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STOSSDXMPFER MIT EINRICHTUNG ZUR LÄNGENMESSUNG
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Die Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer gemäß dem Oberbegriff des
Hauptanspruchs. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Stoßdämpfer für
Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen, der mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines
elektrischen Signals versehen ist, das für die Aus lenkung der Kolbenstange in Bezug
auf das Zylinderrohr des Stoßdämpfers repräsentativ ist.
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Derartige Stoßdämpfer sind aus den veröffentlichten japanischen Gebrauchsmusteranmeldungen
57-88609 und 57-177113 bekannt. In beiden Fällen wird eine Spule eingesetzt, die
in eine Haube aus nicht leitendem und nicht magnetischem Material eingebettet und
derart angeordnet ist, daß ihre Induktivität in Abhängigkeit von der Position der
Kolbenstange variabel ist. Zur Messung der Induktivität wird ein LC-Oszillator eingesetzt.
Ein Nachteil bei diesen Stoßdämpfern besteht jedoch darin, daß sie eine große Anzahl
von Bauteilen aufweisen und daß für die Montage ein hoher Arbeitsaufwand erforderlich
ist, so daß sich erhöhte Herstellungskosten ergeben. Wenn die Stoßdämpfer beispielsweise
zur Niveauabtastung in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, so sind vier derartige
Stoßdämpfer erforderlich, so daß die Gesamtkosten beträchtlich ansteigen. Darüber
hinaus sind diese herkömmlichen Systeme zur Messung der Aus lenkung des Stoßdämpfers
empfindlich gegenüber externem Rauschen, wie es beispielsweise von in der Nähe der
Stoßdämpfer angeordneten elektromagnetischen Ventilen hervorgerufen wird, so daß
die Induktivitätsmessung instabil und ungenau ist.
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Die bei den herkömmlichen Stoßdämpfern verwendete Spule muß eine ausreichende
Länge aufweisen, so daß der gesamte Bereich der zu messenden Aus lenkung abgedeckt
wird. Aus diesem Erfordernis ergeben sich zahlreiche
Beschränkungen
hinsichtlich der Konstruktion der Stoßdämpfer, so daß diese herkömmlichen Meßeinrichtungen
nicht für alle Bauformen von Stoßdämpfern einsetzbar sind.
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Die Erfindung ist auf die Schaffung einer Einrichtung zur Messung
der Auslenkung des Stoßdämpfers gerichtet, die eine geringere Anzahl zusätzlicher
Bauteile aufweist, eine genaue, stabile und durch externes Rauschen unbeeinträchtigte
Auslenkungsmessung gestattet und bei vielfältigen Bauformen von Stoßdämpfern anwendbar
ist.
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Die Erfindung ergibt sich aus dem kennzeichenden Teil des Hauptanspruchs.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß sind die Kolbenstange und das Zylinderrohr des Stoßdämpfers
elektrisch voneinander isoliert, so daß sie einen Kondensator bilden, dessen Kapazität
von der Auslenkung der Kolbenstange abhängig ist. Die Messung der Aus lenkung erfolgt
durch Messung der Kapazität dieses Kondensators. Erfindungsgemäß werden somit für
die Meßeinrichtung weitgehend Bauteile genutzt, die bei einem Stoßdämpfer ohnehin
vorhanden sind, so daß sich eine Verringerung der Zahl der zusätzlich erforderlichen
Bauteile ergibt.
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Bevorzugt umfaßt die Meßschaltung zur Messung der Kapazität einen
RC-Oszillator, der am oberen Ende der Kolbenstange montiert ist.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines herkömmlichen
Stoßdämpfers; Fig. 2 ist ein Schnitt durch ein anderes Beispiel eines herkömmlichen
Stoßdämpfers; Fig. 3 ist ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Stoßdämpfers für eine Vorderradaufhängung eines Kraftfahrzeuges; Fig. 4A und 4B
sind Schnitte durch Isolatoren, die zwischen der Kolbenstange und dem Zylinderrohr
des in Figur 3 gezeigten Stoßdämpfers eingefügt sind; Fig. 5A und 5B sind Schnitte
ähnlich Figuren 4A und 4B und zeigen abgewandelte Ausführungsformen der Isolatoren;
Fig. 6 ist ein vergrößerter Schnitt des Isolators aus Figur 5A oder 5B; Fig. 7 ist
ein Schnitt durch einen zwischen der Kolbenstange und einer öldichtung des Stoßdämpfers
gemäß Figur 3 eingefügten Isolator; Fig. 8 ist eine Schaltskizze einer Meßschaltung
zur Messung der Kapazität eines durch das Zylinderrohr und die Kolbenstange des
Stoßdämpfers gebildeten Kondensators bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3;
Fig.
