阅读说明：本技术 具有磁式位移测量装置的液压缸、尤其离合器从动缸 (Hydraulic cylinder, in particular clutch slave cylinder, having a magnetic displacement measuring device ) 是由 菲利普·瓦格纳 迈克尔·霍夫曼 克里斯蒂安·海宁 于 2018-04-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种液压缸(1),液压缸包括缸室(21)、缸壳(2)和活塞(3),活塞在运行中至少部分地布置在缸室(21)中,其中,磁场敏感的传感器(63)与缸壳(2)连接,其特征在于,在活塞(3)上或活塞中布置至少一个磁体(6、61、62),其中,在运行中可以通过传感器检测磁体(6、61、62)的磁场,以得出活塞(3)在缸室(21)中的位置。本发明还涉及用于检测活塞(3)在液压缸(1)中的位置的测量方法。(the invention relates to a hydraulic cylinder (1) comprising a cylinder chamber (21), a cylinder housing (2) and a piston (3) which is arranged at least partially in the cylinder chamber (21) during operation, wherein a magnetic-field-sensitive sensor (63) is connected to the cylinder housing (2), characterized in that at least one magnet (6, 61, 62) is arranged on or in the piston (3), wherein the magnetic field of the magnet (6, 61, 62) can be detected during operation by the sensor in order to determine the position of the piston (3) in the cylinder chamber (21). The invention also relates to a measuring method for detecting the position of a piston (3) in a hydraulic cylinder (1).)

具有磁式位移测量装置的液压缸、尤其离合器从动缸

技术领域

本发明涉及一种液压缸，液压缸优选构造成离合器从动缸。液压缸包括缸室、缸壳和活塞。磁场敏感的传感器与缸壳连接，以测量活塞在缸中的位置。此外，本发明还涉及用于检测活塞在离合器从动缸中的位置的测量方法。

背景技术

为了识别出离合器的准确位置，现有技术已知在液压缸上安装测量系统。例如根据专利EP 1 898 111 B1，磁体能够以径向间隙、但是轴向无间隙地在离合器从动缸的外直径上的引导靴中被引导。这确保磁体相对传感器的径向间距保持不变。该方案提出将传感器安装在离合器从动缸的外周上。

在根据现有技术的另一方案中，根据DE 102 42 841 B4，凸缘包括支承臂，支承臂在其径向外端支承磁体。通过分离弹簧的轴向压力，磁体沿轴向无间隙地被引导。在该方案中，传感器安装在离合器从动缸的外直径上。

在根据现有技术的、根据LuK GmbH&Co.KG公司，Bühl的另一方案中，在离合器从动缸上安装杠杆。在杠杆上安装磁体容纳部，磁体容纳部使得磁体在围绕传感器的圆形轨道中绕行。整个结构安装在实际的缸壳的外侧。

现有技术的缺点是，由于扩展的测量机制，具有根据现有技术的用于活塞位置的测量功能的液压缸、尤其离合器从动缸构造得不紧凑。此外，由于可能通过分离轴承引起的摆动运动出现位置测量错误。

发明内容

因此，本发明所要解决的问题是，提供一种紧凑的液压缸，液压缸包括用于活塞位置的测量功能。

该技术问题通过独立权利要求的特征实现。其他的有利的改进方案是从属权利要求的对象。

本发明的主题是一种液压缸，在液压缸中，在活塞上或活塞中布置至少一个磁体，其中，在运行中可以通过传感器检测磁体的磁场。

活塞理解为可进入缸室中且可从缸室中移出的元件。活塞不是与实际活塞连接且从其中显著伸出的一个区段或一个元件。

在液压缸的这种构造方式中，活塞在液压缸中的引导可同时用作磁体相对于传感器的引导。在磁体和传感器之间的引导如同在活塞和液压缸之间的一样良好。磁体通过其在活塞上或活塞中的布置而靠近至少一个引导表面来布置。由此没有造成长的杠杆，该长的杠杆由于在活塞和缸室之间的相对运动而在远离活塞时在磁体和传感器之间产生更大的相对运动。优选地，磁***于在外侧包围活塞的引导表面的内侧或在其内侧对齐。

