EP2640999A1 - Schwingungsdämpfer mit einer sensoreinrichtung - Google Patents

Schwingungsdämpfer mit einer sensoreinrichtung

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EP2640999A1
EP2640999A1 EP11791235.2A EP11791235A EP2640999A1 EP 2640999 A1 EP2640999 A1 EP 2640999A1 EP 11791235 A EP11791235 A EP 11791235A EP 2640999 A1 EP2640999 A1 EP 2640999A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston rod
vibration damper
cylinder
sensor device
component
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11791235.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Burkhard Bender
Wolfgang Hertz
Guido Holtmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/3292—Sensor arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/06—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/06—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid
    • F16F9/064—Units characterised by the location or shape of the expansion chamber
    • F16F9/065—Expansion chamber provided on the upper or lower end of a damper, separately there from or laterally on the damper

Definitions

  • the invention relates to a vibration damper with a sensor device according to the preamble of patent claim 1.
  • a sensor device is used to provide a motion parameter, e.g. B. to detect the compression position, the piston rod speed or the wheel acceleration.
  • the vibration damper serves as a carrier for the sensor device.
  • One component of the sensor device is on a piston rod-side component and a component is on a cylinder-side component. Regardless of the specific design of the sensor device at least one component is designed as long as the stroke of the piston rod. For example, reference is made to DE 34 30 045. Alternatively, z. For example, to call US 5,451,870.
  • the axial length of the sensor device determines the price considerably. Furthermore, this is associated with a construction space disadvantage.
  • level control systems it is already known that only a part of the piston rod stroke is detected. A piston rod position outside the stroke range is simply determined as a piston rod that is particularly wide or extended. The exact position is not important, since in a level control by supply or discharge of operating medium again reaches the sensed area of the piston rod stroke. Although this solution is cheaper than the complete sensing of the piston rod stroke, but not comparable in quality.
  • the entire stroke range of the vibration damper is to be detected for a meaningful adjustment function.
  • the object of the present invention is to be able to detect the largest possible stroke range of the piston rod of a vibration damper with a simple and inexpensive sensor device.
  • a float floats on a Dämpfmediumober Structure and the float is the sensor component that performs a movement synchronously with the piston rod.
  • the Dämpfmediumapt z. B. in the expansion chamber changes depending on the volume located in the working space of the piston rod. Through this functional relationship, the position of the piston rod can be clearly detected.
  • the axial displacement of the float is significantly shorter than the displacement of the piston.
  • the displacement of the floating body is determined by the diameter ratio piston rod / compensation chamber. The larger the diameter of the expansion chamber and the smaller the diameter of the piston rod, the shorter is the displacement of the float and the shorter the can Be executed piston rod movement sensing sensor component.
  • the float does not have to rest completely on a damping medium mirror, but may also be partially submerged.
  • the float is designed as an axially movable separating piston to a working space of the cylinder.
  • the float or the separating piston can be used in a vibration damper of the monotube design or two-pipe design.
  • the float on an electrically or magnetically conductive application are often designed as plastic components.
  • an additional element is simply added, which meets the necessary technical property.
  • a particularly suitable for mass production solution for a conductive application is achieved in that the float at least partially has a coating. It is provided that the cylinder-side component of the sensor device is fastened on the outside of the cylinder. No cable routing is required in the cylinder of the vibration damper.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a vibration damper 1 according to the monotube principle.
  • Single-pipe principle means that a single cylinder 3 is used whose outer wall represents the outer surface of the vibration damper 1.
  • an axially movable piston rod 5 is arranged, which carries a piston 7, which is equipped with damping valves, not shown for damping an input and extension movement of the piston rod and the cylinder 3 in a piston rod side and a piston rod remote working space 9, 1 1 divided ,
  • the entire cylinder 3 is filled with an incompressible damping medium.
  • a compensation chamber 1 3 to absorb the displaced by the piston rod movement volume.
  • the compensation chamber 1 3 is executed in a storage housing 1 5, in which a float 1 7 is arranged, which floats on a DämpfmediumLite 1 9. Between the float 1 7 and a cover 21 of the storage enclosure is a compressed gas cushion 23 before. Alternatively, a mechanical spring can be used which biases the float on the Dämpfmediumspiegel. In a classic one-tube vibration damper, the cylinder 3 also forms the storage housing.
  • the floating body 1 7 is designed as a separating body and extends over the entire cross section of the storage housing 1 5. Consequently, the separating body 1 7 positioned on the wall of the expansion chamber 1 3 and the storage housing 1 fifth
  • the floating body 1 7 has an application 25, which consists of an electrically or magnetically conductive material and thus forms a first component of a sensor device 27, which performs an axial movement synchronously with the piston rod.
  • the application 25 on the float 1 7 is designed as a partial coating.
  • a cylinder-side component 29 of the sensor device 27 is arranged on the outside of the storage housing 1 5 or as part of the cylinder.
  • the z. B. can be formed by a board with several coils according to EP 1 672 323 A1, is a signal available, which is evaluable for determining the absolute position, the piston rod movement speed and direction of movement.
  • the compensation chamber 1 3 takes on the displaced by the piston rod 5 Dämpfmediumvolumen.
  • Figures 1 - 3 show that the compensation chamber 1 3 has a significantly larger cross-section than the piston rod 5. If the diameter of the expansion chamber 1 3, for example, twice as large as the diameter of the piston rod 5, then the displacement of the separating piston 1 7um to Factor 4 smaller than the synchronous displacement of the piston rod 5. About this ratio, the cylinder-side sensor component 29 can be significantly shorter and thus kept cheaper than the known from the prior art solutions.
  • FIG. 4 shows a vibration damper 1 according to the two-pipe principle.
  • the cylinder 3 is at least partially encased by an outer container tube 31, wherein the annular space formed thereby acts as a compensation chamber 1 3, which is partially filled with damping medium.
  • the Dämpfmediumapt 1 9 floats an annular float 1 7, which must perform any sealing function.
  • the level position of Dämpfmediummers changes exactly as a function of the displaced by the piston rod 5 Dämpfmediumvolumens. Ie. when deep into the cylinder 3 retracted piston rod 5, the DämpfmediumLite increases and when extending the piston rod 5 sinks the Dämpfmediumapt 1 9. This movement is transmitted from the float 1 7 on the cylinder-side component of the sensor device 27.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Level Indicators Using A Float (AREA)

