DE4244204A1

DE4244204A1 - Wegmeßsystem für den Einfederweg eines Stoßdämpfers

Info

Publication number: DE4244204A1
Application number: DE19924244204
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Phys Welsch; Klaus Dipl Ing Schmidt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1994-06-30
Also published as: JPH074944A; FR2699997A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Wegmeßsystem zum Erfassen des Einfederweges eines Stoßdämpfers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Wegmeßsystem dieser Art ist aus der DE-OS 40 29 633 bekannt. Bei diesem bekannten Wegmeßsystem umfassen die relativ zueinander beweglichen Systemkomponenten des Meßsystems mindestens eine Meßspule, die am Kolben oder am Zylinder des Stoßdämpfers befestigt ist, sowie minde stens ein Element aus einem die Induktivität der Meßspu le beeinflussenden Material an dem jeweils anderen Teil der Kolben/Zylinder-Anordnung, wobei das die Indukti vität beeinflussende Element in Richtung der Relativbe wegung von Kolben und Zylinder eine die Stellposition markierende Struktur besitzt.

In der DE-OS 38 21 569 ist ein vergleichbares magneto induktiv arbeitendes Wegmeßsystem für den Einfederweg von Stoßdämpfern beschrieben, wobei gleichzeitig kapazi tive und opto-elektrische Wegmeßsysteme erläutert wer den.

Aus einer Firmendruckschrift der Firma Balluff, 7303 Neuhausen (Katalog Nr. 507D; Ausgabe 9001, Seite 4) ist ferner ein Ultraschall-Wegmeßsystem (Transsonar Wegaufnehmer BTL) bekannt, bei dem ein Meßstab mit einem magneto-striktiven Wellenleiter durch den Zylinderboden eines Kolben/Zylinder-Aggregats in das Innere des Zylin ders eingeführt wird und den Zylinderkolben durchdringt, welcher seinerseits einen als Positionsgeber dienenden Permanentmagneten trägt. Dabei ergibt sich durch den Einsatz des Ultraschall-Wegmeßsystems, bei dem im Prin zip die Laufzeit von Torsionswellen längs eines magne to-striktiven Draht es gemessen wird, bei geringer Störanfälligkeit eine hohe Meßgenauigkeit für den gemes senen Zylinderhub. Andererseits würde der Einsatz eines Ultraschall-Wegmeßsystems in der beschriebenen Weise bei einem Stoßdämpfer, wenn überhaupt, nur unter Inkaufnahme erheblicher Nachteile möglich sein. Im Bereich des Kol bens und/oder des Zylinderbodens befinden sich nämlich bei einem Stoßdämpfer meistens Steuer- bzw. Dämpferven tile, für die der in den genannten Bereichen verfügbare Raum vollständig benötigt wird. Für den Einbau der rela tiv zueinander beweglichen Systemkomponenten des Ultra schall-Wegmeßsystems wäre also einfach nicht genügend Platz vorhanden. Außerdem würden sich bei der beschrie benen Anordnung der Systemkomponenten bei einem Stoßdämpfer erhebliche Dichtprobleme ergeben. Weiterhin würde ein Teil der Wirkfläche des Kolbens verlorengehen, was nur durch größere Abmessungen der Stoßdämpferelemen te ausgeglichen werden könnte. Größere Abmessungen wür den aber, ganz abgesehen von dem damit verbundenen, höheren Gewicht, der Forderung der Austauschbarkeit eines mit dem Ultraschall-Wegmeßsystems versehenen Stoßdämpfers fegen einen in konventioneller Weise ausge statteten Stoßdämpfer entgegenstehen.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend vom Stand der Technik und der vorstehend erläuterten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Wegmeßsystem für den Ein federweg eines Stoßdämpfers dahingehend zu verbessern, daß zuverlässig genaue Meßergebnisse erhalten werden, die insbesondere von thermischen Einflüssen weitgehend unabhängig sind.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Wegmeß system durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Es ist ein besonderer Vorteil des Wegmeßsystems gemäß der Erfindung, daß die hohe Meßgenauigkeit eines Ultra schall-Wegmeßsystems und dessen weitgehende Unabhängig keit von thermischen Einflüssen genutzt werden können, ohne daß die Abmessungen des Stoßdämpfers gegenüber den Abmessungen konventioneller Stoßdämpfer vergrößert wer den müßten und ohne daß besondere Vorkehrungen hinsicht lich der Dichtigkeit des Stoßdämpfers getroffen werden müßten.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maß nahmen sind dabei vorteilhafte Weiterbildungen und Ver besserungen des angegebenen Wegmeßsystems möglich. Ins besondere kann der Permanentmagnet in Ausgestaltung der Erfindung im Inneren des Zylinders geschützt montiert werden, und zwar vorzugsweise angrenzend an die dem Zylinderboden gegenüberliegende Stirnfläche des Zylin ders, wo ausreichend Platz zur Verfügung steht und bei spielsweise unter Verzicht auf spezielle Halterungsein richtungen ein Verkleben des Magneten mit der Zylinder wand erfolgen kann.

