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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Gehäuse, mit einer Spindel und einer gegen Rotation fixierten, verschiebbar angeordneten Spindelmutter, wobei eine Drehung der Spindel in eine Zuspannrichtung die Verschiebung der Spindelmutter in einer Hubrichtung bewirkt, wodurch die Spindelmutter in Hubrichtung auf ein Zuspannelement wirkt und wobei sich die Spindel über ein elastisches Abstützelement entgegengesetzt zur Hubrichtung an dem Gehäuse abstützt. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung einer Zuspannkraft in einer derartigen Anordnung.
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Derartige Anordnungen können beispielsweise in der Automobiltechnik als elektromechanisch betätigbare Bremsen bzw. elektromechanische Bremsen (EMB) realisiert sein. Dabei führt das Drehen der Spindel in einer Zuspannrichtung zu einer Translationsbewegung der Spindelmutter, die über einen Kolben einen Bremsbelag gegen eine Bremsscheibe drückt. Die Spindel wird bei derartigen Bremsen gewöhnlich über einen Elektromotor angetrieben. EMB werden gewöhnlich in Brake-by-Wire-Bremssystemen eingesetzt, bei denen der direkte Zugriff des Fahrers bei Betätigung des Bremspedals auf die Bremsen nicht möglich und auch nicht erwünscht ist. Der Bremswunsch des Fahrers wird bei diesen Systemen vielmehr über eine Betätigungseinheit mit einem Bremspedal ermittelt, die beispielsweise einen Pedalwegsensor umfasst. In Abhängigkeit von dem zu dem Bremswunsch korrespondierenden Sollbremsmoment wird den elektromechanisch betätigbaren Bremsen über eine Steuereinheit bzw. ein Bremsensteuergerät ein Befehl zum Zuspannen gegeben. Dabei wird die Spindel mit Hilfe eines Elektromotors in Rotation versetzt, was zu einer translatorischen Bewegung eines Bremskolbens führt, durch den die Bremsbelege an die Bremsscheibe gedrückt werden. In derartigen Systemen ist es wichtig, im Betriebszustand zu jedem Zeitpunkt die durch den Aktuator, d. h. das System aus Spindel, Spindelmutter und Bremskolben, eingestellte Kraft zu kennen.
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Die Erfindung bezieht sich auch im allgemeineren Sinne auf andere Systeme mit Aktuatoren, die nach Art rotierender Gewindespindeln im Zusammenwirken mit gegen Verdrehung geführten Spindelmuttern Wegverschiebungen dieser Muttern bewirken, die wiederum zum Übertragen von Kräften genutzt werden und im Besonderen auf Vorrichtungen, bei denen der Spindeltrieb zwischen zwei Federn ungleicher Federhärte gelagert ist. Dabei wirkt die härtere Feder gegen die Spindelmutter und die weichere Feder gegen die Spindel.
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In den oben genannten Systemen ist eine Bestimmung der durch den Aktuator eingestellten Kraft bzw. der Zuspannkraft alleine aus elektrischen Kenndaten des Elektromotors bzw. Antriebmotors, beispielsweise Strom, Drehmoment, Spannung, Umdrehungszahl, nur schwer und sehr ungenau möglich. Die tatsächliche Zuspannkraft wird nämlich stark durch Reibungen im System sowie z. B. durch die Temperatur der Magnete im Motor, durch Materialspannungen etc. stark beeinflusst.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung mit einem Gehäuse und mit einer Spindel und einer gegen Rotation fixierten, verschiebbar angeordneten Spindelmutter bereitzustellen, bei der die mittels eines Zuspannelementes eingestellte Kraft bzw. der Verschiebeweg des Zuspannmittels auf robuste, zuverlässige und hochpräzise Weise bestimmt werden kann. Weiterhin soll ein Verfahren zur Bestimmung der Zuspannkraft angegeben werden.
