WO2018172042A1 - Messeinrichtung für einen schwingungsdämpfer - Google Patents

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WO2018172042A1 PCT/EP2018/055257 EP2018055257W WO2018172042A1 WO 2018172042 A1 WO2018172042 A1 WO 2018172042A1 EP 2018055257 W EP2018055257 W EP 2018055257W WO 2018172042 A1 WO2018172042 A1 WO 2018172042A1
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shaft
piston rod
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vibration damper
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Thomas Nowotka
Georg Memmel
Elke ALMASSY
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    • F16F2230/00—Purpose; Design features
    • F16F2230/08—Sensor arrangement

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for measuring the current axial position of a piston rod of a vibration damper arranged axially movably within a damper cylinder.
  • a measuring device which comprises a high-frequency sensor integrated in a damper piston of a vibration damper which detects the current position and / or the speed of the damper piston with the aid of a marking scale implemented on the inner wall of the damper cylinder.
  • Marking scale includes position markings which are mounted as depressions on the inner wall of the damper cylinder.
  • the high-frequency sensor accommodated in the damper piston emits a measurement signal through a piston window in a side wall of the damper piston, which is reflected by the marking scale and interpreted by the sensor.
  • This measuring device has the disadvantage that it can be realized only with a very high technical complexity.
  • DE 10 2007 020 043 A1 discloses a measuring device which uses a magnetic field sensor, the latter measuring the movement of the piston rod by means of a pulse counting, which is caused by the magnetically coded piston rod sliding axially past the magnetic field sensor.
  • the measuring device detects only the movement, or a relative change in height of the piston rod and not their current time position.
  • the object of the present invention is therefore to provide an alternative measuring device which detects the current position or extension height of the piston rod at the respective time and which is simple and inexpensive to produce. This object is achieved by a measuring device with the features of claim 1.
  • the measuring device comprises a translation arrangement with a rotatably movable shaft, wherein the translation assembly is operatively connected to the piston rod and translates a linear movement of the piston rod in a rotational movement of the shaft, so that the current axial position of the piston rod within the damper cylinder the current angular position of the shaft is recognizable
  • the shaft can be designed in a simple manner as a rigid shaft or as a propeller shaft.
  • the translation arrangement may advantageously comprise a lever element having a first end portion and a second end portion, wherein the first end portion is at least indirectly connected to the piston rod and the second portion at least indirectly connected to the shaft.
  • the measuring device may according to a further advantageous embodiment comprise an angle sensor which detects the respective current angular position of the shaft. This can be directly connected mechanically to the shaft.
  • the measuring device for a non-contact measurement, the measuring device according to a further advantageous embodiment, a at least indirectly arranged on the shaft permanent magnets and the angle sensor be designed such that it detects the current angular position of the shaft based on the orientation of the magnetic field of the arranged on the shaft permanent magnet.
  • the advantageously arranged in a vibration damper measuring device may be designed such that it at least partially fits within a rolling piston of an air spring of the vibration damper.
  • the current position of the piston rod can advantageously be measured without contact, by the wall of the rolling piston.
  • FIG. 1 is a perspective view of a first exemplary embodiment of a measuring device according to claim 1;
  • FIG. 2 shows a perspective view of a measuring device according to FIG. 1 with a fastening device
  • FIG. 3 shows a first side view of the measuring device according to FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a second side view of the measuring device according to FIG. 1;
  • FIG. 5 shows a perspective view of a translation device according to FIG.
  • FIG. 6 is a partial sectional view of a vibration damper with a
  • FIG 1 shows in perspective an exemplary embodiment of a measuring device 1 according to claim 1.
  • the measuring device 1 shown in Figure 1 comprises a transmission assembly 5 which is operatively connected to a piston rod 3.
  • a cap 13 is arranged, which is secured axially by means of a threaded nut 21.
  • the translation assembly 5 is connected by means of a connecting member 12 on the one hand with the cap 13 and on the other hand with the translation assembly 5.
  • the connecting member 12 has a first end portion 12a and a second end portion 12b.