Weiterhin besteht die vorteilhafte Möglichkeit, den Per manentmagneten als die Kolbenstange umgebenden Ring magneten, insbesondere in Form eines mehrpoligen Ring magneten, auszubilden, um im Bereich des magneto-strik tiven Wellenleiters starke Magnetfelder zu erzeugen, die bei einem elektrischen Meßimpuls zu kräftigen Torsions impulsen führen, die sich dann mit Ultraschallgeschwin digkeit längs des drahtförmigen Wellenleiters zu einer Wandleranordnung der Meßelektronik bewegen.

Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, wenn diese Wandleranordnung am äußeren Ende der Bohrung der Kolben stange angeordnet ist, während am inneren Ende derselben eine Dämpfungsstrecke für Ultraschallimpulse vorgesehen ist, da auf diese Weise eine Meßstrecke realisiert wer den kann, die sich praktisch über die volle Länge der Kolbenstange erstreckt.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Aus führungsform eines mit dem erfindungsgemäßen Wegmeßsystem ausgerüsteten Stoßdämpfers;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilquerschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1; und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere bevor zugte Ausführungsform eines mit dem erfin dungsgemäßen Wegmeßsystem ausgerüsteten Stoßdämpfers.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen Stoßdämpfer mit einem Zylinder 10, der einen geschlossenen Dämpfer- bzw. Zylinderboden 12 aufweist, und mit einem Verdrängungs element 15, welches bei dem Ausführungsbeispiel einen Kolben 14 und eine Kolbenstange 16 umfaßt. Im Inneren des Zylinders 10 befindet sich dabei der Kolben 14, während die Kolbenstange 16 mit ihrem vom Kolben 14 abgewandten, freien Ende 16a nach außen über den Zylin der 10 vorsteht. An dem dem Zylinderboden 12 gegenüber liegenden Ende des Zylinders 10 ist die Kolbenstange 16 gleitverschieblich und hin- und herbeweglich in einer Dichtung 18 geführt, so daß sie mehr oder weniger weit in den Zylinder 10 eintaucht.

Wie in der Zeichnung mit gestrichelten Linien angedeu tet, kann in dem Kolben 14 ein ggf. elektrisch verstell bares Dämpferventil 20 vorgesehen sein, dessen Anschlußleitungen (nicht gezeigt) durch eine axial durchgehende Bohrung 16b nach außen geführt werden kön nen.

