WO2015120853A1 - Kolben-zylinder-anordnung, insbesondere ein geberzylinder eines kupplungsbetätigungssystems in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Kolben-zylinder-anordnung, insbesondere ein geberzylinder eines kupplungsbetätigungssystems in einem kraftfahrzeug Download PDF

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    • F16D2300/18—Sensors; Details or arrangements thereof

Definitions

  • Piston-cylinder arrangement in particular a master cylinder of a Kupplungsbetxi supply system in a motor vehicle
  • the invention relates to a piston-cylinder arrangement, in particular a master cylinder of a clutch actuation system in a motor vehicle, having a piston which is arranged axially movable in a cylinder designed as a housing and a sensor system which is arranged on the housing and with a on or in the piston mounted sensor component is in operative connection.
  • the Linearwegmesssystem comprises a sensor system, which consists of an inductive sensor unit and an electrically conductive target, which will be referred to as a sensor component hereinafter, consists.
  • a Hall sensor is used as the sensor system, which includes a sensor component as a permanent magnet, which is positioned on the piston.
  • the invention is therefore based on the object to provide a piston-cylinder arrangement which manages without additional parts and still delivers an accurate sensor signal.
  • the object is achieved in that on the piston near the
  • Sensor component is an axially extending guide web is formed, which engages in a formed on an inner wall of the housing axial guide groove.
  • the guide web engages positively in the guide groove. This positive engagement prevents play between the piston and the housing and allows a plane guidance of the piston within the housing.
  • a cross section of the guide groove and the guide web is round or square.
  • the angular design favors the positive contact and secures the piston reliably on the housing.
  • the round design aids in sliding movement of the piston within the housing.
  • the guide web is arranged on an outer circumference of the piston, which extends in a direction of a pressure chamber defined by the housing.
  • the guide bar is thus formed near the position where the sensor component is located on the piston. This arrangement of the guide bar prevents a change in the distance between the sensor system and the sensor component.
  • the sensor component is arranged in a chamber which, starting from an end face of the piston facing the pressure chamber, axially expands in the interior thereof. Anchoring the sensor component in a chamber reliably prevents the sensor component from disengaging during movement of the piston. This is supported by the fact that the sensor component is glued in the chamber.
  • an inner diameter of the housing and an outer diameter of the piston are approximately equal. A minimal distance between these two Components allow sliding axial movement of the piston, but prevent the distance between the sensor component and the sensor system from changing.
  • a region of the piston which faces away from the pressure chamber, comprises a seal carrier, which is firmly connected to the housing, wherein the guide groove is extended into an inner wall of the annular seal carrier.
  • the seal carrier carries two axially sealing rings, which serve to ensure that the pressure chamber is reliably sealed against the housing and against the seal carrier and no hydraulic fluid, which is located in the pressure chamber, can escape. Since the seal carrier is the extension of the housing, of course, the piston moves in this. Due to the design of the guide groove in the seal carrier is further ensured that the piston can be mounted and operated angle true to.
  • the housing is welded to the seal carrier, preferably ultrasonically welded.
  • the sealing ring is advantageously designed as a welding ring.
  • an inner diameter of the seal carrier is greater than the inner diameter of the housing. This ensures that the piston in the sealing ring has a greater clearance than inside the housing, which is particularly advantageous in the assembly of the piston in the assembly consisting of housing and sealing ring.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a hydraulic clutch actuation system
  • FIG. 3 shows an individual representation of the components of the piston-cylinder arrangement according to FIG. 2
  • FIG. 4 shows a cross section of the piston-cylinder arrangement according to FIG. 2.
  • FIG. 1 shows a hydraulic clutch actuation system 1, as shown in FIG. 1
  • Such a clutch actuation system 1 comprises a hydraulic actuation system in the form of a clutch master cylinder 4, which has a cylinder designed as a housing 2, in which a piston 3 is mounted axially movable.
  • the piston 3 is actuated by a clutch pedal 5, which acts on a piston rod 7.
  • the clutch master cylinder 4 is connected to a slave cylinder 9, which actuates a clutch 10.
  • the adjustment of the position of the clutch 10 is due to the drive of the piston 3 by the clutch pedal 5.
  • the clutch master cylinder 4 and the clutch 10 to the slave cylinder 9 are spatially separated in the vehicle.
