DE19625775A1 - Weggeber zur Erfassung eines Stellhubes - Google Patents

Weggeber zur Erfassung eines Stellhubes

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DE19625775A1
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Hubert Dipl Ing Bohner
Martin Dipl Ing Moser
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Daimler Benz AG
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Daimler Benz AG
Mercedes Benz AG
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2815—Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
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Description

Die Erfindung betrifft einen Weggeber zur Erfassung eines Stellhubes einer Kolbenstange relativ zum Zylinder eines Kol­ ben-Zylinder-Aggregates.
Für die Erfassung von Stellhüben von Maschinenteilen sind vielfältige Weggeber bekannt. Damit können auch ohne grund­ sätzliche konstruktive Abänderungen die Stellhübe der Kolben­ stange eines Kolben- Zylinder-Aggregates erfaßt werden.
Beispielsweise kann durch den Stellhub ein elektrisches Po­ tentiometer gesteuert werden, so daß der sich ändernde elek­ trische Widerstand des Potentionsmeters ein zum Stellhub ana­ loges Signal bildet.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, einen neuen Weggeber mit hoher Robustheit zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine inner­ halb eines Kolbenarbeitsraumes des Kolben-Zylinder-Aggregates angeordnete, mit elektromagnetischen Wellen oder Lichtwellen bzw. mit - vorzugsweise - Schallwellen arbeitende Sender- Empfänger-Anordnung, welche den Kolbenhub wiedergebende Si­ gnale erzeugt.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Ab­ standsänderung zwischen einem Kolben und einem Boden eines den Kolben verschiebbar aufnehmenden Zylinders bzw. eine zu dieser Abstandsänderung analoge Größe innerhalb des Kolben- Zylinder-Aggregates völlig berührungsfrei durch Erzeugung von elektromagnetischen Wellen bzw. von Lichtwellen oder insbe­ sondere von Schallwellen zu erfassen. Je nach Hubstellung des Kolbens steht den Wellen zwischen Sender und Empfänger ein unterschiedlicher Weg zur Verfügung, wodurch das am Empfänger abgreifbare Signal entsprechend verändert wird.
Dabei nutzt die Erfindung die Tatsache, daß mit Schallwellen arbeitende Sender-Empfänger-Einheiten verfügbar sind, die mit vergleichsweise großer Genauigkeit den Abstand einer den Schall reflektierenden Fläche von der Sender-Empfänger-Einheit erfassen können.
Die Sender-Empfänger-Einheit kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an einem Leitungsanschluß des Kolben-Zylinder-Aggregates angeordnet und auf den Kolben ge­ richtet sein, so daß die ausgesendeten Schallwellen von der Einheit zum Kolben und zurück laufen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist ein doppeltwirkendes Kolben-Zylinder-Aggregat vorge­ sehen, wobei beiden Kolbenarbeitsräumen gesonderte Sender- Empfänger-Einheiten zugeordnet sind, welche so angeordnet sind, daß die Summe der jeweils erfaßten Abstände - bei­ spielsweise der Abstand zwischen Kolben und jeweiliger Sen­ der-Empfänger-Einheit - konstant bleibt. Auf diese Weise kön­ nen bei der Auswertung der Signale der Sender-Empfänger-Einheiten die Einflüsse des in den Kolbenarbeitsräumen be­ findlichen Mediums auf die Schallgeschwindigkeit rechnerisch ausgeglichen werden, weil die Signalauswertung das Maß der Summe der ermittelten Abstände "kennt".
Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfin­ dung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte Ausführungsform beschrieben wird.
Dabei zeigt die einzige Figur einen schematisierten Axial­ schnitt eines doppeltwirkenden Kolben-Zylinder-Aggregates mit in jedem Kolbenarbeitsraum angeordneten Sender-Empfänger-Einheiten für Ultraschallwellen.
