG) bezeichnet.

Doppelkupplungsgetriebe kommen aber auch sonst wo zur Anwendung, nämlich überall dort, wo eine Kraftübertragung mittels Getriebe möglichst ohne Unterbrechung der Zugkraft erforderlich ist. Das Grundprinzip des Doppelkupplungsgetriebes basiert auf zwei unabhängig voneinander schaltbaren Teilgetrieben. Während die eine Kupplung geschlossen ist und die Kraft des Antriebes auf ein Teilgetriebe übertragen wird, wird beim Schaltvorgang im anderen Teilgetriebe der entsprechende Gang vorgewählt. Dann wird die andere Kupplung geschlossen, während die erste Kupplung gleichzeitig geöffnet wird. Damit wird das Drehmoment kontinuierlich von einer zur anderen Getriebestufe übertragen. Dies nennt man Momentenübergabe. Der Schaltvorgang erfolgt in äußerst kurzer Zeit ohne Zugkraftunterbrechung und somit mit hoher Effizienz. Doppelkupplungsgetriebe stellen damit einen guten Kompromiss zwischen hohem Komfort und hohem Wirkungsgrad dar. Der Schaltvorgang erfordert jedoch eine exakte Regelung, damit keine Momentenverluste auftreten. Erst mit der Beherrschung des komplexen Regelvorgangs können sich die Doppelkupplungsgetriebe durchsetzen.

Zur Erzielung einer effizienten Regelung ist die Erfassung der momentanen Kupplungsposition zwingend erforderlich. Dazu sei beispielsweise auf die DE 10 2007 037 589 A1 und auf die dort zitierten Referenzen/Entgegenhaltungen verwiesen. Die bekannten Kupplungen können auf unterschiedliche Weisen betätigt werden, z.B. hydraulisch oder elektrisch. In jedem Falle ist es erforderlich, die Position jeder Teilkupplung zu erfassen, damit abhängig von der jeweiligen Position einer Kupplung die andere gesteuert werden kann.

Die Positionserfassung von Einzelkupplungen ist - für sich gesehen - seit langem aus der Praxis bekannt. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten zum Einsatz von Wegsensoren. Bekannt sind u.a. Sensoren mit magnetischem Wirkprinzip oder mit induktivem bzw. Wirbelstromprinzip. Die DE 197 16 600 A1 zeigt einen elektrischen Messwertgeber, der mit einem Gestänge mit dem Ausrücklager einer Kupplung verbunden ist. Andere Lösungen zeigen magnetische Sensoren, wie z.B. Hallsensoren, die die Position eines Magneten detektieren. Dabei ist der Magnet mit hydraulischen Kupplungsbetätigungen am Kolben des Ausrücklagers der Kupplung befestigt, während der Sensor am feststehenden Lager angebracht ist (vgl. dazu DE 196 52 785 B4, DE 102 42 841 A1 und DE 10 2004 027 1 17 A1 ). Gemäß EP 0 936 439 B1 ist ein Sensor bekannt, der nach dem Wirbelstromprinzip die Position des Kolbens eines Ausrücklagers ermittelt.

Bei Doppelkupplungen ist es erforderlich, die Position zweier gegeneinander bewegter Bauteile zu erfassen. Bei hydraulisch betätigten Ausrücklagern sind dies in der Regel zwei Kolben, die konzentrisch ineinander angeordnet sind bzw. ineinander greifen. Während es bei einem einzelnen Kolben relativ einfach ist, die Position des Kolbens mit bekannten Sensoranordnungen zu erfassen, ist dies bei einem Doppel-Ausrücker erheblich schwieriger. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Bauraum äußerst begrenzt ist. Außerdem ist die seitliche Messung bzw. Detektion des innenliegenden Kolbens nicht oder nur mit großem Aufwand möglich.

Gemäß DE 199 36 886 A1 sind Lagesensoren in die Kupplungsaktoren integriert. Diese Aktoren sind über ein Betätigungsgestänge außerhalb der Ausrücklager angebracht und wirken nur indirekt auf die Kupplung. Damit ist der erforderliche Bauraum groß. Die indirekte Betätigung führt zu einem ganz erheblichen Verschleiß und zu Fehlern in der Messung.

Gemäß DE 103 205 24 A1 sind an Schaltzylindern digitale Sensoren zur Erfassung der Istposition angebracht.

Die DE 10 2007 037 589 A1 beschreibt die Regelung von Doppelkupplungsgetrieben mittels zweier Wegsensoren. Die genaue Anordnung oder Ausgestaltung der Sensoren ist dort nicht beschrieben.

