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Die
vorliegend Erfindung betrifft eine Teleskopvorrichtung, wie einen
Dämpfer,
der in einer Kraftfahrzeugaufhängung
verwendbar ist.
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Ein
Dämpfer
weist allgemein einen Zylinder auf, der eine Stange gleitend aufnimmt.
Bei manchen Automobilanwendungen, wie zum Beispiel, um eine variable
Dämpfung
herzustellen oder Lagekorrekturen durchzuführen, ist es notwendig, die
Position und/oder die Geschwindigkeit der Stange bezüglich des
Zylinders zu kennen.
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Zu
diesem Zweck wurden Dämpfer
hergestellt, die eine Vorrichtung zur Erfassung von Positionen der
Stange bezüglich
des Zylinders enthalten.
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Die
Druckschrift
US 4 717 874 zeigt
eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1.
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So
gibt es Dämpfer
mit einer Stange, die so gestaltet ist, dass sie eine magnetische
Eigenschaft aufweist, deren Wert entlang der Stange variiert. Die Erfassungsvorrichtung
ist bezüglich
des Zylinders ortsfest und misst den Wert dieser Eigenschaft. Es
ist dann möglich,
die Position der Stange ausgehend vom gemessenen Wert abzuleiten.
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Eine
solche Erfassungsvorrichtung hat einen eindringenden Charakter,
der den Aufbau des Dämpfers
relativ komplex macht.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, eine Teleskopvorrichtung mit Positionserfassung
zu liefern, die einfach und zuverlässig ist.
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Zu
diesem Zweck wird erfindungsgemäß eine Teleskopvorrichtung
vorgesehen, die einen eine Stange gleitend aufnehmenden Zylinder
und eine Vorrichtung zur Erfassung einer Stellung der Stange bezüglich des
Zylinders aufweist, wobei die Stange eine Folge von magnetischen
und nicht magnetischen Zonen aufweist, die magnetische Singularitäten bilden,
die entlang der Stange in Mustern angeordnet sind, von denen mindestens
eines eine besondere Konfiguration hat, um ein Bezugsmuster zu bilden,
und die Erfassungsvorrichtung bezüglich des Zylinders ortsfest
ist und einen Satz von mindestens zwei magnetischen Detektoren aufweist,
die Dauermagneten zugeordnet sind und gemäß einer axialen Richtung der
Stange derart nebeneinander angeordnet sind, dass der Satz von Detektoren
ein Feld hat, das eine Zone der Stange abdeckt, die eine axiale Abmessung
größer als
eine axiale Abmessung des Bezugsmusters hat, um Veränderungen
von Magnetfeldern zu messen, die von diesen Magneten bei einer Verschiebung
der Stange erzeugt werden.
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So
kann die Erfassung des Bezugsmusters durch den Satz von Detektoren
direkt einer Position der Stange bezüglich des Zylinders angenähert werden.
Die anderen Muster können
gleich sein, so dass die Position durch Zählen der Muster ausgehend von dem
Bezugsmuster bestimmt wird, oder die Stange kann mehrere Bezugsmuster
aufweisen. Die Konfiguration der Muster kann so gewählt werden,
dass das von den Detektoren gelieferte Signal einen freien Übergang
beim Wechsel von einem Muster zum anderen aufweist. Dies erleichtert
die Unterscheidung der Muster untereinander. Die Erfassung wird
außerdem
auf einfache Weise durchgeführt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung einer nicht einschränkend
zu verstehenden besonderen Ausführungsform
der Erfindung hervor.
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Es
wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
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1 eine
schematische Längsschnittansicht
einer Teleskopvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform,
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2 eine
schematische Teilansicht von vorne und mit Aufriss einer Stange
der Teleskopvorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform,
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3 eine
Ansicht der Stange der Teleskopvorrichtung analog zu derjenigen
der 2 gemäß einer
ersten Variante der ersten Ausführungsform,
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die 4 und 5 schematische
Teilansichten im Längsschnitt
der Stange der Teleskopvorrichtung gemäß einer zweiten und einer dritten
Variante der ersten Ausführungsform.
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Die
Erfindung wird hier in Anwendung auf eine Teleskopvorrichtung beschrieben,
die einen Aufhängungsdämpfer eines
Kraftfahrzeugs bildet.
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Unter
Bezug auf 1 und gemäß der ersten Ausführungsform
weist der allgemein mit 1 bezeichnete Dämpfer in an sich bekannter
Weise einen Zylinder 2 auf, der eine schematisch dargestellte Stange 3 gleitend
aufnimmt.
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Ebenfalls
unter Bezug auf 2 weist die Stange 3 magnetische
Zonen und nicht magnetische Zonen auf, die magnetische Singularitäten bilden,
die erntlang der Stange in Mustern angeordnet sind, von denen mindestens
eines eine besondere Konfiguration hat, um ein Bezugsmuster zu bilden.
Die magnetischen Zonen sind nicht magnetisiert.