9 ist eine Kurve zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Temperatur und
der relativen Dielektrizitätskonstante eines Stoßdämpferöls; Fig. 10 ist eine Temperatur-Widerstands-Kurve
eines in dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendeten Thermistors; Fig.
11 ist eine Graphik zur Veranschaulichung der Temperaturabhängigkeit der relativen
Dielektrizitätskonstanten verschiedener isolierender Kunststoffe; Fig. 12 ist eine
Graphik zur Veranschaulichung der Frequenzabhängigkeit der relativen Dielektrizitätskonstanten
des Stoßdämpferöls; Fig. 13A und 1 3B sind perspektivische Ansichten einer Meßschaltungseinheit
des Stoßdämpfers aus Figur 3; Fig. 14 ist eine teilweise aufgeschnittene perspektivische
Ansicht eines oberen Endbereiches des Stoßdämpfers gemäß Figur 3 nach Montage der
Meßschaltungseinheit; Fig. 15 ist eine Schnittdarstellung zu Figur 14; Fig. 16 ist
eine Graphik zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Auslenkung der Kolbenstange
und der Kapazität;
Fig. 17 ist eine Graphik zur Veranschaulichung
der Beziehung zwischen der Aus lenkung der Kolbenstange und der Schwingungsperiode
eines Ausgangssignals; und Fig. 18 ist ein Schnitt durch einen Stoßdämpfer für eine
Hinterradaufhängung eines Kraftfahrzeuges gemäß einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung.
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In Fig. 1 ist ein herkömmlicher Stoßdämpfer gemäß der japanischen
Veröffentlichung 57-88609 dargestellt. Dieser Stoßdämpfer weist zusätzlich zu einem
Mechanismus, der durch einen Hauptkörper 1 und eine in Bezug auf diesen verschiebbare
Kolbenstange 2 gebildet wird, eine an der Kolbenstange 2 befestigte Haube 3 aus
nicht leitendem und nicht magnetischem Material wie etwa Kunststoff auf, in die
eine Spule 4 eingebettet ist. Die Spule 4 ist mit einem LC-Oszillator 5 verbunden,
so daß die Ausgangsfrequenz entsprechend der Tiefe des Eindringens des Hauptkörpers
1 in die Spule 4 variabel ist. Das Ausgangssignal des Oszillators 5 wird durch einen
Frequenz/Spannungs-Wandler 6 in ein Spannungssignal umgewandelt, das durch einen
Verstärker 7 verstärkt wird. An einer Ausgangsklemme 8 liegt somit eine Ausgangsspannung
an, die für die Verschiebung der Kolbenstange in Bezug auf den Hauptkörper 1 repräsentativ
ist.
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Fig. 2 zeigt einen weiteren herkömmlichen Stoßdämpfer, wie er in der
japanischen Veröffentlichung 57-177113 beschrieben wird. Dieser Stoßdämpfer weist
eine aus einem Zylinderrohr 11 und einem Außenrohr 14 gebildete Einheit sowie eine
aus einem Kolben 12 und einer Kolbenstange 13 gebildete Einheit auf, die in dem
Zylinderrohr
11 verschiebbar ist. Ferner ist an der Kolbenstange
13 eine Haube 15 aus nicht leitendem und nicht magnetischem Material befestigt,
und eine Membran 16 ist zwischen der Haube 15 und dem Außenrohr 14 befestigt, so
daß eine Luftkammer gebildet wird. Ein magnetisches Fluid 17 ist in einer Kammer
unterhalb des Kolbens 12 und in einem Zwischenraum zwischen dem Zylinderrohr 11
und dem Außenrohr 14 gespeichert. Eine Spule 18 ist in die Haube 15 eingebettet
und über einen Anschluß 19 mit einem LC-Oszillator verbunden. Wenn sich das Zylinderrohr
11 und das Außenrohr 14 in Bezug auf den Kolben 12 und die Kolbenstange 13 nach
oben bewegen, so bewegt sich die Haube 15 abwärts, und die Oberfläche des magnetischen
Fluids 17 bewegt sich relativ nach oben, so daß die Induktivität der Spule 18 zunimmt.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers.
