DE102009016298A1

DE102009016298A1 - Wegmesssystem für Kupplungsausrücksysteme

Info

Publication number: DE102009016298A1
Application number: DE102009016298A
Authority: DE
Inventors: Markus Dietrich
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2009-10-22

Abstract

Wegmesssystem für ein Kolben-Zylindersystem, insbesondere in Form eines Kupplungsgeberzylinders, mit einem einer beweglichen Komponente zuordenbaren Sensorelement sowie mit einem eine Sensorelektronik aufweisendem Sensorsystem, welches an einer feststehenden Komponente in Form eines Gehäuses des Kolben-Zylindersystems angeordnet ist, wobei das Sensorsystem mit dem Sensorelement in Wirkverbindung steht, wobei erfindungsgemäß das Gehäuse des Kolben-Zylindersystems eine Aussparung aufweist, in welche die auf einer Platine integrierte Sensorelektronik des Sensorsystems eingeschoben ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wegmesssystem für ein Kolben-Zylindersystem nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs und findet insbesondere zur Positionsbestimmung des Kolbens bzw. zur Erfassung des Stellweges bzw. der Stellung der beweglichen Komponente des Kupplungsausrücksystems Anwendung. In Zukunft werden immer mehr Kupplungsgeberzylinder mit einer Wegsensorik ausgestattet. Ein zentraler Punkt bei der Montage eines Geberzylinders mit Sensor spielt dabei die Montage des Sensors auf/in dem Gebergehäuse.
Aus DE 203 15 735 U1 ist eine Vorrichtung zur Sensierung der axialen Stellung eines von zwei zueinander bewegbaren Bauteilen bezüglich des anderen Bauteils bekannt, wobei am Gehäuse eines Geber- oder Nehmerzylinders ein Sensorgehäuse angeordnet ist, in welchem ein magnetflussempfindlicher Sensor angeordnet ist. Das Sensorgehäuse wird mittels Schrauben an entsprechenden Befestigungsflanschen angeschraubt. Diese Verbindungsart ist aufwendig, benötigt einen relativ großen Bauraum und gewährleistet keine lagesichere Befestigung des Sensorgehäuses am Gehäuse des Geber- oder Nehmerzylinders, da sich die beiden Schraubverbindungen bei mechanischer Beanspruchung lösen können. Weiterhin kann es durch die beiden an sich gegenüberliegenden Gehäuseenden und an unterschiedlichen Gehäuseseiten angreifenden Schraubverbindungen zum Verzug des Sensorgehäuses kommen. Nachteilig ist, dass bei der Montage eine Schnittstelle entsteht, an der zwei Gehäuseteile aufeinander montiert werden. Somit vergrößert sich der Luftspalt zwischen Sensorelement (im Sensorgehäuse) und zu sensierendes Objekt (im Kolben des Zylinders). Je größer der Abstand ist, desto schwieriger wird es, die Sensierung überhaupt durchführen zu können.
Weiterhin ist der Abstand des Magnetsensors zum Magnet relativ groß, da das Sensorgehäuse dazwischen liegt. Auch wirkt sich die aufgrund der vielen Bauteile zu verzeichnende große Toleranzkette negativ auf die Genauigkeit des Meßsystems aus.
Durch die Montage der Komponenten zueinander (z. B. durch Schrauben) werden Sensor und Gebergehäuse nur unzureichend genau zueinander positioniert. Dies hat zur Folge, dass eine Kalibrierung des Sensors notwendig wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wegmesssystem für Kupplungsausrücksysteme zu entwickeln, welches für die Befestigung des Sensors einen geringen Bauraum und eine minimale Anzahl von Komponenten benötigt. Weiterhin soll die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit des Systems erhöht werden.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Wegmesssystem für ein Kolben-Zylindersystem ist insbesondere in Form eines Kupplungsgeberzylinders ausgebildet, mit einem einer beweglichen Komponente zuordenbaren Sensorelement sowie mit einem eine Sensorelektronik aufweisendem Sensorsystem, welches an einer feststehenden Komponente insbesondere an einem Gehäuse des Kolben-Zylindersystems angeordnet ist, wobei das Sensorsystem mit dem Sensorelement in Wirkverbindung steht und erfindungsgemäß das Gehäuse des Kolben-Zylindersystems eine Aussparung aufweist, in welche die auf einem Träger vorzugsweise einer Platine oder einem Stanzgitter integrierte Sensorelektronik des Sensorsystems eingeschoben werden kann.
Im Folgenden wird der Träger zur Vereinfachung nur noch als Platine bezeichnet.