Abstract

Schwingungsdämpfer (1) mit einer Sensoreinrichtung (27), umfassend einen mit Dämpfmedium gefüllten Zylinder (3), in dem eine Kolbenstange (5) axial beweglich geführt ist, wobei der Schwingungsdämpfer einen Ausgleichsraum (13) aufweist, der zumindest das von der Kolbenstange verdrängte Dämpfmediumvolumen aufnimmt, wobei die Sensoreinrichtung eine erste Sensorkomponente (29) aufweist, die ortsfest zum Zylinder und eine Komponente (17) aufweist, die eine Bewegung synchron zur Kolbenstange ausführt, wobei ein Schwimmkörper (17) auf einer Dämpfmediumoberfläche (19) schwimmt und der Schwimmkörper die Sensorkomponente darstellt, die eine Bewegung synchron zur Kolbenstange ausführt.

Description

Patentanmeldung
Schwingungsdämpfer mit einer Sensoreinrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit einer Sensoreinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 .
Bei vielen Anwendungen im Zusammenhang mit einem Schwingungsdämpfer wird eine Sensoreinrichtung eingesetzt, um einen Bewegungsparameter, z. B. die Einfederungsposition, die Kolbenstangengeschwindigkeit oder auch die Radbeschleunigung zu erfassen . Dabei dient der Schwingungsdämpfer als Träger für die Sensoreinrichtung. Eine Komponente der Sensoreinrichtung ist an einem kolbenstangenseitigen Bauteil und eine Komponente ist an einem zylinderseitigen Bauteil. Unabhängig von der konkreten Bauform der Sensoreinrichtung ist mindestens eine Komponente so lang ausgeführt wie der Hub der Kolbenstange. Beispielhaft wird auf die DE 34 30 045 verwiesen . Alternativ ist z. B. noch die US 5 451 870 zu nennen .
Die axiale Länge der Sensoreinrichtung bestimmt ganz wesentlich den Preis. Des Weiteren ist damit ein Bauraumnachteil verbunden . Bei Niveauregelanlagen ist es bereits bekannt, dass man nur einen Ausschnitt des Kolbenstangenhubs erfasst. Eine Kolbenstangenposition außerhalb des Hubbereichs wird einfach als besonders weit ein- oder besonders weit ausgefahrene Kolbenstange bestimmt. Die exakte Position ist nicht wichtig, da bei einer Niveauregulierung durch Zu- oder Abfuhr von Betriebsmedium wieder der sensierte Bereich des Kolbenstangenhubs erreicht wird. Diese Lösung ist zwar kostengünstiger als die vollständige Sensierung des Kolbenstangenhubs, jedoch qualitativ nicht vergleichbar. Bei einer Anwendung der Sensoreinrichtung bei einem verstellbaren Schwingungsdämpfer ohne eine Niveauregelfunktion ist der gesamte Hubbereich des Schwingungsdämpfers für eine sinnvolle Verstellfunktion zu erfassen .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, mit einer einfachen und kostengünstigen Sensoreinrichtung einen möglichst großen Hubbereich der Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers erfassen zu können .
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Schwimmkörper auf einer Dämpfmediumoberfläche schwimmt und der Schwimmkörper die Sensorkomponente darstellt, die eine Bewegung synchron zur Kolbenstange ausführt.
