DE10145784C1

DE10145784C1 - Kolben-Zylinderaggregat

Info

Publication number: DE10145784C1
Application number: DE10145784A
Authority: DE
Inventors: Hubert Beck
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: US6745876B2; US20030051955A1

Abstract

Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, in dem über eine Kolbenstangenführung eine Kolbenstange mit einem Kolben axial geführt ist, wobei über ein Wegerfassungssystem die Position des Kolbens im Zylinder erfassbar ist, wobei das Wegerfassungssystem aus einem Sensor und einem Messgrößengeber besteht, wobei der Sensor am Kolben oder am Boden des Zylinders angeordnet ist und der Messgrößengeber bei axialer Verschiebung des Kolbens einen relativ zum Kolben unterschiedlichen Weg zurücklegt, und der Differenzweg zur Positionsbestimmung des Kolbens herangezogen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, in dem über eine Kolbenstangenführung eine Kolbenstange mit einem Kolben axial geführt ist, wobei über ein Wegerfassungssystem die Position des Kolbens im Zylinder erfassbar ist, wobei ein Wegerfassungssystem aus einem Sensor und einem Messgrößengeber besteht.

Es sind bereits Vorrichtungen zur Wegbestimmung eines Kolbens von hydrau lischen, pneumatischen oder hydropneumatischen Aggregaten bekannt (DE 33 31 170 C1), bei denen im zylindrischen Innenraum eines mit der Kolben stange als Kondensator ausgebildeten Rohres ein weiteres Rohr angeordnet ist. Dabei dient der erste Kondensator zur Messung der variablen Kapazität und die beiden fest zueinander angeordneten Rohre zur Bildung der fasten Kapazität. Der Sensor als auch der Messgrößengeber sind dabei über die gesamte Länge des Zylinders bzw. der Kolbenstange verlaufend angeordnet und benötigen daher einen entsprechenden Raumbedarf.

Es sind des weiteren Kolben-Zylinderaggregate mit Bewegungserfassungs einrichtungen bekannt (DE 198 01 054 C1), die einen Zylinder umfassen, indem innerhalb einer Kolbenstangenführung eine Kolbenstange mit einem Kolben axial beweglich geführt ist. Die Bewegungserfassungseinrichtung umfasst einen Sender und einen Empfänger, wobei aus der Laufzeit der vom Sender erzeug ten Wellen die Bewegung des Kolbens bestimmt wird und wobei der Sender und der Empfänger innerhalb der Kolbenstangenführung angeordnet ist. Die von der Baugruppe Kolben-Kolbenstange reflektierten Wellen werden zur Bestimmung der Bewegung dieser Baugruppe ausgewertet.

Des weiteren sind Vorrichtungen zur Wegbestimmung eines Kolbens in einem Zylinder für hydraulische oder hydropneumatische Aggregate, wie Schwin gungsdämpfer bekannt (DE 36 43 290 C2), dabei ist der Kolben über eine Kol benstange in einem mit mindestens einem dämpfungsmittelgefüllten Zylinder axial verschieblich angeordnet. Zur Erfassung des Niveaubereiches wird ein mit der Kolbenstange verbundener Hallsensor herangezogen. Als Messstrecke wird mindestens ein Teil der natürlichen Außenfläche des Zylinders und mindestens ein Teil der natürlichen Oberfläche der Kolbenstange benutzt.

Weitere Vorrichtungen zur Positionserfassung sind aus DE 198 28 203 A1, DE 198 53 309 C2 sowie der DE 100 49 505 A1 bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Standard-Wegerfassungssystem zu schaffen, welches kleinbauend und kostengünstig hergestellt werden kann und welches in jeglicher Art von Stoßdämpfern, Kolben-Zylinderaggregaten oder Niveauregel elementen integriert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Weg erfassungssystem aus einem Sensor und einem Messgrößengeber besteht, wobei der Sensor am Kolben oder am Boden des Zylinders angeordnet ist und der Messgrößengeber bei axialer Verschiebung des Kolbens einen relativ zum Kolben unterschiedlichen Weg zurücklegt, und der Differenzweg zur Positions bestimmung des Kolbens herangezogen wird, wobei der Messgrößengeber sich über jeweils mindestens eine Feder am Kolben und am Boden des Zylinders abstützt.