Bei Verwendung magnetischer Sensoren besteht die Gefahr der gegenseitigen Beeinflussung. Da in den Ausrücklagern häufig auch magnetisierbare Werkstoffe verwendet werden, kann die Magnetfeldverteilung unkalkulierbar beeinflusst werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich die Kolben unabhängig voneinander bewegen. Es könnte dann der Magnet, der zum ersten Wegsensor gehört, auch den zweiten Wegsensor beeinflussen und damit Störungen bei der Messung verursachen. Im Lichte der voranstehenden Ausführungen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass damit eine unabhängige Positionsmessung zweier nahe beieinander liegender beweglicher Bauteile möglich ist. Dabei soll es ausgeschlossen sein, dass sich die beiden Sensoren gegenseitig beeinflussen bzw. stören. Die Sensoranordnung soll möglichst kompakt sein und sich dadurch mit geringem Bauraum verwenden lassen.

Die voranstehende Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist eine Sensoranordnung zur Detektion der Bewegung/Position zweier nahe beieinander oder ineinander liegender, relativ zueinander beweglicher Bauteile einer Baugruppe mit mindestens einem ersten Sensor zur Detektion der Bewegung/Position des Bauteils und einem zweiten Sensor zur Detektion der Bewegung/Position des anderen Bauteils ausgestattet, wobei die Sensoren nach unterschiedlichen Messprinzipien arbeiten, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 sei die Erfindung wie folgt erläutert:

Erfindungsgemäß wird für das Innenlager 1.1 ein Sensor 4.2 eingesetzt, der beispielsweise nach dem MDS-Prinzip (Magnetischer Distanz-Sensor entsprechend der DE 10 2007 062 862 A1 ) arbeitet. Ein solcher Sensor hat den Vorteil, dass er äußerst klein baut. Er kann vollständig mit nichtmagnetischem Metall, beispielsweise Aluminium, umschlossen werden, was sich bei der Störaussendung und Einstrahlung günstig auswirkt. Im Fall des Ausrückers oder Einrückers kann der Sensor zwischen innerem und äußerem Druckraum des hydraulischen Systems gemäß Fig. 1 eingebaut werden.

Eine weitere Möglichkeit ist die Anordnung zwischen innerem Druckraum und Welle gemäß Fig. 2. Der Gebermagnet 5 wird am oder im inneren Zylinder 1 befestigt. Eine Positionserfassung erfolgt dann, wenn sich der Magnet auf den Sensor zu bewegt, aber sich noch nicht unterhalb des Sensors befindet. Der Sensor muss also nicht über den ganzen Bewegungsbereich seitlich zum Magneten angeordnet sein, was erhebliche Vorteile beim Bauraum bringt. Die Position des Außenlagers 2.1 wird durch einen Sensor 4.1 gemäß EP 0 654 140 A1 erfasst werden. Hierbei wird an der bereits vorhandenen Verdrehsicherung ein Langloch 2.2 vorgesehen, das als Target für den Sensor dient. Ein zusätzlicher Magnet kann entfallen. Die beiden Positionen werden auf physikalisch unterschiedliche Messverfahren festgestellt. Damit ist eine gegenseitige Beeinflussung oder Störung der Sensoren ausgeschlossen.

Sind die verwendeten Lager aus ferromagnetischem Material gefertigt, kann es zu einer Beeinflussung des Messsignals des Sensors durch das äußere Lager 2.1 kommen. Da die Position dieses Lagers, beispielsweise durch die Messung nach dem Prinzip gemäß EP 0 654 140 A1 bekannt ist, kann dieser Fehler mühelos kompensiert werden.

Um bei dem von der Anwendung bedingten großen Einsatztemperaturbereich einen möglichst geringen Temperaturfehler zu erreichen, ist eine Kompensation der Temperaturabhängigkeit gewünscht. Dafür muss eine Temperaturinformation vorliegen, die durch die Verwendung des Sensors 4.1 ebenfalls relativ einfach für die Sensorkombination ermittelt werden kann. Hierzu wird der Sensor 4.1 mit Gleichspannung gespeist. Die Änderung dieser Gleichspannung ist ein Maß für die Temperatur am Sensor 4.1 . Dadurch kann ein zusätzlicher Temperaturfühler im Sensor vermieden werden, wodurch sich die Anzahl der nötigen Sensorleitungen 6, sowie der Bauteilaufwand verringert. Unter der Annahme, dass für beide Sensoren die gleiche Umgebungstemperatur vorherrscht, kann auch die Temperaturinformation für die Kompensation beider Sensorsignale verwendet werden.

Da sich die beiden Sensorsignale in unterschiedlichen Frequenzbändern aufhalten, können diese in der Auswerteschaltung nach der Übertragung leicht von einander getrennt werden. Es ergibt sich also kein Übersprechen zwischen den beiden Kanälen.

Der Konstruktive Aufbau des Sensors 4 ermöglicht die gleichzeitige Montage beider Sensoren. Der Sensor 4.1 kann mit dem Targetring 2.2 als Verdrehsicherung des äußeren Lagers 2 und 2.1 dienen. Eine zusätzliche Sicherung am Gehäuse kann entfallen, wodurch sich ein einfacherer Aufbau des Lagergehäuses 3 ergibt.

