WO2012163319A1 - Verfahren und vorrichtung zur kalibrierung eines an einem zylinder angeordneten wegsensors - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur kalibrierung eines an einem zylinder angeordneten wegsensors Download PDF

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WO2012163319A1
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Matthias Gramann
Tim Herrmann
Markus Dietrich
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/24—Housings ; Casings for instruments
    • G01D11/245—Housings for sensors

Definitions

  • the invention relates to a device of a displacement sensor arranged on a cylinder with wegproportionalem output signal and / or switching thresholds having the features of the preamble of claim 1, and a method for performing the calibration with the features of the preamble of claim.
  • This sensor system is measured after assembly. Based on the determined data, an electrical calibration of the sensor is performed.
  • a disadvantage of these sensor systems is that they have a large air gap and have a complex, tainted with integration.
  • the measuring ranges of the sensors must cover all possible tolerances, whereby the sensor accuracy is highly dependent on the mechanical tolerances.
  • the penetration of interfering contours eg the sealing on the bulkhead
  • the calibration of the sensor system must be carried out electronically and by software.
  • the object of the invention is to realize with a method and a device, the detection of the piston stroke (linear travel and / or switching thresholds) within a hydraulic cylinder.
  • This object is achieved with a device for calibrating a cylinder
  • This integration is advantageously realized by a permanent connection.
  • the object is also achieved with a method for carrying out the calibration of a arranged on a housing of a cylinder displacement sensor having the features of claim 3.
  • connection of sensor assembly and housing or the connection of sensor and housing is already calibrated mechanically during the assembly process.
  • Figure 1 shows a first embodiment of an integrated in the housing of a cylinder
  • Figure 2 is a section through the cylinder housing of this embodiment with sensor assembly
  • FIG. 3 shows the fixing of the sensor module in the cylinder housing according to FIG. 1;
  • Figure 4 shows a second embodiment of an integrated in the housing of a cylinder
  • Figure 5 shows a section through the cylinder housing of the second embodiment
  • FIG. 6 is a perspective view of the second embodiment according to FIG. 4.
  • FIG. 1 shows a sensor assembly 10, which is integrated in a pocket provided by means of an injection process in the plastic housing 1 of the cylinder.
  • This sensor assembly 10 consists of a populated printed circuit board 4 and a plug 2.
  • the plug 2 is in this case designed so that the geometry simultaneously acts as a cover for a housing opening 7 (see Figure 3). By an overlap of the housing 1 and plug geometry, a degree of freedom in the axial direction is generated.
  • the moving element, the target 5 is fixed in a defined absolute position. This can be ensured for example by a highly accurate reference measuring system.
  • the printed circuit board 4 is positioned in the pocket so that an expected output signal matching the position of the sensor assembly 10 is measured. As a result, a relationship between the sensor assembly 10 and target 5 is produced, which is largely independent of possible axial tolerances. By doing so, an absolute relationship between stationary and moving part 5 of the entire sensor system 10 can be established.
  • the required measuring range of the sensor system 10 can be reduced since the mechanical tolerances are largely eliminated by the calibration.
  • support surfaces 8 within the plastic bag or a recess in the housing 1 are required. These bearing surfaces 8 can be formed, for example, as ribs 11, as shown in Figures 1 and 2.
  • a further rib 11 can be provided above the printed circuit board 4, which due to the spring effect of the sleeve, applies a force to the printed circuit board 4.
  • a fixation of the sensor assembly 10 may after the mechanical adjustment by
  • the opening 7 shown in Figure 3 is used for fastening, or for fixing the sensor assembly 10 in the previously set position. This can be done for example by laser welding. If the chosen method of attachment does not guarantee the tightness between housing 1 and plug 2, a sealing element 6 in the form of, for example, a sealing ring can additionally be provided, as shown in FIG. In this case, the opening 7 shown in this figure 3 or for fixing the sensor assembly 10 in the previously set position is used. This can be done for example by laser welding. In this case, the construction is to be carried out so that a sinking of the plastic during the laser welding process is ensured.
  • Another advantage of this design is given by the possibility of penetrating axial interference contours (eg sealing surfaces between the engine compartment and the passenger compartment). By forming a pocket, the axial space can be extended without compromising the tightness of the connection.
  • axial interference contours eg sealing surfaces between the engine compartment and the passenger compartment.
