DE4407648C2

DE4407648C2 - Vorrichtung zum Erfassen der Position eines Stellelementes

Info

Publication number: DE4407648C2
Application number: DE4407648A
Authority: DE
Inventors: Peter Buchholz; Nikolaus Dipl Ing Wahnschaffe; Heinz Dipl Ing Ruehmer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1994-03-08
Filing date: 1994-03-08
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2014-03-09
Also published as: GB9504437D0; GB2288240B; FR2717260A1; FR2717260B1; GB2288240A; DE4407648A1; JPH0843004A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Position eines Stellelementes, das über eine Steuerleitung hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagbar ist, mit mindestens einem Positionsmeßgeber und einem in der Steuerleitung des Stellelementes angeordneten, in einem Gehäuse gleitenden Meßkolben, dessen Stellung in dem Gehäuse als Maß für die Position des Stellelementes verwendbar ist, wobei der Meßkolben das Gehäuse in eine Primär- und eine Sekundärkammer mit jeweils mindestens einem Strömungsanschluß unter teilt.

Hydraulisch beaufschlagbare Stellelemente werden beispielsweise in Betätigungseinrichtun gen von zwischen einer Antriebsmaschine und einem Getriebe wirksamen Reibungskupp lungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt. So ist zum Beispiel aus der deutschen Offenlegungs schrift DE 40 11 850 A1 eine automatisch wirksame Reibungskupplung bekannt. Diese Kupplung ist über einen Betätigungsmechanismus, der ein Ausrücklager und eine daran angreifende Gabel umfaßt, ein- und ausrückbar. Der Betätigungsmechanismus wiederum wird über ein Stellglied in Form eines hydraulischen Zylinders betätigt, der über steuerbare hydraulische Wegeventile mit einem Druckmittelkreislauf verbunden ist. Weiterhin ist eine elektronische Steuereinheit vorgesehen, die in Abhängigkeit verschiedener Kenngrößen die Wegeventile des Druckmittelkreislaufes steuert, um über das hydraulische Stellglied einen entsprechenden Kupplungseingriff einzuregeln. Solche Kenngrößen sind beispielsweise die Motordrehzahl, die Stellung der Drosselklappe oder der Kupplungsbetätigungsweg bzw. der Kupplungseingriffszustand. In der bekannten Betätigungseinrichtung erfolgt die Ermittlung des Kupplungsbetätigungsweges oder Eingriffszustandes über ein am Stellglied direkt angeordnetes Potentiometer, welches den Weg bzw. die Stellung des Kolbens des Stell gliedes erfaßt und eine entsprechende elektrische Größe an die elektrische Steuereinheit weiterleitet. Bei bestimmten Einsatzfällen von solchen hydraulischen Stellgliedern kann die direkte Anordnung eines Positions- oder Wegemeßwertgebers aus Platzgründen oder auf grund der notwendigen elektrischen Zuleitungen problematisch sein.

Des weiteren ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 33 02 255 A1 eine Vorrichtung für die Anzeige der Endstellung eines Kolbens in einem Zylinder offenbart, bei der ein Meß zylinder, dessen Volumen dem des Arbeitszylinders entspricht, in einer der beiden vom Steuerventil zum Arbeitszylinder führenden Hydraulikleitungen angeordnet ist. Für die Hin- und Herbewegung des Arbeitskolbens im Arbeitszylinder wird einmal die eine und dann die andere Hydraulikleitung mit Druck beaufschlagt, so daß in Abhängigkeit von der Bewe gungsrichtung des Arbeitskolbens der Meßzylinder einmal in der Druckleitung und dann in der Rückleitung liegt. Wie in der Offenlegungsschrift angegeben, soll der Meßzylinder in unmittelbarer Nähe des Schaltpultes angeordnet werden, damit nur die Hydraulikleitungen vom Schaltpult zu dem Arbeitszylinder verlegt werden müssen und nicht noch zusätzliche Anzeigeleitungen wenn der Meßzylinder in der Nähe des Arbeitszylinders angebracht würde. Mit dieser nur die Endstellungen des Kolbens erfassenden Einrichtung ist aufgrund der lan gen hydraulischen Leitungen sowie der Kompression und Dekompression der eingespann ten Druckmittelsäule in der jeweiligen Druckleitung eine exakte Messung wegen deutlicher Volumenänderungen nicht möglich.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum genauen Erfassen der Position eines druckbeaufschlagbaren Stellelementes zu schaffen, die jedoch nicht unmittelbar am Stellelement angeordnet ist.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 8 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargestellt. Erfindungsgemäß ist in der druckmittelbeaufschlagbaren Steuerleitung des Stellelementes ein in einem Gehäuse gleitender Meßkolben vorgesehen, dessen Stellung in dem Gehäuse als Maß für die Position des Stellelementes verwendbar ist. Der Meßkolben besteht aus einem ersten und einem zweiten an der Innenwandung des Gehäuses abdichtend gleitenden Teilkolben, wobei die Teilkolben mittels einer Meßstange miteinander verbunden sind.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung teilt der Meßkolben das Gehäuse in eine Primär- und eine Sekundärkammer mit jeweils mindestens einem Strömungsanschluß und ist entgegen des beaufschlagbaren Druckes des Steuermediums in seine Ruhelage vorgespannt. Soll nun das Stellelement aus seiner Ruhelage bewegt werden, wird über die Steuerleitung der Meßkolben primär kammerseitig mit Druckmittel beaufschlagt und gibt als Übertragungskolben wirkend eine entsprechende Verschiebung über ein einstellbares Über setzungsverhältnis an das Stellelement weiter.