优选地，磁体布置在活塞的、在引导表面上引导的一个区段中或上。该区段不是经由柔性区段与引导表面连接。该区段还优选无间隙地与活塞的、在引导表面上引导的引导配对表面连接。该区段优选靠近引导表面布置。优选地，该区段包括活塞的引导配对表面。相对引导表面的较大间距使得例如活塞的摆动运动由于杠杆作用而比磁体和传感器之间的相对运动更大。这引起测量误差，因为实际上磁场和传感器之间的轴向相对位置可移动。由于传感器的横向灵敏度，也可通过在磁场和传感器之间的径向相对位置的改变产生误差。二者都发生在活塞的摆动运动中。

传感器是指一种敏感的元件，其可布置在用于检测测量值的传感器系统中。传感器尤其是霍尔传感器。

磁体优选实施成块状件。优选地，磁体形状锁合地置入活塞中。磁体也可被粘接。也可使磁体作为可浇铸的、尤其可注塑的可磁化的材料通过浇铸、尤其注塑集成到同样注塑的活塞中或预制的金属活塞中。在浇铸之后可对磁材料进行磁化。因此，磁体可以是形状锁合地集成在活塞中的磁体。

优选地，引导表面同时是用于活塞的密封件的密封配合面，密封件用于密封缸室。通过这种方式，引导表面可以同时用于密封作用。

优选地，磁体布置在活塞上的这样的部位处，该部位位于活塞在缸室内的至少一个位置中。

缸室的未填充压力介质的区段也适合作为缸室，但是该区段可在活塞的其他位置情况下被填充压力介质。有利地，通过这种布置可实现，磁体可以位于在朝向缸室的底部的方向上的较远的位置。

优选地，磁体布置在活塞上的这样的部位处，该部位位于在活塞上的密封件长期无压力的一侧，和/或磁体布置在活塞上的这样的部位处，该部位位于在活塞上的密封件的可被压力加载的一侧上。

换句话说，密封件可从至少一个磁体开始朝向缸室的受压力加载的部分的方向布置，和/或密封件可从至少一个磁体开始朝向缸室的无压力的部分的方向布置。

在上面所述的第一选择方案中实现的优点是，磁体可以在活塞的移出方向上更远地定位。在上面所述的第二选择方案中实现的优点是，磁体可以在移入方向上更远地布置。尤其在第二选择方案中，磁体在活塞完全移入的状态下布置在缸室的底部附近。这使得传感器能够比在所有磁体布置在活塞的无压力的一侧上时在朝向缸室的底部的方向上布置得更远。若实现第一和第二选择方案，则可实现磁体的彼此几乎任意的间距，其中同时保持第一选择方案的优点。可在两个磁体之间布置一个或多个密封件。

优选地，在活塞上布置两个彼此分开的密封件，其中，尤其密封件和/或其密封部位沿活塞的轴向不同地定位。

例如在活塞的内表面和外表面上通过密封介质润滑的区域沿轴向所到达的距离可以不同。此外，其他的元件，例如磁体可布置在密封件之间。也可在密封件旁实现机械固定的路径，而无需横跨密封件。

优选地，传感器布置在缸室的外侧且与缸壳连接，其中，缸壳的压力壁设置用于，使磁体的磁场在活塞的至少一个位置中如此穿过，使得可通过传感器接收到磁场，以测量活塞的位置。

当传感器布置在缸室的外侧且磁场穿过缸室的压力壁起作用时，传感器的信号无需从缸室向外传递。传感器与缸壳的连接是指，传感器或其传感器壳体可直接固定在缸壳上。可替代地，传感器可经由一个或多个中间元件或中间区段以机械方式与缸壳连接。

