WO2016058603A1 - Aktuator zur betätigung einer kupplung und kupplung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Aktuator zur betätigung einer kupplung und kupplung für ein kraftfahrzeug Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an actuator for actuating a clutch and a clutch for a motor vehicle with a corresponding actuator.
  • a clutch is engageable and disengageable to interrupt a torque flow from a drive motor to a drive train of a motor vehicle.
  • actuating systems which have at least one actuator.
  • the at least one actuator can be, for example, a master cylinder or slave cylinder, which can also be connected to one another via a hydraulic line.
  • master cylinder with a measuring sensor to monitor the path of a master cylinder piston and thereby the clutch actuation.
  • targets are used in the prior art, which are integrated into the master cylinder. A disadvantage of these targets is the cost, the necessary calibration and the sensitivity to certain temperatures and interference fields.
  • displacement sensors on a master cylinder can not detect whether the clutch is actuated, so that in the event of a malfunction of the actuation system, for example due to leakage, errors can occur.
  • displacement sensors on the slave cylinder could not prevail because of the prevailing difficult ambient conditions, for example ambient temperatures of more than 200 ° C., dirt and / or water entry.
  • the object of the invention is therefore to solve the problems described with reference to the prior art, at least partially and in particular to provide an actuator for actuating a clutch, with which an actuation of the clutch is reliably recognizable.
  • a coupling for a motor vehicle should also be specified, with the actuator of which actuation of the coupling can be reliably recognized.
  • the actuator according to the invention for actuating a clutch has a housing with a pressure chamber, wherein in the pressure chamber, a piston is movably arranged and wherein the actuator has a semiconductor pressure sensor, with which a pressure in the pressure chamber can be determined.
  • the actuator proposed here is, in particular, a master cylinder or slave cylinder of an actuating system of a clutch.
  • the actuator is used to engage and disengage the clutch.
  • the coupling is in particular a friction clutch, for example in the manner of a double clutch.
  • the actuator has a housing which, for example, at least partially made of plastic and / or metal.
  • a pressure chamber is formed, in which a piston is movable.
  • a master cylinder of the piston for example, by a clutch pedal or an electric motor in the pressure chamber movable, whereby an actuating fluid in the pressure chamber through the piston via a hydraulic line for actuating the clutch is fed to a slave cylinder.
  • the piston is movable by the actuating fluid in the pressure chamber.
  • the actuating fluid has different pressures in the pressure chamber depending on the operating situation of the actuator.
  • the actuator has a semiconductor pressure sensor.
  • the semiconductor pressure sensor consists at least partially of silicon and works in particular according to the piezoresistive principle.
  • the semiconductor pressure sensor in particular has a membrane which is etched out in particular from the silicon. With the semiconductor pressure sensor pressures of preferably up to 50 bar, more preferably up to 100 bar can be determined.
  • the pressure determined by the semiconductor pressure sensor can in particular be assigned to a position of the piston in the pressure chamber, so that a pressure-displacement characteristic can be determined. This can be checked for plausibility and in the case of deviations, for example, by a leak or air in the Actuation system, early warning of a driver of the motor vehicle.
  • the actuator has a displacement sensor for determining a position of the piston in the pressure chamber.
  • the actuator is provided in particular with a so-called target, which is in particular a magnet.
  • the displacement sensor is therefore an inductive displacement sensor.
  • a circuit board is arranged on the housing, on which the semiconductor pressure sensor is integrated. In other words, this means that the semiconductor pressure sensor is arranged directly on and / or in the circuit board.
  • the circuit board is a printed circuit board, which in particular represents a carrier for electronic components.
  • the semiconductor pressure sensor can be fixed in the housing by a cover cap.
  • the cap is at least partially made of plastic and / or metal.
  • the semiconductor pressure sensor is connected via a connecting piece to the pressure chamber.
  • the connecting piece is a pipe piece to which the semiconductor pressure sensor can be connected in particular.
  • a warning signal for a driver of a motor vehicle can be activated by the semiconductor pressure sensor if an actual measured value of the pressure deviates from a nominal measured value of the pressure or of a predetermined nominal pressure range.
  • a seal seals the semiconductor pressure sensor to the housing.
  • the seal is in particular an O-ring.
  • a clutch for a motor vehicle is also specified, wherein the clutch can be actuated by an actuator according to the invention.
  • the coupling is in particular a (dry or wet) friction clutch, for example in the manner of a double clutch.
  • FIGS. show particularly preferred embodiments of the invention, but this is not limited thereto.