Gemäß einer Weiterbildung der Ausführungsform ent spricht die Länge der Meßskala entsprechend eines Überset zungsverhältnisses dem Verstellweg des Stellelementes. Die Einstellung der Druckmittelübersetzung kann durch Gestaltung von unterschiedlichen Durchmessern der Primär- und Sekundär kammer erfolgen.

Gemäß einer Weiterbildung wird die Meßskala durch eine zwi schen den Teilbereichen angeordnete Zahnstange gebildet, die die translatorische Bewegung des Meßkolbens beispielsweise an ein mit ihr in Eingriff stehendes Zahnrad weitergibt, das diese Bewegung in eine rotatorische Bewegung umwandelt und auf ein Potentiometer überträgt.

Eine andere Möglichkeit der Positions- oder Verstellwegerfassung besteht darin, die Meßskala magnetisch auszubilden und die Meßwerterfassung induktiv durchzuführen.

Besonders vorteilhaft kann die Vorrichtung zur Erfassung eines Kupplungsbetätigungsweges eingesetzt werden. Dabei wird der in einem Gehäuse gleitende Meßkolben zum Beispiel in der Druck mittelsteuerleitung des druckmittelbeaufschlagbaren Stellzy linders angeordnet.

In einer Weiterbildung der Vorrichtung zur Betätigung einer Kupplung teilt der Meßkolben das Gehäuse in eine Primär- und eine Sekundärkammer mit mindestens einem Strömungsanschluß und ist entgegen des beaufschlagbaren Druckes des Steuermediums in seine Ruhelage vorgespannt, wobei die Sekundärkammer in der Ruhelage des Meßkolbens mit einem Entlüftungsdurchlaß im Ge häuse in Verbindung steht.

Nach einer vorteilhaften Ausführung bildet mindestens eines der den Druckmittelfluß in der Steuerleitung steuernden Vent ile mit dem Gehäuse, in dem der Meßkolben gleitet, eine Bau einheit, wodurch die räumliche Position der Druckmittelver sorgungseinheit, entgegen von Einrichtungen, bei dem die Ven tile in der Druckmittelversorgungseinheit integriert sind und damit die Verbindungsleitung zwischen Meßkolben und Ventilen für eine Entlüftung steigend angeordnet sein muß, frei wählbar ist.

Neben dem Einsatz in einer Vorrichtung zur Betätigung einer Kupplung bieten sich jedoch auch andere Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise für druckbeauf schlagte Ventile, an.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie len näher beschrieben. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Betätigung einer Reibungskupplung,

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Erfassung der Po sition eines Stellelementes mit einem mechanischen Positionsgeber und

Fig. 3 eine Vorrichtung zur Positionserfassung mit einem induktiven Positionsgeber.

