WO2018215013A1

WO2018215013A1 - Hydraulikzylinder mit magnetischer wegmessung, insbesondere kupplungsnehmerzylinder

Info

Publication number: WO2018215013A1
Application number: PCT/DE2018/100385
Authority: WO
Inventors: Philippe Wagner; Michael Hofmann; Christian Henning
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2018-11-29
Also published as: CN110546394B; CN110546394A; KR102667131B1; KR20200009009A; DE112018002639A5; DE102017111086A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Hydraulikzylinder (1) mit einer Zylinderkammer (21), einem Zylindergehäuse (2) und einem Kolben (3), der im Betrieb zumindest teilweise in der Zylinderkammer (21) angeordnet ist, wobei mit dem Zylindergehäuse (2) ein magnetfeldempfindlicher Sensor (63) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Magnet (6, 61, 62) an oder in dem Kolben (3) angeordnet ist, wobei im Betrieb von dem Sensor (63) zur Ermittlung einer Position des Kolbens (3) in der Zylinderkammer (21) ein Magnetfeld von dem Magneten (6, 61, 62) erfassbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Messverfahren zu Erfassung einer Position eines Kolbens (3) in einem Hydraulikzylinder (1).

Description

Hydraulikzylinder mit magnetischer Wegmessung, insbesondere

Kupplungsnehmerzylinder

Diese Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder, der vorzugsweise als Kupplungsneh- merzylinder ausgestaltet ist. Der Hydraulikzylinder umfasst eine Zylinderkammer, ein Zylindergehäuse und einen Kolben. Mit dem Zylindergehäuse ist ein magnetfeldempfindlicher Sensor zur Messung der Position des Kolbens in dem Zylinder verbunden. Weiter betrifft die Erfindung ein Messverfahren zur Erfassung der Position eines Kolbens in einem Kupplungsnehmerzylinder. Um die genaue Stellung der Kupplung zu erkennen, ist es Stand der Technik, ein Messsystem an dem Hydraulikzylinder anzubringen. Zum Beispiel kann gemäß dem Patent EP 1 898 1 1 1 B1 ein Magnet in einem Führungsschuh am Außendurchmesser des Kupplungsnehmerzylinders mit Radialspiel, aber axial spielfrei geführt sein. Dies stellt einen gleichbleibenden Radialabstand von dem Magneten zum Sensor sicher. Diese Lösung sieht eine Sensoranbringung am Außenumfang des Kupplungsnehmerzylinders vor.

In einer anderen Lösung nach dem Stand der Technik gemäß der DE 102 42 841 B4 umfasst ein Kragen einen Trägerarm, welcher den Magneten an seinem äußeren radialen Ende trägt. Durch axialen Druck der Ausrückfeder wird der Magnet axial spiel- frei geführt. Der Sensor wird in diesem Lösungsansatz am Außendurchmesser des Kupplungsnehmerzylinders montiert.

In einer weiteren Lösung nach dem Stand der Technik vom Kupplungsspezialisten LuK GmbH & Co. KG, Bühl, wird ein Hebel am Kupplungsnehmerzylinder angebracht. An diesem Hebel ist eine Magnetaufnahme angebracht, welche den Magneten in ei- ner Kreisbahn um den Sensor herumführt. Die gesamte Konstruktion wird außerhalb des eigentlichen Zylindergehäuses montiert.

Nachteilig am Stand der Technik ist, dass Hydraulikzylinder, insbesondere Kupplungsnehmerzylinder, mit Messfunktion für die Kolbenposition nach dem Stand der Technik auf Grund des ausladenden Messmechanismus wenig kompakt ausgestaltet sind. Außerdem treten durch Taumelbewegungen, die von dem Ausrücklager induziert werden können, Positionsmessfehler auf. Aufgabe ist es daher, einen kompakten Hydraulikzylinder zu schaffen, der eine Messfunktion für die Position des Kolbens umfasst.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Gegenstand der Erfindung ist ein Hydraulikzylinder, bei dem wenigstens ein Magnet an oder in dem Kolben angeordnet ist, wobei im Betrieb von dem Sensor ein Magnetfeld von dem Magneten erfassbar ist.

Unter einem Kolben wird ein Element verstanden, welches in einer Zylinderkammer eintauchen und aus dieser ausfahren kann. Als Kolben gilt nicht ein Abschnitt oder Element, der bzw. das mit dem eigentlichen Kolben verbunden ist und von diesem wesentlich absteht.

Bei einer solchen Ausgestaltung eines Hydraulikzylinders kann die Führung des Kobens in dem Zylinder zur Führung eines Magneten in Bezug auf einen Sensor mitgenutzt werden. Es kann sich eine ebenso gute Führung zwischen dem Magneten und dem Sensor wie zwischen dem Kolben und dem Hydraulikzylinder ergeben. Der Magnet ist durch seine Anordnung an oder in dem Kolben nahe wenigstens einer Führungsoberfläche angeordnet. Dadurch ergibt sich kein langer Hebel, der aus Relativbewegungen zwischen dem Kolben und der Zylinderkammer in einer Entfernung von dem Kolben größere Relativbewegungen zwischen Magnet und Sensor erzeugt. Vor- zugsweise befindet sich der Magnet innerhalb einer den Kolben außen umgebenden Führungsoberfläche oder innerhalb von deren Flucht.