  • Sensor assembly 10 are also made of a cover 9 with circuit board 4 and connector 2, as shown in Figure 4. Thus arises after placing the sensor assembly 10 on the housing 1, a degree of freedom in the axial direction. However, in this case possible axial tolerances in the formation of the size of the plastic bag, the circuit board 4 and the Decket 9 must be considered.
  • a groove 13 in the housing 1 with a corresponding counterpart in the cover 9 can be realized, as shown in Figure 5.
  • Ad / on sensors 12 can also be modified in such a way that mechanical calibration is possible (see FIG.
  • the housing 1 is thereby expanded by two axial guide webs, which are guided in rails on the plastic cylinder.
  • this sensor 12 is moved axially until its optimum position is reached. Thereafter, this is mechanically fixed, for example by means of gluing, welding or a clip connection.
  • the connection can, as shown in FIG or housing 1 with the sensor assembly 10 are also produced by laser welding.
  • Figure 6 shows a perspective view of the second embodiment of the device according to the invention.

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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kalibrierung eines an einem Zylinder angeordneten Wegsensors mit wegproportionalem Ausgangssignal und/oder Schaltschwellen sowie ein Verfahren zur Durchführung des Kalibriervorganges. Danach wird eine in einer Aussparung eines Gehäuses integrierte, aus einem Stecker und einer Leiterplatte gebildeten Sensorbaugruppe oder ein Sensor bereits während des Montagevorganges kalibriert und danach unlösbar mit dem Gehäuse verbunden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung eines an einem Zylinder angeordneten
Wegsensors
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung eines an einem Zylinder angeordneten Wegsensors mit wegproportionalem Ausgangssignal und/oder Schaltschwellen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 , sowie ein Verfahren zur Durchführung des Kalibriervorganges mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 3.
Es ist bekannt, auf einen Zylinder einen separaten Sensor zu montieren, der die Position des Magneten im Innern des Kolbens erfasst. Alternativ werden Leiterplatten in das Gehäuse integriert, mit eingespritztem Leadframe (Kontakt) verbunden und durch einen Deckel abgedichtet und geschützt.
Dieses Sensorsystem wird nach der Montage vermessen. Anhand der ermittelten Daten wird eine elektrische Kalibrierung des Sensors durchgeführt.
Ist bei Sensorsystemen (z. B. zur Schaltschwellendetektion) keine elektrische Kalibrierung möglich, geht die komplette Toleranzkette von dem Target zu dem sensitiven Element in die Absolutgenauigkeit ein.
Nachteilig bei diesen Sensorsystemen ist jedoch, dass sie einen großen Luftspalt besitzen und eine komplexe, mit einer Toleranz behafteten Integration aufweisen. Außerdem müssen die Messbereiche der Sensoren alle möglichen Toleranzen abdecken, wobei die Sensorgenauigkeit stark von den mechanischen Toleranzen abhängig ist. Weiter ist die Durchdringung von Störkonturen (z. B. der Abdichtung an der Spritzwand) schwierig und die Kalibrierung des Sensorsystems muss elektronisch und softwaremäßig durchgeführt werden.
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, mit einem Verfahren und einer Vorrichtung die Erfassung des Kolbenhubs (Linearweg und/oder Schaltschwellen) innerhalb eines Hydraulikzylinders zu realisieren.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zur Kalibrierung eines an einem Zylinder
angeordneten Wegsensors mit den Merkmalen des Ansrpuchsl gelöst.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Danach wird eine Kalibrierung eines an einem Gehäuse eines Zylinders angeordneten Wegsensors dadurch realisiert, indem eine aus einem Stecker und einer Leiterplatte gebildeten Sensorbaugruppe oder ein Sensor in eine Aussparung im Gehäuse integriert wird.
Diese Integration wird vorteilhafter Weise durch eine unlösbare Verbindung realisiert.
Die Aufgabe wird außerdem mit einem Verfahren zur Durchführung der Kalibrierung eines an einem Gehäuse eines Zylinders angeordneten Wegsensors mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.
Danach wird die Verbindung von Sensorbaugruppe und Gehäuse oder die Verbindung von Sensor und Gehäuse bereits während des Montagevorganges mechanisch kalibriert.