  • the same components are provided in the figures with the same reference numerals. They show schematically:
  • Fig. 1 a coupling with an actuator
  • Fig. 2 a torque-displacement curve and pressure-displacement curve.
  • the actuator 1 shows schematically a coupling 2 with an actuator.
  • the actuator 1 is designed here in the manner of a master cylinder and has a housing 3 with a pressure chamber 4.
  • a piston 5 is movable in an axial direction 12 of the actuator 1.
  • an actuating fluid can be pressed by the piston 5 in the pressure chamber 4 through the piston 5 to a slave cylinder, not shown here, whereby the actuating fluid has different pressures in different positions of the piston 5 in the pressure chamber 4.
  • the actuator 1 has a semiconductor pressure sensor 6, which is integrated on a circuit board 8.
  • the semiconductor pressure sensor 6 can be fixed by a cap 9 in or on the housing 3.
  • the semiconductor pressure sensor 6 is connected via a connecting piece 10 with the pressure chamber 4.
  • the semiconductor pressure sensor 6 is sealed to the housing 3 with a seal 1 1, which is designed here like an O-ring .
  • the board 8 also has a displacement sensor 7 for determining the position of the piston 2 in the pressure chamber 4.
  • a torque / displacement curve 13 shows at the top a torque / displacement curve 13, the torque being plotted on a first ordinate 14 and the path or the position of the piston 5 shown in FIG. 1 being plotted in the pressure chamber 4 on a first abscissa 15.
  • a pressure-displacement curve 16 is shown, wherein on a second ordinate 17 of the Pressure and on a second abscissa 18, the path or the position of the piston 5 shown in FIG. 1 in the pressure chamber 4 is applied.

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Abstract

Aktuator (1) zur Betätigung einer Kupplung (2), aufweisend ein Gehäuse (3) mit einem Druckraum (4), wobei in dem Druckraum (4) ein Kolben (5) bewegbar angeordnet ist, und wobei der Aktuator (1) einen Halbleiterdrucksensor (6) aufweist, mit dem ein Druck in dem Druckraum (4) bestimmbar ist.

Description

Aktuator zur Betätigung einer Kupplung
und Kupplung für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator zur Betätigung einer Kupplung sowie eine Kupplung für ein Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Aktuator. Mit dem Aktuator ist eine Kupplung einrückbar und ausrückbar, um einen Drehmomentfluss von einem Antriebsmotor auf einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu unterbrechen.
Zur Betätigung von Kupplungen, insbesondere Reibkupplungen, wie zum Beispiel Doppelkupplungen, sind Betätigungssysteme bekannt, die zumindest einen Aktuator aufweisen. Bei dem zumindest einen Aktuator kann es sich beispielsweise um einen Geberzylinder oder Nehmerzylinder handeln, die zudem über eine Hydraulikleitung miteinander verbunden sein können. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Geberzylinder mit einer Messsensorik zu versehen, um den Weg eines Geberzylinder- kolbens und dadurch die Kupplungsbetätigung zu überwachen. Hierfür werden im Stand der Technik sogenannte Targets eingesetzt, die in den Geberzylinder integriert werden. Nachteilig an diesen Targets ist der Kostenaufwand, die notwendige Kalibrierung sowie die Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Temperaturen sowie Störfeldern. Weiterhin können solche Wegsensoren an einem Geberzylinder nicht erkennen, ob die Kupplung betätigt wird, so dass es im Falle einer Fehlfunktion des Betätigungssystems, beispielsweise durch eine Leckage, zu Fehlern kommen kann. Zudem konnten sich Wegsensoren am Nehmerzylinder aufgrund der dort herrschenden schwierigen Umgebungsbedingungen, beispielsweise Umgebungstemperaturen von mehr 200 °C, Schmutz und/oder Wassereintrag, nicht durchsetzen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere einen Aktuator zur Betätigung einer Kupplung anzugeben, mit dem eine Betätigung der Kupplung sicher erkennbar ist. Zudem soll auch eine Kupplung für ein Kraftfahrzeug angegeben wer- den, mit dessen Aktuator eine Betätigung der Kupplung sicher erkennbar ist.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Aktuator und einer Kupplung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegeben Merkmale in der Be- Schreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Der erfindungsgemäße Aktuator zur Betätigung einer Kupplung weist ein Gehäuse mit einem Druckraum auf, wobei in dem Druckraum ein Kolben bewegbar angeordnet ist und wobei der Aktuator einen Halbleiterdrucksensor aufweist, mit dem ein Druck in dem Druckraum bestimmbar ist.