  • the second end portion 12 b is rotatably mounted with the cap 13, on a, attached to the cap 13 attachment assembly 14.
  • the translation assembly 5 includes a lever member 7 having a first end portion 7a and a second end portion 7b and a rotatably movable shaft 6 having a first end portion 6a and a second end portion 6b.
  • the translation arrangement 5 is shown separately in FIG.
  • the first end portion 7a of the lever member 7 and the first end portion 12a of the connecting member 12 are connected to each other and have a common bearing point.
  • the second end portion 6 b of the shaft 6 is fixedly connected to the second end portion 7 b of the lever member 7.
  • a permanent magnet 9 is arranged at the first end portion 6a of the shaft 6.
  • FIG. 1 shows an angle sensor 8, which is operatively connected to the shaft 6 and designed to detect the current angular position of the shaft 6 on the basis of the current orientation of the magnetic field of the permanent magnet 9.
  • the shaft 6 is connected directly to the angle sensor 8, which may be designed, for example, as a potentiometer.
  • the angle sensor 8 is designed as a magnetic field sensor which detects the change in the magnetic field and / or the current orientation of the magnetic field of the permanent magnet 9 .
  • a fastening device 15 is shown which has a plurality of webs which are adapted to receive the translation assembly 5 of the measuring device 1 and set to a damper cylinder, not shown here a vibration damper.
  • the fastening device 15 comprises a plurality of webs 16 running substantially coaxially to the longitudinal axis of the piston rod 3 and a connecting web 17 which provides a fastening possibility for the shaft 6.
  • the webs 16 and the connecting web 17 radially adjoin a cylinder portion 18 on the one hand and are inseparably connected thereto.
  • the cylinder portion 18 is designed such that it surround a damper cylinder 2 in the circumferential direction and can be fixed to this.
  • Figures 3 and 4 show a variant according to which the fastening device is mounted on a damper cylinder 2 and disposed within a first rolling piston component 10a of a rolling piston 10.
  • the connection point of the lever element 7 at its second end section 7b is particularly clearly recognizable, which is connected to the fastening device 15 and is rotatably mounted.
  • the angle sensor 8 is mounted outside of the rolling piston 10 on its first rolling-piston component 10a, wherein the permanent magnet 9, which is arranged on the shaft 6, is placed inside the first rolling-piston component 10a.
  • the shaft 6 shown in Figures 1, 2, 4 and 5 is designed as a flexible shaft, or as a so-called flex shaft. This can also be made as a propeller shaft or as a solid shaft. So can the wave be designed as a radial extension of the second end portion 7b of the lever member 7.
  • FIG. 6 shows a vibration damper 4 with a measuring device 1 according to patent claim 1.
  • the rolling piston 10 is designed in several parts and comprises a first rolling piston 10a and a second rolling piston 10b, which are axially positioned and interconnected.
  • the measuring device 1 is mounted such that the translation assembly 5 is disposed within the rolling piston 10 and / or the air spring 1 1, wherein the angle sensor 8 is positioned outside of the rolling piston 10 and / or the air spring 1 1.

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Abstract

Es wird eine Messeinrichtung (1) zum Messen der aktuellen axialen Position einer innerhalb eines Dämpferzylinders (2) axial bewegbar angeordneten Kolbenstange (3) eines Schwingungsdämpfers (4) vorgeschlagen. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass die Messeinrichtung (1) eine Übersetzungsanordnung (5) mit einer rotatorisch bewegbaren Welle (6) umfasst, wobei die Übersetzungsanordnung (5) mit der Kolbenstange (3) wirkverbunden ist und eine lineare Bewegung der Kolbenstange (3) in eine rotatorische Bewegung der Welle 6 übersetzt, sodass die aktuelle axiale Position der Kolbenstange (3) aus der aktuellen Winkelposition der Welle (6) erkennbar ist.

Description

Messeinrichtung für einen Schwingungsdämpfer
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zum Messen der aktuellen axialen Position einer innerhalb eines Dämpferzylinders axial bewegbar angeordneten Kolbenstange eines Schwingungsdämpfers.