Bei diesem Stoßdämpfer handelt es sich um eine Bauart, wie sie für die Vorderradaufhängung
in Kraftfahrzeugen verwendet wird (vielfach auch als Federbein bezeichnet).
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Der Stoßdämpfer weist ein Zylinderrohr 21 (Innenrohr des Federbeins)
aus leitfähigem oder leitendem Material auf.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel des Stoßdämpfers handelt
es sich um einen Zweirohr-Stoßdämpfer, d.h., das Zylinderrohr 21 ist von einem koaxialen
Außenrohr 22 umgeben. Ein Kolben 23 und eine Kolbenstange 24 aus leitfähigem Material
sind gleitend verschiebbar in dem Zylinderrohr 21 angeordnet. Der Kolben 23 ist
mit dem unteren Ende der Kolbenstange 24 verbunden. Am unteren Ende des Zylinderrohres
21 ist ein Bodenventil 25 zur Dämpfung von Schwingungen angeordnet. Eine unterhalb
des Kolbens 23 in dem Zylinderrohr 21 gebildete untere Kammer steht über das Bodenventil
25 mit ei-
nem Zwischenraum zwischen dem Zylinderrohr 21 und dem
Außenrohr 22 in Fluidverbindung. Der Kolben 23 weist ein schwingungsdämpfendes Ventil
auf, durch das die untere Kammer mit einer auf der Oberseite des Kolbens 23 in dem
Zylinderrohr 21 gebildeten oberen Kammer in Fluidverbindung steht.
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An den oberen Enden des Zylinderrohrs 21 und des Außenrohrs 22 ist
eine Kolbenstangenführung 26 befestigt. Uber der Kolbenstangenführung 26 sind eine
öldichtung 27 und eine Stopfbuchsen- oder Flanschdichtung 28 vorgesehen.
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Am oberen Ende der Kolbenstange 24 ist eine Dämpfungsanordnung 40
befestigt. Die Dämpfungsanordnung 40 umfaßt ein Dämpfungsgummi 29, eine innere Halterung
30 und eine äußere Halterung 31. Der Stoßdämpfer ist über die äußere Halterung 31
mit einem Fahrgestell 32 des Fahrzeugs verbunden. Ein drehbarer oberer Federsitz
34 ist über ein Kugellager 33 mit der inneren Halterung 30 verbunden. Zwischen dem
oberen Federsitz 34 und einem am oberen Abschnitt des Außenrohres 22 befestigten
unteren Federsitz 35 ist eine Feder 36 der Radaufhängung angeordnet. An dem oberen
Federsitz 34 ist ein die Kolbenstange 24 umgebender Gummipuffer 37 befestigt. Der
Gummipuffer 37 ist von einer Staubmanschette 38 umgeben, die zwischen dem oberen
Federsitz 34 und dem oberen Ende des Außenrohres 22 angeordnet ist.
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Die oberen und unteren Kammern des Stoßdämpfers und ein Teil des Zwischenraums
zwischen dem Zylinderrohr 21 und dem Außenrohr 22 sind mit einem Stoßdämpferöl gefüllt.
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In dem verbleibenden Teil des Zwischenraums zwischen dem Zylinderrohr
21 und dem Außenrohr 22 befindet sich Luft unter hohem Druck.