有利地，活塞构造成环形活塞。环形活塞具有内侧的配合引导面和外侧的配合引导面以及内侧的密封件和外侧的密封件。有利地，构造成离合器从动缸的液压缸可围绕变速器轴布置。

特别地，在活塞上或活塞中沿轴向彼此间隔地布置两个磁体。

磁体的这种布置使得在两个磁体之间形成磁场，该磁场比其中一个单个的磁场更远地延伸。通过这种方式可扩展位置检测装置的测量距离，而无需为此使用较大的磁体。活塞相对于缸壳的位置优选根据借助传感器测量的磁场的强度和/或方向确定。

优选地，活塞包括至少两个构件，至少两个构件沿活塞的轴向可彼此分开，其中优选地，在安装状态下在活塞的构件之间布置密封件。

将活塞分成两个构件的优点是，在构件之间可引入密封件。密封件可形状锁合地固紧在活塞的两个构件之间。通过这种方式可简单地更换该密封件。

优选地，活塞的、在朝向缸室的底部的方向上较远地布置的区段构造成用于磁体的固持装置，其中，固持装置优选构造成固持环。尤其固持装置同时可用作密封件的固定环。通过这种方式可使磁体布置在密封件的受压侧。

换句话说，本发明可如下地进行描述。离合器从动缸通常包括构件：轴承、活塞、密封件、缸壳、分离弹簧和防尘环。在离合器从动缸的压力壁和分离弹簧之间装入用于测量活塞位置的霍尔传感器时，在布置用于测量距离所需的磁体时可能产生问题。

通过将磁体安装在可运动的活塞上，可在离合器从动缸的压力壁上直接测量距离。通过该安装部位降低了测量精确性，因为轴承的摆动运动不再重要并且在活塞和缸室的引导表面之间的间隙不太起作用。传感器或其传感器壳体可直接布置在离合器从动缸的压力壁上。

相比于将磁体安装在于下侧具有中央密封件的传统活塞上，为了改进与磁体在活塞上或活塞中的位置相关的磁场相对于传感器的位置，可在活塞上设置两个单个密封件，其中每个密封件密封环形缸的其中一个环形表面。

为了使磁场更强且可更清楚地测量磁场，可使用两个块状磁体。两个块状磁体优选具有限定的彼此的间距。传感器可相对铁磁性的分离轴承尽可能远地布置，尤其布置在缸室的压力壁的外侧。

优选地，在活塞的最大移出位置中，在两个磁体之间的中间的位置关于轴向相对敏感元件具有尽可能大的间距。优选地，传感器由于空间需求以及铁磁性的分离轴承对测量的影响布置得尽可能远离分离轴承。为了实现这些，可调整磁体在活塞上的位置。在磁***于缸室的外侧的构造方式中，磁体不再在朝向缸室的底部的方向上布置得较远，因为下部的磁体可以最大地贴靠在密封件上。因此为了能根据要求布置磁体，代替在朝向缸室的底部的方向的一侧上的中央密封件，在本发明的变型方案中在活塞上设置两个密封件。可以的是：一个密封件在活塞的外侧，且一个密封件在活塞的内侧。

活塞可构造成两件式的，以可以在没有材料锁合的情况下在活塞的构件之间安装两件式密封件。

为了能防止活塞的构件相对彼此转动，优选设置防安装旋转机构。在此，防安装旋转机构如此构造在活塞的一个构件上，使得防安装旋转机构在刚好一个转动位置上匹配在活塞的另一构件上的配合件上。这防止错误安装，因此防止磁体相互的错误定向。

优选地，在活塞和缸壳之间、尤其在活塞的远离缸室的底部的端部处设置至少一个防运行旋转机构。防运行旋转机构防止活塞相对于缸壳、以及进而相对于传感器转动。在此，防运行旋转机构优选也设计用于防止错误安装，使得防运行旋转机构仅在一个转动位置中匹配到配合件中(错误校正)。