Das in den Stoßdämpfer eingebaute Wegmeßsystem ist als Ultraschall-Wegmeßsystem ausgebildet und umfaßt einen Permanentmagneten 22, der beim Ausführungsbeispiel als vierpoliger, ringförmiger Permanentmagnet ausgebildet ist, die aus einem nicht-magnetischen Werkstoff herge stellte Kolbenstange 16 umgibt und im Inneren des Zylin ders 10 angrenzend an dessen dem Zylinderboden 12 gegenüberliegenden Ende festgelegt, insbesondere ange klebt ist. Der Permanentmagnet 22 bildet die eine der beiden relativ zueinander beweglichen Systemkomponenten des Wegmeßsystems. Die zweite Systemkomponente ist ein stabartiges Untersystem 24, welches in der Bohrung 16b der Kolbenstange 16 sitzt und als Hauptelement einen magneto-striktiven Wellenleiter 26 umfaßt. Der Wellen leiter 26 erstreckt sich axial zwischen einer Dämpfungs strecke 28 und einer Wandleranordnung 30 am freien Ende 16a der Kolbenstange 16, wobei der Wellenleiter 26 zwischen der Dämpfungsstrecke 28 und der Wandleranord nung 30 von einem nicht-magnetischen Schutzrohr 32 umge ben ist. Ein als Meßimpuls dienender Stromimpuls, wel cher auf den aus magneto-striktivem Material bestehenden Wellenleiter oder auf eine im Inneren desselben verlau fende, elektrische Leitung einer Stromschleife gegeben wird, führt zu einem den Wellenleiter umgebenden, zirku laren Magnetfeld, welches im Zusammenwirken mit dem Magnetfeld bzw. den Magnetfeldern des Permanentmagne ten 22 zu einem magneto-striktiven Torsionsimpuls wird, welcher ausgehend von der Position des Permanent magneten 22 mit Ultraschallgeschwindigkeit einerseits zu der Dämpfungsstrecke 22 wandert und dort vernichtet wird und andererseits an die Wandleranordnung 30 gelangt und dort in ein elektrisches Signal umgesetzt wird, welches einer Auswerte- bzw. Meßelektronik (nicht gezeigt) zuge führt wird. Die Laufzeit des Torsionsimpulses von der Position des Permanentmagneten 22 zu der Wandleranord nung 30 ist dabei ein Maß für die von dem Torsionsimpuls durchlaufene Strecke und entspricht sehr exakt der Posi tion des Kolbens 14 in dem Zylinder 10. Da der Aufbau und die Funktion eines Ultraschall-Wegmeßsystems der betrachteten Art im übrigen bekannt sind, soll an dieser Stelle darauf verzichtet werden, den Aufbau der Wandler anordnung und der Auswerteelektronik, die über Zuleitun gen 32, 34 mit der Wandleranordnung 30 verbunden ist, näher zu erläutern.

Gemäß Fig. 2 der Zeichnung ist der aus magneto-strikti vem Material bestehende Wellenleiter 26 als hohler, rohrförmiger Wellenleiter 26 ausgebildet, und im Inneren dieses hohlen Wellenleiters ist - wie oben bereits ange deutet - eine separate, elektrische Leitung 27 als Teil einer Stromschleife angeordnet, deren zurücklaufender Zweig als (isolierter) Leiter 27′ an der Innenwand des Schutzrohrs 32 verläuft. Ein als Meßimpuls dienender Stromimpuls, welcher durch die im Inneren des hohlen (Ultraschall-)Wellenleiters 26 verlaufende, elektrische Leitung 27 geschickt wird, bewirkt aufgrund des mit ihm verknüpften, zirkularen Magnetfelds im Zusammenwirken mit dem mindestens einen mit Hilfe des Permanentmagneten 22 erzeugten Magnetfelds einen durch Magnetostriktion hervorgerufenen Torsionsimpuls, der nunmehr von der Position des Permanentmagneten 22 mit Ultraschall geschwindigkeit einerseits zu der Dämpfungsstrecke 28 wandert und dort vernichtet wird und andererseits zu der Wandleranordnung 30. Mit Hilfe der als Torsionswandler ausgebildeten Wandleranordnung 30 wird der über dem Wel lenleiter 26 eintreffende Ultraschallimpuls in ein elek trisches Signal umgesetzt, welches dann der Meßelektro nik zugeführt wird. Auf diese Weise kann die Zeit zwi schen der Aussendung des Stromimpulses auf die Strom schleife 27, 27′ und dem Eintreffen eines dadurch her vorgerufenen Torsionsimpulses an der Wandleranordnung 30 sehr genau gemessen werden. Es besteht die Möglichkeit, auf das Schutzrohr ganz zu verzichten, da die betreffen den Teile des Meßsystems im Inneren der Kolbenstange 16 ohnehin geschützt angeordnet sind.

