DE3643290A1 - Device for determining the displacement of a piston - Google Patents
Device for determining the displacement of a pistonInfo
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Abstract
Description
Die Entfernung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wegbestimmung eines Kolbens in einem Zylinder für hydraulische, pneumatische oder hydropneumatische Aggregate, wie Schwingungsdämpfer, Gasfedern und hydropneumatische Federungen, wobei der Kolben über eine Kolbenstange in einem mit mindestens einem Dämpfungsmittel gefüllten Zylinder axial verschiebbar angeordnet ist, wobei zur Niveaumessung als Meßelemente ein den Niveaubereich festlegendes Element von mindestens einem Hallsensor vorgesehen ist.The distance relates to a device for determining the path a piston in a cylinder for hydraulic, pneumatic or hydropneumatic units, such as vibration dampers, gas springs and hydropneumatic Suspensions, with the piston in via a piston rod one filled with at least one damping agent Cylinder is arranged axially displaceable, with Level measurement as measuring elements in the level range defining element provided by at least one Hall sensor is.
Es sind bereits Meßvorrichtungen für Schwingungsdämpfer bekannt (z. B. DE-OS 34 20 666), bei denen der Niveaugeber aus einem Hallsensor besteht, der in einem die Kolbenstange umgebenden Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse wird auf das kolbenstangenseitige Ende des Zylinders des Schwingungsdämpfers aufgesetzt. Die Kolbenstange erhält einen konusförmigen Querschnitt, der als Meßstrecke dient. Diese konusförmige Meßstrecke ist dabei nur in einem Teilbereich der Kolbenstange angeordnet. Durch den Konus wird der Meßbereich festgelegt. Wenn die Kolbenstange über die konusförmige Meßstrecke hinaus verschoben wird, das heißt der Meßbereich wird verlassen, so ist bei dieser Anordnung kein eindeutiges Meßsignal erzielbar. Darüber hinaus ist von Nachteil, daß durch den konusförmigen Einschnitt in der Kolbenstange die Festigkeit der Kolbenstange beeinflußt wird, und daß bei Eintauchen des Meßbereiches in den Zylinder die Kolbenstangendichtung beschädigt werden kann, so daß es zu Undichtigkeiten im Zylinder und damit zum Ausfall des Schwingungsdämpfers kommen kann.There are already measuring devices for vibration dampers known (e.g. DE-OS 34 20 666), in which the level sensor consists of a Hall sensor in a piston rod surrounding housing is arranged. The housing is on the piston rod end of the cylinder of the Vibration damper attached. The piston rod receives a conical cross-section, which is used as a measuring section serves. This conical measuring section is only in a portion of the piston rod arranged. By the The measuring range is defined in the cone. If the piston rod shifted beyond the conical measuring section is, i.e. the measuring range is left, is at this arrangement no clear measurement signal can be achieved. Another disadvantage is that the cone-shaped Incision in the piston rod strength the piston rod is affected, and that when immersed of the measuring range in the cylinder the piston rod seal can be damaged, causing leaks in the cylinder and thus to failure of the vibration damper can come.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßverfahren für den Kolbenweg zu schaffen, welches berührungslos und mit hoher Zuverlässigkeit arbeitet, wobei eine Integration in die Federung eines Fahrzeuges ohne große Veränderungen bei geringen Abmessungen erfolgen kann und welches über die gesamte Hublänge einsetzbar, eine Erkennung des Niveaubereiches ermöglicht und eine fertigungstechnisch günstige Anordnung ausführbar ist, wobei gleichzeitig eine Veränderung von festigkeitsmäßig wichtigen Bauteilen vermieden wird.The object of the invention is to provide a measuring method for To create piston travel, which is contactless and with high reliability works, with an integration in the suspension of a vehicle without major changes can be done with small dimensions and which over the entire stroke length can be used, a detection of the Level range enables and a manufacturing technology favorable arrangement is executable, at the same time a change in components that are important in terms of strength is avoided.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine über den gesamten Hub des Kolbens verlaufende Meßstrecke, bestehend aus mindestens einem Teil der Oberfläche des Zylinders, einem den Niveaubereich festlegenden Elementes und mindestens einem Teil der Oberfläche der Kolbenstange, vorgesehen ist, und daß mindestens eines der Meßelemente im Abstand zum Zylinder angeordnet und gegenüber diesem relativ axial bewegbar ist.To achieve this object, the invention provides that one over the entire stroke of the piston Measuring section consisting of at least part of the surface of the cylinder, which defines the level range Element and at least part of the surface the piston rod is provided, and that at least one of the measuring elements at a distance from the cylinder arranged and relatively axially movable is.