在防运行旋转机构上可设置一个或多个卡钩。卡钩可防止：在运输或安装离合器从动缸时，分离轴承从离合器从动缸中松脱。

另一变型方案设有密封件，密封件布置在活塞和固持装置之间。通过固持装置也可固持在朝向缸室的底部的方向上布置更远的磁体。特别地，磁体通过磁体固持部紧固。优选实施成固持环的固持装置可通过多个压紧销固定到密封件中。为了容纳压紧销，固定装置分别具有孔。密封件的材料优选是不可压缩的，从而销在安装之后可靠地固紧在其位置中。作为所有密封件的材料优选使用EPDM。

另一变型方案是设置用于密封活塞的膨胀密封件。膨胀密封件是具有朝向压力侧的凹口的密封件，凹口在施加压力时扩张密封件并且按压到其配合面上。

膨胀密封件优选布置在活塞的两个构件之间，其中，朝向缸室的底部的构件优选构造成固持环。优选地，在固持环中设置凹空部，流体可流过凹空部。流体如此压到密封件上，使得密封件沿轴向相对于活塞、并且沿径向相对于缸壳密封。

尤其可将磁体安装在固持装置中。固持环同时可用作密封件的固定环。

借助伸延通过密封件的压紧销可使固持环固定在活塞上。密封件为此具有贯通的凹空部。密封件具有相对于环形的缸室的两个表面的密封部位。该结构优选如此构造，使得密封件在安装状态下预紧在活塞和固持环之间，由此密封件相对于固持环以及相对于活塞密封。

本发明可在其内圈与活塞连接的液压缸中以及在其活塞与外圈连接的液压缸中实现。在活塞与轴承圈之间的连接在活塞的轴向上优选无间隙。

在本发明的另一方案中提出用于检测活塞在液压缸、尤其离合器从动缸的缸室中的位置的测量方法，在该方法中，为了测量液压缸的活塞的位置，在活塞上或活塞中布置磁体并且借助尤其穿过液压缸的压力壁的磁场进行测量。

附图说明

下面根据实施例结合附图详细阐述本发明。在此示意性地示出：

图1示出了根据现有技术的液压缸的剖视图；

图2示出了根据本发明的液压缸在第一实施方式中的剖视图，其中，示出的液压缸的左半部显示液压缸移出的状态，而右半部显示液压缸在移入的状态；

图3示出了根据本发明的液压缸在第二实施方式中的剖视图，其中，示出的液压缸的左半部显示液压缸移出的状态，而右半部显示液压缸在移入的状态；

图4示出了在第二实施方式中液压缸的活塞的立体图；

图5示出了在第二实施方式中液压缸的活塞的剖视图；

图6示出了在第三实施方式中液压缸的活塞的剖视图；

图7示出了在第四实施方式中液压缸的活塞的剖视图；以及

图8示出了图7中的固定销的剖视图。

具体实施方式

图1示出了液压缸1的剖视图，液压缸包括缸壳2、活塞3、防尘环4、内圈10、滚动体9和外圈8。

缸壳2包括中央管24，例如变速器轴可以通过该中央管***。活塞3构造成环形且以移出的状态示出。

活塞3的一部分布置在环形的缸室21中。活塞3借助密封件31相对缸室21密封。在缸壳2上布置支承臂22，传感器支架23以及未明确示出的传感器布置在支承臂上。

传感器与磁体6作用式连接，磁体布置在磁体固持装置43中。磁体固持装置43布置在磁体支架42上，磁体支架与防尘环4机械连接。当活塞3在缸室21中运动时，内圈10、防尘环4、磁体支架42和带有磁体6的磁体固持装置43随活塞一起运动。磁体6沿着传感器支架的面对磁体的表面延伸并且在传感器中根据其位置产生测量信号。

这种布置的缺点是，磁体支架42和磁体固持装置43使得磁体相对活塞3在缸室21处的引导部距离很远，因此在活塞3和缸壳2之间的相对运动主要看作为磁体6和传感器支架23之间的相对运动，并且在此引起显著的测量误差。