Vorzugsweise ist der Magnet in oder an einem Abschnitt des Kolbens angeordnet, der an einer Führungsoberfläche geführt ist. Dieser Abschnitt ist nicht über flexible Abschnitte mit der Führungsoberfläche verbunden. Der Abschnitt ist vorzugsweise auch nicht mit Spiel mit einer Führungsgegenfläche des Kolbens verbunden, die an der

Führungsoberfläche geführt ist. Der Abschnitt ist bevorzugt nahe einer Führungsoberfläche angeordnet. Bevorzugt umfasst der Abschnitt eine Führungsgegenfläche des Kolbens. Ein größerer Abstand von der Führungsoberfläche bewirkt, dass zum Beispiel Taumelbewegungen des Kolbens durch Hebelwirkung vergrößert als Relativbe- wegung zwischen dem Magneten und den Sensor erscheinen. Dies ruft Messfehler hervor, weil sich tatsächlich die axiale Relativposition zwischen Magnetfeld und Sensor verschieben kann. Durch eine Querempfindlichkeit des Sensors kann sich auch durch Änderungen der radialen Relativposition zwischen Magnetfeld und Sensor ein Fehler ergeben. Beides findet bei Taumelbewegungen des Kolbens statt.

Mit einem Sensor ist ein sensitives Element gemeint, welches in einem Sensorsystem zu Erfassung von Messwerten angeordnet sein kann. Insbesondere ist ein Sensor ein Hall-Sensor.

Ein Magnet ist bevorzugt als Block ausgeführt. Vorzugsweise ist er formschlüssig in den Kolben eingesetzt. Er kann auch eingeklebt sein. Es ist auch möglich, den Magneten als gießbares, insbesondere spritzgießbares magnetisierbares Material durch Gießen, insbesondere Spritzgießen, in einen ebenfalls spritzgegossenen Kolben oder einen vorgefertigten metallischen Kolben zu integrieren. Nach dem Gießen kann das Magnetmaterial magnetisiert werden. Der Magnet kann somit ein stoffschlüssig in den Kolben integrierter Magnet sein.

Vorzugsweise ist die Führungsoberfläche zugleich eine Dichtungsgegenfläche für eine Dichtung des Kolbens zur Abdichtung der Zylinderkammer. Auf diese Weise kann die Führungsoberfläche zugleich zur Dichtwirkung mitgenutzt werden.

Vorzugsweise ist der Magnet an einer Stelle an dem Kolben angeordnet ist, die sich in zumindest einer Stellung des Kolbens innerhalb der Zylinderkammer befindet.

Als Zylinderkammer gilt auch ein nicht druckmediumgefüllter Abschnitt der Zylinderkammer, der jedoch in anderer Stellung des Kolbens mit Druckmedium gefüllt sein kann. Vorteilhaft kann durch eine solche Anordnung erreicht werden, dass sich der Magnet weit in Richtung des Bodens der Zylinderkammer befinden kann.

Vorzugsweise ist ein Magnet an einer Stelle an dem Kolben angeordnet ist, die sich auf einer permanent drucklosen Seite einer Dichtung an dem Kolben befindet, und/oder ein Magnet ist an einer Stelle an dem Kolben angeordnet, die sich auf einer druckbeaufschlagbaren Seite der Dichtung an dem Kolben befindet.

Mit anderen Worten kann eine Dichtung von wenigstens einem Magneten aus in Richtung eines druckbeaufschlagten Teils der Zylinderkammer angeordnet sein und/oder eine Dichtung kann von wenigstens einem Magneten aus in Richtung eines drucklosen Teils der Zylinderkammer angeordnet sein. Bei der erstgenannten Option ergibt sich der Vorteil, einen Magneten weiter in Ausfahrrichtung des Kolbens positionieren zu können. Bei der zweitgenannten Option ergibt sich der Vorteil, einen Magneten weit in Einfahrrichtung anzuordnen. Insbesondere kann der Magnet in der zweitgenannten Option in vollständig eingefahrenen Zustand des Kolbens nahe des Bodens der Zylinderkammer angeordnet sein. Dies ermöglicht, den Sensor weiter in Richtung des Bodens der Zylinderkammer anzuordnen als wenn alle Magneten auf der drucklosen Seite des Kolbens angeordnet wären. Werden die erste und die zweite Option realisiert, kann ein nahezu beliebiger Abstand der Magnete voneinander realisiert werden, wobei zugleich der Vorteil der ersten Option erhalten bleibt. Eine oder mehrere Dichtungen können zwischen zwei Magneten angeordnet sein. Vorzugsweise sind an dem Kolben zwei voneinander getrennte Dichtungen angeordnet, wobei insbesondere die Dichtungen und/oder ihre Dichtstellen in Axialrichtung des Kolbens unterschiedlich positioniert sind.

Zum Beispiel kann ein durch das Druckmedium geschmierter Bereich auf der Innenfläche und auf der Außenfläche des Kolbens in Axialrichtung unterschiedlich weit rei- chen. Außerdem können weitere Elemente, wie etwa ein Magnet, zwischen den Dichtungen angeordnet werden. Es ist auch möglich, einen mechanisch festen Pfad an den Dichtungen vorbei zu realisieren, ohne damit eine Dichtung durchqueren zu müssen.

Vorzugsweise ist der Sensor außerhalb der Zylinderkammer angeordnet und mit ei- nem Zylindergehäuse verbunden, wobei eine Druckwand des Zylindergehäuses dazu eingerichtet ist, von dem Magnetfeld des Magneten in zumindest einer Stellung des Kolbens durchdrungen zu werden, derart, dass das Magnetfeld von dem Sensor zur Messung der Position des Kolbens aufnehmbar ist.