Die in Fig. 1, dargestellte Vorrichtung umfaßt eine Reibungs kupplung 18, die einen Verbrennungskraftmotor eines Kraftfahr zeuges mit einem Getriebe in Abhängigkeit bestimmter Betriebs zustände bzw. von Übergängen zwischen einzelnen Betriebszu ständen verbindet. Die Reibungskupplung ist über einen Betäti gungsmechanismus 14 ein- und ausrückbar. Der Betätigungsmecha nismus wiederum wird über ein Stellelement 2 in Form eines Nehmerzylinders betätigt. Der Nehmerzylinder 2 ist über eine Steuerleitung 1 und ein Wegeventil 20 mit einem Druckmittel kreislauf 21 verbunden. Der Druckmittelkreislauf weist eine über einen Motor 22 antreibbare Druckmittelpumpe 23 auf, die mit einem Flüssigkeitsvorratsbehälter 24 in Verbindung steht und über das Wegeventil 20 den Nehmerzylinder 2 beaufschlagt. Zwischen der Druckmittelpumpe 23 und dem Wegeventil 20 ist im Druckmittelkreislauf außerdem ein Rückschlagventil 25, ein den Motor 22 bei Bedarf ein- und ausschaltender Druckschalter 26 sowie ein Druckspeicher 27 vorgesehen. Der Druckspeicher kann derart bemessen werden, daß bei Inbetriebnahme des Kraftfahr zeuges mindestens ein erstmaliges Auskuppeln ohne Energiezu fuhr möglich ist. Damit ist für die Druckmittelpumpe 23 kein spezieller Motor erforderlich, während des Fahrbetriebes wird dann der Druckspeicher 27 von der über die Brennkraftmaschine 22 angetriebenen Druckmittelpumpe 23 versorgt.

Zur Regelung des Reibungseingriffs der Reibungskupplung 18 ist eine elektronische Steuereinheit 28 vorgesehen, die in Abhän gigkeit sensierter bzw. vorgegebener Größen eine Stellgröße zur Kupplungsbetätigung an das Wegeventil 20 abgibt. Die sen sierten Größen sind unter anderem die Motordrehzahl, die Dros selklappenstellung und der Kupplungsbetätigungsweg bzw. der Kupplungseingriffszustand. Für die Ermittlung des Kupplungsbe tätigungsweges ist in der Druckmittelsteuerleitung 1 des Neh merzylinders 2 ein Sensorzylinder 29 angeordnet. Die Steuer leitung 1 stellt dabei eine hydraulische Stange dar, die das Fluidvolumen zwischen dem Nehmerzylinder 2 und dem Sensor zylinder 29 verschiebt.

Der in Fig. 2 näher gezeigte Sensorzylinder 29 besteht aus ei nem zylinderförmigen Gehäuse 4, welches der Meßkolben 3 in eine Primärkammer 5 und eine Sekundärkammer 6 unterteilt. So wohl die Primär- als auch die Sekundärkammer 5, 6 ist mit einem Strömungsanschluß 7, 8 verbunden, wobei die Primärkammer über das Wegeventil 20 mit dem Druckmittelkreislauf und die Sekundärkammer mit dem Nehmerzylinder 2 verbunden ist. Der Meßkolben 3 wird über die Druckfeder 15 entgegen der Druckmit telbeaufschlagung durch den Druckmittelkreislauf in seiner Ruhelage vorgespannt. Der Meßkolben 3 besteht aus zwei Teilkolben 9 und 10, die über die Dichtringe 17 und 19 an der Innenwandung des Gehäuses 4 gleiten. Zwischen den Teilkolben 9 und 10 ist eine eine als Verzahnung ausgebildete Meßskala 11 aufweisende Meßstange 12 fest mit den Teilkolben verbunden angeordnet. Die die Meßstange 12 aufnehmende, drucklose Meßkammer 16 ist über eine Anschlußbohrung 30 mit einem nicht dargestellten Tank verbunden.

Mittels eines in die Verzahnung der Meßstange 12 eingreifenden Zahnrades 13 wird die translatorische Bewegung des Meßkolbens 4 in eine rotatorische Bewegung umgewandelt und auf bekannte Weise auf ein nicht dargestelltes Drehpotentiometer übertragen, wobei das Drehpotentiometer ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, welches proportional und somit linear zum zurückgelegten Weg des Stellelementes 2 ist. Zum Druckausgleich bzw. zum Entlüften der Sekundärkammer 6 ist am Gehäuse 4 eine Schnüffellochbohrung 31 vor gesehen, die beim Überfahren derselben in die Ruhestellung die Sekundärkammer 6 mit dem Tank verbindet.