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Das Zylinderrohr 21 und die Kolbenstange 24 sind elek-
trisch
voneinander isoliert, so daß sie einen Kondensator bilden. Es sind Isolatoren vorgesehen,
die den Kolben 23 von dem Zylinderrohr 21 und die Kolbenstange 24 von der Kolbenstangenführung
26, der öldichtung 27, dem Kugellager 33 und der inneren Halterung 30 der Dämpfungsanordnung
trennen. Wie in Fig. 4A gezeigt ist, ist ein Isolatorring 23a aus elektrisch isolierendem
Material auf eine äußere Umfangsfläche des Kolbens 23 aufgeschoben. Ein Gleitring
23b aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften ist zur Erleichterung der Gleitbewegung
auf die äußere Umfangs fläche des Isolatorrings 23a aufgeschoben. Der Isolatorring
23a ist in eine an der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 23 gebildete ringförmige
Nut eingepaßt, und der Gleitring 23b ist in eine in der äußeren Oberfläche des Isolatorrings
23a gebildete ringförmige Nut eingepaßt, so daß der Isolatorring 23a und der Gleitring
23b in Axialrichtung in Bezug auf den Kolben 23 festgelegt sind. Gemäß Fig. 4B ist
ein Isolatorring 26a aus elektrisch isolierendem Material in eine zylindrische Innenfläche
der Kolbenstangenführung 26 eingepaßt. Ein Gleitring 26b aus einem Material mit
guten Gleiteigenschaften zur Erleichterung der Gleitbewegung ist in den Isolatorring
26a eingepaßt. Der Isolatorring 26a weist einen leicht nach außen vorspringenden
Flansch auf, der in eine in der inneren Umfangsfläche der Kolbenstangenführung 26
gebildete ringförmige Nut eingreift, und der Gleitring 26b weist einen leicht nach
außen vorspringenden Flansch auf, der in eine in der Innenfläche des Isolatorrings
26a gebildete ringförmige Nut eingreift, so daß der Isolatorring 26a und der Gleitring
26b in Axialrichtung in Bezug auf die Kolbenstangenführung 26 festgelegt sind.
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In jeder der in Fig. 4A und 4B gezeigten Isolatoranordnungen ist der
Isolatorring 23a bzw. 26a an der inneren, der Gleitfläche gegenüberliegenden Oberfläche
an dem Gleitring 23b bzw. 26b befestigt, so daß der Isolatorring
keiner
Gleitreibung ausgesetzt ist. Diese Isolatoranordnungen weisen daher aufgrund des
Materials des Gleitringes eine ausreichende Lebensdauer und andererseits aufgrund
des Materials des Isolatorrings zufriedenstellende elektrisch isolierende Eigenschaften
auf. Wahlweise kann die Isolatoranordnung jedoch durch einen einzigen elektrisch
isolierenden Ring gebildet sein. Beispielsweise zeigt Fig. 5A einen einzelnen Isolatorring
23c, der anstelle der Isolatoreinheit gemäß Fig. 4A an der äußeren Umfangs fläche
des Kolbens 23 befestigt ist. Fig. 5B zeigt einen einzelnen Isolatorring 26c, der
anstelle der in Fig. 4B gezeigten Isolatoreinheit an der inneren Oberfläche der
Kolbenstangenführung 26 befestigt ist. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, weist jeder der
Isolatorringe 23c und 26c eine isolierende Oberflächenschicht 61 mit einer Dicke
von 0,3 bis 0,5 mm auf, die aus einem isolierenden Kunststoff wie etwa Acetal-Harz
hergestellt ist und eine Schmieröldispersion enthält. Die isolierende Oberflächenschicht
61 ist über eine Zwischenschicht 62 aus gesinterter Bronze fest mit einer Trägerschicht
63 aus Stahl verbunden. Der Isolatorring 23c ist auf den Kolben 23 aufgeschoben,
und die metallische Trägerschicht 63 dieses Isolatorrings steht mit dem Kolben 23
in BerUhrung. Der Isolatorring 26c ist in die Kolbenstangenführung 26 eingepaßt,
und die metallische Trägerschicht 63 des Isolatorrings 26c steht mit der Kolbenstangenführung
26 in Berührung. Die Zwischenschicht 62 unterstützt die Ableitung der in der Gleitfläche
der Oberflächenschicht 61 erzeugten Wärme zu der Trägerschicht 63 und verhindert
so einen übermäßigen Temperaturanstieg der Gleitfläche.
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Fig. 7 zeigt einen Isolator zwischen der Kolbenstange 24 und der öldichtung
27. Die öldichtung 27 ist elektrisch leitfähig, obgleich sie aus Gummi besteht,
da dem Gummi ein großer Anteil an Ruß zur Verbesserung der Schmierungseigenschaften
beigegeben ist. Aus diesem Grund ist zwischen der öldichtung 27 und einem Halter
27a für die
öldichtung 27 ein Isolatorring 27b aus isolierendem
Kunststoff eingefügt. Der Halter 27a ist an seinem äußeren Umfang mit einem Schraubengewinde
versehen und fest in einen Innengewindeabschnitt des Außenrohres 22 eingeschraubt.
