DE10020764A1 - Arrangement for contactless distance measurement between damper piston and cylinder has information medium extending over piston stroke with magnetised position detection code - Google Patents

Arrangement for contactless distance measurement between damper piston and cylinder has information medium extending over piston stroke with magnetised position detection code

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DE10020764A1 DE2000120764 DE10020764A DE10020764A1 DE 10020764 A1 DE10020764 A1 DE 10020764A1 DE 2000120764 DE2000120764 DE 2000120764 DE 10020764 A DE10020764 A DE 10020764A DE 10020764 A1 DE10020764 A1 DE 10020764A1
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Abstract

The arrangement has a sensor (5) connected to one part for detecting structured magnetic markings on the other part so that the magnetic flux varies with the structure of the markings, resulting in generation of electrical signal that are evaluated. The part that moves wrt. the sensor has an information medium (1) extending at least partly over the stroke of the piston with a magnetised code for position measurement independent of its spatial shape.

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur berührungslosen Ermittlung der Positi on zweier ineinander geführter Bauteile, wie Kolbenstange und Zylinder von in Fahr zeugen eingebauten Schwingungsdämpfern oder Federbeinen, entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to a measuring device for the contactless determination of the positi on two reciprocally guided components, such as piston rod and cylinder of testify driving built vibration dampers or struts, according to the preamble of claim. 1

Eine derartige Meßeinrichtung ist durch die DE 38 21 569 A1 bekannt. Such a measuring device is known from DE 38 21 569 A1. Bei einer in dieser Schrift aufgezeigten Abstandsmessung zwischen der Fahrzeugachse und dem Fahrzeugaufbau wirkt ein mit einem Schwingungsdämpferbauteil verbundener ringförmiger Permanentmagnet mit einem an einem relativ dazu beweglichen und an einem zweiten Schwingungsdämpferbauteil angebrachten stabförmigen magneti schen Sensorelement zusammen. In one indicated in this document, measuring the distance between the vehicle axle and the vehicle body a service associated with a vibration damper member annular permanent magnet with a rule to a relative thereto movable and attached to a second damper member rod-shaped magneti sensor element interacts. Im Sensorelement ist eine Spule vorgesehen, wobei die magnetische Verstimmung als Maß für den Abstand zwischen Achse und Aufbau dient. In the sensor element is a coil is provided, wherein the magnetic detuning serves as a measure for the distance between axle and body. Bei einer weiteren Methode zur Abstandsmessung wird ein inkremen tal strukturiertes Element von einem Sensor abgetastet. In another method for measuring the distance a Incrementa valley structured element of a sensor is sampled. Dieses inkremental struktu rierte bzw. codierte Element kann durch eine Leiste mit ferromagnetischer Rasterung oder durch eine optische Rasterplatte gebildet sein. This incremental struc tured or coded element may be formed by a strip with ferromagnetic screening or by an optical grid plate. In beiden Fällen führt der Sensor die bei der Relativbewegung erfaßten Impulse der Auswerteeinrichtung zu, die dann daraus den Abstand ermitteln soll. In both cases, the sensor leads to the detected pulses during the relative movement of the evaluation device, which will then determine the distance therefrom.