In Fig. 3 ist ein Meßzylinder mit einem induktiven Meßwertaufnehmer dargestellt. Dazu ist die zwischen den Teilkolben 9 und 10 angeordnete Meßstange 12 mit einem die Induktivität einer am Gehäuse 4 angeordneten Meßspule 35 beeinflussenden Material 36 versehen, das in Bewegungsrichtung eine Position markierende Struktur besitzt. Damit beeinflußt jede Stelle des auf der Meßstange aufgebrachten Materials die Induktivität der Meßspule 35 in charakteristischer Weise anders. Die Meßspule 35 wird mit einer konstanten Spannung mit einer relativ hohen Frequenz gespeist und man mißt z. B. den durchfließenden Strom, wobei dieser ein Maß für die Induktivität der Meßspule 35 und damit für die momentane Position des Meßkolbens 3 im zylinderförmigen Gehäuse 4 ist.

Bezugszeichenliste

1 Steuerleitung
2 Stellelement
3 Meßkolben
4 Gehäuse
5 Primärkammer
6 Sekundärkammer
7 Strömungsanschluß
8 Strömungsanschluß
9 Teilkolben
10 Teilkolben
11 Meßskala
12 Meßstange
13 Zahnrad
14 Betätigungsmechanismus
15 Druckfeder
16 Meßkammer
17 Dichtring
18 Reibungskupplung
19 Dichtring
20 Wegeventil
21 Druckmittelkreislauf
22 Motor
23 Druckmittelpumpe
24 Vorratsbehälter
25 Rückschlagventil
26 Druckschalter
27 Druckspeicher
28 elektronische Steuereinheit
29 Meßzylinder
30 Anschlußbohrung
31 Schnüffellochbohrung
35 Meßspule
36 Material

Claims

1. Vorrichtung zum Erfassen der Position eines Stellelementes, das über eine Steuerleitung hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagbar ist, mit mindestens einem Positionsmeßgeber und einem in der Steuerleitung des Stellelementes angeordneten, in einem Gehäuse gleitenden Meßkolben, dessen Stellung in dem Gehäuse als Maß für die Position des Stell elementes verwendbar ist, wobei der Meßkolben das Gehäuse in eine Primär- und eine Sekundärkammer mit jeweils mindestens einem Strömungsanschluß unterteilt, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkolben (3) aus einem ersten und einem zweiten an der Innen wandung des Gehäuses (4) abdichtend gleitenden Teilkolben (9; 10) besteht, wobei die Teilkolben mittels einer eine Meßskala (11) aufweisenden Meßstange (12) miteinander verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkolben (3) entgegen des beaufschlagbaren Druckes des Steuermediums in seine Ruhelage vorgespannt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen den Teil kolben (9; 10) angeordnete, die Meßstange (12) aufnehmende Meßkammer (16) druckentlastet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Meßskala (11) entsprechend eines Übersetzungsverhältnisses dem Verstellweg des Stell elementes (2) entspricht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßskala (11) durch eine zwischen den Teilkolben (9; 10) angeordnete Zahnstange (11) gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (11) mit einem Zahnrad (13) in Wirkverbindung steht, das die Bewegung des Meßkolbens (3) auf ein Potentiometer überträgt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Posi tionsmeßgeber als induktiver oder kapazitiver Meßwertgeber ausgebildet ist.

8. Vorrichtung zur Betätigung einer Kupplung eines Kraftfahrzeuges mit einem Nehmerzylin der, der über eine Druckmittelsteuerleitung von einem Druckmittelkreis beaufschlagbar ist, der wenigstens eine Druckmittelpumpe, eine die Druckmittelpumpe betätigende Antriebsein richtung, einen Druckmittelspeicher und den Druckmittelfluß steuernde Ventile umfaßt dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckmittelsteuerleitung des Nehmerzylinders (17) ein in einem Gehäuse (4) gleitender Meßkolben vorgesehen ist, dessen Stellung in dem Gehäuse (4) als Maß für den Kupplungsbetätigungsweg verwendbar ist, wobei der Meßkol ben (3) aus einem ersten und einem zweiten an der Innenwandung des Gehäuses (4) abdichtend gleitenden Teilkolben (9; 10) besteht, die mittels einer eine Meßskala (11) aufweisenden Meßstange (12) miteinander verbunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch (8), dadurch gekennzeichnet, daß die den Druckmittelfluß steu ernden Ventile (18) mit dem Gehäuse (4) eine Baueinheit bilden.