Wenn der Sensor außerhalb der Zylinderkammer angeordnet ist und das Magnetfeld durch die Druckwand der Zylinderkammer hindurch wirkt, muss das Signal des Sensors nicht von der Zylinderkammer nach außen übertragen werden. Mit einer Verbindung des Sensors mit dem Zylindergehäuse ist gemeint, dass der Sensor oder sein Sensorgehäuse unmittelbar an dem Zylindergehäuse befestigt sein kann. Alternativ kann er über ein oder mehrere Zwischenelemente oder Zwischenabschnitte mecha- nisch dem Zylindergehäuse verbunden sein.

Vorzugsweise ist der Kolben als Ringkolben ausgebildet. Ein Ringkolben hat eine Innere und eine äußere Gegenführungsfläche und eine innere und eine äußere Dich- tung. Vorteilhaft kann ein als Kupplungsnehmerzylinder ausgestalteter Hydraulikzylinder um eine Getriebewelle herum angeordnet werden.

Insbesondere sind an oder in dem Kolben genau zwei Magnete in einem Abstand in Axialrichtung zueinander angeordnet. Eine solche Anordnung der Magnete ermöglicht die Ausbildung eines Magnetfeldes zwischen den beiden Magneten, das sich weiter erstreckt, als es das eines einzelnen Magneten tun würde. Auf diese Weise kann der Messweg der Positionserfassungsein- richtung erweitert werden, ohne größere Magnete dafür zu brauchen. Die Position des Kolbens in Bezug auf das Zylindergehäuse wird vorzugsweise an Hand von Stärke und/oder Richtung des mit dem Sensor gemessenen Magnetfeldes ermittelt.

Vorzugsweise umfasst der Kolben wenigstens zwei Komponenten, welche in Axialrichtung des Kolbens voneinander trennbar sind, wobei vorzugsweise zwischen den Komponenten des Kolbens im montierten Zustand eine Dichtung angeordnet ist.

Die Unterteilung des Kolbens in zwei Komponenten hat den Vorteil, dass zwischen die Komponenten eine Dichtung eingebracht werden kann. Diese kann formschlüssig zwischen den beiden Komponenten des Kolbens fixiert sein. Auf diese Weise ist es möglich, diese Dichtung einfach zu wechseln.

Bevorzugt ist ein Abschnitt des Kolbens, der weiter in Richtung eines Bodens einer Zylinderkammer angeordnet ist, als Halteeinrichtung für einen Magneten ausgebildet, wobei die Halteeinrichtung bevorzugt als Haltering ausgebildet ist. Insbesondere kann sie zugleich als Befestigungsring für eine Dichtung dienen. Auf diese Weise kann ein Magnet auf der Druckseite einer Dichtung angeordnet sein.

Mit anderen Worten kann die Erfindung wie folgt beschrieben werden. Ein Kupplungsnehmerzylinder umfasst normalerweise die Komponenten Lager, Kolben, Dichtung, Zylindergehäuse, Ausrückfeder und Schmutzschutzring. Bei Einbau eines Hall- Sensors, der zur Messung der Position des Kolbens dient, zwischen Druckwand und Ausrückfeder eines Kupplungsnehmerzylinders können Probleme bei der Anordnung der zur Wegmessung benötigten Magnete entstehen.

Durch Montage des Magneten auf dem beweglichen Kolben kann die Wegmessung direkt an einer Druckwand des Kupplungsnehmerzylinders erfolgen. Durch diesen Montageort verkleinern sich die Messungenauigkeiten, da die Taumelbewegung des Lagers keine Rolle mehr spielt und sich Spiel zwischen Kolben und Führungsoberflächen der Zylinderkammer weniger stark auswirken. Der Sensor oder sein Sensorgehäuse kann unmittelbar an der Druckwand des Kupplungsnehmerzylinders angeordnet sein. Zur Verbesserung der Lage des Magnetfeldes, die von den Positionen der Magnete an oder in dem Kolben abhängt, relativ zu dem Sensor können an dem Kolben im Gegensatz zur Montage eines Magneten auf einem herkömmlichen Kolben mit zentraler Dichtung an der Unterseite zwei Einzeldichtungen vorgesehen sein, von denen jede eine der ringförmigen Oberflächen eines ringförmigen Zylinders abdichtet. Um das Magnetfeld stärker und eindeutiger messbar zu gestalten, können zwei

Blockmagnete eingesetzt werden. Diese beiden Blockmagnete haben vorzugsweise einen definierten Abstand zueinander. Der Sensor kann möglichst weit entfernt von einem ferromagnetischen Ausrücklager platziert werden, insbesondere außen an der Druckwand der Zylinderkammer. Vorzugsweise weist eine Position in der Mitte zwischen den beiden Magneten in Bezug auf die Axialrichtung in der maximal ausgefahrenen Stellung des Kolbens einen möglichst großen Abstand zum sensitiven Element auf. Vorzugsweise wird der Sensor aufgrund des Platzbedarfs und des Einflusses des ferromagnetischen Ausrücklagers auf die Messung möglichst weit weg von dem Ausrücklager angeordnet. Um dies zu realisieren, kann die Position des Magneten auf dem Kolben angepasst werden. In der Bauart mit einem Magneten außerhalb der Zylinderkammer kann der Magnet nicht weiter in Richtung des Bodens der Zylinderkammer angeordnet werden, da der untere Magnet maximal an der Dichtung anliegt kann. Um dennoch die Magnete den Anforderungen entsprechend platzieren zu können, können anstatt einer zentralen Dich- tung an der Seite in Richtung des Bodens der Zylinderkammer in einer Variante der Erfindung an dem Kolben zwei Dichtungen vorgesehen sein. Dies können eine Dichtung an der Außenseite und eine Dichtung an der Innenseite des Kolbens sein.