Die Kolbenstangenführung 26 ist zwischen dem Halter 27a und dem Zylinderrohr 21
eingespannt. Die Flanschdichtung 28 ist an mehreren Stellen an der Oberseite des
Halters 27a befestigt. Die Flanschdichtung 28 weist eine Öffnung auf, die von der
Kolbenstange 24 durchlaufen wird. Eine isolierende Manschette 28a aus Polypropylen
ist stramm in die Öffnung der Flanschdichtung 28 eingepaßt, so daß die Kolbenstange
24 elektrisch von dem Außenrohr 22 isoliert ist, das seinerseits elektrisch mit
dem Zylinderrohr 21 verbunden ist.
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Gemäß Fig. 3 ist zwischen dem Kugellager 33 und der Kolbenstange 24
eine isolierende Hülse 33a aus Kunststoff eingefügt. Die Kolbenstange 24 und die
innere Halterung 30 der Dämpfungsanordnung 40 sind elektrisch voneinander isoliert
mit Hilfe einer isolierenden Hülse 40a und zweier isolierender Scheiben 40b und
40c, die aus Kunststoff hergestellt und zwischen der Kolbenstange 24 und der inneren
Halterung 30 eingefügt sind.
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Somit sind das Zylinderrohr 21 und die Kolbenstange 24 vollständig
elektrisch voneinander isoliert, so daß sie einen Kondensator bilden. Die Kapazität
des durch das Zylinderrohr 21 und die Kolbenstange 24 gebildeten Kondensators hängt
von der Größe der Fläche ab, auf der die Elektroden des Kondensators einander gegenüberliegen.
Die Kapazität ist daher entsprechend der Position der Kolbenstange 24 in Bezug auf
das Zylinderrohr 21 veränderlich. Im eingefederten Zustand des Stoßdämpfers, wenn
die Kolbenstange 24 tief in das Zylinderrohr 21 eingeschoben ist, ist die Kapazität
größer als im ausgefederten Zustand. Es ist daher möglich, die axiale Stellung der
Kolbenstange 24 in Bezug auf das Zylinderrohr
21 zu ermitteln,
in dem die Kapazität des Kondensators gemessen wird.
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Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zur Messung der Kapazität
eine Kapazitäts-Meßschaltung mit einem Widerstands-Kapazitäts-Oszillator (abgekürzt:
RC-Oszillator) eingesetzt. Ein Beispiel einer Schaltungsanordnung der Kapazitäts-Meßschaltung
ist in Fig. 8 dargestellt. Der durch das Zylinderrohr 21 und die Kolbenstange 24
gebildete, in Fig. 8 mit Cs bezeichnete Kondensator ist über einen Kondensator CX
mit einer integrierten Schaltung IC1 (beispielsweise NE555) zur Bildung eines Zeitgliedes
verbunden. Zusätzlich zu der integrierten Schaltung IC1 umfaßt der in Fig. 8 gezeigte
RC-Oszillator OSC einen Rückkopplungswiderstand R5, einen Eingangswiderstand R6
und einen Thermistor VR, die sämtlich mit der integrierten Schaltung IC1 verbunden
sind. Der Kondensator C3 verhindert Störungen durch Fehlfunktion des RC-Oszillators,
wenn der Isolationswiderstand zwischen dem Zylinderrohr 21 und der Kolbenstange
24 durch elektrisch leitende Fremdstoffe zwischen diesen Bauteilen oder aus anderen
Gründen so weit verringert ist, daß der Kondensator Cs ausfällt.
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Die Kapazität des Kondensators C3 ist größer oder gleich dem Hundertfachen
der Kapazität des Kondensators Cs. Der Thermistor VR dient dazu, die Temperaturdrift
infolge der Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten des Stoßdämpferöls
39 zu kompensieren. Der Thermistor VR steht durch eine in der Kolbenstange 24 gebildete
Öffnung ständig mit dem Stoßdämpferöl 39 in Berührung.
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Drähte zur Verbindung des Thermistors VR mit der integrierten Schaltung
IC1 verlaufen durch eine axiale Öffnung in der Kolbenstange 24.
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Fig. 9 zeigt die Temperaturabhängigkeit der relativen Dielektrizitätskonstante
des Stoßdämpferöls 39. Die
relative Dielektrizitätskonstante des
Öls nimmt mit einer annähernd konstanten Änderungsrate mit steigender Temperatur
ab. Der Temperaturkoeffizient der relativen Dielektrizitätskonstanten beträgt -1,24
x 10 /°C. Die Abnahme der Dielektrizitätskonstanten mit der Temperatur wird durch
einen Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten kompensiert.
