DE10053995A1 - In einen Hauptzylinder integrierter Signalgeber mit Hall-Sensor - Google Patents
In einen Hauptzylinder integrierter Signalgeber mit Hall-SensorInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Stellungsgeber zur Anzeige der Lage eines Kolbens (3) innerhalb eines Zylinders (1) in einer Zylinder-Kolben-Anordnung (1, 3) in einem Bremssystem. Es ist bekannt, einen hydraulischen Geberzylinder mit einem Hall-Element zu versehen, wobei an den Zylinder der Hall-Sensor und an den Kolben ein Ringmagnet angebracht ist. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stellungsgeber für eine Bremsanlage zu beschreiben, der einfach aufgebaut ist und vergleichsweise schnell die Stellung des Bremspedals beschreibende Signale zur Verfügung stellen kann. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in die Zylinderwand (1) des Hauptzylinders ein Hall-Element eines Hall-Sensors (12) eingefügt ist und dass in der Kolben-Zylinder-Anordnung ein magnetischer Bezirk (9) derart angeordnet ist, dass durch die Kolbenbewegung in dem Zylinder das Hall-Element anspricht.
Description
Für viele Steuerungsvorgänge und Warnvorgänge ist es wich
tig, die aktuelle Lage eines Betätigungsgliedes zu kennen.
So ist beispielsweise die Stellung des Bremspedals oder
dessen die Bewegung kennzeichnend für den Wunsch des Fah
rers das Fahrzeug abzubremsen. Dabei kann sowohl der Ver
lauf der Bewegung des Bremspedals als auch dessen Stellung
einen Hinweis darauf geben, wie stark der Fahrer das Fahr
zeug abbremsen möchte. Es wurden daher schon Vorschläge ge
macht, mit Hilfe von Sensoren die Lage, den Weg oder die
Wegänderung des Bremspedals zu messen. Die gemessenen Werte
werden dann in die Regeleinrichtung eines Bremssystem ein
geführt. Die gemessenen Werte können weiterhin aber auch
einer Lichtanzeige zugeführt werden, die den anderen Ver
kehrsteilnehmern die Betätigung der Bremse eines Fahrzeuges
anzeigt. Heute übliche Bremslichtschalter sind somit am Pe
dal angeordnet. Nachteilig ist die elektrische Verbindung
in diesen Bereich. Ebenso von Nachteil ist, daß diese Art
von Schaltern nicht besonders zuverlässig ist. Es sind auch
im THz angeordnete Druckschalter vorgeschlagen worden, die
als Bremslichtschalter eingesetzt werden. Nachteilig ist,
daß das Signal recht spät kommt.
Aus der DE-OS 199 15 832 ist es bekannt, einen hydraulischen
Geberzylinder mit einem Hall-Element zu versehen, wobei an
dem Zylinder der Hall-Sensor und an dem Kolben ein Ringmag
net angebracht ist. Die vorliegende Erfindung geht daher
aus von einem Stellungsgeber der sich aus dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs ergebenden Gattung.
Aufgabe der Erfin
dung ist es, einen Stellungsgeber für eine Bremsanlage zu
beschreiben, der einfach aufgebaut ist und vergleichsweise
schnell die die Stellung des Bremspedals beschreibenden
Signale zur Verfügung stellen kann.