Der Kolben kann zweigeteilt ausgeführt sein, um die zweiteilige Dichtung ohne stoffschlüssige Befestigung zwischen den Komponenten des Kolbens anbringen zu kön- nen.

Um eine Verdrehung der Komponenten des Kolbens zueinander verhindern zu können, wird bevorzugt eine Montageverdrehsicherung vorgesehen. Dabei ist die Monta- geverdrehsicherung an einer Komponente des Kolbens so ausgestaltet, dass sie in genau einer Drehstellung auf ihr Gegenstück an der anderen Komponente des Kolbens passt. Dies verhindert eine fehlerhafte Montage und somit eine Fehlausrichtung der Magnete zueinander. Bevorzugt ist wenigstens eine Betriebsverdrehsicherung zwischen dem Kolben und dem Zylindergehäuse vorgesehen, insbesondere an dem Ende des Kolbens, das von dem Boden der Zylinderkammer weggerichtet ist. Die Betriebsverdrehsicherung verhindert das Verdrehen des Kolbens zum Zylindergehäuse und somit auch zum Sensor. Hier ist die Betriebsverdrehsicherung bevorzugt ebenfalls zur Verhinderung einer falschen Montage so konstruiert, dass sie nur in einer Drehstellung in das Gegenstück passt (Poka Yoke).

An einer Betriebsverdrehsicherung können ein oder mehrere Schnapphaken vorgesehen sein. Diese können verhindern, dass sich das Ausrücklager beim Transport oder der Montage des Kupplungsnehmerzylinders von dem Kupplungsnehmerzylinder löst. Eine weitere Variante sieht eine Dichtung vor, die zwischen dem Kolben und einer Halteeinrichtung angeordnet ist. Von der Halteeinrichtung kann auch der Magnet, der weiter in Richtung des Bodens der Zylinderkammer angeordnet ist, gehalten werden. Insbesondere ist der Magnet durch einen Magnethalter fixiert. Diese Halteeinrichtung, die bevorzugt als Haltering ausgeführt ist, kann mit mehreren Einpressstiften in der Dichtung verankert werden. Zur Aufnahme der Einpressstifte weist die Befestigungseinrichtung je ein Loch auf. Der Werkstoff der Dichtung ist vorzugsweise inkompressi- bel, so dass die Stifte nach der Montage sicher in ihrer Position fixiert sind. Als Werkstoff für alle Dichtungen wird vorzugsweise EPDM verwendet.

Eine weitere Variante sieht eine Spreizdichtung zur Abdichtung des Kolbens vor. Eine Spreizdichtung ist eine Dichtung mit einer Ausnehmung in Richtung der Druckseite, die bei Druckbeauftragung die Dichtung aufspreizt und an ihre Gegenfläche andrückt.

Die Spreizdichtung ist bevorzugt zwischen zwei Komponenten des Kolbens angeordnet, wobei die Komponente in Richtung des Bodens der Zylinderkammer vorzugsweise als Haltering ausgebildet ist. Bevorzugt sind in dem Haltering Aussparungen vor- gesehen, durch welche das Fluid hindurchfließen kann. Das Fluid drückt die Dichtung so auf, dass sie axial gegen den Kolben, und Radial gegen das Zylindergehäuse abdichtet. Insbesondere kann ein Magnet in einer Haltevorrichtung angebracht sein. Der Haltering kann zugleich als Befestigungsring für eine Dichtung dienen.

Mittels Einpressstiften, die durch die Dichtung hindurch verlaufen, kann ein Haltering an dem Kolben befestigt werden. Die Dichtung weist dazu durchgehende Aussparun- gen auf. Die Dichtung weist Dichtstellen zu beiden Oberflächen der ringförmigen Zylinderkammer auf. Die Konstruktion ist bevorzugt derart gestaltet, dass die Dichtung im montierten Zustand zwischen den Kolben und dem Haltering vorgespannt ist, so dass sie sowohl gegenüber dem Haltering, als auch gegenüber dem Kolben abdichtet.

Die Erfindung kann in einem Hydraulikzylinder realisiert sein, dessen Innenring mit dem Kolben verbunden ist, als auch in einem Hydraulikzylinder, dessen Kolben mit dem Außenring verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Kolben und dem Lagerring ist in Axialrichtung des Kolbens bevorzugt spielfrei.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Messverfahren zur Erfassung der Position eines Kolbens in einer Zylinderkammer eines Hydraulikzylinders, insbesonde- re eines Kupplungsnehmerzylinders, vorgeschlagen, bei dem zur Messung einer Position eines Kolbens eines Hydraulikzylinders ein Magnet an oder in dem Kolben angeordnet ist und die Messung mittels eines Magnetfeldes, insbesondere durch eine Druckwand des Hydraulikzylinders hindurch, stattfindet.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Schnittansicht auf einen Hydraulikzylinder nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Hydraulikzylinders gemäß der Erfindung in einer ersten Ausführungsform, wobei die linke Hälfte des dargestellten Hydrau- likzylinders den Hydraulikzylinder ausgefahrenen Zustand zeigt, während die rechte Hälfte den Hydraulikzylinder im eingefahrenen Zustand zeigt,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Hydraulikzylinders gemäß der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform, wobei die linke Hälfte des dargestellten Hydraulikzylinders den Hydraulikzylinder ausgefahrenen Zustand zeigt, während die rechte Hälfte den Hydraulikzylinder im eingefahrenen Zustand zeigt, Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Kolbens des Hydraulikzylinders in der zweiten Ausführungsform;