Vorteilhaft ist bei dieser Ausbildung, dass das Wegerfassungssystem in Stoß dämpfern, Kolben-Zylinderaggregaten oder Niveauregelelementen integriert werden kann, auch wenn die Aggregate in ihrer Länge unterschiedlich ausge bildet sind. Es bedarf keiner größeren Lagerhaltung für verschiedenste Arten von Sensoren und Messgrößengebern, sondern es lassen sich Einheitssysteme anwenden. Des weiteren ist von Vorteil, dass mehrere Federn in Reihe geschal tet werden können, wobei sich mindestens eine Feder im Kolbenbereich und die weiteren Federn im Bodenbereich des Schwingungsdämpfers abstützen und somit den Messgrößengeber je nach Position des Kolbens in einem bestimmten Abstand zum Sensor halten

Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, dass die Federn unterschiedliche Federraten aufweisen.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Federn zwischen dem Sensor und dem Messgrößengeber mit einer größeren Federrate ausgebildet sind.

Bei besonders langen Aggregaten ist zur einwandfreien Führung der Federn vorgesehen, dass bei Verwendung von mehreren Federn zwischen jeweils zwei benachbarten Federn ein Führungselement zur Führung an der Innenwand des Zylinders vorgesehen ist.

Nach einer wesentlichen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Messgrößen geber auf dem Sensor axial verschiebbar geführt ist oder dass der Mess größengeber den Sensor im Abstand koaxial umgibt.

Das Wegerfassungssystem kann auch in der Art ausgebildet sein, dass das Prinzip einer Abstandsmessung zu Grunde gelegt wird. Hierbei ist nach einem wesentlichen Merkmal vorgesehen, dass die Stirnseite des Sensors mit einer Stirnseite des Messgrößengebers zusammenarbeitet.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen schematisch darge stellt.

Es zeigt:

Fig. 1 bis 6 verschiedene Varianten von Stoßdämpfern, Kolben- Zylinderaggregaten mit einem Wegerfassungssystem, im Schnitt

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel eines Wegerfassungssystems, im Schnitt

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform eines Wegerfassungssystems, im Schnitt

Fig. 9 bis 11 weitere Varianten.

Aus der Fig. 1 ist ein Zweirohrdämpfer zu entnehmen, bei dem der Kolben 4 von einer Kolbenstange 9 im Zylinder 10 geführt wird. Koaxial hierzu ist ein Ausgleichsraum 17 in einem Mantelrohr 18 aufgenommen. Dieser Zweirohr dämpfer in einer bekannten Bauart ist mit einem kurzbauenden Wegerfassungs system versehen. Das Wegerfassungssystem besteht aus einem Sensor 1, der in diesem Ausführungsbeispiel eine Spule aufweist und von einem Messgrö ßengeber 2 umgeben ist. Eine erste Feder 3 stützt sich am Kolben 4 und am Messgrößengeber 2 ab, wobei eine zweite Feder 5 am Messgrößengeber 2 und am Boden 6 des Zylinders 10 angeordnet ist. Zwischen dem mit Dämpfungsmit tel gefüllten Zylinder 10 und der elektrischen Leitung 8 ist eine Dichtung 7 zwi schengeschaltet.

Beim Ein- und Ausfedern der Kolbenstange 9 erfolgt durch die unterschiedlichen Federraten der Federn 3 und 5 zwischen dem Messgrößengeber 2 und dem Kolben 4 eine Wegübersetzung. Der Weg des Kolbens 4 ist dabei wesentlich größer als der Weg des Messgrößengebers 2 im Vergleich zum Sensor 1. Durch eine entsprechende Anpassung der Federn 3, 5 ist das Wegerfassungssystem auch in Kolben-Zylinderaggregaten oder Stoßdämpfern mit anderen Baulängen einsetzbar.