Die Aufgabe wird durch die sich aus dem kennzeichnenden
Teil des Hauptanspruchs ergebende Merkmalskombination ge
löst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, an dem
Hauptzylinder einer Bremsanlage einen Hall-Sensor anzubrin
gen. Hierdurch erhält man eine schnell arbeitende, von Ver
schleiß freie Anzeige, die im wesentlichen die Stellung o
der die Bewegung der Pedale beschreibt. Ein besonderer Vor
teil dei Erfindung liegt unter anderem aber auch darin, daß
eine Anzeige auch dann gewährleistet ist, wenn die Bremse
durch die Bewegung des Kolbens im Hauptzylinder betätigt
wird, ohne daß dies notwendigerweise der Stellung des Pe
dals entspricht. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn
aufgrund von Toleranzen oder Verlustwegen der Weg des Pe
dals nicht mit dem Weg des Kolbens im Hauptzylinder iden
tisch ist. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die
Bremse in dem geregelten Bremssystem ausgelöst wird, ohne
daß das Pedal betätigt wird (ABS, ESP). Weitere Vorteile
der Erfindung bestehen in folgendem: hohe Sicherheit, Mes
sung des Bewegungsstarts im THz und damit ein direkt plau
sibles Signal. Weiterhin ist die Zugänglichkeit im Fahrzeug
sehr hoch. Es besteht weiterhin eine Justiermöglichkeit
auch nachträglich. Der erfindungsgemäße Signalgeber ist
kostengünstig und es gibt keine störenden Kräfte am Pedal.
Die Erfindung ist nicht notwendig auf die Schaltung eines
Bremslichts begrenzt, es sind auch andere Anwendungsfälle
denkbar, in denen kostengünstig die Lage eines Kolbens in
einem Zylinder zur Ansteuerung nachgeschalteter Anordnungen
ausgewertet werden soll. Es wird einem Steuergerät bzw.
mehreren Steuergeräten (ABS oder sonstiges) ein Signal zur
Verfügung gestellt, welches in direktem Zusammenhang zur
Bewegung eines THz Kolbens und somit auch des Bremspedales
steht. Dies Signal kann vorzugsweise zum Schalten der
Bremslichter verwendet werden.
Für den Aufbau des Sensors innerhalb des Hauptzylinders
gibt es mehrere Möglichkeiten. So kann beispielsweise in
der Wand des Gehäuses der Magnet neben dem Hall-Element
angeordnet werden. Dieses ist beispielsweise dann möglich,
wenn der Kolben aus einem magnetischen Werkstoff besteht
oder örtlich mit einem derartigen Werkstoff versehen ist.
Ändert der Kolben seine Lage so wird auch das zwischen dem
Magneten und dem Hall-Element bestehende Magnetfeld verän
dert, wodurch eine Anzeige ausgelöst werden kann. In vor
teilhafter Weiterbildung empfiehlt sich aber besonders die
Merkmalskombination nach Anspruch 2. Hierbei ist der magne
tische Bezirk an der Außenfläche des Kolbens wirksam. Dabei
kann dieser Bezirk durch örtliches Magnetisieren des Kol
bens geschaffen werden, so weit dieser Kolben aus einem
magnetisierbaren Material besteht. Die örtliche Magnetisie
rung kann aber auch dann eingesetzt werden, wenn der magne
tische Bezirk in dem Gehäuse des Zylinders in der Nähe des
Hall-Elements angebracht ist.
Eine besonders einfache Lösung ergibt sich hier durch die
Anwendung der Merkmalskombination nach Anspruch 3. in diesem
Fall kann der Kolben auch aus einem nicht magnetisierbaren
Material bestehen, wie beispielsweise Kunststoff oder Alu
minium. Weiterhin lassen sich so sehr hohe Magnetfelder er
zeugen, die örtlich auf das zugeordnete Hall-Element wirken
können.
In Weiterbildung der Erfindung können entsprechend Anspruch
4 nicht nur der Kolben sondern auch das Gehäuse aus einem
nicht magnetisierbaren Material angefertigt sein. Hierdurch
wird der Verlauf des Magnetfeldes nicht durch das Material
der Kolben-Zylinder-Anordnung gestört.
Eine erhebliche Verbesserung des erfindungsgemäßen Stel
lungsgebers läßt sich in Weiterbildung der Erfindung durch
die Maßnahmen nach Anspruch 5 erreichen. Hierdurch werden
sowohl das Hall-Element als auch der Magnet von Druckkräf
ten freigehalten, so daß die mechanische Belastung dieser
in die Anordnung eingefügten Teile gering bleibt. Ein wei
terer Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass die
Schwächung des Gehäuses durch das Einfügen einer Aufnahme
bohrung für einen Stecker ohne Nachteile bleibt, da der be
troffene Abschnitt des Zylindergehäuses weitgehend frei von
Druckkräften ist.