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In Bezug auf die Anordnung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem die Spindel zur Bestimmung ihres Verschiebeweges mit einem Ferritkern versehen ist, der bei Annäherung an und/oder Eintauchen in eine in oder an dem Gehäuseort fest angebrachte Detektionsspule deren Induktivität verändert, und wobei die Detektionsspule Teil einer wechselstrombasierten Detektionseinheit ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine zuverlässige Bestimmung der Zuspannkraft bzw. der durch das Zuspannelement ausgeübten bzw. eingestellten Kraft dadurch erreicht werden kann, dass die Spindel sich nicht starr, sondern vielmehr über ein elastisches (und somit komprimierbares) Abstützelement am Gehäuse abstützt. Mit einer derartigen Anordnung ist die Möglichkeit geschaffen, dass sich die Spindel beim Drehen in Zuspannrichtung, d. h., wenn Kraft ausgeübt werden soll, entgegengesetzt zur Hubrichtung verschiebt und dabei auf das elastische Abstützelement drückt. Diese Verlagerung bzw. Verschiebung der Spindel kann dann zur Bestimmung der Zuspannkraft ausgewertet werden. Um eine hochakkurate und verlässliche Bestimmung der Zuspannkraft auf diese Weise zu gewährleisten, sollte darüber hinaus der Verschiebeweg der Spindel bzw. ihre Position so genau wie möglich bestimmt werden.
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Wie nunmehr erkannt wurde, kann der Verschiebeweg der Spindel in robuster Weise dadurch bestimmt werden, dass die Spindel mit einem Ferritkern versehen wird, der sich bei einem Verschieben der Spindel eine an oder im Gehäuse fest angebrachten Detektionsspule annähert bzw. auch in sie eintaucht. Durch diesen Vorgang wird die Induktivität der Detektionsspule auf reproduzierbare Art verändert. Die Veränderung der Induktivität der Detektionsspule sollte nun weitweiterverarbeitet werden, um letztendlich die Zuspannkraft zu bestimmen.
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Wie nun weiterhin erkannt wurde, lässt sich eine akkurate und verlässliche Weiterverarbeitung des Signals in optimierter Weise durch eine wechselstrombasierte Detektionseinheit realisieren, von der die Detektionsspule ein Bestandteil ist. Gerade in wechselstrombasierten Detektionseinheiten bzw. Schaltungen und/oder Elektronikkomponenten kann nämlich die Veränderung der Induktivität einer Spule präzise erfasst bzw. zu einer Veränderung anderer Größen führen, anhand derer mit hoher Auflösung die Spindelposition ermittelt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse einen Anschlag für die Spindel auf, der die Verschiebung der Spindel entgegengesetzt zur Hubrichtung begrenzt. Das heißt, das elastische Abstützelement ist bei einem Drehen der Spindel in Zuspannrichtung nicht über einen vorgegebenen Bereich hinaus zusammendrückbar. Auf diese Weise ist auch der Verschiebeweg der Spindel entgegengesetzt zur Hubrichtung begrenzt. Die Spindel kann sich in dieser Richtung nur so lange bewegen, bis sie den Anschlag erreicht. Auf diese Weise wird durch das elastische Abstützelement ein unterer Kraftbereich definiert. Zudem wird durch diese Begrenzung des Verschiebeweges der Spindel auch die bauliche Konstruktion der Detektionseinheit vereinfacht, da der maximale Verschiebeweg der Spindel entgegengesetzt zur Hubrichtung festgelegt ist.
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Vorteilhafterweise weist das Abstützelement eine definierte Federkraft-Federweg-Kennlinie auf dergestalt, dass eine Betätigung bzw. Drehung der Spindel in Zuspannrichtung zu einer Verschiebung der Spindel entgegengesetzt zur Hubrichtung führt, bis die Verschiebung der Spindel durch den Anschlag begrenzt wird Auf diese Weise kann die Verschiebestrecke der Spindel über die Federkraft-Federweg-Kennlinie des elastischen Abstützelementes eindeutig mit dem entsprechenden Kraftbereich in Verbindung gebracht werden. Auf Grund des Anschlages korrespondiert zu der maximalen Verschiebestrecke auch eine Maximalkraft, die am Anschlag die Spindel auf das Abstützelement ausübt.