Der Dämpfmediumspiegel z. B. im Ausgleichsraum verändert sich in Abhängigkeit des im Arbeitsraum befindlichen Volumens der Kolbenstange. Über diesen funktionalen Zusammenhang kann die Position der Kolbenstange eindeutig erfasst werden. Der axiale Verschiebeweg des Schwimmkörpers ist deutlich kürzer als der Verschiebeweg des Kolbens. Der Verschiebeweg des Schwimmkörpers bestimmt sich aus dem Durchmesserverhältnis Kolbenstange/ Ausgleichsraum . Je größer der Durchmesser des Ausgleichsraums und je kleiner der Durchmesser der Kolbenstange, umso kürzer ist der Verschiebeweg des Schwimmkörpers und desto kürzer kann die die Kolbenstangenbewegung erfassende Sensorkomponente ausgeführt sein . Der Schwimmkörper muss nicht vollständig auf einem Dämpfmediumspiegel aufliegen, sondern kann auch teilweise eingetaucht sein .
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich der Schwimmkörper an einer Wandung des Ausgleichsraums zur zylinderseitigen Sensorkomponente ausrichtet. Mit dieser Maßnahme wird ein konstantes Signal bezogen auf eine Schwimmkörperstellung erreicht.
Um den Bauaufwand für die Sensoreinrichtung möglichst gering zu halten, ist der Schwimmkörper als axial beweglicher Trennkolben zu einem Arbeitsraum des Zylinders ausgeführt. Der Schwimmkörper bzw. der Trennkolben kann bei einem Schwingungsdämpfer der Einrohrbauform oder Zweirohrbauform eingesetzt werden .
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch weist der Schwimmkörper eine elektrisch oder magnetisch leitfähige Applikation auf. Vielfach werden Schwimmkörperr als Kunststoffbauteil ausgeführt. Um diese vorteilhafte Bauform beibehalten zu können, wird einfach ein zusätzliches Element hinzugefügt, das die notwendige technische Eigenschaft erfüllt.
Eine besonders großserientaugliche Lösung für eine leitfähige Applikation wird dadurch erreicht, dass der Schwimmkörper zumindest teilweise eine Beschichtung aufweist. Es ist vorgesehen, dass die zylinderseitige Komponente der Sensoreinrichtung außenseitig am Zylinder befestigt ist. Man benötigt keine Kabelführung in den Zylinder des Schwingungsdämpfers.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig . 1 - 3 Schwingungsdämpfer nach dem Einrohrprinzip mit einer
Sensoreinrichtung
Fig . 4 Schwingungsdämpfer nach dem Zweirohrprinzip mit einer
Sensoreinrichtung
Die Zusammenschau der Figuren 1 bis 3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Schwingungsdämpfers 1 nach dem Einrohrprinzip. Einrohrprinzip bedeutet, dass ein einziger Zylinder 3 zur Anwendung kommt, dessen Außenwandung die äußere Oberfläche des Schwingungsdämpfers 1 darstellt. In dem Zylinder 3 ist eine axial bewegliche Kolbenstange 5 angeordnet, die einen Kolben 7 trägt, der mit nicht dargestellten Dämpfventilen zur Bedämpfung einer Ein- und Ausfahrbewegung der Kolbenstange bestückt ist und den Zylinder 3 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 9;1 1 unterteilt. Der gesamte Zylinder 3 ist mit einem inkompressiblen Dämpfmedium gefüllt.
Axial in Reihe oder in diesem Fall am kolbenstangenfernen Arbeitsraum 1 1 angeschlossen dient ein Ausgleichsraum 1 3 dazu, das durch die Kolbenstangenbewegung verdrängte Volumen aufzunehmen . Der Ausgleichsraum 1 3 ist in einem Speichergehäuse 1 5 ausgeführt, in dem ein Schwimmkörper 1 7 angeordnet ist, der auf einem Dämpfmediumspiegel 1 9schwimmt. Zwischen dem Schwimmkörper 1 7 und einem Deckel 21 des Speichergehäuses liegt ein Druckgaspolster 23 vor. Ersatzweise kann eine mechanische Feder verwendet werden, die den Schwimmkörper auf dem Dämpfmediumspiegel vorspannt. Bei einem klassischen Einrohrschwingungsdämpfer bildet der Zylinder 3 auch das Speichergehäuse.