Um den Hall-Sensor möglichst leicht an die unterschiedli
chen Fahrzeugtypen anpassen zu können und um den Austausch
eines fehlerhaften Sensors zu erleichtern, empfiehlt sich
in Weiterbildung der Erfindung die Merkmalskombination nach
Anspruch 6. Es ist also durch Austausch eines Steckers
leicht möglich, gleichzeitig das Hall-Element und die Aus
wertungschaltung an die Parameter des Fahrzeugtyps anzupas
sen bzw. die genannten Teile auszutauschen.
Es besteht die Möglichkeit, den Stecker in ein radiales
Durchgangsloch in der Wand des Zylindergehäuses einzuste
cken. Dadurch, daß diese Öffnung in einem drucklosen Be
reich des Zylinders angeordnet ist, entstehen hier keine
größeren Nachteile. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
wird aber entsprechend der Merkmalskombination nach An
spruch 7 empfohlen, die Aufnahmebohrung für den Stecker als
(gestufte) Sackbohrung auszugestalten. Hierdurch wird die
bearbeitete Innenwand des Zylinders nicht durchbohrt, so
daß die für eine gute Wirkungsweise des Zylinders notwendi
ge glatte Innenfläche durchgehend erhalten bleibt.
Im Rahmen der Erfindung kann der Sensor auch bei einem Tan
dem-Hauptzylindern eingesetzt werden. Auch können in einem
derartigen Haupt Zylinder mehrerer Sensoren den einzelnen
Kolben zugeordnet werden. Dies kann beispielsweise dazu ge
schehen, daß man überwacht, daß beide Zylinder den gleichen
Weg zurücklegen, etwa um die Zylinder auf Fehler in der Ar
beitsweise zu überwachen.
Die durch den erfindungsgemäßen Stellungsgeber gewonnenen
elektrischen Signale lassen sich vergleichsweise leicht
auswerten. Da das Ausgangssignal des Sensors einen etwa si
nusförmigen Verlauf hat wenn der Magnet das Hall-Element
passiert, läßt sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Aus
gangspannung auf die augenblickliche Lage des Kolbens
schließen. Auf diese Weise kann ein Schaltvorgang vorgenom
men werden, wenn der Kolben eine vorgegebene Wegstrecke zu
rückgelegt hat, wobei das Ausgangssignal des Sensors ausge
hend von einem ersten vorgegebenen Schwellenwert einen vor
gegebenen Schwellenwert erreicht hat.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an
hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt
Fig. 1 einen mit den erfindungsgemäßen Stellungsgeber ver
sehenen Tandem-Hauptzylindern und
Fig. 2 und Fig. 3 in stark vereinfachter geschnittener Dar
stellung die Ausgestaltung eines an dem Kolben befestigten
Magneten.
Aufbau und Wirkungsweise von Hauptzylindern ist in der Li
teratur hinreichend beschrieben worden (siehe beispielswei
se Bremsen-Handbuch, in Autohausverlag GmbH Ottobrunn bei
München, Auflagen 9.1) und soll daher ein dieser Stelle
nicht nochmals beschrieben werden. Im folgenden wird auf
den Aufbau des in Fig. 1 dargestellten Hauptzylinders nur
soweit eingegangen, wie dies im Zusammenhang mit der Erfin
dung notwendig ist.