Aus der DE 10 2008 042 751 A1 ist beispielsweise eine Messeinrichtung bekannt, welche einen in einen Dämpferkolben eines Schwingungsdämpfers integrierten Hochfrequenzsensor umfasst, welcher mit Hilfe von einer an der Innenwand des Dämpferzylinders ausgeführten Markierungsskala die aktuelle Position und/oder die Geschwindigkeit des Dämpferkolbens detektiert. Markierungsskala umfasst Positionsmarkierungen, welche als Vertiefungen an der Innenwand des Dämpferzylinders angebracht sind. Der in dem Dämpferkolben untergebrachte Hochfrequenzsensor sendet durch ein Kolbenfenster in einer Seitenwand des Dämpferkolbens ein Messsignal aus, welches von der Markierungsskala reflektiert und von dem Sensor interpretiert wird.
Diese Messeinrichtung hat zum Nachteil, dass diese nur mit einem sehr hohen technischen Aufwand realisierbar ist.
In der DE 10 2007 020 043 A1 ist eine Messeinrichtung offenbart, welche einen Magnetfeldsensor verwendet, wobei dieser durch eine Impulszählung, welche durch die an dem Magnetfeldsensor axial vorbei gleitende magnetisch kodierte Kolbenstange verursacht wird, die Bewegung der Kolbenstange misst. Die Messeinrichtung detektiert jedoch nur die Bewegung, bzw. eine relative Höhenänderung der Kolbenstange und nicht deren zum jeweiligen Zeitpunkt aktuelle Position.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine alternative Messeinrichtung bereitzustellen, welche die zum jeweiligen Zeitpunkt aktuelle Position, bzw. Ausfahrhöhe der Kolbenstange detektiert und welche einfach und kostengünstig herstellbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Messeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Somit ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Messeinrichtung eine Übersetzungsanordnung mit einer rotatorisch bewegbaren Welle umfasst, wobei die Übersetzungsanordnung mit der Kolbenstange wirkverbunden ist und eine lineare Bewegung der Kolbenstange in eine rotatorische Bewegung der Welle übersetzt, sodass die aktuelle axiale Position der Kolbenstange innerhalb des Dämpferzylinders aus der aktuellen Winkelposition der Welle erkennbar ist
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Welle auf eine einfache Weise als eine steife Welle oder als eine Gelenkwelle ausgeführt sein.
Darüber hinaus kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante vorgesehen sein, die Welle als eine biegsame Welle auszuführen, was eine deutlich bessere Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums ermöglicht.
Die Übersetzungsanordnung kann vorteilhafter Weise ein Hebelelement mit einem ersten Endabschnitt und einem zweiten Endabschnitt umfassen, wobei der erste Endabschnitt zumindest mittelbar mit der Kolbenstange und der zweite Abschnitt zumindest mittelbar mit der Welle verbunden ist.
Die Messeinrichtung kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante einen Winkelsensor umfassen, welcher die jeweils aktuelle Winkelposition der Welle detektiert. Dieser kann direkt mechanisch mit der Welle verbunden sein.
Für eine berührungslose Messung kann die Messeinrichtung gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante einen zumindest mittelbar an der Welle angeordneten Permanentmagneten umfassen und der Winkelsensor derart ausgeführt sein, dass dieser die aktuelle Winkelposition der Welle anhand der Ausrichtung des Magnetfeldes des an der Welle angeordneten Permanentmagneten detektiert. Die vorteilhafter Weise in einem Schwingungsdämpfer angeordnete Messeinrichtung kann derart ausgeführt sein, dass diese zumindest teilweise innerhalb eines Abrollkolbens einer Luftfeder des Schwingungsdämpfers Platz findet.
Wenn die Übersetzungsanordnung innerhalb des Abrollkolbens angeordnet ist, wobei der Winkelsensor außerhalb des Abrollkolbens angeordnet ist, kann die aktuelle Position der Kolbenstange vorteilhafter Weise berührungslos, durch die Wand des Abrollkolbens gemessen werden.