Dafür weist das Gehäuse an seiner Innenseite Laufschienen auf, in welche die Platine eingeschoben wird.
Die Fixierung der Platine im Gehäuse kann z. B. mittels eines oder mehrerer Clipelemente erfolgen, die z. B. in Form von Schnapphaken ausgebildet sein können und die bei Erreichen der Montageendposition in entsprechende Rastöffnungen des Gehäuses eingreifen.
Die Fixierung der Platine im Gehäuse kann alternativ auch mittels einer Kunststoffverschweißung oder Verklebung erfolgen.
Die Laufschienen dienen gleichzeitig zur Ausrichtung des Sensors. Je nach eingesetztem Sensorprinzip wirkt sich entweder die Positioniergenauigkeit in Bewegungsrichtung (Sensorausrichtung tangential am Umfang des Gehäuses) oder senkrecht zur Bewegungsrichtung auf die Genauigkeit des Messsignals stärker aus. Deshalb ist je nach Wahl des Sensorprinzips die Anordnung des Sensors zum Gehäuse zu wählen. Gezeigt ist im Folgenden die Anordnung des Sensors senkrecht zur Bewegungsrichtung. Analog verhält es sich bei der Anordnung des Sensors in Bewegungsrichtung. Wenn in Bewegungsrichtung des Kolbens – also in Sensierrichtung zur Lagefeststellung – eine höhere Genauigkeit gefordert wird, als in die Rich tung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens, erfolgt die Anbringung der Laufschienen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens.
Um eine genügende Lagefixierung der Platine zu gewährleisten können in die Laufschienen in Platineneinschubrichtung die Fixierung der Platine gewährleistende Quetschrippen oder auch flexible Spannelemente integriert sein.
An die Platine schließt sich ein Steckbereich für den Anschluss eines Steckers an die Platine an.
Zwischen dem Gehäuse und dem Steckbereich sollte eine die Dichtheit gewährleistende Dichtung integriert sein, die gegenüber den Umwelteinflüssen abdichtet und die z. B. in Form einer Feststoffdichtung ausgebildet sein kann. Es ist alternativ auch möglich, den Steckbereich mit dem Gehäuse unlösbar zu verbinden. Dies kann z. B. stoffschlüssig mittels Laserschweißen oder Kleben realisiert werden.
Dazu ist es auch möglich, den Steckbereich und das Gehäuse vollständig oder teilweise aus transparentem Kunststoff zu fertigen.
Die im Gehäuse vorhandene Aussparung wird bevorzugt durch einteilige Fertigung des Gehäuses aus Kunststoff durch Spritzgießen hergestellt.
Alternativ kann die Aussparung auch mit dem Gehäuse einteilig aus metallischem Werkstoff im Druckgussverfahren hergestellt sein.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine überraschend einfache, kostengünstige und Platz sparende Lösung der Integration der Sensorelektronik geschaffen, insbesondere da kein separates Sensorgehäuse mehr erforderlich ist, welches erst aufwendig am Gehäuse befestigt werden muss.
Es ist erstmalig möglich, einen von Sensorlieferant vorgefertigten Sensor bzw. eine Sensorplatine sehr einfach zu montieren, da dieser nur im Einschub des Gehäuses platziert werden muss. Die Positionierung übernehmen die Führungsschienen mit ggf. Quetschrippen oder Spannelementen und die Fixierung die Schnapphaken.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1: Längsschnitt eines Geberzylinders 1,
2: dreidimensionale Darstellung einer Aussparung im Gehäuse in Form eines Einschubes,
3: Einschubbereich von oben,
4: Einschubbereich von unter,
5: montierte Platine mit Feststoffdichtung zwischen Gehäuse und Steckbereich,
6: montierte Platine mit angeschweißtem Steckbereich,
7: Aussparung des Gehäuses mit Quetschrippen im Bereich der Laufschienen,
8: Aussparung des Gehäuses mit Spannelementen im Bereich der Laufschienen.
Es wird in 1 ein Längsschnitt eines Geberzylinders 1 dargestellt. Der Geberzylinder 1 weist ein Gehäuse 2 als feststehende Komponente auf, in dem ein ringförmiger Kolben 3 in einer Führungshülse 4 des Gehäuses 2 entlang der Achse A axial verschiebbar gelagert ist. An dem in der Darstellung linken Ende des Kolbens 3 ist ein Informationselement 5, wie zum Beispiel ein Magnet, ein Kupfer- oder Aluminiumelement, integriert. Am Außendurchmesser des Gehäuses 2 ist eine Aufnahme 6 mit einer Aussparung 7 angeformt. In der Aussparung 7 wird eine Platine 8 aufgenommen, welche mit der Sensorelektronik bestückt ist und die an ihrer Unterseite einen Sensor 9 aufweist, der dazu geeignet ist, die Position des Informationselementes 5 und somit des Kolbens 3 zu bestimmen. An die Platine 8 schließt sich ein Steckbereich 10 an, der zu der Aufnahme 6 und somit zur Aussparung 7 mittels einer Feststoffdichtung 11 abdichtet. An den beiden Seitenbereichen des Steckbereiches 10 sind zwei armförmige Clipelemente 12 angeformt, die mit ihren Enden in hier nicht sichtbare Ausnehmungen der Aufnahme 6 einrasten und dadurch die Platine 8 in der Aussparung 7 fixieren.