图2示出了在第一实施方式中的液压缸1的横截面，液压缸构造成离合器从动缸。

在图2中，在中间绘出的中线的左侧示出了液压缸1在处于最大移出状态下的半剖视图，而在中线的右侧示出了液压缸在处于最大移入状态下的半剖视图。

液压缸1包括具有环形的缸室21的缸壳2，在移出状态下，环形活塞3的小部分位于环形的缸室中，且在移入状态下，活塞3的大部分位于环形的缸室中。

活塞3具有两个凹口，在凹口中分别布置磁体61或62。活塞3作用到分离轴承的内圈10上，内圈将活塞力经由滚动体9传递到外圈8上。

防尘环4贴靠在内圈10上，防尘环通过分离弹簧7被压到内圈10上。压力壁65在缸室21的区域中形成缸壳2的外周，在压力壁65的外侧面上布置传感器63。

传感器63布置在传感器壳体64的内部。传感器63对磁场敏感并且对磁体61和62的磁场作出反应。在活塞3的最大移出状态下，磁体62的较弱的磁场到达传感器63，在传感器上可获知，活塞3最大地移出。

在最大移入状态下，磁体61的场到达传感器63并且根据磁体61和62的磁化方向也实现了磁体62的作用。存在测量的磁场沿着活塞3的行程从最大移出位置至最大移入位置的特征性曲线，基于此可检测活塞相对于缸壳2的位置。

第一实施方式的缺点是，磁体62的在活塞3的最大移出位置中到达传感器的磁场较弱，因此仅能够以较低的精度进行检测。

在第一实施方式中，活塞3借助环形的密封件31相对于缸室21密封。

密封件31具有两个密封唇，其中一个与外侧的引导表面66密封接触，并且其中另一个与内侧的引导表面67密封接触。密封件31形状锁合地与活塞3的朝向缸室21的底部211的端部连接。

图3以剖视图示出了液压缸1的第二实施方式。

如同在图2中所示，在中间绘出的中线的左侧示出了液压缸1在处于最大移出状态下的半剖视图，而在中线的右侧示出了液压缸在处于最大移入状态下的半剖视图。

图3与图2有多个细节一致。相同的特征用相同的附图标记表示并且不再单独描述。参见图2。

与图2示出的第一实施方式不同的是，环形的活塞3在第二实施方式中被分成两个构件32和33。在活塞的朝向缸室21的底面211的构件32的端部附近布置有磁体62。

沿移出方向，在磁体62上邻接有具有向外的密封作用的密封环312。密封环与引导面66共同作用。从密封环312起沿移出方向看，在活塞的构件32上邻接有活塞3的构件33。构件32和构件33在其面向彼此的端部处沿径向彼此重叠。在此，构件32的重叠区段比构件33的重叠区段具有更大的直径。

具有向内的密封作用的密封环311布置在与构件32和构件33之间的重叠部近似相同的位置处。从重叠部开始沿移出方向还布置有磁体61。

密封环311和磁体61位于活塞的构件33的面向缸室21的底部211的端部。关于其余部分，第二实施方式的液压缸1相应于第一实施方式。

关于第二实施方式的两件式活塞3的其他细节在图4和图5中示出。

图4示出了液压缸的第二实施方式的两件式活塞3的立体图。

在示出的实施方式中明显的是，磁体61和62不会在活塞3的整个圆周上延伸，而是仅在其一较小区段上延伸。

磁体61布置在活塞的构件33的磁体固持部332中。磁体62布置在活塞的构件32的磁体固持部322中。

磁体固持部322、332可以构造成在活塞3的相应构件32、33中的凹槽。

为了使磁体61和62二者可复现地与在图4中未示出的传感器共同作用，在活塞3的构件32和33之间以及在活塞的构件33和在图4中未示出的缸壳2之间设置防旋转机构。

在活塞3的构件32上设置防旋转凸出部321，防旋转凸出部可与活塞3的构件33的防旋转凹口331形状锁合地共同作用。由此实现磁体61和62沿移出方向对齐。

为了防止活塞相对于缸壳旋转，活塞的构件33在其背离缸室21的底部211的端部设有多个防旋转装置334，防旋转装置沿径向朝活塞3的内侧伸出。防旋转装置可与缸壳中的槽部形状锁合地共同作用，由此防止旋转。此外，在背离缸室21的底部211的端部设有卡钩333，借助卡钩可使在图4中未示出的分离轴承卡夹到活塞3上。