Weiter ist es durch die DE 198 01 091 A1 zur Huberfassung von Kolben-Zylinder- Aggregaten, wie für in Baumaschinen eingebaute hydraulische Verstellzylinder, be kannt, die Kolbenstange, die normalerweise aus magnetisierbarem Stahl hergestellt ist, mit einer Struktur zu versehen, die durch eine Art Gewinde oder durch Querrillen gebildet ist. Further, it is known from DE 198 01 091 A1 to the Huber replaced by piston-cylinder units, such as for built-in construction equipment hydraulic adjusting cylinder, be known to provide the piston rod, which is normally made of magnetizable steel, of a structure formed by a is art thread or formed by transverse grooves. Diese Struktur wird beispielsweise durch eine Chromschicht überdeckt und anschließend nachgearbeitet, damit die fertige Kolbenstange die einwandfreie glatte und zylindrische Oberfläche erhält. This structure is covered for example by a chromium layer and then reworked to ensure that the finished piston rod receives the proper smooth and cylindrical surface. Ein magnetfeldempfindlicher Sensor ist in kleinem Abstand zur Kolbenstange angeordnet und tastet bei Relativbewegung der Kolbenstange zum Sensor die Struktur ab, wobei entsprechend der Änderung des magnetischen Flusses elektrische Signale erzeugt werden. A magnetic field-sensitive sensor is disposed at a small distance to the piston rod and scans during relative movement of the piston rod to the sensor from the structure, wherein electrical signals are generated corresponding to the change of magnetic flux. Zur Erkennung in welche Richtung sich die Kolbenstange bewegt, sind wenigstens zwei Sensoren erforderlich. To detect the direction in which the piston rod moves, at least two sensors are required.

Nachteilig bei diesen bekannten Meßeinrichtungen ist, daß ohne zusätzliche Einfüh rung von aufwendigen und teuren Referenzpositionen mit diesen Anordnungen keine genaue absolute Positionsmessung, sondern nur eine inkrementale, möglich ist. The disadvantage of these known measuring devices that no accurate absolute position measurement, but only an incremental, is possible without additional imposition of complex and expensive reference positions with these arrangements. Um eine Auflösung der Längenmessung in der Größenordnung von 0,5 mm zu errei chen, muß die Struktur eine Tiefe in der gleichen Größenordnung haben. In order to Chen Errei resolution of the length measurement in the order of 0.5 mm, the structure must have a depth of the same order. Deshalb ist ein Überchromen der in die Kolbenstangenoberfläche eingearbeiteten Strukturen sehr aufwendig und daher für die Anwendung im Fahrzeugbau zu teuer. Therefore, a chromene About the incorporated into the piston rod surface structures is very complex and therefore too expensive for use in vehicle construction.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung zur berührungs losen Ermittlung der exakten Position und der Bewegungsrichtung der Kolbenstange im Zylinder zu schaffen, die leicht zu montieren ist und aus möglichst wenig kosten günstig herstellbaren Bauteilen besteht. The object of the present invention is to provide a measuring device for contactless loose determine the exact position and direction of movement of the piston rod in the cylinder, which is easy to assemble and from as few inexpensive components produced there.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. This object is achieved by the invention with the characterizing features of claim. 1 Vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen sind Ge genstand der Unteransprüche. Advantageous developments and embodiments are subject-matter of the subclaims.

Durch das sich zum Sensor relativ bewegliche Bauteil, das einen sich über den Hub erstreckenden magnetisierbaren Informationsträger aufweist, der willkürlich und hubabhängig codierbar ist, wird eine mit einem Tonband vergleichbare magnetische Information geschaffen, die eine genaue Bestimmung der Position und der Bewe gungsrichtung mit nur einem Sensor ermöglicht, also eine genaue Abstandsmessung zwischen Achse und Aufbau eines Fahrzeugs erzielt wird. Due to the relatively movable to the sensor member having a portion extending through the hub magnetizable information carrier, which is arbitrary and stroke-dependent coded, comparable with a tape magnetic information is provided, the supply direction, an accurate determination of the position and BEWE with only one sensor allows, so a precise distance measurement between axle and body of a vehicle is achieved. Man ist bei der Ausgestal tung des Informationsträgers unabhängig von der räumlichen Vorgaben, wie bei spielsweise Stanzbilder oder sich ändernde Wandstärken oder ähnliche strukturelle Maßnahmen. One is when the information carrier Ausgestal processing independent of the spatial requirements, as for example punching game images or varying wall thicknesses or similar structural measures.