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Fig. 10 zeigt die Temperaturabhängigkeit des Widerstands eines Platinfilm-Thermistors.
In Fig. 10 sind die Widerstandswerte auf den Widerstandswert bei einer Temperatur
von -400C bezogen. Der Widerstand des Thermistors nimmt mit ansteigender Temperatur
linear zu. Auf diese Weise ist es möglich, die Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten
des Stoßdämpferöls 39 zu kompensieren, so daß die Kapazität des Kondensators Cs
genau gemessen werden kann, indem ein Thermistor des oben beschriebenen Typs als
Thermistor VR in dem Oszillator OSC verwendet wird.
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Die Schwingungsperiode T des Ausgangssignals des CR-Oszillators OSC
ist gegeben durch:
wobei K eine Konstante ist.
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Wie oben erwähnt wurde, gilt C3 7> C5. Aus diesem Grund gilt für
die Periode T: T = U/K[R5 + 2(R6 + VR)] . Cs D.h., die Periode T des RC-Oszillators
OSC ist proportional zu der Kapazität des durch das Zylinderrohr 21 und die Kolbenstange
24 gebildeten Kondensators cis.
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Wie in Fig. 8 gezeigt ist, wird das Ausgangssignal des RC-Oszillators
OSC einer zweiten integrierten Schaltung IC2 zugeführt, die die Funktion eines Frequenzteilers
hat. Die integrierte Schaltung 1C2 teilt die Eingangsfrequenz entsprechend einem
bestimmten Bruchteil (beispielsweise 1/32), der durch einen Widerstand R2 und einen
Kondensator C2 bestimmt wird, und liefert eine zu der Periode T proportionale Ausgangsspannung
über einen Widerstand R3 an die Basis eines Transistors TR.
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An einem Verbindungspunkt zwischen dem Kollektor des Transistors TR
und einem Widerstand R4 liegt die Ausgangsspannung Vout an. Ein Widerstand R1, ein
Kondensator C1, eine Diode D1 und eine Zenerdiode Z1 bilden eine stabilisierte Spannungsquelle.
Eine parallel zu dem Transistor TR geschaltete Zenerdiode Z2 dient zum Schutz der
integrierten Schaltung IC2 gegen Überspannungen bei von der Ausgangsseite übertragenem
Rauschen.
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Zur Verbesserung der Genauigkeit der Kapazitätsmessung sollten isolierende
Materialien mit einer geringen Temperatur- und Frequenzabhängigkeit der relativen
Dielektrizitätskonstanten für die Isolatoren zwischen dem Zylinderrohr und der Kolbenstange
verwendet werden.
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Fig. 11 zeigt die Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten
für verschiedene Isolationsmaterialien.
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Die relativen Dielektrizitätskonstanten von Acetal-Harz (Polyacetal)
und Polypropylen-Harz sind unabhängig von der Temperatur nahezu konstant. Diese
Harze sind preisgünstig und chemisch stabil. Die Wärmebeständigkeit dieser Materialien
kann durch Zusatz von Glasfasern derart verbessert werden, daß die Materialien bis
zu 120 bis 1500C verwendbar sind. Die relative Dielektrizitätskonstante von Phenolharzen
weist ebenfalls eine geringe Temperaturabhängigkeit auf. Bei diesen Harzen weist
die relative Dielektrizitätskonstante im übrigen auch nur eine geringe Frequenzabhängigkeit
auf. Folglich sind Acetal-Harze, Polypropylen- und Phenol-Harze als Isolationsmaterialien
für einen erfindungsgemäßen Stoßdämpfer geeignet.
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Fig. 12 zeigt die Frequenzabhängigkeit der relativen Dielektrizitätskonstanten
des Stoßdämpferöls. Zur Messung der Kapazität des Kondensators Cs mit Hilfe des
RC-Oszillators wird bevorzugt ein Frequenzbereich gewählt, in dem nur eine geringe
Frequenzabhängigkeit besteht. Wie aus Fig. 12 hervorgeht, ist die relative Dielektrizitätskonstante
des Stoßdämpferöls in dem Fre-
quenzbereich von 10 Kilohertz bis
1 Megahertz nahezu unabhängig von der Frequenz. Es ist daher wünschenswert, die
Ausgangsfrequenz des RC-Oszillators OSC auf einen Wert innerhalb dieses Frequenzbereiches
einzustellen.