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Kolben des Hydraulikzylinders in der zweiten Ausführungsform;

Fig. 6 einen Schnitt durch einen Kolben des Hydraulikzylinders in einer dritten Ausführungsform;

Fig. 7 einen Schnitt durch einen Kolben des Hydraulikzylinders in einer vierten

Ausführungsform und

Fig. 8 einen Schnitt durch einen Befestigungsstift aus Figur 7.

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen Hydraulikzylinder 1 , der ein Zylindergehäuse 2, einem Kolben 3, einen Schmutzschutzring 4, einen Innenring 10, Wälzkörper 9 und einen Außenring 8 umfasst.

Das Zylindergehäuse 2 umfasst ein Zentralrohr 24, durch das zum Beispiel eine Ge- triebewelle gesteckt werden kann. Der Kolben 3 ist ringförmig ausgebildet und in ausgefahrenem Zustand gezeigt.

Ein Teil des Kolbens 3 ist in einer ringförmigen Zylinderkammer 21 angeordnet. Der Kolben 3 ist gegenüber der Zylinderkammer 21 mit einer Dichtung 31 abgedichtet. An dem Zylindergehäuse 2 ist ein Tragarm 22 angeordnet, an welchem ein Sensorträger 23 mit einem nicht explizit dargestellten Sensor angeordnet ist.

Der Sensor steht in Wirkverbindung mit einem Magneten 6, der in einer Magnethalteeinrichtung 43 angeordnet ist. Die Magnethalteeinrichtung 43 ist an einem Magnetträger 42 angeordnet, der mit dem Schmutzschutzring 4 mechanisch verbunden ist. Wenn sich der Kolben 3 in der Zylinderkammer 21 bewegt, bewegt sich mit dem Kol- ben der Innenring 10, der Schmutzschutzring 4, der Magnetträger 42 und die Magnethalteeinrichtung 43 mit dem Magneten 6. Der Magnet 6 streicht entlang einer ihm zugewandten Oberfläche des Sensorträgers und erzeugt in dem Sensor entsprechend seiner Position ein Messsignal.

Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass der Magnetträger 42 und die Magnethalteein- richtung 43 bewirken, dass der Magnet weit von der Führung zwischen dem Kolben 3 an der Zylinderkammer 21 entfernt ist und somit Relativbewegungen zwischen dem Kolben 3 und der Zylindergehäuse 2 mit einem großen Hebel übersetzt als Relativbewegung zwischen dem Magneten 6 und dem Sensorträger 23 erscheinen und dort erhebliche Messfehler verursachen.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Hydraulikzylinder 1 , der als Kupplungs- nehmerzylinder ausgestaltet ist, in einer ersten Ausführungsform.

In der Figur 2 ist der Hydraulikzylinder 1 auf der linken Seite der mittig eingezeichneten Mittellinie in maximal ausgefahrenen Zustand im Halbschnitt gezeigt, während er auf der rechten Seite der Mittelinie im maximal eingefahrenen Zustand im Halbschnitt gezeigt ist. Der Hydraulikzylinder 1 umfasst ein Zylindergehäuse 2 mit einer ringförmigen Zylinderkammer 21 , in der sich im ausgefahrenen Zustand ein kleiner Teil eines ringförmigen Kolbens 3 und eingefahrenen Zustand ein großer Teil des Kolbens 3 befindet.

Der Kolben 3 weist zwei Aussparungen auf, in denen jeweils ein Magnet 61 bzw. 62 angeordnet ist. Der Kolben 3 wirkt auf einen Innenring 10 eines Ausrücklagers ein, welcher die Kolbenkraft über Wälzkörper 9 auf einen Außenring 8 überträgt.

An dem Innenring 10 liegt ein Schmutzschutzring 4 an, welcher durch eine Ausrückfeder 7 gegen den Innenring 10 gedrückt wird. An der Außenseite einer Druckwand 65, die im Bereich der Zylinderkammer 21 den Außenumfang des Zylindergehäuses 2 bildet, ist ein Sensor 63 angeordnet. Der Sensor 63 ist im Inneren eines Sensorgehäuses 65 angeordnet. Der Sensor 63 ist magnetfeldempfindlich und reagiert auf Magnetfelder der Magnete 61 und 62. Im maximal ausgefahrenen Zustand des Kolbens 3 erreicht den Sensor 63 ein schwaches Magnetfeld des Magneten 62, woran erkannt werden kann, dass der Kolben 3 maximal ausgefahren ist. Im maximal eingefahrenen Zustand erreicht den Sensor 63 ein Feld des Magneten 61 und je nach Magnetisierungsrichtung der Magneten 61 und 62 auch die Wirkung des Magneten 62. Es ergibt sich ein charakteristischer Verlauf des gemessenen Magnetfeldes entlang des Weges des Kolbens 3 von der maximal ausgefahrenen Stellung zu der maximal eingefahrenen Stellung, anhand derer eine Erfassung der Position des Kolbens In Bezug auf das Zylindergehäuse 2 möglich ist. Nachteilig an der ersten Ausführungsform ist, dass das Magnetfeld des Magneten 62, das den Sensor 63 in der maximal ausgefahrenen Stellung des Kolbens 3 erreicht, nur relativ schwach ist und daher nur mit verminderter Genauigkeit erfassbar ist.