Vorteilhaft ist hierbei, daß durch die unterschiedlichen Abstände der Elemente zueinander entsprechende Sensorsignale abgeleitet werden können, die der Erkennung des Niveaubereiches dienen. Des weiteren wird eine weitestgehende temperaturunabhängige, berührungslos arbeitende Meßvorrichtung geschaffen, wobei keine Beeinflussung in Konstruktion und Festigkeit für die für die Funktion des Schwingungsdämpfers wichtigen Bauteile vorzunehmen ist. Durch kleine Abmaße und konstruktiv einfache Bauweise wird eine kostengünstige seriennahe Konstruktion geschaffen. The advantage here is that the different Distance between the elements corresponding sensor signals can be derived from the detection of the Level range. Furthermore, it will be as far as possible temperature-independent, non-contact working Measuring device created, with no interference in Construction and strength for the function of the Vibration damper important components. Due to small dimensions and simple construction an inexpensive, near-series construction is created.
Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal ist vorgesehen, daß das Element magnetisch leitfähig ist und der im Abstand angeordnete Hallsensor auf der dem Element entgegengesetzten Seite einen Permanentmagnet aufweist. Durch Anordnung eines magnetisch leitfähigen Elementes wird der Niveaubereich festgelegt, wobei die Kolbenstange als auch das Zylinderaußenrohr ebenfalls zur Erzeugung eines Meßsignals beitragen. Durch die unterschiedlichen Abstände von Kolbenstange, dem magnetisch leitfähigen Element und dem Zylinderaußenrohr in bezug auf den Hallsensor sind unterschiedliche Signale erzeugbar und erfaßbar.According to another essential feature, that the element is magnetically conductive and at a distance arranged Hall sensor on the opposite of the element Side has a permanent magnet. By arranging a magnetically conductive element the level range is set, with the piston rod as well as the cylinder outer tube also for generation contribute a measurement signal. Because of the different Distances from piston rod, the magnetically conductive Element and the outer cylinder tube with respect to the Hall signals, different signals can be generated and detectable.
Eine weitere wesentliche Ausführungsform sieht vor, daß das Element als Permanentmagnet ausgebildet ist. Auch diese Anordnung dient zur Erzeugung von drei verschiedenen Meßsignalen, so daß jederzeit ermittelt werden kann, ob sich der Hallsensor gegenüber der Kolbenstange, gegenüber dem Zylinderaußenrohr oder dem Element befindet.Another essential embodiment provides that the element is designed as a permanent magnet. Also this arrangement is used to generate three different ones Measurement signals so that can be determined at any time whether the Hall sensor is opposite the piston rod, opposite the cylinder outer tube or the element.
Eine konstruktiv und fertigungstechnisch günstige Ausführungsform sieht vor, daß das Element am Zylinder und der Hallsensor inklusiv des Permanentmagneten an einer mit der Kolbenstange befestigten Zwischenhülse angeordnet ist. Als Zwischenhülse könnte dabei das am Schwingungsdämpfer üblicherweise vorgesehene Schutzrohr dienen.A constructively and technically favorable embodiment provides that the element on the cylinder and the Hall sensor including the permanent magnet on one arranged with the piston rod attached intermediate sleeve is. This could be an intermediate sleeve on the vibration damper usually provided protective tube.
In Ausgestaltung der Erfindung ist das Element am Stirnbereich des Zylinders angeordnet oder als Ring ausgebildet.In an embodiment of the invention, the element is on the forehead area arranged of the cylinder or formed as a ring.
Vorteilhaft ist bei Ausbildung des Elementes als Ring, daß eine lageabhängige Anordnung zwischen Sensor und Element entfällt, denn eine Verdrehung der Meßelemente gegeneinander hat keinen Einfluß auf die physikalische Meßwerterfassung.It is advantageous when the element is designed as a ring, that a position-dependent arrangement between the sensor and Element is omitted because the measuring elements are twisted against each other has no influence on the physical Measured value acquisition.
