DE3536201A1 - Einrichtung zum erfassen der relativen position von zwei relativ zueinander bewegbaren teilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen der relativen Position von zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen, insbesondere eines zwei Bauelemente gegeneinander abfedernden Federbeines, gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Einrichtungen werden beispielsweise zur Er­ kennung der Höhenlage eines Fahrzeugchassis gegenüber der Fahrzeugachse eingesetzt. Bei einer länger an­ dauernden Veränderung des Abstandes zwischen Fahrzeug­ chassis und Fahrzeugachse werden die von der die Posi­ tion erfassenden Einrichtung erkannten Veränderungen in Form von geeigneten Signalen einer Auswerte- und Steu­ erschaltung mitgeteilt. Mittels der von der Auswerte- und Steuerschaltung erzeugten Ausgangssignale wird eine pneumatisch oder hydraulisch arbeitende Niveauregelein­ richtung angesteuert, welche den Abstand zwischen Fahr­ zeugachse und Fahrzeugchassis ändert.

Aus der EP 00 39 181 ist eine Einrichtung zum Erkennen der Höhenlage eines Fahrzeugchassis gegenüber der Fahr­ zeugachse bekannt, die aus einer an der Kappe eines Stoßdämpfers angeordneten Spule und einem koaxial zur Spule angeordneten, am Gehäuse des Stoßdämpfers befestig­ ten Kern besteht. Werden die mit der Kolbenstange des Stoßdämpfers verbundene Kappe und das Stoßdämpfergehäuse aufeinander zubewegt, so taucht der Kern mehr oder weni­ ger tief in die Spule ein, wodurch eine Änderung der Induktivität der Spule erfolgt. Von einer Auswerte- und Steuerschaltung wird die Änderung der Induktivität er­ kannt und ein Signal auf eine Ventileinrichtung gegeben, mittels welcher der Druck in einer Druckkammer verändert wird.

Wird die auf das Federbein in axialer Richtung einwir­ kende Belastung verringert, so fährt die Kolbenstange aus dem Stoßdämpfergehäuse aus. Der Abstand zwischen dem Boden der topfförmig ausgebildeten Kappe und dem Deckel des Stoßdämpfergehäuses vergrößert sich und der Kern wird um den Betrag der Abstandsänderung zwischen Boden der Kappe und Stirnfläche des Kerns aus der Spule herausge­ zogen.

Wird eine derartige Einrichtung in einem Federbein ein­ gesetzt, welches zur Veränderung der Höhenlage des Fahr­ zeugchassis gegenüber der Fahrzeugachse eine zusätzliche Druckkammer aufweist, die von einer Kappe und einem einer­ seits an der Kappe und andererseits am Stoßdämpfergehäuse befestigten Balg begrenzt wird, tritt das Problem auf, daß in der Hochlage des Federbeines der auf dem Stoß­ dämpfergehäuse angeordnete Kern nicht mehr in die in der Kappe angeordnete Spule eintaucht, so daß eine Sensierung der Höhenlage zwischen Fahrzeugachse und Fahrzeugchassis nicht mehr möglich ist. Bildet man die Spule länger aus, um diesen Nachteil zu beseitigen, so kann es passieren, daß in der Tieflage des Federbeines die Spule am Balg an­ stößt, was zu Beschädigungen an der Spule oder auch am Balg führen kann. Eine Möglichkeit, diese Nachteile zu vermeiden, wäre,den Kern relativ hoch auszubilden, so daß eine zuverlässige Sensierung sowohl in der Hochlage als auch in der Tieflage des Federbeines möglich wäre, ohne den Balg oder die Spule zu beschädigen.

Ein auf dem Stoßdämpfergehäuse angeordneter relativ hoch ausgebildeter Kern erfordert jedoch eine Verlänge­ rung des Federbeines, wenn nicht eine Verkürzung des nutz­ baren Federweges in Kauf genommen werden soll.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine zuverlässige Signalgewinnung sowohl in der Hochlage als auch in der Tieflage ermöglicht, ohne das Federbein zu verlängern oder den nutzbaren Federweg ein­ zuschränken.

Die Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Aus­ gestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird insbesondere der Vorteil einer zuverlässigen Signalgewinnung unter Bei­ behaltung vorgegebener baulicher Abmessungen und unter Bei­ behaltung des nutzbaren Federweges des Federbeines erzielt.