  • a Hall sensor system 1 1 is arranged, which faces a permanent magnet 12 which is fixed to the piston 3.
  • the Hall sensor system 1 1 is connected to a control unit 6.
  • the housing 2 is firmly connected to a seal carrier 13 designed as a welding ring.
  • a seal carrier 13 designed as a welding ring.
  • the piston 3 is mounted axially movable.
  • the permanent magnet 12 is supported so as to be brought close to the Hall sensor system 12 which is externally attached to the housing 2.
  • the seal carrier 13 designed as a welding ring has two sealing rings 16, 17, which seal both the housing 2 and the seal carrier 13 against the hydraulic fluid in the pressure chamber 15.
  • the individual components of the piston-cylinder arrangement are shown separately in FIG.
  • the piston 3 has on the magnet side on a guide web 18, which has a curved surface.
  • the housing 2 and the seal carrier 13 have on their inner wall 19 each have a guide groove 20, which is also formed axially and merge into one another in the assembled state.
  • the piston 3 can be mounted only in a single position, since the guide bar 18 engages in the guide groove 20 of the housing 2 and seal carrier 13.
  • the piston 3 By this locking the piston 3 against Rotation relative to the housing 2 and the seal carrier 13 secured so that there is always a constant distance between the permanent magnet 12 and the Hall sensor system 1 1, which entails a constant sensor signal, which forwards the sensor system 1 1 to the control unit 6.
  • FIG. 4 A cross section through the described piston-cylinder arrangement is shown in Figure 4, wherein the guide groove 18 of the piston 3, which engages in the guide groove 20 of the housing 2, once again clarified.
  • the proposed solution can be used in addition to the previously described Hall sensor system with a permanent magnet for other sensor systems, such as an inductive sensor unit, which cooperates with a, attached to the piston 3 electrically conductive target.
  • the piston 3 is insured against rotation, which simultaneously prevents the sensor signal of the linear displacement measuring system from being lost.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere für einen Geberzylinder eines Kupplungsbetätigungssystems in einem Kraftfahrzeug, mit einem Kolben, welcher axial beweglich in einem als Gehäuse ausgebildeten Zylinder angeordnet ist,und einem Sensorsystem, welches an dem Gehäuse angeordnet ist und mit einem an oder in dem Kolben befestigten Sensorbestandteilin einer Wirkverbindung steht. Bei einer Kolben-Zylinder-Anordnung, welche eine besonders einfache Verdrehsicherung aufweist, ist an dem Kolben nahe dem Sensorbestandteil ein sich axial erstreckender Führungssteg ausgebildet, welcher in eine, an einer Innenwandung des Gehäuses ausgebildete axiale Führungsnut eingreift.

Description

Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere ein Geberzylinder eines Kupplungsbetäti gungssvstems in einem Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere einen Geberzylinder eines Kupplungsbetätigungssystems in einem Kraftfahrzeug, mit einem Kolben, welcher axial beweglich in einem, als Gehäuse ausgebildeten Zylinder angeordnet ist, und einem Sensorsystem, welches an dem Gehäuse angeordnet ist und mit einem, an oder in dem Kolben befestigten Sensorbestandteil in einer Wirkverbindung steht.
In hydraulischen Kupplungsausrücksystemen, die in Kraftfahrzeugen Einsatz finden, werden lineare Wegmesssysteme eingesetzt, um eine Position eines Kolbens, welcher in einem Geberzylinder geführt ist, zu erfassen, um den Betätigungszustand der Kupplung des Kraftfahrzeuges bestimmen zu können. Das Linearwegmesssystem umfasst ein Sensorsystem, das aus einer induktiven Sensoreinheit und einem elektrisch leitfähigen Target, welches im Weiteren als Sensorbestandteil bezeichnet werden soll, besteht. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, dass als Sensorsystem ein Hall-Sensor benutzt wird, welches als Sensorbestandteil einen Dauermagneten umfasst, der am Kolben positioniert ist. Durch die Bewegung des Kolbens wird der Sensorbestandteil in einem, von dem Sensorsystem aufgespannten Magnetfeld bewegt oder spannt selbst ein Magnetfeld auf, welches an dem Sensor vorbeigeführt wird, wodurch sich ein Sensorsignal des Sensorsystems verändert.