Der Schwimmkörper 1 7 ist als Trennkörper ausgeführt und erstreckt sich über den gesamten Querschnitt des Speichergehäuses 1 5. Folglich positioniert sich der Trennkörper 1 7 an der Wandung des Ausgleichsraums 1 3 bzw. des Speichergehäuses 1 5.
Der Schwimmkörper 1 7 verfügt über eine Applikation 25, die aus einem elektrisch oder magnetisch leitfähigen Werkstoff besteht und bildet damit eine erste Komponente einer Sensoreinrichtung 27, die eine axiale Bewegung synchron zur Kolbenstange ausführt. Bevorzugt ist die Applikation 25 am Schwimmkörper 1 7 als eine partielle Beschichtung ausgeführt.
Außenseitig am Speichergehäuse 1 5 oder als Teil des Zylinders ist eine zylinderseitige Komponente 29 der Sensoreinrichtung 27 angeordnet. Je nach axialer Position des Trennkolbens 1 7 zur zylinderseitigen Komponente 29, die z. B. von einer Platine mit mehreren Spulen gemäß der EP 1 672 323 A1 gebildet werden kann, steht ein Signal zur Verfügung, das zur Bestimmung der Absolutposition, der Kolbenstangenbewegungsgeschwindigkeit und Bewegungsrichtung auswertbar ist.
Wie bereits beschrieben, nimmt der Ausgleichsraum 1 3 das von der Kolbenstange 5 verdrängte Dämpfmediumvolumen auf. Die Figuren 1 - 3 zeigen, dass der Ausgleichsraum 1 3 einen deutlich größeren Querschnitt aufweist als die Kolbenstange 5. Wenn der Durchmesser des Ausgleichsraums 1 3 beispielsweise doppelt so groß ist wie der Durchmesser der Kolbenstange 5, dann ist der Verschiebeweg des Trennkolbens 1 7um den Faktor 4 kleiner als der synchrone Verschiebeweg der Kolbenstange 5. Über dieses Verhältnis kann die zylinderseitige Sensorkomponente 29 deutlich kürzer und damit kostengünstiger gehalten werden als die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen .
Die Figur 4 zeigt einen Schwingungsdämpfer 1 nach dem Zweirohrprinzip. Dabei wird der Zylinder 3 von einem äußeren Behälterrohr 31 zumindest teilweise eingehüllt, wobei der dadurch gebildete Ringraum als Ausgleichsraum 1 3 fungiert, der teilweise mit Dämpfmedium gefüllt ist. Auf dem Dämpfmediumspiegel 1 9 schwimmt ein ringförmiger Schwimmkörper 1 7, der keinerlei Dichtfunktion ausführen muss. Auch bei dieser Schwingungsdämpferbauform ändert sich die Niveaulage des Dämpfmediumspiegels exakt in Abhängigkeit des von der Kolbenstange 5 verdrängten Dämpfmediumvolumens. D. h. bei tief in den Zylinder 3 eingefahrener Kolbenstange 5 steigt der Dämpfmediumspiegel und bei ausfahrender Kolbenstange 5 sinkt der Dämpfmediumspiegel 1 9. Diese Bewegung wird von dem Schwimmkörper 1 7 auf die zylinderseitige Komponente der Sensoreinrichtung 27 übertragen . Bezuqszeichenliste Schwingungsdämpfer
Zylinder
Kolbenstange
Kolben
kolbenstangenseitiger Arbeitsraum
kolbenstangenferner Arbeitsraum
Ausgleichsraum
Speichergehäuse
Schwimmkörper
Dämpfmediumspiegel
Deckel
Druckgaspolster
Applikation
Sensoreinrichtung
zylinderseitige Komponente der Sensoreinrichtung Behälterrohr