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Die Messung des Verschiebeweges der Spindel bis zum Anschlag kann so zur Detektion einer definierten Stellung der Spindelmutter und bei bekannter Federkraftkennlinie des Zuspannelementes zur Detektion des Erreichens einer definierten Ausgangskraft genutzt werden. Ausgehend von dieser Stellung von Spindel bzw. Spindelmutter (Formatierung) lässt sich vom Verdrehwinkel der Spindel auf die Reaktionskraft des härteren Zuspannelementes damit auf die durch den Aktuator eingestellte Kraft schließen. Mit Aktuator wird hier die Anordnung aus Spindel und Spindelmutter bezeichnet. Mit anderen Worten, die Federkraft-Federweg-Kennlinie wird so gewählt, dass bei einer Situation, in der die Spindel weit möglichst vom Anschlag entfernt ist, beim Drehen der Spindel in Zuspannrichtung zuerst die Spindel entgegengesetzt zur Hubrichtung bewegt wird. Das heißt, die Federkraft des Abstützelementes für einen gegebenen Weg ist geringer als die Kraft, die auf die Spindelmutter bei Bewegung in Hubrichtung und bei Ausübung einer Kraft auf das Zuspannelement wirkt.
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In einer solchen Konstellation setzt sich die Spindelmutter im Wesentlichen erst dann in Hubrichtung in Bewegung, wenn die Spindel den Anschlag erreicht hat. Auf diese Weise kann die Minimalkraft bestimmt werden, die vorliegt, wenn sich die Spindelmutter erstmalig in Hubrichtung in Bewegung setzt. Diese entspricht nämlich gerade der auf Grund der Federkraft-Federweg-Kennlinie des Abstützelementes bestimmbaren Federkraft. Bei bekannter Federkennlinie des Zuspannelementes lässt sich so auch bei weiterer Bewegung der Spindelmutter in Hubrichtung die eingestellte Kraft bestimmen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anordnung als elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse ausgestaltet. Die Spindelmutter wirkt dabei über einen Kolben auf ein als Bremssattel ausgestaltetes Zuspannelement, wodurch ein Bremsbelag gegen eine Bremsscheibe gedrückt wird. Die Spindel wird dabei von einem Elektromotor angetrieben, und das Abstützelement ist durch eine oder mehrere Tellerfedern gebildet. Der Aktuator, umfassend die Anordnung aus Spindel und Spindelmutter, ist dabei vorzugsweise als Kugelgewindetrieb (KGT) ausgeführt. In einer EMB kann durch die Detektionseinheit die Zuspannkraft bestimmt werden, d. h. im Wesentlichen die Kraft, mit der der Aktuator die Bremsbelege auf die Bremsscheibe drückt. Eine derartige Angabe muss verlässlich und hoch präzise vorliegen, um die gewöhnliche Betriebsbremsfunktionalität sowie die Durchführung von Sicherheitsprogrammen (ABS, ESP, ASR ...) zu gewährleisten.
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Für die konkrete Ausgestaltung der wechselstrombasierten Detektionseinheit ergeben sich verschiedene Möglichkeiten. So umfasst die Detektionseinheit beispielsweise in einer bevorzugten Ausführungsform einen Oszillator mit einem Schwingkreis, wobei der Schwingkreis aus der Detektionsspule und einem Kondensator gebildet ist. Der Schwingkreis ist dabei vorzugsweise als Parallelschwingkreis ausgestaltet, die Verwendung eines Reihenschwingkreises ist aber auch möglich. Die Frequenz des Schwingkreises ergibt sich dabei gemäß der Thomson'schen Schwingungsgleichung als
Auf Grund der Frequenzveränderung des Schwingkreises, die gemäß der vorherigen Formel von der durch die Position der Spindel veränderlichen Induktivität der Detektionsspule herrührt, verändert der Oszillator seine Frequenz entsprechend. Der Verschiebeweg der Spindel wird auf diese Weise auf eine Frequenzverschiebung des Oszillators abgebildet. Der verwendete Oszillator sollte in dem Frequenzbereich, in dem er betrieben wird, möglichst temperaturstabil sein.