Gemäß Fig. 3 der Zeichnung ist das Verdrängungselement 15 vergleichbar zu der Kolbenstange 16 beim ersten Aus führungsbeispiel ausgebildet, besitzt jedoch einen etwas größeren Durchmesser und wird nicht durch einen Kolben ergänzt, welcher dichtend an der Innenwand des Zylinders 10 geführt ist. Im Hinblick auf die vorstehend skizzier ten, sachlichen Übereinstimmungen wird der Grundkörper des Verdrängungselements 15 daher wie die Kolbenstange mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet. In entsprechender Weise wird die Bohrung des Grundkörpers mit dem Bezugs zeichen 16b bezeichnet und das obere Ende mit dem Bezugszeichen 16a. Auch für die übrigen Teile des Weg meßsystems gemäß Fig. 3 werden dieselben Bezugszeichen verwendet wie für die entsprechenden Teile des Wegmeß systems gemäß Fig. 1.

Abweichend von dem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt bei dem Wegmeßsystem gemäß Fig. 3 die Beeinflussung der Dämpfungswirkung mittels einer ggf. verstellbar ausge bildeten Dämpfungsdrossel bzw. eines verstellbaren Dämp ferventils 20 in einer Leitung 36, die von einer Öffnung 38 am unteren Ende des Zylinders 10 zu einem Speicher 40 führt, in dem eine ggf. durch eine Membran begrenzte Gasblase 40a vorgesehen ist, die das Ausweichen eines mehr oder weniger großen Volumens einer hydraulischen Flüssigkeit aus dem Zylinder 10 in den Speicher 40 ermöglicht. Wenn das Verdrängungselement 15 in den Zylinder 10 hineinbewegt wird, kann also verdrängte Hydraulikflüssigkeit in den Speicher 40 strömen, wobei der Strömungswiderstand durch die Dämpfungsdrossel bzw. das Ventil 20 einstellbar ist.

Zusätzlich oder statt dessen besteht bei dem Aus führungsbeispiel gemäß Fig. 3 die Möglichkeit, den Druck und/oder das Volumen eines Drückmediums im Inneren des Zylinders 10 mittels einer Pumpe 42 zu variieren, die an einer Öffnung 44 am unteren Ende des Zylinders 10 ange schlossen ist. Die Pumpe 42 ermöglicht also eine aktive Betätigung des mit dem erfindungsgemäßen Wegmeßsystem ausgestatten Stoßdämpfers.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß ein Ultraschall-Wegmeßsystem der betrachteten Art so in einen Stoßdämpfer eingebaut werden kann, daß der Kol ben 14 und der Zylinderboden 12 für den Einbau von Dämp ferventilen zur Verfügung stehen und daß die Wirkflächen des Kolbens durch den Einbau des Wegmeßsystems nicht verringert wird. Weiterhin kann der Permanentmagnet 22 ohne konstruktive Probleme geschützt im Inneren der Zylinderbohrung eingebaut werden, während das Unter system 24 mit dem Wellenleiter 26 geschützt im Inneren einer Bohrung der Kolbenstange angeordnet ist, die in konventioneller Weise aus dem Zylinder heraus geführt und gegenüber dem Zylinder abgedichtet werden kann. Auf diese Weise kann zum Erfassen des Einfederweges eines Stoßdämpfers ein hochgenaues Ultraschall-Wegmeßsystem eingesetzt werden, dessen Genauigkeit durch die erheb lichen Temperaturänderungen, die im Inneren eines Stoßdämpfers auftreten können, praktisch nicht beein trächtigt wird.