Der Informationsträger besteht beispielsweise aus einer hartmagnetischen Schicht mit hoher Koerzitivfeldstärke, die mit einem nicht näher zu erläuternden Code auf magnetisiert wird. The information carrier for example consists of a hard magnetic layer having a high coercive force is magnetized with an unspecified illustrative code. Der magnetisierbare Informationsträger erstreckt sich über den Hub des Schwingungsdämpfers oder Federbeins und kann als Streifen oder um den ganzen Umfang des relativ zum Sensor beweglichen Teils dicht unter der Außenflä che angeordnet und von einer Verschleißschutzschicht überzogen sein, damit der Informationsträger nicht dem Verschleiß ausgesetzt ist. The magnetizable information carrier extends over the stroke of the shock absorber or strut and may be arranged as strips or around the entire circumference of the movable relative to the sensor portion just below the Außenflä surface and covered by a wear protection layer, so that the information carrier is not exposed to wear. Wenn der magnetisierbare Informationsträger parallel zur Oberfläche magnetisiert wird, ist es bei einem aus Stahl bestehenden und zum Sensor relativ beweglichen Bauteil erforderlich, eine unmagnetische Schicht zwischen dem und dem Informationsträger vorzusehen, da sich sonst die magnetischen Feldlinien durch den Stahl schließen und keine Kompo nente in Luft außerhalb des relativ beweglichen Teils meßbar ist. If the magnetizable information carrier is magnetized parallel to the surface, it is in a made of steel and movable relative to the sensor component required, a non-magnetic layer between it and the information carrier provided, otherwise the magnetic field lines close through the steel and no compo nent in air outside the relatively movable part is measurable. Abhilfe schafft eine Magnetisierung senkrecht oder im Winkel zur hartmagnetischen Schicht. Remedy a magnetization perpendicular or at an angle to the hard magnetic layer.

Als Sensoren sind Hall-Sensoren möglich, jedoch werden magnetoresistive Senso ren bevorzugt, da diese auf die Richtung der magnetischen Feldlinien empfindlich sind, nicht auf die absolute Feldstärke. As sensors Hall sensors are possible, but magnetoresistive Senso be ren preferred because they are sensitive to the direction of magnetic field lines, not the absolute field strength. Da die Feldlinien in jedem beliebigen Winkel auf der tonbandähnlichen hartmagnetischen Schicht codiert werden können, ist eine große Freizügigkeit hinsichtlich der Codierung des Informationsträgers möglich. Since the field lines can be encoded in any desired angle on the tape-like hard magnetic layer, a large freedom of movement with respect to the coding of the information carrier is possible. Wenn am Informationsträger die Magnetisierung nicht sehr stark ausgeführt werden kann, dann ist es vorteilhaft, wenn der Sensor mit einem Dauermagnet eine Bauein heit bildet. When the magnetization can not be very strong executed at the information carrier, it is advantageous if the sensor forms a unit with Bauein a permanent magnet. Die Relativbewegung zwischen dem Informationsträger und einem ent sprechenden Sensor kann auch zur Erzeugung von elektrischer Energie ausgenützt werden, die zur Versorgung von elektronischen Bauteilen und/oder zur Meßwertü bertragung durch Funk verwendet werden kann. The relative movement between the information carrier and an ent speaking sensor can be also utilized for generating electrical energy that can be used to supply transmission of electronic components and / or for Meßwertü by radio.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Sensor im Innenraum des Schwingungsdämp fers oder Federbeins im Bereich der Dichtungs- und Führungseinheit angeordnet und mit einem behälterfesten Bauteil verbunden. In one embodiment, the sensor in the interior of Schwingungsdämp fers or suspension strut is arranged in the region of the sealing and guiding unit and connected to a container-fixed component. Eine sehr vorteilhafte Konstruktion wird erhalten, wenn der Sensor in die Führungs- und Dichtungseinheit integriert ist und so mit geringem Abstand zu der mit dem Informationsträger versehenen Kol benstange angeordnet ist. A very advantageous construction is obtained when the sensor is integrated into the guide and seal unit and is arranged at a small distance from the information carrier provided with the Kol benstange.