Der Sensor 4.2, beispielsweise ein MDS-Sensor, kann bei entsprechender Ausführung (z.B. in Alu oder Edelstahlgehäuse) ebenfalls als Verdrehsicherung genutzt werden (Fig. 3). In diesem Fall muss der Sensor 4 den Druckraum nach außen abdichten. Ein großer Vorteil ist aber, dass ein schwieriger mechanischer Bearbeitungsschritt am Lagergehäuse 3 entfallen kann.

Bei Verwendung eines Ringmagneten gemäß Fig. 4 kann eine Verdrehsicherung des inneren Lagers, die nur für die Messung benötigt würde, entfallen.

Zusammenfassend lassen sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Sensoranordnung stichwortartig wie folgt beschreiben:

- zwei unabhängige Messprinzipien (im Allgemeinen), die sich gegenseitig nicht beeinflussen;

- der erste Sensor (beispielsweise ein MDS-Sensor) erfasst die Kolbenposition magnetisch (auch durch nichtmagnetische Materialien hindurch;

- der zweite Sensor misst seitlich mit kompakter Bauform;

- die Sensoren können zur gegenseitigen Kalibrierung verwendet werden, wenn z.B. ein Sensor sich im (stabilen) Nullpunkt und der andere Sensor sich irgendwo im Messbereich befindet;

- die Sensoren können gegenseitig zur Temperaturkompensation verwendet werden;

- die Anordnung der Sensoren kann aufgrund der unterschiedlichen Messprinzipien frei gewählt werden, insbesondere auch unmittelbar benachbart;

- die Sensoren können konstruktiv so gestaltet werden, dass sie als Einheit montierbar sind.

Abschließend sei angemerkt, dass die erfindungsgemäße Sensoranordnung nicht nur in Ausrücklagern für Doppelkupplungen eingesetzt werden kann, sondern überall dort, wo zwei nahe beieinander oder ineinander angeordnete Bauteile eine Relativbewegungen zueinander durchführen und diese Bewegung mit berührungs- losen Sensoren erfasst werden soll. Eine gegenseitige Beeinflussung der Sensoren ist ausgeschlossen. Regelmäßig ist Bauraum beengt, insbesondere dann, wenn es sich bei den beweglichen Bauteilen um Doppelzylinder, Teleskopzylinder o.ä. handelt.

Bezugszeichenliste

1 Zylinder

1.1 Innenlager

2 äußeres Lager

2.1 Außenlager

2.2 Langloch, Targetring

3 Lagergehäuse

4 Sensor

4.1 äußerer Sensor

4.2 innerer Sensor

5 Gebermagnet

6 Sensorleitungen

Claims

A n s p r ü c h e

1. Sensoranordnung zur Detektion der Bewegung/Position zweier nahe beieinander oder ineinander liegender, relativ zueinander beweglicher Bauteile einer Baugruppe, mit mindestens einem ersten Sensor zur Detektion der Bewegung/Position des einen Bauteils und einem zweiten Sensor zur Detektion der Bewegung/Position des anderen Bauteils, wobei die Sensoren nach unterschiedlichen Messprinzipien arbeiten, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Baugruppe um ein Ausrücklager eines Doppelkupplungsgetriebes mit einem Innenlager (Bauteil) und einem Außenlager (Bauteil) handelt und dass die Sensoren zur Detektion der Bewegung/Position der Lager relativ zueinander dienen.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Baugruppe um ein hydraulisch betätigtes Ausrücklager mit zwei konzentrisch ineinander greifenden Kolben (Bauteile) handelt.

4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung/Position der Bauteile nach einem magnetischen und einem nichtmagnetischen Detektionsverfahren detektiert werden.

5. Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle ineinander greifender Bauteile die Bewegung/Position des inneren Bauteils über einen Magnetfeldsensor (beispielsweise gemäß DE 10 2007 062 862 A1) und die Bewegung/Position des äußeren Bauteils über einen nichtmagnetischen Sensor (beispielsweise gemäß EP 0 654 140 A1) detektiert wird.

6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bauteile ganz oder teilweise aus ferromagnetischem Material bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass eine etwaige Beeinflussung des Messsignals des Magnetfeldsensors durch das äußere Bauteil über die ermittelte Position des äußeren Bauteils kompensierbar ist.

7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperaturkompensation am Sensor für das äußere Bauteil eine Gleichspannung angelegt wird, wobei eine Änderung des Gleichstroms ein Maß für die Temperatur am Sensor ist, wodurch sich eine Temperaturinformation ableiten lässt.

8. Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Annahme der gleichen Umgebungstemperatur für beide Sensoren die gewonnene Temperaturinformation zur Temperaturkompensation der Signale beider Sensoren dient.

9. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsignale unterschiedlichen Frequenzbändern zugeordnet sind, so dass in einer Auswerteschaltung eine Trennung der ggf. kompensierten Signale erfolgen kann.