Anhand der Zeichnung werden nachstehend zwei Ausführungs­ beispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Federbein mit einer in der Kappe angeordneten Spule und einem am Stoßdämpfergehäuse angeordneten, zum Teil aus einer Feder bestehenden Kern, bei aus­ gefahrener Kolbenstange des Stoßdämpfers,

Fig. 2 ein Federbein gemäß Fig. 1, jedoch bei eingefahrener Kolbenstange und

Fig. 3 ein Federbein mit einer als elastischer Teil eines Kerns dienenden Feder, wobei die eine Hälfte der Zeichnung das Federbein bei ausgefahrener Kolben­ stange und die andere Hälfte der Zeichnung das Federbein bei eingefahrener Kolbenstange zeigt.

Fig. 1 zeigt ein höhenverstellbares Federbein für ein Kraftfahrzeug mit einer Einrichtung zum Erfassen des Ab­ standes zwischen dem Fahrzeugchassis und der Achse des Fahrzeuges. Am Federbein sind positionserfassende Elemente vorgesehen, die aus einer Spule und einem Kern bestehen. Das Federbein setzt sich im wesentlichen aus einem Stoß­ dämpfer 14, einer topfförmig ausgebildeten Kappe 3 sowie einem Balg 12 zusammen. Auf das kolbenstangenseitige Ende des Stoßdämpfers 14 ist ein topfförmig ausgebildeter Teil 13, 17 eines Kerns aus einem ferromagnetischen Werkstoff aufgedrückt. Der Balg 12 ist mit seinem inneren Randbereich an dem der Kappe 3 zugewandte Ende des Teils 13, 17 des Kerns und mit seinem äußeren Randbereich mittels einer Spannschelle 11 an der Mantelfläche der Kappe 3 befestigt. Eine auf diese Weise von der Kappe 3, dem Balg 12 und einem Teil des Stoßdämpfers 14 sowie dem Teil 13, 17 des Kerns gebildete Druckkammer 19 ist über einen Druckmittel­ anschluß 18 und eine nicht dargestellte Ventileinrichtung wahlweise mit einer Druckmittelquelle oder mit der Atmosphäre bzw. mit einem Rücklauf verbindbar. Der in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel als hydraulisch wirkender Dämpfer ausge­ bildete Stoßdämpfer 14 weist eine mit einem Kolben verbun­ dene Kolbenstange 1 auf, die durch eine Ausnehmung 16 des Teils 17 des Kerns, die Druckkammer 19 und eine im Boden der topfförmig ausgebildeten Kappe 3 vorgesehene Öffnung 20 hindurchgeführt ist. Der Boden der Kappe 3 ist mit der Kol­ benstange 1 in der Weise verbunden, daß bei einem Ein­ tauchen der Kolbenstange 1 in das Gehäuse des Stoßdämpfers 14 die Kappe 3 von der Kolbenstange 1 mitgenommen wird. Das der Kappe 3 abgewandte Ende des Gehäuses des Stoß­ dämpfers 14 weist ein Lagerauge 15 zur Befestigung des Stoßdämpfers 14 an der Achse des Fahrzeugs auf. Die Kol­ benstange 1 ist mit ihrem dem Kolben abgewandten Ende mit dem Chassis des Fahrzeugs verbunden. Die Druckkammer 19 dient zum Abstützen der aus der Achse und dem Chassis be­ stehenden Bauelemente gegeneinander.

Auf dem topfförmig ausgebildeten Teil 17, 13 des Kerns ist ein als Spiralfeder ausgebildetes elastisches Teil 10 an­ geordnet, das auf der dem Boden der Kappe 3 zugewandten Seite 17 des Kerns 10, 17, 13 aufliegt und sich auf den Boden der Kappe 3 zu erstreckt. Die als Sensierungskante dienende oberste Windung der Spiralfeder 10 verläuft parallel zum Boden der Kappe 3. Das starre Teil 13, 17 und das als Spiralfeder ausgebildete elastische Teil 10 bilden den Kern.

Koaxial zum Kern 10, 17, 13 ist in der Kappe 3 eine Spule 9 angeordnet, die mit der Kappe 3 verbunden ist. Die Spule 9 ist über Leitungen 4 und 7 an eine Auswerte- und Steuerschaltung 5 angeschlossen. Von der Auswerte- und Steuerschaltung 5 führen Leitungen 6 zu der nicht dargestellten Ventileinrichtung, mittels welcher die Druckkammer 19 über den Druckmittelanschluß 18 mit einer Druckmittelquelle oder mit der Atmosphäre bzw. mit einem Rücklauf verbindbar ist.