Eine weitere Ausführungsform wird dadurch geschaffen, daß der Sensor in einem mit der Kolbenstange verbundenen Kolben eingebaut ist und die Innenfläche des Zylinders mit dem Informationsträger versehen ist. A further embodiment is created in that the sensor is installed in a piston rod connected to the piston and the inner surface of the cylinder is provided with the information carrier. Bei Zylinderrohren, die nicht aus Stahl, sondern aus einem anderen Werkstoff bestehen, kann die den Informations träger bildende hartmagnetische Schicht bereits bei der Herstellung des Zylinders derart eingebracht werden, daß diese unter der Oberfläche angeordnet ist, was bei spielsweise durch Eingießen erfolgen kann. When cylindrical tubes which are not made of steel, but of a different material, the carrier the information forming hard magnetic layer can be incorporated in such a manner during the manufacture of the cylinder, that this is disposed below the surface, which can be done in example by pouring.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsformen näher erläutert. The invention will be explained with reference to approximately form in the drawing exporting shown. Es zeigt in schematischer Darstellung: It shows in a schematic representation:

Fig. 1 eine Anordnung des Informationsträgers auf einem aus Stahl bestehenden Bauteil; 1 shows an arrangement of the information carrier on an existing steel component.

Fig. 2 eine Ausführung, bei der eine Führungs- und Dichtungseinheit den Sensor trägt. Fig. 2 in which a guiding and sealing unit carries the sensor an embodiment.

