DE3442879C2 - Einrichtung zum Erfassen der relativen Position von zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen - Google Patents
Einrichtung zum Erfassen der relativen Position von zwei relativ zueinander bewegbaren TeilenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen
der relativen Position von zwei relativ zueinander
bewegbaren Teilen eines zwei Bauelemente gegenein
ander abfedernden Federbeines gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Derartige Einrichtungen werden zur Erkennung der
Höhenlage eines Fahrzeugchassis gegenüber der Fahr
zeugachse eingesetzt. Bei einer länger andauernden
Veränderung des Abstandes zwischen Fahrzeugchassis
und Fahrzeugachse werden die von der die Position
erfassenden Einrichtung erkannten Veränderungen in
Form von geeigneten Signalen einer Auswerte- und
Steuerschaltung mitgeteilt. Mittels der von der Aus
werte- und Steuerschaltung erzeugten Ausgangssignale
wird eine pneumatisch oder hydraulisch arbeitende
Niveauregeleinrichtung angesteuert, welche den
Abstand zwischen Fahrzeugachse und Fahrzeugchassis
ändert.
Aus der US-PS 4,266,790 ist eine Einrichtung der
eingangs genannten Art bekannt.
Diese bekannte Einrichtung ist in einem höhenver
stellbaren Federbein für ein Fahrzeug eingesetzt. Das
Federbein besteht im wesentlichen aus einem direkt
wirkenden Stoßdämpfer, der ein Gehäuse, ein Staub
schutzelement und eine Kolbenstange aufweist, sowie
einen Balg besitzt, der zusammen mit dem Staub
schutzelement und dem Gehäuse eine Druckkammer
bildet. Die Druckkammer ist zwecks Erzeugung einer
gesteuerten Relativbewegung zwischen Gehäuse und
Staubschutzelement mit einer Druckmittelquelle
verbindbar.
An der äußeren Mantelfläche des Gehäuses des Stoß
dämpfers ist ein Permanentmagnet angeordnet, der ein
magnetisches Feld erzeugt. Dem Permanentmagneten
gegenüber sind an der Wand des Staubschutzelementes
Sensoren angeordnet, die auf eine Änderung des magne
tischen Feldes ansprechen. Bei einer Lageveränderung
des Stoßdämpfergehäuses gegenüber dem Staubschutz
element ändert sich das magnetische Feld, wodurch in
einer Auswerte-Steuerschaltung Signale zur Steuerung
einer die Druckkammer mit der Druckmittelquelle ver
bindenden Ventileinrichtung erzeugt werden.
Eine solche Anordnung eines Permanentmagneten am
Gehäuse des Stoßdämpfers und der Sensoren an der Wand
des Staubschutzelementes hat den Nachteil, daß die
Feldlinien des Permanentmagneten direkt über das
Gehäuse des Stoßdämpfers laufen, da dieses aus einem
magnetisch leitenden Werkstoff besteht. Die Feldli
nien, mittels welcher die Sensoren geschaltet werden
sollen, sind aus vorstehendem Grund relativ schwach.
Dadurch ist eine sichere Funktion dieser bekannten
Einrichtung nicht gewährleistet.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,
eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art zu
schaffen, die einfach im Aufbau und weitgehend
störunanfällig ist.
Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1
angegebenen Erfindung gelöst. Weiterbildungen
und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Einrichtung bietet insbe
sondere den Vorteil, einfach und robust im Aufbau
zu sein und sich leicht montieren zu lassen. Es
ist möglich, mit einfachen Mitteln mehrere Sensoren
für eine Mehrpunktsensierung vorzusehen. Bei der
Anordnung mehrerer Sensoren läßt sich die Anzahl
der Stecker durch Verwendung einer Summierschaltung
auf ein Minimum reduzieren, so daß zur Signalüber
tragung lediglich eine Signalleitung erforderlich
ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist auch bei
Verschmutzung uneingeschränkt funktionsfähig.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungs
beispiel der Erfindung näher erläutert.