Um ein genaues Sensorsignal zu garantieren, ist es notwendig, den am Kolben montierten Sensorbestandteil gegen Verdrehen zu sichern. Aus der DE 10 2009 038 638 A1 ist ein Geberzylinder mit einem Wegsensor bekannt, bei welchem an der, dem Magneten entgegengesetzten Seite des Kolbens ein Befestigungselement drehfest angeordnet ist. Das Befestigungselement weist einen radialen Vorsprung auf, der in eine axial verlaufende Führungsnut eingreift, die in einem Einsatzteil ausgebildet ist, welches an das Gehäuse anschließt und mit diesem fest verbunden ist. Eine solche Verdrehsicherung ist sehr aufwändig herzustellen und zu justieren.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Kolben-Zylinder-Anordnung anzugeben, welche ohne zusätzliche Teile auskommt und trotzdem ein genaues Sensorsignal liefert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass an dem Kolben nahe dem
Sensorbestandteil ein sich axial erstreckender Führungssteg ausgebildet ist, welcher in eine, an einer Innenwandung des Gehäuses ausgebildete axiale Führungsnut eingreift. Eine solche konstruktiv einfache Lösung verhindert zuverlässig, dass der Abstand zwischen dem Sensorbestandteil und dem Sensorsystem sich verändert, so dass das Sensorsignal immer konstant ist. Darüber hinaus ist eine zuverlässige Montage des Kolbens und der an dem Kolben befestigten Kolbenstange möglich, da diese nur in einer Richtung zu montieren sind. Durch den Verzicht auf zusätzliche Bauteile reduzieren sich die Kosten sowie das Gewicht der Kolben- Zylinder-Anordnung.
Vorteilhafterweise greift der Führungssteg formschlüssig in die Führungsnut ein. Dieser formschlüssige Einsatz verhindert ein Spiel zwischen Kolben und Gehäuse und erlaubt eine plane Führung des Kolbens innerhalb des Gehäuses.
In einer Ausgestaltung ist ein Querschnitt der Führungsnut und des Führungssteges rund oder eckig ausgebildet. Die eckige Ausgestaltung begünstigt den formschlüssigen Kontakt und sichert den Kolben zuverlässig am Gehäuse. Bei der runden Ausbildung wird eine gleitende Bewegung des Kolbens innerhalb des Gehäuses unterstützt.
In einer Weiterbildung ist der Führungssteg an einem Außenumfang des Kolbens angeordnet, welcher sich in eine Richtung eines, durch das Gehäuse aufgespannten Druckraumes erstreckt. Der Führungssteg ist somit nahe der Position ausgebildet, wo sich auch der Sensorbestandteil am Kolben befindet. Diese Anordnung des Führungssteges unterbindet eine Veränderung des Abstandes zwischen Sensorsystem und Sensorbestandteil.
In einer Weiterbildung ist der Sensorbestandteil in einer Kammer angeordnet, welche sich ausgehend von einer, dem Druckraum zugewandten Stirnseite des Kolbens in dessen Inneres axial ausdehnt. Die Verankerung des Sensorbestandteils in einer Kammer verhindert zuverlässig, dass sich der Sensorbestandteil während der Bewegung des Kolbens aus seiner Position löst. Dies wird dadurch unterstützt, dass der Sensorbestandteil in der Kammer verklebt ist.
In einer Ausführungsform sind ein Innendurchmesser des Gehäuses und ein Außendurchmesser des Kolbens annähernd gleich groß. Ein minimaler Abstand zwischen diesen beiden Bauteilen erlaubt eine gleitende axiale Bewegung des Kolbens, verhindert aber, dass sich der Abstand zwischen dem Sensorbestandteil und dem Sensorsystem verändert.
Vorteilhafterweise ist ein Bereich des Kolbens, welcher dem Druckraum abgewandt ist, von einem Dichtungsträger umfasst, der fest mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei die Führungsnut in eine Innenwandung des ringförmigen Dichtungsträgers verlängert ist. Der Dichtungsträger trägt axial zwei Dichtungsringe, welche dazu dienen, dass der Druckraum gegen das Gehäuse und gegen den Dichtungsträger zuverlässig abgedichtet ist und keine Hydraulikflüssigkeit, welche sich in dem Druckraum befindet, austreten kann. Da der Dichtungsträger die Verlängerung des Gehäuses darstellt, bewegt sich der Kolben natürlich auch in diesem. Durch die Ausbildung der Führungsnut in dem Dichtungsträger wird weiterhin gewährleistet, dass der Kolben winkeltreu montiert und betätigt werden kann.