Claims

Patentansprüche
Schwingungsdämpfer ( 1 ) mit einer Sensoreinrichtung (27), umfassend einen mit Dämpfmedium gefüllten Zylinder (3), in dem eine Kolbenstange (5) axial beweglich geführt ist, wobei der Schwingungsdämpfer (1 ) einen Ausgleichsraum (1 3) aufweist, der zumindest das von der Kolbenstange (5) verdrängte Dämpfmediumvolumen aufnimmt, wobei die Sensoreinrichtung (27) eine erste Sensorkomponente (29) aufweist, die ortsfest zum Zylinder (3) und eine Komponente ( 1 7) aufweist, die eine Bewegung synchron zur Kolbenstange (5) ausführt,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Schwimmkörper ( 1 7) auf einer Dämpfmediumoberfläche ( 1 9) schwimmt und der Schwimmkörper die Sensorkomponente darstellt, die eine Bewegung synchron zur Kolbenstange (5) ausführt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Schwimmkörper ( 1 7) an einer Wandung des Ausgleichsraums (1 3) zur zylinderseitigen Sensorkomponente (29) ausrichtet.
3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schwimmkörper ( 1 7) als axial beweglicher Trennkolben zu einem Arbeitsraum (9; 1 1 ) des Zylinders (3) ausgeführt ist.
4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schwimmkörper (1 7) eine elektrisch oder magnetisch leitfähige Applikation (25) aufweist.
5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schwimmkörper ( 1 7) zumindest teilweise eine Beschichtung aufweist.
6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zylinderseitige Komponente (29) der Sensoreinrichtung (27) außenseitig am Zylinder befestigt ist.
EP11791235.2A 2010-11-20 2011-11-17 Schwingungsdämpfer mit einer sensoreinrichtung Withdrawn EP2640999A1 (de)

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