Die Abbildung zeigt ein höhenverstellbares Federbein für
ein Kraftfahrzeug mit einer aus mehreren Permanent
magneten und Hallsensoren bestehenden Einrichtung
zum Erfassen des Abstandes zwischen dem Chassis
und der Achse eines Fahrzeugs.
Das in der Abbildung dargestellte Federbein setzt sich
im wesentlichen aus einem Stoßdämpfer 13, einem
topfförmig ausgebildeten .Staubschutzelement 1
sowie einem Balg 12 zusammen. Der Balg 12 ist mit
seinem inneren Randbereich mittels einer Spann
schelle 17 an dem in das Staubschutzelement 1 hin
einragenden Endbereich des Gehäuses des Stoßdämpfers
13 und mit seinem äußeren Randbereich mittels einer
Spannschelle 16 an der Mantelfläche des Staubschutz
elements 1 befestigt.
Die auf diese Weise vom Staubschutzelement 1, dem
Balg 12 und einem Teil des Stoßdämpfers 13 be
grenzte Druckkammer 30 ist über einen Druckmittel
anschluß 21 und eine nicht dargestellte Ventilein
richtung wahlweise mit einer Druckmittelquelle oder
mit der Atmosphäre bzw. mit einem Rücklauf verbindbar.
Der in diesem Ausführungsbeispiel als hydraulisch
wirkender Dämpfer ausgebildete Stoßdämpfer 13 weist
eine mit einem Kolben verbundene Kolbenstange 19
auf, die durch die Druckkammer 30 und eine im Boden 22
des topfförmig ausgebildeten Staubschutzelementes 1
vorgesehene Öffnung 23 hindurchgeführt ist. Der Boden
22 ist mit der Kolbenstange 19 in der Weise ver
bunden, daß bei einem Eintauchen der Kolbenstange 19
in das Gehäuse des Stoßdämpfers 13 der Boden 22 des
Staubschutzelementes 1 von der Kolbenstange 19 mitge
nommen wird.
Das dem Staubschutzelement 1 abgewandte Ende des
Gehäuses des Stoßdämpfers 13 weist ein Lagerauge 14
zur Befestigung des Stoßdämpfers 13 an der Achse
eines Fahrzeugs auf. Die Kolbenstange 19 ist mit
ihrem dem Kolben abgewandten Ende 24 mit dem Chassis
des Fahrzeugs verbunden.
In der Druckkammer 30 ist ein Träger 2 für positions
erfassende Elemente angeordnet.
Die positionserfassenden Elemente bestehen aus magne
tische Felder erzeugenden ersten Elementen und aus
auf Änderungen der magnetischen Felder ansprechenden
zweiten Elementen. Im dargestellten Ausführungs
beispiel dienen als magnetische Felder erzeugende
Elemente Permanentmagneten 4, 6, 8, 10 und als auf
Magnetfeldänderungen ansprechende Elemente Hall
sensoren 3, 5, 7, 9. Anstelle der Hallsensoren können
auch Feldplatten vorgesehen werden. Die Permanent
magneten 4, 6, 8, 10 und die Hallsensoren 3, 5, 7, 9
sind so zueinander angeordnet, daß stets wenigstens
ein Permanentmagnet und wenigstens ein Hallsensor
nebeneinander liegen, so daß der jeweilige Hall
sensor aufgrund einer Änderung des Magnetfeldes
des ihm zugeordneten Permanentmagneten seinen
Schaltzustand ändern kann.
Um eine Änderung des Magnetfeldes zu erreichen,
ist am Gehäuse des Stoßdämpfers 13 innerhalb der
Druckkammer 30 ein Metallstreifen 29 parallel zu
dem Träger 2 und in Längsrichtung des Trägers 2
verlaufend angeordnet. Der Metallstreifen 29 ist
so bemessen, daß er in einer Endlage des Stoß
dämpferkolbens den untersten Permanentmagneten 10
und den untersten Hallsensor 9 überdeckt. Der
Metallstreifen 29 kann z. B. Bestandteil der Spann
schelle 17 sein oder auch von dieser gehalten werden.
Der Träger 2 für die Permanentmagneten 4, 6, 8, 10
und Hallsensoren 3, 5, 7, 9 besteht vorzugsweise aus
einen nichtmagnetisierbaren Werkstoff, z. B. Kunst
stoff und ist an dem Staubschutzelement 1, 22 mittels
Halterungen 11, 25 befestigt.