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Vorteilhafterweise ist dem Oszillator ein Frequenzzähler nachgeschaltet, der die Frequenz des Oszillators misst und in eine Zahl umwandelt. Diese Zahl kann dann zur weiteren Verarbeitung, beispielsweise an ein Bremsensteuergerät, weitergereicht werden.
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In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Detektionseinheit bzw. Positionssensorik einen Schwingkreis, welcher durch die Detektionsspule und einen Kondensator gebildet ist. Der Schwingkreis wird dabei von einem Generator mit fester, also fest eingestellter Frequenz, in einem Bereich einer Flanke seiner Resonanzkurve betrieben. Der Verschiebeweg der Spindel und des damit verschobenen Ferritkerns wird dabei als Flankenverschiebung der Resonanzkurve des Schwingkreises abgebildet. Dadurch verändert sich auch die entsprechende Resonanzspannung, d. h. die Spannung an der Flanke des Resonanzkreises bzw. die Flankenspannung, des von dem Generator betriebenen Schwingkreises. Vorteilhafterweise ist ein Analog-Digital-Wandler (ADC) vorgesehen, welcher das analoge Signal der Resonanzspannung in ein digitales Signal überführt, das beispielsweise einem Bremsensteuergerät als Maß für den Verschiebeweg zugeführt werden kann.
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Eine weitere Möglichkeit, die Induktivitätsveränderung der Detektionsspule in einer wechselstrombasierten Detektionseinheit auszunutzen, ist durch eine wechselstrombasierte Spannungsteilerschaltung gegeben. Diese wird von einem Generator mit fester Frequenz betrieben, wobei in der Spannungsteilerschaltung ein Spannungsglied (Induktivität, Kapazität) und die Detektionsspule in Reihe geschaltet sind. Die fest gewählte Frequenz liegt vorteilhafterweise in dem Bereich 1 bis 4 MHz.
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Der Verschiebeweg der Spindel und des damit verschobenen Ferritkerns wird in einer derartigen Schaltung als veränderlicher induktiver Widerstand wirksam. Dies resultiert in damit verbundenen veränderlichen Teilspannungsverhältnissen. Die einzelnen Teilspannungen bzw. ihr Verhältnis bilden ein analoges Signal, welches den Verschiebeweg der Spindel kennzeichnet und zur Bestimmung der eingestellten Kraft in der Anordnung verwendet werden kann. Vorteilhafterweise wird durch einen Analog-Digital-Wandler dieses analoge Signal in ein digitales Signal umgewandelt. Dabei wird bevorzugt das Verhältnis der Teilspannungen zueinander oder auch eine Teilspannung abgegriffen und in ein digitales Signal umgewandelt.
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Vorteilhafterweise ist die Detektionsspule als zylinderförmige ein- oder mehrlagige Luftspule mit oder ohne Ferritkern ausgeführt. Alternativ dazu kann die Detektionsspule auch als flache, spiralförmige Spule mit oder ohne Ferritkern ausgebildet sein. Bei einer Zylinderspule, beispielsweise ausgeführt als ein- oder mehrlagige Luftspule, kann der Ferritkern bei Verschiebung der Spindel eintauchen. Die Detektionsspule kann aber auch selbst einen Ferritkern umfassen, an den sich der mit der Spindel verbundene Ferritkern annähert. Die als Zylinderspule ausgestaltete Detektionsspule kann bei Bedarf auch mit einem Mantelkern aus Ferrit umgeben sein. Die Ausgestaltung der Detektionsspule als flache, spiralförmige Spule (auch bekannt aus Pan-Cake-Spule) kann vorteilhaft in eine Schaltungsplatine eingeätzt sein. Auf diese Weise verändert sich die Induktivität der Detektionsspule bei Annäherung des mit der Spindel verbundenen Ferritkernes an die Detektionsspule. Auch in diesem Fall kann die Induktivität der Spule durch einen – in diesem Fall scheibenförmigen – Ferritkern innerhalb der Spule verändert werden.