Die dreidimensionale Darstellung einer in der Aufnahme 6 eingebrachten Aussparung 7 im Gehäuse 2 in Form eines Einschubes zeigt 2. Die Aussparung 7 weist zwei sich gegenüberliegende Laufschienen 7.1 auf, in welche die hier nicht dargestellte Platine eingeschoben wird. In den beiden sich gegenüberliegenden Seiten der Aufnahme 6 sind Rastöffnungen 6.1 angeordnet, in welchen die klammerartigen Clipelemente 12 des Steckbereiches 10 (hier nicht dargestellt) mit ihren Rastelementen 12.1 einrastbar sind.
Den Einschubbereich von oben, mit einer Platine vor dem Einschubvorgang zeigt 3 und von unten 4.
Daraus ist ersichtlich, dass die Platine 8 einfach durch Einschieben in die Aussparung 7 der an das Gehäuse gespritzten Aufnahme 6 montiert werden kann. Die sich gegenüberliegenden Seitenkanten 8.1 der Platine 8 werden in die Laufschienen 7.1 eingeschoben und in diesen geführt. An die Platine 8 schließt sich der Steckbereich 10 an, der an beiden Seiten klammerartige Clipelemente 12 mit Rastelementen 12.1 an den Enden aufweist.
Nach Erreichen der Montageendposition (s. 5) rasten die Rastelemente 12.1 der Clipelemente 12 in den Rastöffnungen 6.1 bevorzugt unlösbar ein. Dadurch ist die Platine und der sich daran anschließende Steckbereich 10 am Gehäuse 2 lagedefiniert befestigt. Der Steckbereich 10 dient zum Anschluss eines nicht dargestellten Steckers.
Anstelle der Befestigung der Platine und des Steckbereiches mittels Rastelementen ist es auch möglich, den Steckbereich an der Aufnahme nach Einschieben der Platine durch eine stoffschlüssige Verbindung zu befestigen, z. B. durch Laserschweißen.
6 zeigt ein derartiges Ausführungsbeispiel nach der Montage. Die Aufnahme 6 weist dabei in Richtung zum Steckbereich 10 einen Flansch 13 auf. Auch der Steckbereich 10 ist mit einem Flanschbereich 10.1 versehen, der am Flansch 13 anliegt. Der Flansch 13 und der Flanschbereich 10.1 wurden Umfangsseitig miteinander verschweißt, z. B. durch Laserschweißen. In diesem Fall kann auf eine Dichtung verzichtet werden.
Um eine lagesichere Fixierung der Platine zu gewährleisten können im Bereich der Laufschienen entsprechende fixierende Elemente angeordnet sein, die die Platine in ihrem Einschubbereich stabilisieren.
Gem. 7 können die Laufschienen 7.1 an ihren gegenüberliegenden Seiten mit Quetschrippen 14 versehen sein, die von unten und von oben gegen die Platine (hier nicht dargestellt) drücken.
8 zeigt eine Variante, bei welcher die Aussparung 7 im Bereich der Laufschienen mit Spannelementen 15 versehen ist. Die Spannelemente 15 sind flügelförmig gestaltet und an einer oder wie hier dargestellt an beiden Laufflächen 7.2 angeordnet und in Richtung zu der einzuschiebenden Platine (hier nicht dargestellt) geneigt. Ist die Platine eingeschoben, drücken diese Flügel (Spannelemente 15) dagegen und fixieren diese.
Weiterhin werden durch die Quetschrippen 14 oder die Spannelemente Erschütterungen und Schwingungen gedämpft.
Die Sensorelektronik in Form der Platine und des Sensors dient in Zusammenhang mit dem Informationselement 5 zur Erfassung des Aus- bzw. Einrückzustandes bzw. zur Messung des Stellweges des Kolbens 3.
Das Informationselement 5 führt mit dem Kolben eine Axialbewegung aus. Dadurch wird in dem Sensor 9, der an der Platine angeordnet ist, eine Änderung der zu erfassenden Eigenschaft (z. B. magnetisches/elektrisches Felde) hervorgerufen und somit ein Signal erzeugt, wodurch die Bewegung des Kolbens 3 bzw. dessen Stellung signalisiert wird. Die Signale werden vom Sensor 9 an die auf der Platine 8 angeordnete Elektronikbaugruppe übertragen, wodurch die durch den Kolben 14 richtungsabhängige zurückgelegte axiale Entfernung und somit seine axiale Position bestimmbar ist.