Im Bereich der Öffnung 20 der Kappe 3 für die Kolben­ stange 1 ist sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite der Kappe 3 je ein z.B. aus Gummi bestehen­ des Dämpfungsglied 8 bzw. 2 angeordnet. Das auf der Innen­ seite der Kappe 3 liegende Dämpfungsglied 8 verhindert ein hartes Anschlagen der Kappe 3 an dem Gehäuse des Stoß­ dämpfers 14 bei starkem Einfedern des Federungsgliedes.

In Fig. 2 ist das bereits beschriebene Federbein im ein­ gefederten Zustand dargestellt. Der besseren Übersicht halber sind die den in Fig. 1 gezeigten Bauteilen glei­ chen Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Eine Beschreibung des in Fig. 2 dargestellten Federbeines erübrigt sich, da dieses Federbein den gleichen Aufbau auf­ weist wie das in Fig. 1 dargestellte Federbein.

Die Funktion der Einrichtung zum Erkennen der Höhenlage eines Fahrzeugschassis gegenüber der Fahrzeugachse wird unter Zuhilfenahme der Fig. 1 und 2 nachstehend näher erläutert.

Es wird angenommen, daß bei nicht beladenem Fahrzeug die Kappe 3 sich gegenüber dem Stoßdämpfergehäuse 14 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung befindet. Wird das Fahrzeug beladen, so daß die mit der Kolbenstange 1 verbundene Kappe 3 sich auf das Gehäuse des Stoßdämpfers 14 zubewegt, so taucht der Kern 10, 17, 13 tiefer in die Spule 9 ein. Der aus magnetisch leitendem Werkstoff bestehende Kern 10, 17, 13 verändert die Induktivität der Spule 9. Die Änderung der Induktivität der Spule 9 wird in der Auswerte- und Steuerschaltung 5 ständig mit einem vorgegebenen Wert ver­ glichen. Wird dieser Wert über- oder unterschritten, so wird von der Auswerte- und Steuerschaltung 5 über die Lei­ tung 6 ein Schaltsignal auf die Ventileinrichtung gegeben. Die Ventileinrichtung wird so umgeschaltet, daß die Druck­ kammer 19 mit der Druckmittelquelle verbunden und Druck­ mittel in die Druckkammer 19 eingesteuert wird. Der sich in der Druckkammer 19 aufbauende Druck verschiebt den Kolben im Stoßdämpfer 14 und somit auch die Kappe 3 und die mit diesem verbundene Kolbenstange 1 nach oben in Richtung vom Gehäuse des Stoßdämpfers 14 weg. Haben das Fahrzeug­ chassis und die Fahrzeugachse wieder den ursprünglichen Abstand eingenommen und hat der Kern 10, 17, 13 seine anfängliche Eintauchtiefe in der Spule 9 wieder erreicht, so entspricht die Induktivität der Spule 9 wieder dem vorgegebenen Wert. Von der Auswerte- und Steuerschaltung 5 wird ein Schaltsignal auf die Ventileinrichtung gegeben und diese so umgeschaltet, daß die Druckmittelquelle gegen die Druckkammer 19 abgesperrt wird.

Federt das Fahrzeug beim schnellen Durchfahren von z.B. Querrinnen so stark ein, daß das an der Innenseite der Kappe 3 angeordnete Dämpfungsglied 8 an dem starr aus­ gebildeten Teil 17, 13 des Kerns 10, 17, 13 zur Anlage kommt, wird der als Spiralfeder ausgebildete Teil 10 des Kerns 10, 17, 13 in Richtung seiner Längsachse der­ art verformt, daß er sich mit seinen Windungen um das Dämpfungsglied 8 herumlegt, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Durch die elastische Verformung des Teils 10 des Kerns 10, 17, 13 wird der nutzbare Federweg des Feder­ beines nur unwesentlich beschränkt.