In einer Ausgestaltung ist das Gehäuse mit dem Dichtungsträger verschweißt, vorzugsweise ultraschallgeschweißt. Dabei ist der Dichtungsring vorteilhafterweise als Schweißring ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Innendurchmesser des Dichtungsträgers größer als der Innendurchmesser des Gehäuses. Dadurch wird sichergestellt, dass der Kolben im Dichtungsring ein größeres Spiel aufweist als innerhalb des Gehäuses, was insbesondere bei der Montage des Kolbens in die Baueinheit, bestehend aus Gehäuse und Dichtungsring, von Vorteil ist.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1 : Prinzipdarstellung eines hydraulischen Kupplungsbetätigungssystems,
Figur 2: ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolben-Zylinder-Anordnung,
Figur 3: eine Einzeldarstellung der Bestandteile der Kolben-Zylinder-Anordnung nach Figur 2, Figur 4: ein Querschnitt der Kolben-Zylinder-Anordnung gemäß Figur 2.
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In Figur 1 ist ein hydraulisches Kupplungsbetätigungssystem 1 dargestellt, wie es in
Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt. Ein solches Kupplungsbetätigungssystem 1 umfasst ein hydraulisches Betätigungssystem in Form eines Kupplungsgeberzylinders 4, welcher einen als Gehäuse 2 ausgebildeten Zylinder aufweist, in dem ein Kolben 3 axial beweglich gelagert ist. Der Kolben 3 wird von einem Kupplungspedal 5 betätigt, welches an einer Kolbenstange 7 angreift. Über eine Hydraulikleitung 8 ist der Kupplungsgeberzylinder 4 mit einem Nehmerzylinder 9 verbunden, welcher eine Kupplung 10 betätigt. Das Verstellen der Position der Kupplung 10 erfolgt aufgrund des Antriebes des Kolbens 3 durch das Kupplungspedal 5. Der Kupplungsgeberzylinder 4 und die Kupplung 10 mit dem Nehmerzylinder 9 sind dabei räumlich getrennt im Kraftfahrzeug angeordnet. Außen an dem als Gehäuse 2 dienenden Zylinder ist ein Hall-Sensorsystem 1 1 angeordnet, dem ein Dauermagnet 12 gegenüberliegt, der an dem Kolben 3 befestigt ist. Das Hall-Sensorsystem 1 1 ist mit einem Steuergerät 6 verbunden.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, ist das Gehäuse 2 mit einem als Schweißring ausgebildeten Dichtungsträger 13 fest verbunden. Sowohl innerhalb des Gehäuses 2, welches einen Druckraum 14 aufspannt, und dem Dichtungsträger 13 ist der Kolben 3 axial beweglich gelagert. An der Stirnseite des Kolbens 3, welche dem Druckraum 14 zugewandt ist, ist eine Magnetkammer 15 ausgebildet, die sich axial in den Kolben 3 erstreckt. In dieser Magnetkammer 15 ist der Dauermagnet 12 so gelagert, dass er nahe an dem Hall-Sensorsystem 12, welches außen an dem Gehäuse 2 befestigt ist, vorbeigeführt wird. Der als Schweißring ausgebildete Dichtungsträger 13 weist zwei Dichtringe 16, 17 auf, welche sowohl das Gehäuse 2 als auch den Dichtungsträger 13 gegen die in den Druckraum 15 befindliche Hydraulikflüssigkeit abdichten.