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Die
Stange 3 weist so einen Kern 4 aus nicht magnetischem
Material auf, der außen
mit Kehlen 5, 6 versehen ist, die zwischen sich
Kragen 7, 8 begrenzen.
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Die
Kehlen 5 haben die gleiche Breite. Die Kehle 6 hat
eine andere Breite als diejenige der Kehlen 5. Die Kehlen 5, 6 nehmen
je magnetische Schichten 9, 10 entsprechender
Breite auf. Die magnetischen Schichten 9, 10 haben
eine Außenfläche, die
mit der Außenfläche der
Kragen 7, 8 derart fluchtet, dass die Stange 3 eine
glatte Außenfläche hat. Dies
ermöglicht
es, einen guten Kontakt der Außenfläche mit
den nicht dargestellten Dichtungselementen zu gewährleisten,
die zur klassischen Ausstattung des Zylinders 2 gehören.
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Die
Kragen 7 haben die gleiche Breite. Der Kragen 8 hat
eine andere Breite als diejenige der Kragen 7.
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Die
magnetischen Schichten 9, 10 und die Kragen 7, 8 bilden
magnetische Singularitäten.
Die Schicht 10 und der Kragen 8 bilden je ein
einzelnes Muster, das für
einen bestimmten Punkt auf der Achse der Stange 3 repräsentativ
ist. Diese Muster werden als Bezugsmuster bezeichnet. Die Schichten 9 und
die Kragen 7 bilden Muster, die als relativ bezeichnet
werden, da sie es ermöglichen
können,
einen Punkt auf der Achse der Stange 3 zu lokalisieren, indem
von einem Bezugsmuster ausgegangen wird, wie nachfolgend erläutert wird.
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Der
Dämpfer 1 weist
ebenfalls eine Erfassungsvorrichtung auf, um eine Position der Stange 3 bezüglich des
Zylinders 2 zu erfassen.
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Die
Erfassungsvorrichtung weist eine Leiste 11 von benachbarten
magnetischen Detektoren 12 auf. Die Detektoren 12 sind
hier Hall-Detektoren und sind Dauermagneten zugeordnet, um in an
sich bekannter Weise eine ein Magnetfeld kennzeichnendes Eigenschaft
zu erfassen, das von den Magneten erzeugt wird. Dei Leiste 11 ist
am Zylinder 2 befestigt und erstreckt sich parallel zur
Stange 3 gegenüber deren
Außenfläche. Durch
diese Anordnung und die benachbarte Anordnung der Felder der magnetischen
Detektoren 12 (auch Empfindlichkeitsfeld oder -kegel genannt)
hat die Leiste 11 ein globales Feld, das eine Zone der
Außenfläche der
Stange 3 abdeckt, die eine axiale Abmessung aufweist, die
größer ist
als eine axiale Abmessung der Bezugsmuster. Die magnetischen Detektoren 12 sind
mit einer Verarbeitungseinheit 13 verbunden, in der die
Positionen der Bezugsmuster auf der Stange 3 gespeichert
sind.
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Der
Betrieb der Erfassungsvorrichtung wird nun beschrieben.
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Der
von den Magneten erzeugte Magnetfluss erfährt eine Veränderung,
je nachdem, ob sie sich vor einem Kragen oder einer Kehle befinden. Diese
Veränderung
wird von den zugeordneten Detektoren erfasst. Für eine gegebene Position der Stange 3 bezüglich des
Zylinders 2 und somit der Leiste 11 senden die
einem Kragen gegenüberliegenden
Detektoren 12 ein Signal, das für das Vorhandensein des Kragens
repräsentativ
ist, während die
einer Kehle gegenüberliegenden
Detektoren 12 ein Signal senden, das für das Vorhandensein der Kehle
repräsentativ
ist. Wenn der fragliche Kragen ein Kragen 8 oder die fragliche
Kehle eine Kehle 6 ist, wird die Zone der Stange 3 gegenüber diesen
Detektoren 12 identifiziert, so dass die Verarbeitungseinheit 13 daraus
die Position der Stange 3 ableiten kann. Wenn dagegen der
fragliche Kragen ein Kragen 7 oder die fragliche Kehle
eine Kehle 5 ist, reicht diese Information alleine nicht
aus, um die Zone der Stange 3 zu identifizieren.
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Beim
Betrieb des Dämpfers 1 wird
die Stange 3 dazu gebracht, im Zylinder 2 zu gleiten.
Nachdem ein Bezugsmuster identifiziert wurde und die Bewegung sich fortsetzt,
führt die
Verarbeitungseinheit eine Zählung
der relativen Muster durch, so dass die Verarbeitungseinheit jederzeit
den Abstand bestimmen kann, der die Zone der Stange 3 gegenüber den magnetischen
Detektoren 12 und das identifizierte Bezugsmuster trennt.
Ausgehend von dieser Information kann die Verarbeitungseinheit die
Position der Stange 3 bezüglich des Zylinders 2 bestimmen.