Bei dem im vorstehenden beschriebenen Vorgang des sehr starken Einfederns eines Fahrzeugs gelangt die Sensierungs­ kante des Kerns 10, 17, 13 (oberste Windung des als Spiral­ feder ausgebildeten Teils 10 des Kerns 10, 17, 13) für eine kurze Zeit aus dem Bereich der Spule 9. Dieser Umstand wirkt sich jedoch nicht nachteilig auf die Funktion der Einrichtung zum Erkennen der Höhenlage aus, da nur kurze Zeit andauernde Veränderungen des Abstandes zwischen Fahrzeugchassis und Fahrzeugachse nicht zu einer Druck­ erhöhung oder einer Druckabsenkung in der Druckkammer 19 des Federbeines führen sollen.

Fig. 3 zeigt ein Federbein mit einem aus einem starren Teil und einem aus einem elastisch verformbaren Teil be­ stehenden Kern, wobei der elastische Teil eine sich ko­ nisch nach außen hin erweiternde Form aufweist. Die linke Hälfte der Zeichnung zeigt das Federbein in der Hochlage (Hochniveau) und die rechte Hälfte der Zeichnung zeigt das Federbein bei maximaler Einfederung. Da der Aufbau dieses Federbeines im wesentlichen gleich dem Aufbau des in Fig. 1 gezeigten Federbeines ist, wird hier nur auf den sich gegeüber dem elastischen Teil des Kerns gemäß Fig. 1 unterscheidenden elastischen Teil des Kerns gemäß Fig. 3 eingegangen. Der elastische Teil des Kerns besteht aus einem ersten ringförmigen Teil 21,an dem sich strahlen­ förmig nach außen erstreckende Federzungen 22 vorgesehen sind. Die freien Enden der Federzungen 22 sind an einem zweiten ringförmigen Teil 23 befestigt, der einen größeren Durchmesser aufweist als der erste ringförmige Teil 21. Der erste ringförmige Teil 21, der zweite ringförmige Teil 22 und die Länge der Federzungen 22 sind so bemessen, daß nach dem Zusammenfügen dieser Teile ein elastischer Körper gebildet wird, der eine konische Form aufweist. Der erste ringförmige Teil 21 weist auf seiner Innenseite einen nach außen abgewinkelten Teil 24 auf. Der zweite ringförmige Teil 23 ist als Wurmfeder ausgebildet, so daß bei Belastung des elastischen konisch ausgebildeten Körpers in Richtung seiner Längsachse die Federzungen 22 in Richtung der Ebene des ersten ringförmigen teiles 21 verformt werden, wobei sich der Durchmesser des von der Wurmfeder gebildeten zweiten ringförmigen Teiles 23 ver­ größert (siehe rechte Hälfte Fig. 3). Wird der elasti­ sche Teil des Kerns wieder entlastet, so nimmt er seine ursprüngliche konische Form wieder an. Der elastische Teil des Kerns ist mit seinem abgewinkelten Teil 24 in eine entsprechende Ausnehmung 25 des ringförmig ausge­ bildeten starren Teils 17, 13 des Kerns eingeschnappt. Es ist denkbar, z.B. den ersten ringförmigen Teil 21 und die Federzungen 22 aus Kunststoff herzustellen und am zweiten ringförmigen Teil 23 einen umlaufenden Streifen aus einem ferromagnetischen Werkstoff vorzusehen. In den Ausführungsbeispielen setzt sich der Kern aus einem starren Teil 17, 13 aus einem ferromagnetischen Werkstoff und einem elastischen Teil 10, der wenigstens teilweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff besteht, zusammen. Es ist aber auch denkbar, den elastischen Teil 10 für sich alleine als Kern zu benutzen. Die als elasti­ scher Teil 10 des Kerns 17, 13, 10 dienende Spiralfeder ist vorzugsweise kegelförmig ausgebildet.

Die beschriebene und beanspruchte Einrichtung kann selbst­ verständlich auch in einem Federbein eingesetzt werden, welches zur federnden Lagerung von z.B. Maschinen dient. In einem solchen Fall ist das eine der gegeneinander ab­ zufedernden Bauelemente die Maschine und das andere Bau­ element ein Sockel.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf eine aus Spule und Kern bestehende Sensoreinrichtung beschränkt. Bei allen Sensoreinrichtungen, die sich aus einem Sensor und einem mit dem Sensor in der Weise zusammenwirkenden Teil, daß bei einer Lageveränderung dieses Teiles zum Sen­ sor der Sensor anspricht, zusammensetzen, ist die Erfin­ dung anwendbar. Z.B. kann die Sensoreinrichtung aus einem in der Kappe angeordneten Fotoelement und einer Licht­ quelle bestehen, die so zueinander angeordnet sind, daß der Lichtstrahl bei einer Bewegung von Kappe und Stoß­ dämpfergehäuse aufeinander zu von dem als Sensierungskante dienenden Randbereich des elastischen Körpers des mit dem Sensor zusammenwirkenden Teiles unterbrochen wird.