图5示出了图4中所示活塞的横截面。

相同的特征用相同的附图标记表示并且不再单独阐述。

在图5中可额外地看出，构件33在其指向缸室21的底部211的端部支承具有向内作用的密封环311。

密封环311优选地夹紧在活塞的构件32和构件33之间。重叠区域35可如此设计，使得在该重叠区域中活塞3的构件32的环接片3532和活塞的构件33的环接片3533彼此形状锁合地接合。

为了连接环接片3532和3533，可在较大的环接片3533的内周上设置卡齿和/或在较小的环接片3532的外周上设置卡齿。可通过将环接片3532和3533推到彼此上来安装活塞。

图6示出了液压缸的第三实施方式的活塞3。活塞3实施成具有构件32和固持环34的两件式。

固持环34布置在活塞3的构件32的指向缸室21的底部211的端部上。在固持环34和构件32之间布置环形的密封件31。

密封件31朝活塞的内侧的方向以及朝外侧的方向起作用，对此在密封件31上相应布置密封唇314、315。

固持环包括磁体固持部343。磁体固持部343固持磁体62。

磁体61布置在构件32中。磁体62由于其布置在固持环34上而在磁体固持部343中位于缸室21的可被加载压力的部分的内部中。

固持环34包括多个压紧销341。压紧销341可被压入密封件31中的盲孔状的凹槽中。增厚部342位于压紧销341的端部。

在增厚部342被压入密封件31中时，使得密封件31在构件32中的底切部中同样增厚且形状锁合地固定在构件32上的底切部中。通过将压紧销341从密封件中拉出，活塞3可被分成其构件32和34。由此可更换密封件。

图7在剖视图中示出了液压缸1的第四实施方式的两件式活塞3。

活塞3包括构件32和固持环34。借助固持环34可将密封件31固定在构件32上。

此外，磁体固持部343布置在固持环34上，磁体固持部支承磁体62。磁体61布置在构件32中。

密封环31构造成膨胀密封件。流体可通过固持环34中的至少一个通孔345从缸室21到达密封件31的空腔313中。密封件31通过流体的压力而胀开，并且密封件31的内部的密封唇314和外部的密封唇315压紧在缸室21的引导表面66和67上。

图8放大地示出了图7中的细节的剖视图。

固持环34设有卡销344，卡销优选分布在固持环的圆周上。卡销344在其端部支承卡锁部，卡销可借助卡锁部固定在活塞3的构件32中的面向缸室21的底部211的端部表面中的孔36中。

通过将卡销344压入构件32中可使位于固持环和构件32之间的密封件被预紧。

附图标记列表

1 液压缸、尤其离合器从动缸

2 液压缸的壳体

21 缸室

211 缸室的底部

22 支承臂

23 传感器支架

24 中央管

3 活塞

31 密封件、尤其密封环

311 具有向内作用的密封环

312 具有向外作用的密封环

313 空腔

314 内部的密封唇

315 外部的密封唇

32 活塞的第一构件

321 防旋转凸出部

322 活塞的第一构件的磁体固持部

33 活塞的第二构件

331 防旋转凹口

332 活塞的第二构件的磁体固持部

333 卡钩

334 防旋转机构

34 固持环

341 压紧销

343 固持环的磁体固持部

344 卡销

345 通孔

35 重叠区域

3532 活塞的第一构件在重叠区域中的环接片

3533 活塞的第二构件在重叠区域中的环接片

4 防尘环

42 凸缘

43 磁体固持装置

6 磁体

61 活塞中的第一磁体

62 活塞中的第二磁体

63 传感器

64 传感器壳体

65 压力壁

66 外侧的引导表面

67 内侧的引导表面

7 分离弹簧

8 外圈

9 滚动体

10 内圈