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In Bezug auf das Verfahren wird die oben genannte Aufgabe gelöst, indem die Spindel in einer Zuspannrichtung gedreht wird, wobei durch einen mit der Spindel verbundenen Ferritkern die Induktivität einer Detektionsspule die Bestandteile einer wechselstrombasierten Detektionseinheit ist, verändert wird, wobei eine die Detektionseinheit charakterisierende Größe zur Bestimmung der Zuspannkraft herangezogen wird.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass durch die Verwendung einer wechselstrombasierten Detektionseinheit mit einer Detektionsspule eine besonders robuste und genaue technische Maßnahme zur Bestimmung des Verfahrweges der Spindel realisiert wird. Durch den Einsatz eines Frequenzzählers, der die Frequenz eines Oszillators bestimmt, in dem die Detektionsspule Teil eines Schwingkreises ist, wird auf zuverlässige und kostengünstige Weise ein die Spindelposition kennzeichnendes Signal zur Weiterverarbeitung bereitgestellt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
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1 eine Anordnung mit einem Gehäuse, einer Spindel, einer Spindelmutter, einem elastischen Abstützelement, und einer wechselstrombasierten Detektionseinheit zur Bestimmung des Verschiebewegs der Spindel, und
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2 die Detektionseinheit aus 1 mit einem Oszillator und einem Frequenzzähler und ein Bremsensteuergerät.
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Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 12 in einer bevorzugten Ausführungsform. In einem Gehäuse 1 bzw. einer ortsfesten Gehäusemasse befindet sich, ein Aktuator 14, der als Spindeltrieb ausgestaltet ist, bestehend aus einer Spindel 2 und einer gegen Verdrehung geführten Spindelmutter 3. Die Spindelmutter 3 ist gewissermaßen gegen Rotation fixiert und kann sich innerhalb des Gehäuses verschieben. Die Rotation der Spindel 2 in Zuspannrichtung 4 erfolgt motorisch, beispielsweise durch Antrieb durch einen Elektromotor. Die Spindelmutter 3 drückt bzw. arbeitet in Hubrichtung 16 gegen ein als Feder ausgestaltetes Zuspannelement 5. Die Spindel 2 ist über ein als Feder ausgestaltetes Abstützelement 6 gegen das Gehäuse 1 abgestützt. Das Gehäuse 1 weist einen Anschlag 7 für die Spindel 2 bzw. damit verbundene Anschlagelemente 18 auf. Zuspannelement 5 und Abstützelement 6 verhalten sich wie Federn, d. h. die von ihnen gelieferte Rückstellkraft ist im Wesentlichen proportional zu dem jeweiligen Federweg. Die Anordnung 12 ist derart ausgelegt, dass die Federkraft des Abstützelementes 6 schwächer ist als die Federkraft des Zuspannelementes 5. Das Abstützelement 6 lässt verkürzen, bis die Anschlagelemente 18 den Anschlag 7 erreichen.
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Die Spindel 2 ist durch einen Zapfen 8 verlängert. Mit dem Zapfen 8 fest verbunden ist ein Ferritkern 9, der sich als Wegmaßstab bzw. Maß für den Verschiebeweg der Spindel 2 entgegengesetzt zur Hubrichtung 16 beim Verkürzen des Federweges des Abstützelementes 16 in eine Detektionsspule 10 verschiebt. Die Detektionsspule 10 ist Bestandteil einer zugehörigen elektronischen Detektionseinheit 20, die hier gestrichelt eingezeichnet ist. Die Detektionseinheit 20 umfasst eine elektronische Sensorschaltung 11, welche auf einer gehäuse- und ortsfesten Schaltungsplatine 12 angeordnet ist.