Claims (13)

1. Einrichtung zum Erfassen der relativen Position von zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen, insbesondere eines zwei Bauelemente gegeneinander abfedernden Federbeines, mit folgenden Merkmalen:

• a) es ist ein Stoßdämpfer (14) vorgesehen, der ein Ge­ häuse und eine mit einer Kappe (3) verbundene Kolben­ stange (1) aufweist, wobei das Gehäuse des Stoß­ dämpfers (14) mit dem einen und die Kolbenstange (1) mit dem anderen der beiden Bauelemente verbunden ist;
• b) es sind positionserfassende Elemente vorgesehen, die auf eine Änderung des Abstandes zwischen Kappe (3) und Gehäuse des Stoßdämpfers (14), welche in Richtung der Längsachse des Stoßdämpfers (14) erfolgt, an­ sprechen;
• c) die positionserfassenden Elemente bestehen aus einem an der Kappe (3) angeordneten Sensor und einem am Stoß­ dämpfer (14) angeordneten Teil, welches derart mit dem Sensor zusammenwirkt, daß bei einer Veränderung der Lage dieses Teiles zum Sensor der Sensor anspricht;

dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Sensor zusammen­ wirkende Teil oder ein an diesem Teil angeordneter Körper wenigstens teilweise elastisch verformbar ausgebildet ist, derart, daß das Teil oder/und der Körper wenigstens auf seine Längsachse bezogen längenveränderbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor aus einer an der Kappe (3) angeordneten Spule (9) und das am Stoßdämpfer (14) angeordnete Teil aus einem Kern (17, 13) besteht.

3. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (17, 13) oder ein am Kern (17, 13) angebrachter magnetisch lei­ tender Körper (10) wenigstens teilweise elastisch ver­ formbar ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern von einer Spiralfeder (10) gebildet wird, die aus einem ferromagnetischen Werkstoff besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die positionserfassenden Elemente in dem von der Kappe umgebenen Raum angeordnet sind.

6. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern von einer Spiralfeder (10) und einem die Spiralfeder (10) tragenden ringförmigen Körper (13, 17) aus einem ferro­ magnetischen Werkstoff gebildet wird.

7. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (10) kegelförmig ausgebildet ist.

8. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) der elastisch verformbare Teil des Kerns wird von einer Federeinrichtung aus einem ferromagnetischen Werkstoff gebildet;
• b) die Federeinrichtung setzt sich aus einem ersten ringförmigen Teil (21), einem koaxial zu diesem an­ geordneten zweiten ringförmigen Teil (23) und meh­ reren Federzungen (22) zusammen;
• c) der zweite ringförmige Teil (23) weist einen größeren Durchmesser als der erste ringförmige Teil (21) auf;
• d) die Federzungen (22) sind mit ihrem einen Ende am ersten ringförmigen Teil (21) angeordnet und mit ihrem anderen Ende mit dem zweiten ringförmigen Teil (23) verbunden;
• e) die Federzungen (22) sind in ihrer Länge so bemessen, daß sie nach dem Herstellen der Verbindung mit den beiden ringförmigen Teilen (21, 23) einen konischen Federkörper (21, 22, 23) bilden.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite ringförmige Teil (23) in Abhängigkeit von der elastischen Verformung der Federzungen (22) in seinem Durchmesser veränderbar ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) der erste ringförmige Teil (21), der zweite ring­ förmige Teil (23) und die Federzungen (22) bestehen aus Kunststoff;
• b) an dem zweiten ringförmigen Teil (23) ist ein aus einem ferromagnetischen Material bestehender Körper angeordnet.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die beiden Bauelemente gegeneinander abstützende Druckkammer (19) vorgesehen ist, die zur Einstellung bzw. Änderung des Abstandes zwischen den Bauelementen dient.

12. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (19) von der Kappe (3) sowie einem Balg (12), der ei­ nerseits an der Kappe und andererseits am Gehäuse des Stoßdämpfers (14) befestigt ist, gebildet wird.