Abschließend wird nach der mechanischen Kalibrierung der Sensorbaugruppe auf dem Gehäuse oder des Sensors auf dem Gehäuse eine unlösbare Verbindung von Gehäuse und Sensorbaugruppe bzw. Gehäuse und Sensor hergestellt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert:
Es zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführung einer im Gehäuse eines Zylinders integrierten
Sensorbaugruppe;
Figur 2 einen Schnitt durch das Zylindergehäuse dieser Ausführung mit Sensorbaugruppe;
Figur 3 die Fixierung der Sensorbaugruppe im Zylindergehäuse gemäß Figur 1 ;
Figur 4 eine zweite Ausführung einer im Gehäuse eines Zylinders integrierten
Sensorbaugruppe; Figur 5 einen Schnitt durch das Zylindergehäuse der zweiten Ausführung mit
Sensorbaugruppe;
Figur 6 eine perspektivische Darstellung der zweiten Ausführung gemäß Figur 4.
Figur 1 zeigt eine Sensorbaugruppe 10, die in eine mittels Spritzprozess im Kunststoffgehäuse 1 des Zylinders vorgesehene Tasche integriert ist. Diese Sensorbaugruppe 10 besteht aus einer bestückten Leiterplatte 4 und einem Stecker 2. Der Stecker 2 ist hierbei so ausgeführt, dass die Geometrie gleichzeitig als Abdeckung für eine Gehäuseöffnung 7 (siehe Figur 3) fungiert. Durch eine Überlappung von Gehäuse 1 und Steckergeometrie wird ein Freiheitsgrad in axialer Richtung erzeugt. Während des Montagevorganges wird das bewegte Element, das Target 5, in einer definierten absoluten Position fixiert. Dies kann beispielsweise durch ein hochgenaues Referenzmesssystem gewährleistet werden.
Die Leiterplatte 4 wird so in der Tasche positioniert, dass ein erwartetes, zu der Position der Sensorbaugruppe 10 passendes Ausgangssignal, gemessen wird. Dadurch wird ein Zusammenhang zwischen Sensorbaugruppe 10 und Target 5 hergestellt, der weitestgehend unabhängig von möglichen axialen Toleranzen ist. Durch dieses Vorgehen kann ein absoluter Bezug zwischen ortsfestem und bewegtem Teil 5 des gesamten Sensorsystems 10 hergestellt werden.
Des Weiteren kann der erforderliche Messbereich des Sensorsystems 10 reduziert werden, da durch die Kalibrierung die mechanischen Toleranzen weitestgehend eliminiert werden. Um eine spielfreie Führung und Lagerung der Leiterplatte 4 zu ermöglichen, werden Auflageflächen 8 innerhalb der Kunststofftasche bzw. eine Aussparung im Gehäuse 1 benötigt,. Diese Auflageflächen 8 können beispielsweise als Rippen 11 ausgebildet werden, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Um die Leiterplatte 4 spielfrei zu lagern, kann eine weitere Rippe 11 oberhalb der Leiterplatte 4 vorgesehen werden, die bedingt durch die Federwirkung des Ge- häsuesl , eine Kraft auf die Leiterplatte 4 aufbringt.
Eine Fixierung der Sensorbaugruppe 10 kann nach der mechanischen Justage durch
Verfahren wie Laserschweißen, Einclipsen, Kleben, etc. erfolgen. Somit wird eine dauerhafte Positionierung gewährleistet. In diesem Fall dient die in Figur 3 dargestellte Öffnung 7 zum Befestigen, bzw. zum Fixieren der Sensorbaugruppe 10 in der zuvor eingestellten Position. Dies kann beispielsweise durch Laserschweißen erfolgen. Sollte die gewählte Befestigungsmethode die Dichtheit zwischen Gehäuse 1 und Stecker 2 nicht gewährleisten, kann zusätzlich ein Dichtelement 6 in Form beispielsweise eines Dichtringes vorgesehen werden, wie in Figur 3 dargestellt. In diesem Fall dient die in dieser Figur 3 dargestellte Öffnung 7 bzw. zum Fixieren der Sensorbaugruppe 10 in der zuvor eingestellten Position. Dies kann beispielsweise durch Laserschweißen erfolgen. In diesem Fall ist die Konstruktion so auszuführen, dass ein Einsinken des Kunststoffes während des Laserschweißprozesses gewährleistet ist.
Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion ist durch die Möglichkeit gegeben, axiale Störkonturen (z. B. Dichtflächen zwischen Motorraum und Fahrgastzelle) zu durchdringen. Durch die Ausformung einer Tasche kann der axiale Bauraum erweitert werden, ohne die Dichtheit der Verbindung zu gefährden.
Alternativ zu dieser konstruktiven Ausführung gemäß der Figuren 1 bis 3 kann die
Sensorbaugruppe 10 auch aus einem Deckel 9 mit Leiterplatte 4 und Stecker 2 ausgeführt werden, wie in Figur 4 gezeigt. Somit entsteht nach dem Aufsetzten der Sensorbaugruppe 10 auf das Gehäuse 1 ein Freiheitsgrad in axialer Richtung. Allerdings müssen hierbei mögliche axiale Toleranzen bei der Ausbildung der Größe der Kunststofftasche, der Leiterplatte 4 und dem Decket 9 berücksichtigt werden.
Um die Bewegungsmöglichkeit in axialer Richtung einzuschränken, kann beispielsweise eine Nut 13 im Gehäuse 1 mit entsprechendem Gegenstück im Deckel 9 realisiert werden, wie in Figur 5 dargestellt. Nach der endgültigen Ausrichtung bzw. mechanischen Kalibrierung der Sensorbaugruppe 10 kann deren Befestigung in der Tasche beispielsweise mittels Laserschweißen oder Kleben erfolgen.
Auch konventionelle Ad-/On-Sensoren 12 können so modifiziert werden, dass damit eine mechanische Kalibrierung möglich ist (s. Figur 5). Das Gehäuse 1 wird dabei um zwei axiale Führungsstege erweitert, die in Schienen auf dem Kunststoffzylinder geführt werden. Zunächst wird dieser Sensor 12 soweit axial verschoben, bis dessen optimale Position erreicht ist. Danach wird dieser mechanisch fixiert, beispielsweise mittels Kleben, Schweißen oder einer Clipsverbindung. Wenn die in den Figuren 4 und 5 beschriebene Sensorbaugruppe 10 verwendet wird, bei der der Deckel 9 mit der Leiterplatte 4 laserverschweißt ist und der Deckel 9 gleichzeitig als Führung fungiert, kann, wie in Figur 6 dargestellt, die Verbindung Zylinder bzw. Gehäuse 1 mit der Sensorbaugruppe 10 auch mittels Laserschweißen hergestellt werden.
Figur 6 zeigt eine perspektivische Darstellung der zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Bezuqszeichen liste Gehäuse
Stecker
Kontakt
Leiterplatte
Target/bewegtes Element
Dichtelement
Öffnung
Auflagefläche für Leiterplatte
Deckel
Sensorbaugruppe
Rippe
Sensor / Ad-on-Sensor
Nut

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Kalibrierung eines an einem Gehäuse (1) eines Zylinders angeordneten Wegsensors mit wegproportionalem Ausgangssignal und/oder Schaltschwellen, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus einem Stecker (2) und einer Leiterplatte (4) gebildete Sensorbaugruppe (10) oder ein Sensor (12) in einer Aussparung im Gehäuse (1) integriert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine unlösbare Verbindung zwischen Sensorbaugruppe (10) und Gehäuse (1) oder Sensor (12) und Gehäuse (1) hergestellt wird.
3. Verfahren zur Kalibrierung eines in einem Gehäuse (1) eines Zylinders angeordneten Wegsensors mit wegproportionalem Ausgangssignal und/oder Schaltschwellen, wobei der Wegsensor nach der Montage auf dem Gehäuse (1) elektrisch vermessen und anhand der ermittelten Daten eine Kalibrierung des Wegsensors vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Sensorbaugruppe (10) und Gehäuse (1) oder Sensor (12) und Gehäuse (1) während des Montagevorganges mechanisch kalibriert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dass die unlösbare Verbindung von Gehäuse (1) und Sensorbaugruppe (10) oder Sensor (12) und Gehäuse (1) nach der Kalibrierung der Sensorbaugruppe (10) auf dem Gehäuse (1) hergestellt wird.
PCT/DE2012/000457 2011-05-31 2012-05-04 Verfahren und vorrichtung zur kalibrierung eines an einem zylinder angeordneten wegsensors Ceased WO2012163319A1 (de)

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