Das hier dargestellte Kolben-Zylinderaggregat könnte beispielsweise Signale für z. B. dynamische Leuchtweitenregelungen liefern.

Aus den Fig. 1a und 1b sind die Positionen des Kolbens 4 innerhalb des Zylinders bei eingefahrener Kolbenstange (Fig. 1a) und bei ausgefahrener Kolbenstange (Fig. 1b) dargestellt. In der Fig. 1a ist der Messgrößengeber 2 gegenüber dem Sensor 1 bei eingefahrener Kolbenstange 9 im nahen Bereich des Kolbens 4 positioniert, während gemäß Fig. 1b bei ausgefahrener Kolben stange 9 der Messgrößengeber 2 im Verhältnis zum Kolben 4 weiter beab standet ist. Hierdurch ergeben sich unterschiedliche Signale, welche über eine angepasste Elektronik entsprechend auswertbar sind.

Aus der Fig. 2 ist ein Stoßdämpfer zu entnehmen, der als Luftfeder ausgebildet ist, dabei lässt sich der Sensor 1 mit seinem Messgrößengeber 2 zur Regelung des Niveaus des Fahrzeugaufbaus gegenüber der Fahrbahn herleiten.

Die Fig. 3 stellt einen bekannten Zweirohrdämpfer dar, bei dem das Dämp fungsmittel über Rückschlagventile 19 in eine Umlaufrichtung gepumpt wird und über ein elektromagnetisch verstellbares Dämpfungsventil 16 geleitet wird. Das Signal des Sensors 1 lässt sich hier für die Variation der Dämpfung je nach Bedarf ableiten.

Die Fig. 4 und 5 zeigen bekannte Feder-Zylinder-Anordnungen mit jeweils einem integrierten Wegerfassungssystem. Der Sensor 1 als auch der Mess größengeber 2 lassen sich entweder im Bereich des Kolbens 4 (Fig. 4) oder im Bereich des Bodens 6 des Zylinders 10 (Fig. 5) anordnen. Die mit dem Sensor 1 erzeugten Signale lassen sich dabei problemlos zur Regelung der Niveau höhen des Fahrzeuges heranziehen.

Eine weitere Variante eines Federzylinders mit integriertem Ausgleichsraum 17 ist aus Fig. 6 zu entnehmen. Hierbei dienen die Messwerte, welche von Sensor 1 und Messgrößengeber 2 erzeugt werden ebenfalls der Niveauregulierung. Im Gegensatz zu Fig. 4 und 5 handelt es sich hier um eine Kompaktbauweise mit integriertem Tank.

Aus der Fig. 7 ist eine Ausführung eines Schwingungsdämpfers dargestellt, bei dem der Kolben 4 einen Sensor 1 aufweist, wobei der Messgrößengeber 2 auf dem Sensor 1 axial verschieblich angeordnet ist. Der Messgrößengeber 2 ist dabei mit einem Zwischenteil 11 verbunden und dient der Abstützung der Feder 5, welche am Boden 6 des Zylinders 10 abgestützt ist. Die Feder 3 befindet sich dabei zwischen Kolben 4 und dem Zwischenteil 11, so dass verschiedenste Größen von Übersetzungsverhältnissen zwischen dem Sensor 1 und dem Messgrößengeber 2 einstellbar sind. Zur Erzielung einer besonders günstigen kurzbauenden Ausführungsform ist dabei das Zwischenteil 11 topfförmig ausge bildet und die Feder 3 befindet sich im Verhältnis zur Feder 5 koaxial innen, die dabei überlappenden Federlängen gewährleisten eine axial kurze Bauform. Ein derartiger Sensor wie er in Fig. 7 dargestellt wird, könnte nach dem Wirbel stromprinzip arbeiten.