In Fig. 1 ist der mit unterschiedlichen magnetischen Signalen versehene Informati onsträger 1 mit einem zum Sensor 3 relativ beweglichen Bauteil 5 verbunden. In Fig. 1, provided with different magnetic signals Informati is onsträger 1 connected to a sensor 3 for the relatively movable component 5. Wenn das Bauteil 5 aus Stahl besteht, ist zwischen diesem und dem Informationsträger 1 eine unmagnetische Schicht 9 angeordnet, damit sich die magnetischen Feldlinien nicht durch den Stahl schließen. If the component 5 is made of steel, a nonmagnetic layer 9 is arranged so that the magnetic field lines do not close through the steel between the latter and the information carrier. 1 Der Informationsträger 1 ist nicht durch eine me chanische Struktur gebildet, sondern besteht aus einer hartmagnetischen Schicht, die, ähnlich wie bei einem Tonband, mit einem Code aufmagnetisierbar ist. The information carrier 1 is not formed by a me chanical structure but consists of a hard magnetic layer, which is similar aufmagnetisierbar as with a tape, with a code. Der Code wird durch unterschiedlich magnetisierte Bereiche auf dem Informationsträger be schrieben. The code is written by differently magnetized areas on the information carrier be. Der an den Anwendungsfall angepaßte Code ist derart gewählt, daß nicht nur die genaue Position des Bauteils 5 vom Sensor 3 , sondern auch die Bewegungs richtung des Bauteils erfaßt wird, wodurch ein Steuergerät, dem die Signale zuge führt werden, erkennt, in welchem Maß die Niveauregelung vorzunehmen ist. The matched to the specific application code is that not only the exact position of the component 5 from the sensor 3 but also the moving direction of the component is detected, thereby a control device, to which the signals results supplied chosen such recognize to what extent the level control is carried out. Außer dem können die Signale zur Ansteuerung von Zug- oder Druckdämpfventilen dienen, wozu auch das Erkennen der Bewegungsrichtung erforderlich ist. In addition to the signals for the control of tensile or Druckdämpfventilen can be used, including the detection of the movement direction is required. Da die Oberfläche des relativ beweglichen Bauteils 5 üblicherweise glatt und verschleißfest sein muß, ist auf den Informationsträger 1 eine Verschleißschutzschicht 7 aufgebracht. Since the surface of the relatively movable member 5 must be smooth and wear-resistant usually, a wear-protective layer 7 is applied to the information carrier. 1 Wenn das relativ zum Sensor bewegliche Bauteil 5 aus einem unmagnetischen Werkstoff besteht, kann der Informationsträger 1 eingearbeitet, z. When the movable member relative to the sensor 5 consists of a non-magnetic material, the information carrier 1 can be incorporated, for example. B. eingegossen sein, so daß die Schichten 7 und 9 nicht erforderlich sind. For example, be poured, so that the layers 7 and 9 are not required. Um auch bei schwacher Magnetisie rung der hartmagnetischen Schicht des Informationsträgers 1 ausreichend große Signale am Sensor 3 zu erhalten, ist der Sensor mit einem Dauermagnet 11 verse hen und bildet vorzugsweise mit diesem eine Baueinheit. To the hard magnetic layer of the information carrier 1 even with weak magnetization tion sufficiently large signals at the sensor 3 to be obtained, the sensor comprising a permanent magnet 11 verse hen and preferably forms a structural unit.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform zeigt einen Behälter 17 eines Schwingungs dämpfers oder eines Federbeins, in dem eine Führungs- und Dichtungseinheit 15 befestigt ist. The embodiment shown in Fig. 2 shows a container 17 of a vibration damper or shock absorber, in which a guiding and sealing unit 15 is fixed. Diese Führungs- und Dichtungseinheit 15 zentriert nicht nur eine Kol benstange 13 , sondern auch einen nicht eingezeichneten Zylinder und trägt den Sensor 3 . This guiding and sealing unit 15 centered not only a benstange Col. 13, but also a not illustrated cylinder and bears the sensor. 3 Der Behälter 17 steht mit der Achse und die Kolbenstange 13 mit dem Aufbau des Fahrzeugs in Verbindung. The container 17 communicates with the axis and the piston rod 13 with the body of the vehicle. Die Kolbenstange 13 ist mit dem sich über den gesamten Hub des Schwingungsdämpfers erstreckenden Informationsträger 1 versehen, der, wie in Fig. 1 erläutert, codiert ist, wodurch der Sensor 1 die dem Ab stand zwischen Achse und Aufbau des Fahrzeugs zugeordneten Signale zur Verar beitung an ein Steuergerät weiterleitet. The piston rod 13 is itself provided with the over the entire stroke of the shock absorber extending the information carrier 1, which, as explained in Fig. 1, encoded, whereby the sensor 1 which was the Ab processing associated between the axle and body of the vehicle signals to the proces of a control unit forwards.

Eine weitere nicht zeichnerisch dargestellte Ausführungsform wird dadurch geschaf fen, daß der Sensor in einem mit der Kolbenstange verbundenen Kolben integriert ist, während die Innenfläche des Zylinders mit dem Informationsträger versehen ist. A further embodiment not illustrated in the drawing is characterized fen geschaf that the sensor is integrated in a part connected to the piston rod piston, while the inner surface of the cylinder is provided with the information carrier. Diese Ausführung eignet sich besonders für Zylinder, die aus einem nicht magneti sierbaren Werkstoff hergestellt sind, wobei der Informationsträger bei der Herstellung des Zylinders eingearbeitet und vom Zylinderwerkstoff überdeckt wird. This embodiment is particularly suitable for cylinders which are made of non-magnetizable material, which information carrier is incorporated in the manufacture of the cylinder and covered by the cylinder material. Eine solche Ausführung ist besonders kostengünstig, denn es erübrigt sich sowohl die unmagne tische Schicht als auch die Verschleißschutzschicht. Such a design is particularly inexpensive, because there is no need for both the tables unmagne layer and the wear layer.