In der ersten Ausführungsform ist der Kolben 3 mit einer ringförmigen Dichtung 31 ge- genüber der Zylinderkammer 21 abgedichtet.

Die Dichtung 31 weist zwei Dichtlippen auf, von denen eine mit der äußeren Führungsoberfläche 66 und eine mit der inneren Führungsoberfläche 67 in dichtendem Kontakt steht. Die Dichtung 31 ist formschlüssig mit einem Ende des Kolbens 3 verbunden, das in Richtung des Bodens 21 1 der Zylinderkammer 21 gerichtet ist. Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Hydraulikzylinders 1 in einem Schnitt.

Wie in der Figur 2 ist der Hydraulikzylinder 1 auf der linken Seite der mittig eingezeichneten Mittellinie in maximal ausgefahrenen Zustand im Halbschnitt gezeigt, während einer auf der rechten Seite der Mittellinie im maximal eingefahrenen Zustand im Halbschnitt gezeigt ist. Figur 3 stimmt in vielen Details mit der Figur 2 über ein. Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht noch einmal gesondert beschrieben. Es sei auf Figur 2 verwiesen.

Im Unterschied zu der Figur 2 gezeigten ersten Ausführungsform ist der ringförmige Kolben 3 der in der zweiten Ausführungsform in zwei Komponenten 32 und 33 unter- teilt. Nahe dem Ende der Komponente 32 des Kolbens, die zu der Bodenfläche 21 1 der Zylinderkammer 21 gerichtet ist, befindet sich ein Magnet 62.

In Ausfahrrichtung schließt sich an den Magneten 62 ein Dichtring 312 mit Dichtwirkung nach außen an. Er wirkt mit der Führungsfläche 66 zusammen. An die Komponente 32 des Kolbens 3 schließt sich von dem Dichtring 312 aus in Ausfahrrichtung gesehen die Komponente 33 des Kolbens 3 an. Die Komponente 32 und die Komponente 33 überlappen einander in radialer Richtung an ihren einander zugewandten Enden. Dabei hat der überlappende Abschnitt der Komponente 32 einen größeren Durchmesser als der überlappende Abschnitt der Komponente 32.

An näherungsweise derselben Position wie die Überlappung zwischen der Komponen- te 32 und der Komponente 33 ist ein Dichtring 31 1 mit Dichtwirkung nach innen ange- ordnet. Von der Überlappung aus ist weiter in Ausfahrrichtung der Magnet 61 angeordnet.

Der Dichtring 31 1 und der Magnet 61 befinden sich an dem Ende der Komponente 33 des Kolbens, das dem Boden 21 1 der Zylinderkammer 21 zugewandt ist. Im Übrigen entspricht der Hydraulikzylinder 1 der zweiten Ausführungsform der ersten Ausführungsform.

Weitere Details zu dem zweiteiligen Kolben 3 der zweiten Ausführungsform sind in den Figuren 4 und 5 gezeigt.

Figur 4 zeigt den zweiteiligen Kolben 3 der zweiten Ausführungsform des Hydraulikzy- linders in einer perspektivischen Ansicht.

In der gezeigten Ausführungsform wird deutlich, dass sich die Magneten 61 und 62 nicht über den gesamten Umfang des Kolbens 3 erstrecken können, sondern nur über einen kleinen Abschnitt davon.

Der Magnet 61 ist in einem Magnethalter 332 der Komponente 33 des Kolbens ange- ordnet. Der Magnet 62 ist in einem Magnethalter 322 der Komponente 32 des Kolbens angeordnet.

Ein Magnethalter 322, 332 kann als Vertiefung in der jeweiligen Komponente 32, 33 des Kolbens 3 ausgestaltet sein.

Damit die Magneten 61 und 62 beide reproduzierbar mit dem in Figur 4 nicht darge- stellten Sensor zusammenwirken, sind Verdrehsicherungen zwischen den Komponenten 32 und 33 des Kolbens 3 sowie zwischen der Komponente 33 des Kolbens und dem Zylindergehäuse 2, das in Figur 4 nicht dargestellt ist, vorgesehen.

An der Komponente 32 des Kolbens 3 ist ein Verdrehsicherungsvorsprung 321 vorgesehen, welcher formschlüssig mit einer Verdrehsicherungsaussparung 331 der Kom- ponente 33 des Kolbens 3 zusammenwirken kann. So ist eine Fluchtung der Magnete 61 und 62 in Ausfahrrichtung gegeben.

Zur Verdrehsicherung des Kolbens gegenüber dem Zylindergehäuse trägt die Komponente 33 des Kolbens an ihrem Ende, das dem Boden 21 1 der Zylinderkammer 21 abgewandt ist, mehrere Verdrehsicherungseinrichtungen 334, die radial in Richtung des Inneren des Kolbens 3 vorstehen. Sie können formschlüssig mit Nuten in dem Zylindergehäuse zusammenwirken, wodurch eine Verdrehsicherung bewirkt wird. Weiter sind an dem Ende, das dem Boden 21 1 der Zylinderkammer 21 abgewandt ist, Schnapphaken 333 vorgesehen, mittels welchen ein in Figur 4 nicht dargestelltes Ausrücklager auf den Kolben 3 aufgeklipst werden kann.

Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch den in Figur 4 gezeigten Kolben. Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht noch einmal gesondert erläutert.

In der Figur 5 ist zusätzlich zu erkennen, dass die Komponente 32 einen Dichtring 31 1 mit Wirkung nach innen an ihrem zu dem Boden 21 1 der Zylinderkammer 21 gerichteten Ende trägt. Der Dichtring 31 1 ist bevorzugt zwischen der Komponente 32 und der Komponente 33 des Kolbens eingeklemmt. Ein Überlappungsbereich 34 kann so ausgestaltet sein, dass in diesem ein Ringsteg 3432 der Komponente 32 des Kolbens 3 und ein

Ringsteg 3433 der Komponente 33 des Kolbens miteinander in formschlüssigem Eingriff stehen. Zur Verbindung der Ringstege 3432 und 3433 können Rastzähne am Innenumfang des größeren der Ringstege 3433 und/oder am Außenumfang des kleineren der Ringstege 3432 vorgesehen sein. Der Kolben kann montiert werden, indem die Ringstege 3432 und 3433 übereinander geschoben werden.

Figur 6 zeigt einen Kolben 3 einer dritten Ausführungsform des Hydraulikzylinders. Der Kolben 3 ist zweiteilig mit einer Komponente 32 und einem Haltering 34 ausgeführt.

Der Haltering 34 ist an dem Ende der Komponente 32 des Kolbens 3 angeordnet, das zu dem Boden 21 1 der Zylinderkammer 21 gerichtet ist. Zwischen dem Haltering 34 und der Komponente 32 ist eine ringförmige Dichtung 31 angeordnet. Die Dichtung 31 wirkt in Richtung des Inneren sowie in Richtung des Äußeren des Kolbens, wozu jeweils eine Dichtlippe 314, 315 an der Dichtung 31 angeordnet ist.

Der Haltering umfasst einen Magnethalter 343. Der Magnethalter 343 hält einen Magneten 62.

Ein Magnet 61 ist in der Komponente 32 angeordnet. Durch seine Anordnung an dem Haltering 34 befindet sich ein Magnet 62 in dem Magnethalter 343 im Inneren des druckbeaufschlagbaren Teils der Zylinderkammer 21 . Der Haltering 34 umfasst mehrere Einpressstifte 341 . Die Einpressstifte 341 können in sacklochartige Vertiefungen in der Dichtung 31 eingepresst werden. Am Ende der Einpressstifte 341 befindet sich eine Verdickung 342.

Wenn die Verdickung 342 in die Dichtung 31 eingepresst ist, bewirkt dies, dass sich die Dichtung 31 in einem Hinterschnitt in der Komponente 32 ebenfalls verdickt und formschlüssig in dem Hinterschnitt an der Komponente 32 befestigt wird. Durch Herausziehen der Einpressstifte 341 aus der Dichtung kann der Kolben 3 in seine Komponenten 32 und 34 geteilt werden. Die Dichtung kann so gewechselt werden.

Figur 7 zeigt in einem Schnitt einen zweiteiligen Kolben 3 einer vierten Ausführungs- form des Hydraulikzylinders 1.

Der Kolben 3 umfasst eine Komponente 32 und einen Haltering 34. Mit dem Haltering 34 kann eine Dichtung 31 an der Komponente 32 befestigt werden.

Außerdem ist ein Magnethalter 343 an dem Haltering 34 angeordnet, welcher einen Magneten 62 trägt. Ein Magnet 61 ist in der Komponente 32 angeordnet. Die Dichtung 31 ist als Spreizdichtung ausgestaltet. Durch wenigstens ein Durchgangsloch 345 in dem Haltering 34 kann Fluid aus der Zylinderkammer 21 in einen Hohlraum 313 der Dichtung 31 gelangen. Durch Druck des Fluids wird die Dichtung 31 aufgespreizt und eine innere Dichtlippe 314 und eine äußere Dichtlippe 315 der Dichtung 31 an die Führungsoberflächen 66 und 67 der Zylinderkammer 21 ange- presst.

Figur 8 zeigt vergrößert ein Detail aus Figur 7 in einem Schnitt.

Der Haltering 34 ist mit Raststiften 344 versehen, die bevorzugt über seinen Umfang verteilt sind. Die Raststifte 344 tragen an ihrem Ende Rasten, mit denen sie in einem Loch 36 in einer Endoberfläche, die dem Boden 21 1 der Zylinderkammer 21 zuge- wandt ist, in der Komponente 32 des Kolbens 3 befestigt werden können.