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Der Oszillator wird jedoch in einem hohen Frequenzbereich oberhalb
100 Kilohertz instabil. Aus diesem Grund ist im Rahmen der Erfindung ein Frequenzbereich
von 50 bis 60 Kilohertz vorzuziehen.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die den RC-Oszillator
OSC enthaltende Meßschaltung so nahe wie möglich an den mechanischen Teilen des
Stoßdämpfers angeordnet, damit Streukapazitäten durch Drähte und durch andere Bauteile
als das Zylinderrohr 21 und die Kolbenstange 24 minimiert werden. Wie in Fig. 13A
gezeigt ist, sind die Bausteine der Meßschaltung auf einer kreisscheibenförmigen
gedruckten Schaltungsplatine 70 montiert. Sodann wird gemäß Fig. 13B durch Ausgießen
mit Polyurethan-Harz oder Epoxyharz eine ringförmige Meßschaltungseinheit 71 hergestellt.
Gleichzeitig werden Anschlußklemmen 72 und 73 für den Thermistor VR und Anschlußklemmen
74 bis 76 für eine externe Schaltung gebildet. Das Zylinderrohr 21, das eine Elektrode
des Kondensators Cs bildet, wird geerdet, und die Kolbenstange 24, die die andere
Elektrode des Kondensators bildet, wird über eine an der inneren Umfangs fläche
einer kreisförmigen Mittelöffnung der Meßschaltungseinheit 71 angeordnete ringförmige
Anschlußplatte 77 mit der Meßschaltung verbunden.
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Fig. 14 und 15 zeigen einen oberen Anschlußbereich des Stoßdämpfers
mit montierter Meßschaltungseinheit 71.
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In Fig. 15 ist der Stoßdämpfer mit der Fahrzeugkarosserie verbunden,
und Leitungsdrähte zum Anschluß der Meßschaltung sind fortgelassen. Ein mit einem
Gewinde versehener oberer Endabschnitt der Kolbenstange 24 erstreckt sich durch
eine Öffnung der inneren Halterung 30 der Dämpfungsanordnung 40 und ist durch eine
Mutter 78 mit der Dämpfungsanordnung 40 verbunden. Die Meßschaltungseinheit 71 ist
in einen ringförmigen Hohlraum zwischen der Mutter 78 und der inneren Halterung
30 eingefügt und mit Hilfe eines auf das obere Ende der Kolbenstange 24 aufgeschraubten
Druckgliedes 79 befestigt. Die Mutter 78 steht mit der Anschlußplatte 77 in Berührung,
so daß die Kolbenstange 24 elektrisch mit der Meßschaltung verbunden ist. Leitungsdrähte
80 und 81 zur Verbindung des Thermistors VR mit der Meßschaltungseinheit 71 verlaufen
durch eine axiale Bohrung der Kolbenstange 24 und sind an die Anschlußklemmen 72
und 73 angeschlossen, wie in Fig. 14 gezeigt ist. Die Meßschaltungseinheit 71 ist
somit unmittelbar an dem Stoßdämpfer montiert, mit Hilfe der inneren Halterung 30
der Dämpfungsanordnung 40 zur Verbindung des Stoßdämpfers mit dem Fahrgestell des
Fahrzeugs. Durch diese Anordnung der Meßschaltungseinheit 71 werden die Streukapazitäten
nicht nur verringert, sondern es werden auch Anderungen der Streukapazität vermieden,
da sich die Meßschaltungseinheit 71 stets gemeinsam mit der Kolbenstange bewegt.
Auf diese Weise kann die Position der Kolbenstange 24 mit erhöhter Genauigkeit abgetastet
werden. Bei dieser Anordnung sind im übrigen keine zusätzlichen Bauteile zur Montage
der Meßschaltungseinheit 71 erforderlich. Die Anschlußplatte 77 zur Verbindung der
Kolbenstange 24 mit der Meßschaltungseinheit 71 trägt zur Verringerung der Streukapazität
und zugleich zur Verringerung des Ar-
beitsaufwands bei der Montage
bei.