1: Geberzylinder
2: Gehäuse
3: Kolben
4: Führungshülse
5: Informationselement (z. B. Magnet, Cu- oder Al-Element)
6: Aufnahme
6.1: Rastöffnung
7: Aussparung
7.1: Laufschienen
7.2: Laufflächen
8: Träger (Platine)
8.1: Seitenkanten der Platine 8
9: Sensor
10: Steckbereich
10.1: Flanschbereich
11: Feststoffdichtung
12: Clipelement
12.1: Rastelement
13: Flansch
14: Quetschrippen
15: Spannelemente

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 20315735 U1 [0002]

Claims

Wegmesssystem für ein Kolben-Zylindersystem, insbesondere in Form eines Kupplungsgeberzylinders, mit einem einer beweglichen Komponente zuordenbaren Sensorelement sowie mit einem eine Sensorelektronik aufweisendem Sensorsystem, welches an einer feststehenden Komponente insbesondere an einem Gehäuse (2) des Kolben-Zylindersystems angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) des Kolben-Zylindersystems eine Aussparung (7) aufweist, in welche die auf einer Platine (8) integrierte Sensorelektronik des Sensorsystems einschiebbar ist.
Wegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) Laufschienen (7.1) aufweist, in welche die Platine (8) einschiebbar wird.
Wegmesssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung der Platine (8) im Gehäuse (2) mittels eines oder mehrerer Clipelemente (12) erfolgt.
Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Clipelemente (12) in Form von Schnapphaken ausgebildet sind, die bei Erreichen der Montageendposition in Rastöffnungen (6.1) des Gehäuses (2) eingreifen.
Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung der Platine (8) am Gehäuse (2) mittels einer Kunststoffverschweißung erfolgt.
Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierung der Platine (8) am Gehäuse (2) mittels einer Klebung erfolgt.
Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschienen (8) senkrecht zur Bewegungsrichtung der beweglichen Komponente angeordnet sind.
Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in die Laufschienen (7.1) in Platineneinschubrichtung die Fixierung der Platine (8) gewährleistende Quetschrippen (14) integriert sind.
Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Laufschienen in Platineneinschubrichtung die Fixierung der Platine gewährleistende flexible Spannelemente (15) integriert sind.
Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Platine (8) ein Steckbereich (10) für den Anschluss eines Steckers anschließt.
Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gehäuse (2) und Steckbereich (10) eine die Dichtheit gegenüber den Umwelteinflüssen gewährleistende Dichtung angeordnet ist.
Wegmesssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung in Form einer Feststoffdichtung (11) ausgebildet ist.
Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckbereich (10) mit dem Gehäuse (2) unlösbar verbunden ist.
Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckbereich (10) mit dem Gehäuse (2) stoffschlüssig verbunden ist.
Wegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckbereich (10) mit dem Gehäuse (2) laserverschweißt ist.
Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckbereich (10) und das Gehäuse (2) vollständig oder teilweise aus transparentem Kunststoff bestehen.
Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckbereich (10) mit dem Gehäuse (2) verklebt ist.
Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung mit dem Gehäuse (2) einteilig aus Kunststoff durch Spritzgießen hergestellt ist.
Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung mit dem Gehäuse (2) einteilig aus metallischem Werkstoff im Druckgussverfahren hergestellt ist.