Ein grundsätzlich herkömmliches doppeltwirkendes Kolben- Zylinder-Aggregat 1 besitzt zwei voneinander durch einen Kol­ ben 2 abgetrennte Kolbenarbeitsräume 3 und 4. Im dargestell­ ten Beispiel ist das Kolben-Zylinder-Aggregat 1 als Gleich­ laufaggregat ausgebildet, d. h. der wirksame Kolbenquerschnitt hat für beide Kolbenarbeitsräume 3 und 4 gleiche Größe, da die Kolbenstange 5 beide Kolbenarbeitsräume 3 und 4 durch­ setzt und auf beiden Seiten des Kolbens 2 gleiche Querschnit­ te hat.
Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die Kolbenstange 5 einseitig des Kolbens 2 anzuordnen.
Jedem Arbeitsraum 3 bzw. 4 ist ein Anschluß 6 bzw. 7 zugeord­ net, um dem jeweiligen Kolbenarbeitsraum 3 bzw. 4 Arbeitsme­ dium, beispielsweise Hydraulikmedium, zuführen bzw. das Ar­ beitsmedium aus dem jeweiligen Kolbenarbeitsraum 3 bzw. 4 ab­ führen zu können. Diese Anschlüsse 6 und 7 sind nahe der von­ einander abgewandten Enden der Kolbenarbeitsräume 3 und 4 an­ geordnet, so daß der Kolben 2 einen entsprechend großen Hub ausführen kann, ohne einen der Anschlüsse 6 und 7 zu über­ decken und damit abzusperren.
An den Anschlüssen 6 und 7 sind Sender- und Empfängereinhei­ ten 8 und 9 für Schallwellen derart angeordnet, daß ein von der jeweiligen Einheit 8 bzw. 9 abgegebener Schallimpuls in Richtung des Kolbens 2 läuft, dort reflektiert wird und zur jeweiligen Einheit zurückkehrt.
Durch Messung der Laufzeit, die der Schallimpuls für den Weg vom Sender zum Kolben und von dort zurück zum Empfänger der jeweiligen Einheit 8 bzw. 9 benötigt, kann dann ein mit dem jeweiligen Abstand zwischen dem Kolben 2 und der jeweiligen Einheit 8 und 9 korreliertes Signal ermittelt werden.
Da unabhängig von der jeweiligen Stellung des Kolbens 2 die Gesamtsumme der Abstände zwischen dem Kolben 2 und den Sen­ der- und Empfänger-Einheiten 8 und 9 konstant bleibt und kon­ struktiv vorgegeben ist, braucht lediglich das Verhältnis zwischen der Laufzeit des Schallimpulses der Einheit 8 und der Laufzeit des Schallimpulses der Einheit 9 ermittelt zu werden, um die jeweilige Hubstellung des Kolbens 2 erfassen zu können. Dies gilt jedenfalls dann, wenn in beiden Kolben­ arbeitsräumen 3 und 4 gleiche Arbeitsmedien und gleiche Tem­ peraturen vorliegen. Derartige Bedingungen sind praktisch re­ gelmäßig gewährleistet.
Das Kolben-Zylinder-Aggregat 1 kann als Stell- oder Servomo­ tor einer Fahrzeuglenkung angeordnet sein, so daß die Hub­ stellung des Kolbens 2 mit den Lenkwinkeln der Fahrzeuglenk­ räder korreliert ist und die Signale der Sender- und Empfän­ ger-Einheiten 8 und 9 dementsprechend auch die Lenkwinkel wiedergeben.

Claims (4)

1. Weggeber zur Erfassung eines Stellhubes einer Kolbenstange relativ zum Zylinder eines Kolben-Zylinder-Aggregates, gekennzeichnet durch eine innerhalb eines Kolbenarbeitsraumes (3, 4) des Kol­ ben-Zylinder-Aggregates (1) angeordnete, mit elektromagneti­ schen Wellen oder Licht bzw. mit - vorzugsweise - Schallwel­ len arbeitende Sender-Empfänger-Anordnung (8, 9), welche den Kolbenhub wiedergebende Signale erzeugt.
2. Weggeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem doppeltwirkenden Kolben-Zylinder-Aggregat (1) jedem Kolbenarbeitsraum (3, 4) eine gesonderte Sender- und Empfänger-Einheit (8, 9) zugeordnet ist.
3. Weggeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender- und Empfänger-Einheit (8, 9) jeweils an einem Anschluß (6, 7) für die Zu- bzw. Abfuhr von Arbeitsmedium in den jeweiligen Kolbenarbeitsraum (3, 4) angeordnet ist.
4. Weggeber nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Sender und Empfängereinheiten (8, 9) bei Montage jeweils in Richtung Kolben (2) ausgerichtet sind.
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