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So
erzeugt die Verschiebung der die magnetischen und nicht magnetischen
Zonen aufweisenden Stange 3 vor den ortsfesten Magneten
eine Veränderung
von deren Magnetfluss, die von den zugeordneten Detektoren erfasst
wird. Man stellt fest, dass die Verwendung von mit Gleichstrom gespeisten
Detektoren die Speisung der Detektoren zu vereinfachen erlaubt,
insbesondere, wenn die Vorrichtung in ein Kraftfahrzeug eingesetzt
ist, in dem die elektrische Energie von einer Batterie geliefert
wird.
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Gemäß einer
ersten Variante und unter Bezug auf 3 weist
die Stange 3 einen Kern 14 aus magnetischem Material
auf, der außen
mit Kehlen 15, 16 versehen ist, die zwischen sich
Kragen 17, 18 begrenzen.
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Die
Kehlen 15 haben die gleiche Breite. Die Kehle 16 hat
eine andere Breite als diejenige der Kehlen 15. Die Kehlen 15, 16 nehmen
je nicht magnetische Schichten 19, 20 entsprechender
Breite auf. Die nicht magnetischen Schichten 19, 20 haben
eine Außenfläche, die
mit der Außenfläche der
Kragen 17, 18 fluchtet, so dass die Stange 3 eine
glatte Außenfläche hat.
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Der
Betrieb der Vorrichtung gemäß dieser Variante
ist gleich dem oben beschriebenen.
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Gemäß einer
zweiten Variante und unter Bezug auf 4 ist der
Kern 14 mit einer Füllschicht 21 bedeckt,
die aus nicht magnetischem Material ist. Die Füllschicht füllt die Kehlen 15, 16 und
bedeckt die Kragen 17, 18, indem sie eine glatte
Außenfläche 22 präsentiert.
Die Füllschicht 21 kann
zum Beispiel durch thermische Projektion oder durch Elektrolyse aufgebracht
werden.
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Gemäß einer
dritten Variante und unter Bezug auf 5 weist
die Stange 3 einen Kern 24 aus magnetischem Material
auf, der außen
mit Kehlen 25, 26 versehen ist, die zwischen sich
Kragen 27, 28 begrenzen. Die Kehlen 25, 26 und
die Kragen 27, 28 haben wie vorher unterschiedliche
Breiten, um Bezugsmuster und relative Muster zu bilden.
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Der
Kern 24 wird in einem Rohr 29 aus nicht magnetischem
Material aufgenommen, das eine glatte Außenfläche 30 hat. Das Rohr 29 kann
einfach der Stange 3 eine glatte Außenfläche verleihen, was die Dichtheit
mit dem Zylinder 2 vereinfacht, oder ebenfalls eine Aufgabe
der mechanischen Verstärkung übernehmen.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann
Ausführungsvarianten
erfahren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er durch
die Ansprüche
definiert wird.
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Insbesondere,
obwohl die Erfindung in Verbindung mit einem Aufhängungsdämpfer eines
Kraftfahrzeugs beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese
Anwendung beschränkt
und kann ebenfalls in jeder Teleskopvorrichtung wie Arbeitszylindern, elastischen
Kopplungselementen usw. verwendet werden.
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Die
Detektoren 12 können
ebenfalls magnetoresistente Detektoren sein.
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Obwohl
der von den Detektoren 12 gebildete Satz in Form einer
Leiste beschrieben wurde, können die
Detektoren 12 voneinander unabhängig und zum Beispiel einfach
in einer gemeinsamen Richtung fluchtend ausgerichtet sein.
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Die
Stange 3 kann ebenfalls in einer Variante einen nicht magnetischen
Kern oder magnetischen Kern aufweisen, der eine Oberfläche hat,
die von magnetischen und nicht magnetischen Teilen bedeckt ist,
die die Muster bilden. Die magnetischen und nicht magnetischen Teile
sind zum Beispiel Ringe geringer Dicke, die unterschiedliche Breiten
haben, um Bezugsmuster oder relative Muster zu bilden.
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In
allen oben beschriebenen Ausführungsformen
kann der Kern in einem Rohr aufgenommen werden, das eine Schutzfunktion
der magnetischen Singularitäten
und/oder eine Funktion der mechanischen Verstärkung der Stange gewährleistet,
oder das der Stange eine glatte Oberfläche verleiht.
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In
der ersten Ausführungsform
können
die Bezugsmuster durch die Veränderung
der Breite der Kehlen und/oder den Abstand der Kehlen erhalten werden.
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Um
eine glatte Oberfläche
der Stange zu erhalten, ist es in der ersten Ausführungsform
möglich, die
Stange mit einer Schutzschicht beispielsweise auf der Basis von
Hartverchromung zu bedecken.
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Die
magnetische Singularitäten
können durch
Kombination der beschriebenen Ausführungsformen hergestellt werden.