Die einzelnen Bestandteile der Kolben-Zylinder-Anordnung sind in Figur 3 separat dargestellt. Der Kolben 3 weist dabei auf der Magnetseite einen Führungssteg 18 auf, welcher eine gewölbte Fläche aufweist. Das Gehäuse 2 und der Dichtungsträger 13 besitzen an ihrer Innenwandung 19 jeweils eine Führungsnut 20, welche ebenfalls axial ausgebildet ist und die im montierten Zustand ineinander übergehen. Bei der Montage des Kolbens 3 in die zusammengefügte Baueinheit, bestehend aus Gehäuse 2 und Dichtungsträger 13, kann der Kolben 3 nur in einer einzigen Position montiert werden, da der Führungssteg 18 in die Führungsnut 20 von Gehäuse 2 und Dichtungsträger 13 eingreift. Durch diese Arretierung ist der Kolben 3 gegen Verdrehen gegenüber dem Gehäuse 2 und dem Dichtungsträger 13 gesichert, so dass zwischen dem Dauermagneten 12 und dem Hall-Sensorsystem 1 1 immer ein konstanter Abstand besteht, welcher ein konstantes Sensorsignal nach sich zieht, das das Sensorsystem 1 1 an das Steuergerät 6 weiterleitet.
Ein Querschnitt durch die beschriebene Kolben-Zylinder-Anordnung ist in Figur 4 gezeigt, wobei die Führungsnut 18 des Kolbens 3, welche in die Führungsnut 20 des Gehäuses 2 eingreift, noch einmal verdeutlicht wird.
Die vorgeschlagene Lösung lässt sich neben dem bereits erläuterten Hall-Sensorsystem mit einem Dauermagneten auch für andere Sensorsysteme einsetzen, wie beispielsweise einer induktiven Sensoreinheit, welche mit einem, am Kolben 3 befestigten elektrisch leitfähigen Target zusammenwirkt.
Mit der vorgeschlagenen Kolben-Zylinder-Anordnung wird der Kolben 3 gegen Verdrehen versichert, wodurch gleichzeitig verhindert wird, dass das Sensorsignal des Linearwegmess- systems verloren geht.
Bezugszeichenliste
Kupplungsbetätigungssystem
Gehäuse
Kolben
Kupplungsgeberzylinder
Kupplungspedal
Steuergerät
Kolbenstange
Hydraulikleitung
Nehmerzylinder
Kupplung
Hall-Sensorsystem
Dauermagnet
Dichtungsträger
Druckraum
Magnetkammer
Dichtring
Dichtring
Führungssteg
Innenwandung
Führungsnut

Claims

Patentansprüche
1 . Kolben-Zylinder-Anordnung, insbesondere ein Geberzylinder eines Kupplungsbetäti- gungssystems in einem Kraftfahrzeug, mit einem Kolben (3), welcher axial beweglich in einem als Gehäuse (2) ausgebildeten Zylinder angeordnet ist, und einem Sensorsystem (1 1 ), welches an dem Gehäuse (2) angeordnet ist und mit einem, an oder in dem Kolben (3) befestigten Sensorbestandteil (12) in einer Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kolben (3) nahe dem Sensorbestandteil (12) ein sich axial erstreckender Führungssteg (18) ausgebildet ist, welcher in eine, an einer Innenwandung (19) des Gehäuses (2) ausgebildete axiale Führungsnut (20) eingreift.
2. Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Führungssteg (18) formschlüssig in die Führungsnut (20) eingreift.
3. Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt der Führungsnut (20) und des Führungssteges (18) rund oder eckig gewählt ist.
4. Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungssteg (18) an einem Außenumfang des Kolbens (3) angeordnet ist, welcher sich in eine Richtung eines, durch das Gehäuse (2) aufgespannten Druckraums (14) erstreckt.
5. Kolben-Zylinder-Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorbestandteil (12) in einer Kammer (15) angeordnet ist, welche sich ausgehend von einer dem Druckraum (14) zugewandten Stirnseite des Kolbens (3) in dessen Inneres axial ausdehnt.
6. Kolben-Zylinder-Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser des Gehäuses (2) und ein Außendurchmesser des Kolbens (3) annähernd gleich groß sind.
7. Kolben-Zylinder-Anordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereich des Kolbens (3) , welcher dem Druckraum (14) abgewandt ist, von einem Dichtungsträger (13) umfasst ist, der fest mit dem Gehäuse (2) verbunden ist, wobei die Führungsnut (20) in eine Innenwandung (19) des Dichtungsträgers (13) verlängert ist.
8. Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mit dem Dichtungsträger (13) verschweißt, vorzugsweise ultraschallgeschweißt, ist.
9. Kolben-Zylinder-Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser des Dichtungsträgers (13) größer ist als der Innendurchmesser des Gehäuses (2).
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