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Die Beziehung zwischen der Relativposition (dem Hub) der Kolbenstange
24 in Bezug auf das Zylinderrohr 21 und dfer Kapazität des durch diese Bauteile
gebildeten Kondensators Cs bei dem oben beschriebenen Stoßdämpfer ist in Fig. 16
veranschaulicht. Die Kapazität des Kondensators Cs ändert sich linear in einem Bereich
von etwa 160 bis 240 pF, wenn die Kolbenstange 24 in Bezug auf das Zylinderrohr
21 innerhalb eines Hubbereiches von -80 mm bis +80mm aus einer Normalstellung ausgelenkt
wird.
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Fig. 17 zeigt die Beziehung zwischen der Position der Kolbenstange
24 in Bezug auf das Zylinderrohr 21 und der Periode T des Ausgangssignals des RC-Oszillators
OSC bei dem oben beschriebenen Stoßdämpfer. In Fig. 17 ist die Periode T nach der
Frequenzteilung mit dem Faktor 32 in der integrierten Schaltung IC2 angegeben. Wie
aus Fig. 17 hervorgeht, ändert sich die Periode T linear in einem Bereich von 0,7
bis 1,0 msec, wenn die Kolbenstange in Bezug auf das Zylinderrohr im Bereich von
+ 80 mm aus der Normalstellung ausgelenkt wird.
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Fig. 18 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser
Ausführungsform handelt es sich um einen Stoßdämpfer für die Hinterradaufhängung
eines Kraftfahrzeugs. Der in Fig. 18 gezeigte Stoßdämpfer weist im Unterschied zu
dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel keinen oberen Federsitz und kein Kugellager
auf, und die Feder 36 ist unmittelbar an der äußeren Halterung 31 der Dämpfungsanordnung
40 abgestützt. Zwischen dem Dämpfungsgummi 37 und der inneren Halterung 30 der Dämpfungsanordnung
40 sowie auf der Oberseite der inneren Halterung 30 sind Gummibuchsen 90 bzw. 91
angeordnet. Da
die Gummibuchsen 90,91 elektrisch leitfähig sind,
ist eine isolierende Hülse 92 aus Kunststoff zwischen der Kolbenstange 24 und den
Gummibuchsen 90 und 91 eingefügt, und auf der Oberseite der Gummibuchse 91 und der
Unterseite der Gummibuchse 90 ist je eine isolierende Scheibe 93 aus Kunststoff
angeordnet, Der Gummipuffer 37 des in Fig. 18 gezeigten Stoßdämpfers besteht aus
elektrisch isolierendem Polyurethangummi. Eine leitfähige, starre Hülse ist in die
Meßschaltungseinheit 71 eingebettet und zwischen der Mutter 78 und dem DrucktJlìed
79 einyespannt. Der Montagevorgang unterscheidet sich somit nicht von dem eines
herkönmlichen Stoßdämpfers.
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Im Rahmen der Erfindung sind vielfältige Abwandlungen möglich. Beispielsweise
kann die Kapazität des Kondensators Cs mit Hilfe einer Meßschaltung gemessen werden,
die anstelle des RC-Oszillators einen LC-Oszillator enthält. Die Erfindung ist ferner
auch auf Bauformen von Stoßdämpfern anwendbar, die kein Außenrohr, sondern nur ein
einziges Zylinderrohr aufweisen. Die Meßschaltung braucht nicht notwendigerweise
als eine Einheit ausgebildet zu sein. Wahlweise kann die Meßschaltung auch getrennt
von den mechanischen Teilen des Stoßdämpfers angeordnet sein. Die Erfindung ist
nicht nur für Stoßdämpfer für Kraftfahrzeuge, sondern allgemein für Stoßdämpfer
für beliebige Anwendungszwecke verwendbar.
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Die Erfindung ermöglicht eine Verringerung der Anzahl der Bauteile
des Stoßdämpfers und eine Verringerung des Arbeitsaufwands für die Montage, so daß
die Herstellungskosten beträchtlich gesenkt werden. Darüber hinaus wird die Genauigkeit
der Messung der Aus lenkung des Stoßdämpfers erhöht, da die Messung durch eine Kapazitätsmessung
und nicht durch eine Induktivitätsmessung er-
folgt, die empfindlicher
gegenüber externem Rauschen ist.
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Da erfindungsgemäß keine Spule in den Stoßdämpfer eingebettet zu sein
braucht, ist die Erfindung für beliebige Bauformen von Teleskop-Stoßdämpfern anwendbar.
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