Dabei versteht es sich, daß dem Fachmann, ausgehend von den erläuterten Ausführungsbeispielen, zahlreiche Mög lichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfin dung verlassen müßte. Insbesondere besteht in Ausgestal tung der Erfindung die Möglichkeit, die hohle Kolben stange selbst als Schutzrohr für den Wellenleiter zu verwenden, was insbesondere bei kleineren Stoßdämpfern mit entsprechend geringem Durchmesser der Kolbenstange von Vorteil wäre.

Claims

1. Wegmeßsystem mit zwei relativ zueinander beweglichen Systemkomponenten und einer zugeordneten Meßelektro nik zum Erfassen des Einfederweges eines Stoßdämp fers, mit einem einen geschlossenen Zylinderboden aufweisenden Zylinder und mit einem in das Innere des Zylinders eintauchenden, hin- und herbeweglichen Verdrängungselement, insbesondere in Form einer Kol ben/Kolbenstangen-Anordnung, welches durch eine dem Zylinderboden gegenüberliegende Stirnwand des Zylin ders gleitverschieblich dichtend hindurchgeführt ist, wobei die eine Systemkomponente fest mit dem Zylinder verbunden ist, während die zweite System komponente fest mit dem Verdrängungselement verbun den ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegmeßsystem als Ultraschall-Wegmeßsystem mit einem Permanent magneten (22) als der einen Systemkomponente und mit einem magneto-striktiven Wellenleiter (26) als der zweiten Systemkomponente ausgebildet ist, daß der Permanentmagnet (22) angrenzend an das Ver drängungselement (15) fest an dem Zylinder (10) mon tiert ist, daß der magneto-striktive Wellenleiter (26) längs einer axialen Bohrung (16b) des Verdrängungselements angeordnet und mit der Meßelektronik verbunden ist und daß das Verdrängungselement (15) aus einem nicht-magnetischen Werkstoff besteht.

2. Wegmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Permanentmagnet (22) im Inneren des Zylinders (10) montiert ist.

3. Wegmeßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Permanentmagnet (22) an dem Zylin der (10) angrenzend an das dem Zylinderboden gegen überliegende Ende des Zylinders (10) montiert ist.

4. Wegmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Verdrängungselement in Form einer Kolben/Kol benstangen-Anordnung mit einem im Inneren des Zylin ders hin- und herbeweglich angeordneten Dämpferkol ben, dessen vom Zylinderboden abgewandte Stirnfläche mit dem inneren Ende einer Kolbenstange verbunden ist und bei dem die zweite Systemkomponente fest mit dem Kolben verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der magneto-striktive Wellenleiter (26) längs einer axialen Bohrung (16b) der Kolbenstange (16) angeordnet ist und daß die Kolbenstange (16) aus einem nicht-magnetischen Werk stoff besteht.

5. Wegmeßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß der Wellenleiter (26) im Bereich des äuße ren Endes der Kolbenstange (16) mit der Meßelektro nik verbunden ist.

6. Wegmeßsystem nach Anspruche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (22) als die Kolbenstange (16) umgebender, ringförmiger Perma nentmagnet ausgebildet ist.

7. Wegmeßsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß der ringförmige Permanentmagnet (22) als mehrpoliger Permanentmagnet mit mindestens zwei einen radial inneren und einen radial äußeren Magnetpol aufweisenden Teilmagneten ausgebildet ist.

8. Wegmeßsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß der ringförmige Permanentmagnet (22) vier Teilmagnete aufweist.

9. Wegmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am inneren Ende des Wel lenleiters (26) in der Bohrung (16b) des Verdrän gungselements (15) eine Dämpfungsstrecke (28) für längs des Wellenleiters (26) laufende Torsionsimpul se vorgesehen ist.