Ein weiteres wesentliches Merkmal sieht vor, daß axial hintereinander mindestens zwei Hallsensoren angeordnet sind. Es können hierbei Niveausignalauswertungen verwendet werden, die die Verwendung eines zusätzlichen, den Niveaubereich festlegenden Elementes erübrigen.Another essential feature is that axially at least two Hall sensors arranged one behind the other are. Level signal evaluations can be carried out here be used, the use of an additional, dispense with the level-determining element.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigtPreferred embodiments of the invention are in the Drawing shown schematically. It shows
Fig. 1 einen Schwingungsdämpfer im Schnitt, dem ein Hallsensor und ein am Zylinderaußenrohr befestigtes Element zugeordnet ist, Fig. 1 shows a vibration damper in section, which is assigned a Hall sensor and secured to the cylinder outer tube member,
Fig. 2 einen Schwingungsdämpfer im Schnitt, bei dem ein Hallsensor und ein dem Element gegenüberliegend angeordneter Permanentmagnet zugeordnet ist, Fig. 2 shows a vibration damper in section, in which a Hall sensor and the element oppositely arranged permanent magnet is associated,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer Meßvorrichtung an einem Schwingungsdämpfer, Fig. 3 shows another embodiment of a measuring device of a vibration damper,
Fig. 4 ein Schwingungsdämpfer im Schnitt, dem axial hintereinander zwei Hallsensoren zugeordnet sind, Fig. 4 shows a vibration damper in section, the associated axially one behind the other two Hall sensors,
Fig. 5 Sensorsignale der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen. Fig. 5 sensor signals of the embodiments shown in Figs. 1 to 4.
Der in Fig. 1 dargestellte Schwingungsdämpfer besteht im wesentlichen aus dem Zylinder 1, dem Kolben 2 sowie der Kolbenstange 3. Im Hohlraum 4 des Zylinders 1 befindet sich das der Schwingungsdämpfung dienende Dämpfungsmedium. Zur Befestigung des Schwingungsdämpfers im Fahrzeug sind Befestigungsvorrichtungen 5 und 6 vorgesehen.The vibration damper shown in Fig. 1 consists essentially of the cylinder 1 , the piston 2 and the piston rod 3rd The damping medium used for vibration damping is located in the cavity 4 of the cylinder 1 . Fastening devices 5 and 6 are provided for fastening the vibration damper in the vehicle.
Die Kolbenstange 3 ist mit einer Zwischenhülse 10 versehen, die zur Befestigung des Hallsensors 7 dient. Im Stirnbereich des Zylinders 1 ist das Element 8 angeordnet, wobei zur eindeutigen Erkennung der Meßstrecke der Durchmesser des Elementes 8 unterschiedlich zur Kolbenstange 3 und zum Zylinder 1 ist. Das Element 8 ist dabei als Permanentmagnet ausgebildet. The piston rod 3 is provided with an intermediate sleeve 10 , which is used to fasten the Hall sensor 7 . The element 8 is arranged in the end region of the cylinder 1 , the diameter of the element 8 being different from the piston rod 3 and the cylinder 1 for the purpose of unambiguously recognizing the measuring section. The element 8 is designed as a permanent magnet.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform gezeigt, die im Prinzip der in Fig. 1 gezeigten entspricht, mit dem Unterschied, daß auf der Zwischenhülse 10 der Hallsensor 7 angeordnet ist, wobei auf der dem Element 8 entgegengesetzten Seite des Hallsensors 7 ein Permanentmagnet 9 vorgesehen ist. Das Element 8 besteht aus magnetisch leitfähigem Material, so daß über das den Niveaubereich festlegende Element 8 die Kolbenstange 3 als auch der Zylinder 1 der Erzeugung eines Meßsignals dient. Die Kolbenstange selbst ist dabei in ihrem ursprünglichen Zustand geblieben, so daß für die Kolbenstangendichtung keine Probleme während ihrer Betriebsdauer bestehen.In FIG. 2, an embodiment is shown which corresponds to that shown in Fig. 1, in principle, with the difference that is disposed on the intermediate sleeve 10 of the Hall effect sensor 7, wherein on the element 8 opposite side of the Hall sensor, a permanent magnet 9 is provided 7 is. The element 8 consists of magnetically conductive material, so that the piston rod 3 and the cylinder 1 are used to generate a measurement signal via the element 8 defining the level range. The piston rod itself has remained in its original state, so that there are no problems for the piston rod seal during its operating life.
In Fig. 3 ist eine Ausführung gezeigt, bei der das magnetisch leitfähige Element 8 als Ring ausgebildet ist und auf der Außenseite des Zylinders 1 befestigt ist. Mittels des Permanentmagneten 9 und des Hallsensors 7 wird das Signal erzeugt, wobei die unterschiedlichen Abstände von Kolbenstange 3, Zylinder 1 und Element 8 verschiedene Ausgangssignale gestatten.In Fig. 3, an embodiment is shown in which the magnetically conductive element 8 is designed as a ring and is attached to the outside of the cylinder 1 . The signal is generated by means of the permanent magnet 9 and the Hall sensor 7 , the different distances between the piston rod 3 , cylinder 1 and element 8 permitting different output signals.