Durch das Eindrücken der Raststifte 344 in die Komponente 32 kann eine Dichtung, die sich zwischen dem Haltering und der Komponente 32 befindet, vorgespannt werden. Bezugszeichenliste

1 Hydraulikzylinder, insbesondere Kupplungsnehmerzylinder

2 Gehäuse des Hydraulikzylinders

21 Zylinderkammer

21 1 Boden der Zylinderkammer

22 Tragarm

23 Sensorträger

24 Zentralrohr

3 Kolben

31 Dichtung, insbesondere Dichtring

31 1 Dichtring mit Dichtwirkung nach innen

312 Dichtring mit Dichtwirkung nach außen

313 Hohlraum

314 Innere Dichtlippe

315 Äußere Dichtlippe

32 Erste Komponente des Kolbens

321 Verdrehsicherungsvorsprung

322 Magnethalter der ersten Komponente des Kolbens

33 Zweite Komponente des Kolbens

331 Verdrehsicherungsausnehmung

332 Magnethalter der zweiten Komponente des Kolbens

333 Schnapphaken

334 Verdrehsicherungseinrichtung

34 Haltering

341 Einpressstift

343 Magnethalter des Halterings

344 Raststift

345 Durchgangsloch

35 Überlappungsbereich

3532 Ringsteg der ersten Komponente des Kolbens Im Überlappungsbereich

3533 Ringsteg der zweiten Komponente des Kolbens im Überlappungsbereich

4 Schmutzschutzring Auskragung

Magnethalteeinrichtung

Magnet

Erster Magnet im Kolben

Zweiter Magnet im Kolben

Sensor

Sensorgehäuse

Druckwand

Äußere Führungsoberfläche

Innere Führungsoberfläche

Ausrückfeder

Außenring

Wälzkörper

Innenring

Claims

- 17 - Patentansprüche

Hydraulikzylinder (1 ) mit einer Zylinderkammer (21 ), einem Zylindergehäuse (2) und einem Kolben (3), der im Betrieb zumindest teilweise in der Zylinderkammer (21 ) angeordnet ist,

wobei mit dem Zylindergehäuse (2) ein magnetfeldempfindlicher Sensor (63) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Magnet (6, 61 , 62) an oder in dem Kolben (3) angeordnet ist,

wobei im Betrieb des Hydraulikzylinders (1 ) von dem Sensor (63) zur Ermittlung einer Position des Kolbens (3) in der Zylinderkammer (21 ) ein Magnetfeld von dem Magneten (6, 61 , 62) erfassbar ist.

Hydraulikzylinder (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsoberfläche (66, 67) zugleich eine Dichtungsgegenfläche für eine Dichtung (31 , 31 1 , 312) des Kolbens (3) zur Abdichtung der Zylinderkammer (21 ) ist.

Hydraulikzylinder (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (6, 61 , 62) an einer Stelle an dem Kolben (3) angeordnet ist, die sich in zumindest einer Stellung des Kolbens (3) innerhalb der Zylinderkammer (21 ) befindet.

Hydraulikzylinder (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnet (6, 61 , 62) an einer Stelle an dem Kolben (3) angeordnet ist, die sich auf einer permanent drucklosen Seite einer Dichtung (31 , 31 1 , 312) an dem Kolben (3) befindet,

und/oder ein Magnet (6, 61 , 62) an einer Stelle an dem Kolben (3) angeordnet ist, die sich auf einer druckbeaufschlagbaren Seite der Dichtung (31 , 31 1 , 312) an dem Kolben (3) befindet.

Hydraulikzylinder (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kolben (3) zwei voneinander getrennte Dichtringe (31 1 , 312) angeordnet sind, die jeweils an einer der Führungsoberflächen (66, 67) - 18 - der Zylinderkammer (21 ) dichtend anliegen, wobei insbesondere die Dichtringe (31 1 , 312) und/oder ihre Dichtstellen in Axialrichtung des Kolbens (3) unterschiedlich positioniert sind.

6. Hydraulikzylinder (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (63) außerhalb der Zylinderkammer angeordnet (21 ) und mit einem Zylindergehäuse (2) verbunden ist, wobei eine Druckwand (65) des Zylindergehäuses (2) dazu eingerichtet ist, von dem Magnetfeld des Magneten (6, 61 , 62) in zumindest einer Stellung des Kolbens (3) durchdrungen zu werden, derart, dass das Magnetfeld von dem Sensor (63) zur Messung der

Position des Kolbens (3) aufnehmbar ist.

7. Hydraulikzylinder (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolben (3) und dem Zylindergehäuse (2) eine Verdrehsicherung ausgebildet ist,

wobei insbesondere bei optionaler Mehrteiligkeit des Kolbens (3) eine Verdrehsicherung zwischen Komponenten (32, 33) des Kolbens (3) angeordnet ist, und/oder wobei als Verdrehsicherung insbesondere ein formschlüssiger, axial verschieblicher Eingriff des Kolbens (3) in eine Aussparung des Zylindergehäuses (2) und/oder ein formschlüssiger, axial verschieblicher Eingriff des Zylindergehäuses (2) in eine Aussparung des Kolbens (3) vorgesehen ist.

8. Hydraulikzylinder (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in dem Kolben (3) genau zwei Magnete (61 , 62) in ei- nem Abstand in Axialrichtung zueinander angeordnet sind.

9. Hydraulikzylinder (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (3) wenigstens zwei Komponenten (32, 33) um- fasst, welche in Axialrichtung (A) voneinander trennbar sind, wobei vorzugsweise zwischen den Komponenten (32, 33) im montierten Zustand eine Dichtung (31 ,

31 1 , 312) angeordnet ist. -19-

10. Hydraulikzylinder (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bestandteil des Kolbens (3), das in Richtung eines Bodens (211) der Zylinderkammer (21) in dem Kolben (3) angeordnet ist, als Haltering (34) zum Halten eines Magneten (62) und/oder einer Dichtung (31, 311) ausgebildet ist.