Bei dem hier vorgeschlagenen Aktuator handelt es sich insbesondere um einen Geberzylinder oder Nehmerzylinder eines Betätigungssystems einer Kupplung. Der Ak- tuator dient dem Einrücken und Ausrücken der Kupplung. Bei der Kupplung handelt es sich insbesondere um eine Reibkupplung, beispielsweise nach Art einer Doppelkupplung. Der Aktuator weist ein Gehäuse auf, das beispielsweise zumindest teilweise aus Kunststoff und/oder Metall besteht. In dem Gehäuse ist ein Druckraum ausgebildet, in dem ein Kolben bewegbar ist. Im Falle eines Geberzylinders ist der Kolben beispiels- weise durch ein Kupplungspedal oder einen Elektromotor in dem Druckraum bewegbar, wodurch ein Betätigungsfluid in dem Druckraum durch den Kolben über eine Hydraulikleitung zur Betätigung der Kupplung einem Nehmerzylinder zuführbar ist. Im Falle eines Nehmerzylinders ist der Kolben durch das Betätigungsfluid in dem Druckraum bewegbar. Das Betätigungsfluid weist in dem Druckraum je nach Betriebssituation des Aktuators unterschiedliche Drücke auf. Zur Bestimmung des Drucks in dem Druckraum weist der Aktuator einen Halbleiterdrucksensor auf. Der Halbleiterdrucksensor besteht zumindest teilweise aus Silicium und arbeitet insbesondere nach dem piezoresistiven Prinzip. Weiterhin weist der Halbleiterdrucksensor insbesondere eine Membran auf, die insbesondere aus dem Silicium ausgeätzt wird. Mit dem Halbleiter- drucksensor sind Drücke von bevorzugt bis zu 50 bar, besonders bevorzugt bis zu 100 bar bestimmbar. Der durch den Halbleiterdrucksensor bestimmte Druck kann insbesondere einer Position des Kolbens in dem Druckraum zugeordnet werden, so dass eine Druck-Weg-Kennlinie bestimmbar ist. Diese kann auf Plausibilität geprüft werden und im Falle von Abweichungen, beispielsweise durch eine Leckage oder Luft in dem Betätigungssystem, frühzeitig eine Warnung eines Fahrers des Kraftfahrzeugs erfolgen.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn der Aktuator einen Wegsensor zur Bestimmung einer Position des Kolbens in dem Druckraum aufweist. Hierzu ist der Aktuator insbesondere mit einem sogenannten Target versehen, bei dem es sich insbesondere um einen Magneten handelt. Bei dem Wegsensor handelt es sich folglich um einen induktiven Wegsensor. Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn an dem Gehäuse eine Platine angeordnet ist, auf der der Halbleiterdrucksensor integriert ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass der Halbleiterdrucksensor unmittelbar an und/oder in der Platine angeordnet ist. Bei der Platine handelt es sich insbesondere um eine Leiterplatte, die insbesondere einen Träger für elektronische Bauteile darstellt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Halbleiterdrucksensor durch eine Abdeckkappe im Gehäuse fixierbar ist. Hierdurch ist der Halbleiterdrucksensor insbesondere vor äußeren Einflüssen geschützt. Die Abdeckkappe besteht zumindest teilweise aus Kunststoff und/oder Metall.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Halbleiterdrucksensor über einem Anschlussstutzen mit dem Druckraum verbunden ist. Bei dem Anschlussstutzen handelt es sich insbesondere um ein Rohrstück, an dem der Halbleiterdrucksensor insbesondere anschließbar ist.
Vorzugsweise ist durch den Halbleiterdrucksensor ein Warnsignal für einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs aktivierbar, wenn ein Ist-Messwert des Drucks von einem Soll- Messwert des Drucks beziehungsweise von einem vorbestimmten Solldruckbereich abweicht.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn eine Dichtung den Halbleiterdrucksensor zum Gehäuse hin abdichtet. Bei der Dichtung handelt es sich insbesondere um einen O-Ring. Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend wird auch eine Kupplung für ein Kraftfahrzeug angegeben, wobei die Kupplung durch einen erfindungsgemäßen Aktuator betätigbar ist. Bei der Kupplung handelt es sich insbesondere um eine (trockene oder nasse) Reibkupplung, beispielsweise nach Art einer Doppelkupplung.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei sind gleiche Bauteile in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 : eine Kupplung mit einem Aktuator; und
Fig. 2: eine Moment-Weg-Kennlinie sowie Druck-Weg-Kennlinie.
Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Kupplung 2 mit einem Aktuator 1 . Der Aktuator 1 ist hier nach Art eines Geberzylinders ausgebildet und weist ein Gehäuse 3 mit einem Druckraum 4 auf. In dem Druckraum 4 ist in einer axialen Richtung 12 des Aktuators 1 ein Kolben 5 bewegbar. Durch den Kolben 5 ist im Betrieb ein Betätigungsfluid in dem Druckraum 4 durch den Kolben 5 zu einem hier nicht gezeigten Nehmerzylinder pressbar, wodurch in unterschiedlichen Positionen des Kolbens 5 in dem Druckraum 4 das Betätigungsfluid unterschiedliche Drücke aufweist. Zur Messung des Drucks in dem Druckraum 4 weist der Aktuator 1 einen Halbleiterdrucksensor 6 auf, der auf einer Platine 8 integriert ist. Der Halbleiterdrucksensor 6 ist durch eine Abdeckkappe 9 in beziehungsweise an dem Gehäuse 3 fixierbar. Weiterhin ist der Halbleiterdrucksensor 6 über einen Anschlussstutzen 10 mit dem Druckraum 4 verbunden. Hierzu ist der Halbleiterdrucksensor 6 zum Gehäuse 3 hin mit einer Dichtung 1 1 abgedichtet, die hier nach Art eines O-Rings ausgeführt ist .Die Platine 8 weist zudem einen Wegsensor 7 zur Bestimmung der Position des Kolbens 2 in dem Druckraum 4 auf.
Die Fig. 2 zeigt oben eine Moment-Weg-Kennlinie 13, wobei auf einer ersten Ordinate 14 das Moment und auf einer ersten Abszisse 15 der Weg beziehungsweise die Position des in der Fig. 1 gezeigten Kolbens 5 in dem Druckraum 4 aufgetragen ist. Unten wird eine Druck-Weg-Kennlinie 16 gezeigt, wobei auf einer zweiten Ordinate 17 der Druck und auf einer zweiten Abszisse 18 der Weg beziehungsweise die Position des in der Fig. 1 gezeigten Kolbens 5 in dem Druckraum 4 aufgetragen ist. Durch die Bestimmung der Moment-Weg-Kennlinie 13 und der Druck-Weg-Kennlinie 16 ist insbesondere durch eine Steuerung feststellbar, ob ein Ist-Messwert des Drucks von einem Soll-Messwert des Drucks abweicht. Im Falle einer Abweichung kann ein Warnsignal für einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs aktiviert werden.
Durch den hier beschriebenen Aktuator kann sicher erkannt werden, ob eine Kupplung betätigt wird beziehungsweise getrennt wurde.
Bezugszeichenliste
Aktuator
Kupplung
Gehäuse
Druckraum
Kolben
Halbleiterdrucksensor
Wegsensor
Platine
Abdeckkappe
Anschlussstutzen
Dichtung
Axiale Richtung
Moment-Weg-Kennlinie
erste Ordinate
erste Abszisse
Druck-Weg-Kennlinie
zweite Ordinate
zweite Abszisse

Claims

Patentansprüche
Aktuator (1 ) zur Betätigung einer Kupplung (2), aufweisend ein Gehäuse (3) mit einem Druckraum (4), wobei in dem Druckraum (4) ein Kolben (5) bewegbar angeordnet ist und wobei der Aktuator (1 ) einen Halbleiterdrucksenor (6) aufweist, mit dem ein Druck in dem Druckraum (4) bestimmbar ist.
Aktuator (1 ) nach Anspruch 1 , aufweisend einen Wegsensor (7) zur Bestimmung einer Position des Kolbens (2) in dem Druckraum (4).
Aktuator (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Gehäuse (3) eine Platine (8) angeordnet ist, auf der der Halbleiterdrucksensor (6) integriert ist.
Aktuator (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterdrucksensor (6) durch eine Abdeckkappe (9) im Gehäuse (3) fixierbar ist.
Aktuator (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterdrucksensor (6) über einem Anschlussstutzen (10) mit dem Druckraum (4) verbunden ist.
Aktuator (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch den Halbleiterdrucksensor (6) ein Warnsignal für einen Fahrer eines Kraftfahrzeugs aktivierbar ist, wenn ein Ist-Messwert des Drucks von einem Soll-Messwert des Drucks abweicht.
Aktuator (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dichtung (1 1 ) den Halbleiterdrucksensor (6) zum Gehäuse (3) hin abdichtet. 8. Kupplung (2) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Kupplung (2) durch einen Aktuator (1 ) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche betätigbar ist.
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