In Fig. 1 ist ein Tandem-Hauptzylindern dargestellt, bei
dem das Gehäuse 1 des Zylinders zwei hintereinander ange
ordnete Kolben 3, 4 umgibt. Als Zylinder wird nachfolgen ein
zylinderförmiger Hohlraum 20 bezeichnet, der durch das Ge
häuse 1 begrenzt wird. Der vordere Kolben 3 besitzt eine
ringförmige Ausnehmung 5, die über einen in Belüftungskanal
6 mit der Anschlußöffnung 7 des nicht dargestellten Aus
gleichsbehälters verbunden ist. Dadurch ist die ringförmige
Ausnehmung 5 von Druck entlastet, so dass in dort im we
sentlichen der Umgebungsdruck des Gehäuses 1 herrscht. In
den Boden der ringförmigen Ausnehmung 5 ist an geeigneter
Stelle eine Zylinderöffnung 8. eingefügt, in die als Magnet
ein magnetischer Metallstift 9 eingesetzt ist. Das Gehäuse
1 besitzt in Fig. 1 unten einen sich radial erstreckenden
Ansatz, in den eine gestufte Sackbohrung 11 eingefügt ist.
Diese Sackbohrung nimmt einen Stecker 12 auf, der an seinem
in Fig. 1 oberen Ende das nicht dargestellte Hall-Element
trägt. Wichtig ist, daß die Sackbohrung 11 nicht in den Zy
linderinnenraum eintaucht, so dass die glatte Innenfläche
des zylindrischen Innenraums nicht unterbrochen wird.
Hall-Element und Magnet 9 ist nun derart zueinander ange
ordnet, daß bei einer Bewegung des vorderen Kolbens 3 die
von dem Hall-Element abgegebene Spannung, ausgehend von ei
nem Maximum, absinkt so dass eine in den Stecker 12 ange
ordnete Auswerteschaltung auf vorbestimmte Spannungswerte
der fallenden Ausgangsspannung des Hall-Elements anspricht.
Auf diese Weise erhält man am Ausgang des Steckers 12 einen
Spannungssprung, wenn der Kolben 3 einen bestimmten Bereich
des Kolbenweges durchläuft. Durch Veränderung der
Ansprechtwerte einer in der Auswerteschaltung befindlichen
Triggerschaltung läßt sich der Spannungsverlauf gegenüber
der Lage des Kolbens ausrichten, so daß sich recht genau
justieren läßt, an welcher Stelle des Kolbenweges der Stel
lungsgeber anspricht, etwa um ein Bremslicht einzuschalten.
Die Fig. 2 und 3 zeigen mögliche Ausgestaltungen des in
Fig. 1 dargestellten Magneten 9. Am Boden 15 der ringförmi
gen Ausnehmung 5 ist der Magnet 9 in Form eines zylinder
förmigen Metallstifts eingefügt. In Fig. 2 und 3 ist noch
ein Langloch 16 zu erkennen, welches in den vorderen Kolben
3 eingefügt ist.
Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausgestaltung des Magneten
in Form eines Ringsabschnittes 18, der in eine entsprechen
de Ausnehmung am Boden 15 der ringförmigen Ausnehmung 5
eingefügt ist.
Analog zu dem oben beschriebenen Sensor kann ein derartiger
Sensor auch gegenüber dem hinteren Kolben 4 in das Gehäuse
1 wahlweise oder zusätzlich eingebaut werden. Wesentlich in
dabei ist nur, dass dieser Sensor derart angeordnet wird,
daß sich der mit dem Kolben 4 verbundene Magnet indem
druckfreien Bereich des Innenraums des Zylinders 1 befin
det.
Die Erfindung lässt sich in daher kurz wie folgt beschrei
ben. Die Erzeugung des die Lage des Kolbens beschreibenden
Signals erfolgt mittels berührungsloser Sensierung, vor
zugsweise mittels eines Hall-Elementes. An einen der THz
Kolben wird ein metallisches Teil angebracht, dies kann
auch ein Magnet sein. Der Bereich am THz Kolben ist vorzug
weise drucklos. Am THz-Gehäuse wird in dem selben Bereich
ein Sensorelement (Hall Sensor oder Hall Schalter oder Ele
ment mit ähnlicher Signalerzeugung) angebracht. Vorzugswei
se wird das Element in einem Bereich angebracht, der über
den gesamten Hub des THz-Kolbens drucklos bleibt.