Claims (8)

  1. 1. Meßeinrichtung zur berührungslosen Ermittlung der Position zweier ineinander geführter Bauteile, wie Kolbenstange und Zylinder von in Fahrzeugen eingebau ten Schwingungsdämpfern oder Federbeinen, wobei ein mit einem der Bauteile verbundener Sensor strukturierte magnetische Markierungen des anderen Bau teils abnimmt und sich der magnetische Fluß entsprechend der Struktur der magnetischen Markierungen ändert, wodurch elektrische Signale erzeugt und an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet werden, dadurch gekennzeichnet , daß das zum Sensor ( 5 ) relativ bewegliche Bauteil ( 5 ) einen zumindest teilweise über den Hub sich erstreckenden Informationsträger ( 1 ) aufweist, der unabhängig von seiner räumlichen Ausgestaltung einen aufmagnetisierten Code zur Positionsbe stimmung aufweist. 1. Measuring device for the contactless determination of the position of two reciprocally guided components, such as piston rod and cylinder of in vehicles eingebau th vibration dampers or struts, wherein a service associated with one of the components sensor part decreases structured magnetic markers of the other construction and the magnetic flux corresponding to the structure the magnetic marks is changed, whereby electric signals are generated and forwarded to an evaluation device, characterized in that the sensor (5) relatively movable member (5) has an at least partially through the hub extending information carrier (1) regardless of its spatial configuration comprises a magnetized code Positionsbe humor.
  2. 2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Informati onsträger ( 1 ) durch eine hartmagnetische Schicht mit hoher Koerzitivfeldstärke gebildet ist und mit einem vorgegebenen Code aufmagnetisiert wird. 2. Measuring device according to claim 1, characterized in that formed the Informati onsträger (1) by a hard magnetic layer having a high coercive force and is magnetized with a predetermined code.
  3. 3. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Informationsträger ( 1 ) dicht unter der Außenfläche angeordnet und von einer Verschleißschutzschicht ( 7 ) überzogen ist. 3. Measuring device according to claims 1 and 2, characterized in that the information carrier (1) arranged close below the outer surface and of a wear-resistant layer (7) is coated.
  4. 4. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Informationsträger ( 1 ) auf der dem Sensor ( 3 ) abgekehrten Seite mit einer unmagnetischen Schicht ( 9 ) verbunden ist. 4. Measuring device according to claims 1 to 3, characterized in that the information carrier (1) is connected to the said sensor (3) facing away side with a nonmagnetic layer (9).
  5. 5. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der mit dem Informationsträger ( 1 ) zusammenwirkende Sensor ( 3 ) als magnetfeldempfindlicher Sensor ausgebildet ist. 5. Measuring device according to claims 1 to 4, characterized in that the cooperating with the with the information carrier (1) Sensor (3) is formed as a magnetic field-sensitive sensor.
  6. 6. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ( 1 ) mit einem Dauermagnet ( 11 ) zu einer Baueinheit verbunden ist. 6. Measuring device according to claim 5, characterized in that the sensor (1) with a permanent magnet (11) is connected to form a unit.
  7. 7. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in einem Schwingungsdämpfer oder Federbein angeordnete Sensor ( 3 ) in einer behälterfesten Führungs- und Dichtungseinheit ( 15 ) integriert ist und die Kolbenstange mit dem Informationsträger ( 1 ) versehen ist. 7. Measuring device according to claims 1 to 6, characterized in that the arranged in a vibration damper or shock sensor (3) in a container-fixed guide and seal unit (15) is integrated and the piston rod with the information carrier (1) is provided.
  8. 8. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ( 3 ) in einem mit der Kolbenstange verbundenen Kolben integriert ist, während die Innenfläche des Zylinders mit dem Informationsträger ( 1 ) versehen ist. 8. Measuring device according to claims 1 to 6, characterized in that the sensor (3) is integrated in a part connected to the piston rod piston, while the inner surface of the cylinder with the information carrier (1) is provided.
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