Die Fig. 8 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie in Fig. 7 bereits darge stellt, mit dem Unterschied, dass der Messgrößengeber 2 in eine Spule 19 des Sensors 1 eintauchen kann. Um zwischen dem Arbeitsraum 14 des Zylinders 10 und dem Raum 12 zwischen Messgrößengeber 2 und Sensor 1 einen Druck ausgleich zu schaffen ist der Messgrößengeber 2 mit einer Strömungsver bindung 13 versehen.

Je nach Größe und Querschnitt der Strömungsverbindung 13 lässt sich für den Messgrößengeber 2 eine Dämpfung erzielen, so dass diese Dämpfung und die Federraten der Feder 3 sowie der Feder 5 im Zusammenspiel einen ent sprechenden Wert ergeben.

Aus der Fig. 9 ist ein Messgrößengeber 2 dargestellt, an dem sich die Federn 3 und 5 abstützen, wobei der Messgrößengeber schwimmend gelagert ist. Im Gegensatz hierzu zeigt die Fig. 10 eine Ausführungsform, bei dem der Mess größengeber 2 sich an den Federn 3 und 5 abstützt und gleichzeitig mit einer entsprechenden Außenwandung 20 im Zylinder 10 geführt ist. Die Stirnseite 21 des Sensors 1 misst dabei den Abstand zum Messgrößengeber 2.

Fig. 11 zeigt in einem Zylinder 10 einen Messgrößengeber 2 der einerseits an der Feder 3 und andererseits an der Feder 5a abgestützt ist. Die Feder 5a wird dabei gegenüber einer weiteren Feder 5b von einem Führungsteil 15 in der Innenwandung des Zylinders 10 axial geführt. Zum Ausgleich von Dämpfungs mittel innerhalb des Arbeitsraumes 14 sind im Führungsteil 15 entsprechende Ausnehmungen 22 ausgebildet.

Bezugszeichenliste

1

Sensor

2

Messgrößengeber

3

Feder

4

Kolben

5

Feder

6

Boden

7

Dichtung

8

elektrische Leitung

9

Kolbenstange

10

Zylinder

11

Zwischenteil

12

Raum

13

Strömungsverbindung

14

Arbeitsraum

15

Führungselement

16

Dämpfungsventil

17

Ausgleichsraum

18

Mantelrohr

19

Spule

20

Außenwandung

21

Stirnseite

22

Ausnehmungen

Claims

1. Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, in dem über eine Kolbenstangenführung eine Kolbenstange mit einem Kolben axial geführt ist, wobei über ein Wegerfassungssystem die Position des Kolbens im Zylinder erfassbar ist, wobei ein Wegerfassungssystem aus einem Sen sor und einem Messgrößengeber besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) am Kolben (4) oder am Boden (6) des Zylinders (10) angeordnet ist und der Messgrößengeber (2) bei axialer Verschiebung des Kolbens (4) einen relativ zum Kolben (4) unterschiedlichen Weg zu rücklegt, und der Differenzweg zur Positionsbestimmung des Kolbens (4) herangezogen wird, wobei der Messgrößengeber (2) sich über jeweils mindestens eine Feder (3, 5) am Kolben (4) und am Boden (6) des Zylinders (10) abstützt.

2. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (3, 5) unterschiedliche Federraten aufweisen.

3. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (3, 5) zwischen dem Sensor (1) und dem Messgrößen geber (2) mit einer größeren Federrate ausgebildet sind.

4. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von mehreren Federn (3, 5) zwischen jeweils zwei benachbarten Federn (3, 5) ein Führungselement (15) zur Führung an der Innenwand des Zylinders (10) vorgesehen ist.

5. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messgrößengeber (2) auf dem Sensor (1) axial verschiebbar ge führt ist.

6. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messgrößengeber (2) den Sensor (1) im Abstand koaxial um gibt.

7. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite des Sensors (1) mit einer Stirnseite des Messgrößen gebers (2) zusammenarbeitet.