In einer Erweiterung der Erfindung besteht die Möglichkeit,
die Funktionsgrenzen im eingebauten Zustand zu kalibrieren.
Das Sensorelement kann mit einem fahrzeugseitigen Stecker
kombiniert werden, und kann so ausgebildet werden, das es
im Fahrzeug austauschbar ist. Hierdurch ergibt sich eine
hohe Sicherheit bei der Messung des Bewegungsstarts im THz.
Hieraus resultiert wiederum ein direkt plausibles Signal.
Die Zugänglichkeit des Hauptzylinders im Fahrzeug ist sehr
hoch. Eine Justiermöglichkeit ist auch nachträglich mög
lich, was sehr kostengünstig ist. Weiterhin entfallen stö
renden Kräfte am Pedal. Eine Signalerstellung ist möglich,
ohne das geschlossene System im THz zu unterbrechen.
Claims (9)
1. Stellungsgeber zur Anzeige der Lage eines Kolbens (3)
innerhalb eines Zylinders (1) in einer Zylinder-Kolben-
Anordnung (1, 3) vorzugsweise für ein geregeltes Brems
system für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass
die Zylinder-Kolben-Anordnung ein Hauptzylinder einer
Bremsanlage ist, daß in die Zylinderwand (1) des Haupt
zylinders ein Hall-Elemente eines Hall-Sensors einge
fügt ist und dass in der Kolben-Zylinder-Anordnung ein
magnetischer Bezirk (9) derart angeordnet ist, daß
durch die Kolbenbewegung in dem Zylinder in das Hall
element anspricht.
2. Stellungsgeber nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß der magnetische Bezirk (9) an der äußeren Mantel
fläche (15) des Kolbens (3) angeordnet ist und vorzugs
weise durch einen mit dem Kolben verbundenen Magneten
(9) gebildet ist.
3. Stellungsgeber nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet,
daß der Magnet in eine entsprechende Ausnehmung (8) des
Kolbens (3) eingefügt ist, wobei die Form des Magneten
vorzugsweise durch einen radial eingesetzten magneti
schen Kreiszylinder (9) oder einen tangential angeord
neten Ringabschnitt (18) gebildet ist.
4. Stellungsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) und/oder das
den Zylinder bildende Gehäuse aus einem nicht magneti
schen Material insbesondere Aluminium gebildet ist.
5. Stellungsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, dass der Magnet in einem Ab
schnitt des Kolbens an diesem angeordnet ist, der in
nerhalb des Zylinders mit dem Umgebungsdruck des Zylinders
beaufschlagt ist.
6. Stellungsgeber nach einem der vorangegangenen Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, dass das Hall-Element und
vorzugsweise eine die Signale des Hall-elementes verar
beitende Auswerteschaltung in einem Stecker (12) ange
ordnet sind und das Zylindergehäuse (1) mit einer Ste
ckeröffnung (8) zur Aufnahme mindestens eines Teils des
Steckers (12) versehen ist.
7. Stellungsgeber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steckeröffnung (8) im wesentlichen ein von au
ßen radial zugängliches Sackloch ist, wobei an dem Zy
lindergehäuse (1) vorzugsweise ein radialer Ansatz (10)
zur Aufnahme der Steckeröffnung (8) vorgesehen ist.
8. Stellungsgeber nach einem der vorangegangenen Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptzylinders
ein Tandem-Hauptzylinders ist.
9. Stellungsgeber nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da
durch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung mit
einer Triggerschaltung versehen ist, die in Abhängig
keit von bestimmten Schwellenwerten der Spannung am
Hall-Elemente auslöst, wobei zum Abgleich der Signal
auslösung gegenüber der Kolbenstellung die Schwellwerte
der Triggerschaltung einstellbar sind.
Stellungsgeber nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in dadurch gekennzeichnet, dass durch ihn ein Bremslicht schalter betätigt wird.
Stellungsgeber nach einem der vorangegangenen Ansprüche, in dadurch gekennzeichnet, dass durch ihn ein Bremslicht schalter betätigt wird.
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