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Wenn, ausgehend von einer in 1 dargestellten Position von Spindel 2 bzw. Spindelmutter 3 durch Rotation der Spindel 2 in Zuspannrichtung 4 die Spindelmutter 3 Kraft gegen das Zuspannelement 5 auszuüben beginnt, verschiebt sich, bei geeigneter Auslegung (Spezifikation der Federkraft-Federweg-Kennlinie) des Abstützelementes 6, zunächst die Spindel 2 entgegengesetzt zur Hubrichtung 16 und drückt gegen das Abstützelement 6 bis zum Erreichen des Anschlages 7. Die Spindelmutter 3 verändert während dieses Vorganges bis zum Erreichen des Anschlages 7 ihren Ort, d. h. ihre Position entlang der Hubrichtung 16, im Wesentlichen nicht. Die dabei wirkende Reaktionskraft als Funktion des Drehwinkels der Spindel 2 ergibt sich aus der zugehörigen Federkennlinie.
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Da sowohl die geometrischen Gegebenheiten des Spindeltriebes als auch Drehwinkel und Drehrichtung der Spindel 2 bekannt und exakt reproduzierbar sind, kann die Detektionseinheit 20 aus dem entgegengesetzt zur Hubrichtung 16 zurückgelegten Weg der Spindel 2 eine Messgröße gewinnen, die reproduzierbar genau, mit ausreichender bzw. hoher Ortsauflösung, die Position des Spindelzapfens bzw. Zapfens 8 detektiert. Der mit der Spindel verbundene Zapfen 8 ist gewissermaßen ein beweglicher Teil einer Positionssensorik, der mit einem zugehörigen unbeweglichen bzw. ortsfesten Teil, im vorliegenden Fall die Detektionsspule, zusammenwirkt.
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Eine in 1 dargestellte Anordnung findet insbesondere im Automobilbereich als elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse Verwendung. Hierbei kommt dem Bremssattel die Funktion des in 1 dargestellten Zuspannelementes 5 zu, während das Abstützelement 6 durch eine oder ein Paket aus Tellerfedern realisiert ist.
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Um eine robuste, zuverlässige, hoch genaue und reproduzierbare Bestimmung der eingestellten Kraft durch das Zuspannelement 5 zu erreichen, sind die Detektionseinheit 20, d. h. die Detektionsspule 10, die Sensorschaltung 11 und die Schaltungsplatine 30 als wechselstrombasierte Einheiten ausgestaltet. Die Spindel 2 ist durch einen in Achsrichtung der spindelrotationssymmetrisch ausgerichteten Zapfen 8 verlängert, der als Teil einer Positionssensorik mit einem hochfrequenztechnisch wirksamen Ferritkern versehen ist und im Zusammenwirken mit einer am Gehäuse 1 ortsfesten Detektionsspule 10 den Verschiebeweg der Spindel 2 als Induktionsveränderung reproduzierbar genau abbildet.
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In einem praktisch ausgeführten Spindeltriebaktuator 14 zur Bremsbetätigung ist nach Maßgabe aller Einbautoleranzen die Position des Spindelzapfens bzw. Zapfens 8 gegenüber seinem Nenneinbaumaß auf +/–2 mm genau. Innerhalb dieses Toleranzbereiches muss an beliebiger Stelle entlang der Hubrichtung 16 bzw. entgegengesetzt dazu ein Verfahrensweg der Spindel 2 von 0,5 mm bis zum Anschlag 7 mit einer Auflösung von <= 0,03 mm detektiert werden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein mit dem Zapfen 8 konzentrisch verbundener Ferritstab bzw. Ferritkern 9 verwendet, der als Funktion des Verfahrensweges bzw. Verschiebeweges der Spindel 2 mehr oder weniger tief in einer als mehrlagige zylindrische Luftspule ausgestaltete Detektionsspule 10 eintaucht, welche ein induktiver Bestandteil des Schwingkreises eines Hochfrequenzoszillators bzw. Oszillators 26 (nicht eingezeichnet) ist, wobei der Oszillator 26 Teil der Sensorschaltung 11 ist. Dieser Oszillator 26 verändert seine Frequenz als Funktion der Eintauchtiefe des Ferritkerns 9 in die Detektionsspule 10 und bildet auf diese Weise den Verschiebeweg der Spindel 2 als Frequenzverschiebung ab.