Es ist natürlich auch denkbar, den Träger für die
positionserfassenden Elemente 4, 6, 8, 10, 3, 5, 7, 9
mittels eines Verbindungselementes direkt an der
Kolbenstange 19 zu befestigen, wobei der Träger 2
dann so ausgebildet sein muß, daß er am Gehäuse
des Stoßdämpfers 13 oder an einem mit dem Gehäuse
des Stoßdämpfers 13 verbundenen Teil in Längs
richtung vorbeiführbar ist.
Die Hallsensoren 3, 5, 7, 9 sind
über Signalleitungen 26 mit einer Auswerte-Steuer
schaltung 27 verbunden, deren Ausgangsleitung 28
an eine Ventileinrichtung zur Beeinflussung des
Druckes in der Druckkammer 30 angeschlossen sind.
Durch die Verwendung einer Summierschaltung ist es
möglich, mit nur einer Signalleitung, die von den
Sensoren zur Auswerte- und Steuerschaltung führt,
auszukommen. Die Funktion der im vorstehenden
beschriebenen Einrichtung wird nachfolgend näher
erläutert.
Es wird angenommen, daß das Federbein zunächst nicht
belastet ist. Innerhalb eines vorbestimmten Be
reiches kann zwischen dem mit der Achse eines Fahr
zeugs verbundenen Gehäuse des Stoßdämpfers 13 und
der mit dem Chassis des Fahrzeugs verbundenen
Kolbenstange 19 eine Relativbewegung erfolgen,
ohne daß einer der Hallsensoren 3, 5, 7, 9 seinen
Schaltzustand ändert. Wird das Fahrzeug stärker
belastet, so daß der Kolben und somit auch die
mit dem Staubschutzelement 1 verbundene Kolben
stange 19 weiter in das Gehäuse des Stoßdämpfers 13
eintauchen, so werden der Permanentmagnet 8 und
der Hallsensor 7 vom Metallstreifen 29 überdeckt.
Der aus ferromagnetischem Werkstoff bestehende
Metallstreifen 29 verändert die Wirkung der Feld
linien des Permanentmagneten 8 auf den Hallsensor 7.
Der Hallsensor 7 ändert dann seinen Schaltzustand
und gibt über die Signalleitung 26 ein Signal auf
die Auswerte- und Steuerschaltung 27. Von der Aus
werte- und Steuerschaltung 27 wird über die Leitung 28
ein Schaltsignal auf die Ventileinrichtung gegeben.
Die Ventileinrichtung wird jetzt so umgeschaltet,
daß die Druckkammer 30 mit einer Druckmittelquelle
verbunden und Druckmittel in die Druckkammer 30
eingesteuert wird. Der sich in der Druckkammer 30
aufbauende Druck verschiebt das Staubschutzelement 1,
22 und die mit diesem verbundene Kolbenstange 19
nach oben in Richtung vom Gehäuse des Stoßdämpfers 13
weg.
Haben das Fahrzeugchassis und die Fahrzeugachse wieder
den ursprünglichen Abstand zueinander eingenommen, so
gelangen der Hallsensor 7 und der Permanentmagnet 8
aus dem Bereich des Metallstreifens 29. Der Hall
sensor 7 ändert wieder seinen Schaltzustand und
die Ventileinrichtung sperrt die Druckmittelquelle
gegen die Druckkammer 30 ab.
Bei der Anordnung mehrerer Hallsensoren und mehrerer
Permanentmagneten kann der Abstand zwischen dem
Chassis und der Achse des Fahrzeugs auch dann
noch selbsttätig reguliert werden, wenn mittels
einer separaten zusätzlichen Schalteinrichtung
für die die Druckkammer 30 mit der Druckmittel
quelle verbindende Ventileinrichtung durch Druckein
steuerung in die Druckkammer 30 oder durch Druck
absenkung in der Druckkammer 30 der Abstand zwischen
dem Chassis und der Achse des Fahrzeugs verändert
worden ist. Das bedeutet konkret, daß die Boden
freiheit des Fahrzeugs eingestellt und dann auto
matisch gehalten werden kann.