In Fig. 4 ist ein Schwingungsdämpfer gezeigt, bei dem an der Zwischenhülse 10 zwei hintereinander angeordnete Hallsensoren 11 und 12 verwendet werden. Bei dieser Anordnung kann das zur Niveaubestimmung dienende Element entfallen. Durch eine entsprechende Auswertelektronik können die beiden Sensorsignale gemäß der nachfolgenden Tabelle als Niveausignale genutzt werden.In FIG. 4, a vibration damper is shown, are used in the one behind the other on the intermediate sleeve 10 two spaced Hall sensors 11 and 12. With this arrangement, the element used to determine the level can be omitted. Appropriate evaluation electronics allow the two sensor signals to be used as level signals in accordance with the table below.
Besonders vorteilhaft ist an dieser Ausführung, daß konstruktiv und fertigungstechnisch bedingte Abstandsvariationen durch Verwendung der digitalen Signale 0 (Sensor befindet sich über der Kolbenstange) und 1 (Sensor befindet sich über dem Zylinderaußenrohr) kompensiert werden können.It is particularly advantageous in this embodiment that distance variations due to design and manufacturing technology by using the digital signals 0 (Sensor is located above the piston rod) and 1 (Sensor is located above the cylinder outer tube) can be compensated.
In Fig. 5 sind typische Sensorsignale der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Schwingungsdämpfer mit integriertem Niveausensor gezeigt. Die Teilbilder zeigen jeweils die Sensorspannung U s über dem Kolbenweg des Schwingungsdämpfers aufgetragen. Die drei Teilbereiche zeigen unterschiedliche Sensorspannungen, welche bei der Bestimmung des Niveaus des Fahrzeuges herangezogen werden. Das Teilbild A entspricht den Fig. 1 und 2, dabei werden die unterschiedlichen Abstände zwischen Sensor und Kolbenstange, Sensor und Element und Sensor und Zylinderaußenrohr ausgewertet. Die typische Spannungstreppenfunktion ergibt sich aus konstruktiver Anordnung der Meßkonfiguration.In Fig. 5 shows typical sensor signals of the vibration damper shown in Figs. 1 to 4 are shown with integrated level sensor. The partial images each show the sensor voltage U s plotted over the piston path of the vibration damper. The three sub-areas show different sensor voltages, which are used to determine the level of the vehicle. The sub-picture A corresponds to FIGS. 1 and 2, the different distances between the sensor and piston rod, sensor and element and sensor and cylinder outer tube are evaluated. The typical voltage stair function results from the structural arrangement of the measurement configuration.
Das Teilbild B entspricht der Fig. 3. Der höhere Spannungsbereich in der Niveaulage, im Gegensatz zu Teilbild A, wird durch eine andere konstruktive Anordnung des Elementes erzeugt.Sub-picture B corresponds to FIG. 3. The higher stress range in the level position, in contrast to sub-picture A, is generated by a different structural arrangement of the element.
Das Teilbild C entspricht der Fig. 4. Im Gegensatz zu Teilbild A und B sind zwei Sensorsignale U s1 und U s2 vorhanden. Durch geeignete elektronische Maßnahmen wird die Abstandsmessung relativiert. Das Element entfällt; statt dessen wird der Übergang zwischen Zylinder und Kolbenstange als niveaubestimmendes Kriterium verwendet. Durch die Anordnung von zwei axial hintereinander angeordneten Sensoren, von denen jeder nur zwei Abstände zu messen braucht, erhält man die im Teilbild C gezeigten Signale. The partial image C corresponds to FIG. 4. In contrast to partial image A and B, two sensor signals U s 1 and U s 2 are present. The distance measurement is relativized by suitable electronic measures. The element is dropped; instead, the transition between cylinder and piston rod is used as a level-determining criterion. By arranging two sensors arranged axially one behind the other, each of which only needs to measure two distances, the signals shown in sub-image C are obtained.
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Bezugszeichenliste
1 Zylinder
2 Kolben
3 Kolbenstange
4 Hohlraum
5 Befestigungsvorrichtung
6 Befestigungsvorrichtung
7 Hallsensor
8 Element
9 Permanentmagnet
10 Zwischenhülse
11 Hallsensor 1
12 Hallsensor 2 1 cylinder
2 pistons
3 piston rod
4 cavity
5 fastening device
6 fastening device
7 Hall sensor
8 element
9 permanent magnet
10 intermediate sleeve
11 Hall sensor 1
12 Hall sensor 2
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