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Dem Oszillator 26 nachgeschaltet ist ein Frequenzzähler 38 (nicht eingezeichnet), dessen Zählwert als Maß für den Verschiebeweg einem Bremsensteuergerät zugeführt werden kann. Die Detektionsspule 10 besitzt bei einem Innendurchmesser von ca. 6 mm und einem Außendurchmesser von ca. 8 mm eine Zylinderhöhe von 7 mm, so dass bei dem genannten Nennmaß der Eintauchtiefe des Ferritkerns 9 von 3,5 mm Zylinderhöhe die Positionstoleranz des Spindelzapfens von +/–2 mm zuzüglich des Verfahrweges von 0,5 mm zuzüglich einer Toleranz von ca. 0,1 mm für den Ferritstab bzw. Ferritkern 9 abgedeckt sind. Mit anderen Worten, unabhängig davon, an welcher genauen Position der Zapfen 8 innerhalb seines Nenn-Einbaumaßes von +/–2 mm tatsächlich eingebaut wird, stehen innerhalb der Detektionsspule 10 noch 0,5 mm Verfahrweg zur Verfügung, bei dem sich der Ferritkern 9 zumindest teilweise innerhalb der Detektionsspule 10 bewegt und auf diese Weise ihre Induktivität ändert.
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Für die Frequenz des Oszillators 26 ist ein Wert im MHz-Bereich technisch vorteilhaft. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel arbeitet der Oszillator bei Nennmaß der Eintauchtiefe im mittleren Frequenzbereich von 1,25 MHz. Die Positionsverschiebung des. Zapfens 8 bzw. des Ferritkerns 9 bewirkt eine Frequenzverschiebung von +/–300 kHZ/mm. Typischerweise eignet sich ein Frequenzbereich von 1 bis 4 MHz für derartige Anwendungen.
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2 zeigt in stark schematischer Darstellung die Detektionseinheit 20 des Ausführungsbeispiels gemäß. 1. Die Detektionseinheit 20 umfasst den Oszillator 26, von dem hier nur ein paralleler Schwingkreis 28 dargestellt ist, der durch die Detektionsspule 10 und einen Kondensator 32 gebildet ist. Die Verschiebung des Zapfens 8 führt zu einer Veränderung der Induktivität der Detektionsspule 10, die zu einer Frequenzänderung des Oszillators 26 führt. Der Verschiebeweg bzw. Verfahrweg der Spindel 2 wird auf diese Weise auf eine Frequenzverschiebung bzw. Frequenzänderung abgebildet. Ein Frequenzzähler 38 misst die Frequenz des Oszillators 26 und gibt diese als Zahl beispielsweise an ein Bremsensteuergerät 44 weiter, welches anhand der gemessenen Frequenz, den Kennlinien von Zuspannelement 5 und Abstützelement 6 und ggf. noch weiteren, den Aktuator 14 betreffenden Kenngrößen (bspw. Umdrehungszahl der Spindel 2) eingestellte Kraft des Aktuators 14 bestimmt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Spindel
- 3
- Spindelmutter
- 4
- Zuspannrichtung
- 5
- Zuspannelement
- 6
- Abstützelement
- 7
- Anschlag
- 8
- Zapfen
- 9
- Ferritkern
- 10
- Detektionsspule
- 11
- Sensorschaltung
- 12
- Anordnung
- 14
- Aktuator
- 16
- Hubrichtung
- 18
- Anschlagelement
- 20
- Detektionseinheit
- 26
- Oszillator
- 28
- Schwingkreis
- 30
- Schaltungsplatine
- 32
- Kondensator
- 38
- Frequenzzähler
- 44
- Bremsensteuergerät