Es ist selbstverständlich auch möglich, die beschrie
bene und beanspruchte Einrichtung in einem Federbein
einzusetzen, welches zur federnden Lagerung von z. B.
Maschinen dient. In einem solchen Fall ist das eine
der gegeneinander abzufedernden Bauelemente die
Maschine und das andere Bauelement z. B. ein Sockel.
Als relativ zueinander bewegbare Teile des Stoß
dämpfers körnen das Gehäuse oder ein mit dem Gehäuse
des Stoßdämpfers verbundenes Teil und der Kolben
bzw. die Kolbenstange oder ein mit der Kolbenstange
des Stoßdämpfers verbundenes Teil angesehen werden.
Claims (5)
1. Einrichtung zum Erfassen der relativen Position von zwei relativ zueinander
bewegbaren Teilen eines zwei Bauelemente gegeneinander abfedernden
Federbeines mit folgenden Merkmalen:
- a) Es ist ein im wesentlichen aus zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen bestehender Stoßdämpfer vorgesehen, der ein Gehäuse und eine mit einem Staubschutzelement verbundene Kolbenstange aufweist;
- b) es ist eine Druckkammer vorgesehen, die von wenigstens einem Teil des Stoßdämpfers begrenzt wird und zur Einstellung bzw. Änderung des Abstandes zwischen den Bauelementen dient;
- c) in dem von dem Staubschutzelement umgebenen Raum sind positions erfassende Elemente vorgesehen, die auf eine Änderung des Abstandes zwischen Staubschutzelement und Gehäuse des Stoßdämpfers, welche in Richtung der Längsachse des Stoßdämpfers erfolgt ansprechen;
- d) die positionserfassenden Elemente bestehen aus wenigstens einem ein magnetisches Feld erzeugenden ersten Element und wenigstens einem auf eine Änderung des magnetischen Feldes ansprechenden zweiten Element;
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- e) das erste Element (10, 8, 6, 4) und das zweite Element (9, 7, 5, 3) sind am Staubschutzelement (1, 22) oder parallel zur Kolbenstangenlängs achse verlaufend an einem mit der Kolbenstange (19) verbundenen Teil innerhalb des Staubschutzelementes (1, 22) angeordnet;
- f) das erste Element (10, 8, 6, 4) und das zweite Element (9, 7, 5, 3) sind derart angeordnet, daß bei einer Relativbewegung der beiden Teile (19, 22,1,13) des Stoßdämpfers (13) zueinander das Magnetfeld des ersten Elementes (10, 8, 6, 4) durch das Gehäuse des Stoßdämpfers (13) oder einen an dem Gehäuse des Stoßdämpfers (13) angeordneten Metall streifen (29) veränderbar ist und das zweite Element (9, 7, 5, 3) auf diese Änderung anspricht.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste
Element ein Permanentmagnet (10, 8, 6, 4) ist und das zweite Element von
einem Hallsensor (9, 7, 5, 3) gebildet wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
- a) auf einem Träger (2) sind mehrere Permanentmagneten (10, 8, 6, 4) als erstes Element und mehrere Hallsensoren als zweites Element (9, 7, 5, 3) angeordnet, derart, daß jeweils ein Permanentmagnet (10, 8, 6, 4) und ein Hallsensor (9, 7, 5, 3) nebeneinander liegen;
- b) an der den Permanentmagneten (10, 8, 6, 4) und den Hallsensoren (9, 7, 5, 3) zugewandten Seite des Gehäuses des Stoßdämpfers (13) ist ein in Richtung der Längsachse des Gehäuses des Stoßdämpfers (13) verlau fender Metallstreifen (29) aus ferromagnetischem Material angeordnet, welcher derart bemessen ist, daß er bei einer Relativbewegung zwischen den beiden Teilen (13, 19, 22,1) des Stoßdämpfers (13) einen oder mehrere Permanentmagneten (10, 8, 6, 4) überdeckt oder freigibt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite
Element von Feldplatten gebildet wird.
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