Anhand folgender Figuren soll die Erfindung nun näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 : eine perspektivische Darstellung einer ersten beispielsweisen Ausführungsvariante einer Messeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 ;
Fig. 2: eine perspektivische Darstellung einer Messeinrichtung gemäß Fig. 1 mit einer Befestigungsvorrichtung;
Fig. 3: eine erste Seitenansicht auf die Messeinrichtung nach Fig. 1 ;
Fig. 4: eine zweite Seitenansicht auf die Messeinrichtung nach Fig. 1 ;
Fig. 5: eine perspektivische Darstellung einer Übersetzungsvorrichtung gemäß
Patentanspruch 1 ;
Fig. 6: eine teilweise Schnittdarstellung eines Schwingungsdämpfers mit einer
Messeinrichtung nach Fig. 1 .
Die Figur 1 zeigt perspektivisch eine beispielshafte Ausführungsvariante einer Messeinrichtung 1 gemäß Patentanspruch 1 .
Die in Figur 1 dargestellte Messeinrichtung 1 umfasst eine Übersetzungsanordnung 5 welche mit einer Kolbenstange 3 wirkverbunden ist. An dem gemäß der Abbildung der Figur 1 oberen Ende der Kolbenstange 3 ist eine Kappe 13 angeordnet, welche mit Hilfe einer Gewindemutter 21 axial gesichert ist. Die Übersetzungsanordnung 5 ist mit Hilfe eines Verbindungsbauteils 12 einerseits mit der Kappe 13 und andererseits mit der Übersetzungsanordnung 5 verbunden. Das Verbindungsbauteil 12 weist einen ersten Endabschnitt 12a und einen zweiten Endabschnitt 12b auf. Der zweite Endabschnitt 12b ist mit der Kappe 13, an einer, an der Kappe 13 angebrachten An- bindungsanordnung 14 drehbar gelagert.
Die Übersetzungsanordnung 5 umfasst ein Hebelelement 7 mit einem ersten Endabschnitt 7a und einem zweiten Endabschnitt 7b sowie eine rotatorisch bewegbare Welle 6 mit einem ersten Endabschnitt 6a und einem zweiten Endabschnitt 6b. Die Übersetzungsanordnung 5 ist in der Figur 5 gesondert dargestellt. Wie in den Figuren 1 , 3, 4 und 6 dargestellt, sind der erste Endabschnitt 7a des Hebelelements 7 und der erste Endabschnitt 12a des Verbindungsbauteils 12 miteinander verbunden und weisen eine gemeinsame Lagerstelle auf. Der zweite Endabschnitt 6b der Welle 6 ist mit dem zweiten Endabschnitt 7b des Hebelelements 7 fest verbunden. An dem ersten Endabschnitt 6a der Welle 6 ist ein Permanentmagnet 9 angeordnet. Darüber hinaus ist in der Figur 1 ein Winkelsensor 8 abgebildet, welcher mit der Welle 6 wirkverbunden ist und dazu ausgelegt ist, die aktuelle Winkelposition der Welle 6 anhand der aktuellen Ausrichtung des Magnetfeldes des Permanentmagneten 9 zu erkennen.
Eine Axialbewegung der innerhalb des Dämpferzylinders 2 axial bewegbar angeordneten Kolbenstange 3 wird über das Verbindungsbauteil 12 auf das Hebelelement 7 übertragen. Das Hebelelement 7 ist an dessen zweiten Endabschnitt 7b an einer hier nicht dargestellten Befestigungsvorrichtung 15 drehbar gelagert. Somit wird die von der Kolbenstange 3 eingeleitete Axialbewegung in einer rotatorische Bewegung des Endabschnitts 7b des Hebelelements 7 übersetzt. Diese wird von der Welle 6 an den Winkelsensor 8 weitergeleitet.
Es vorgesehen sein, dass die Welle 6 direkt mit dem Winkelsensor 8, welcher beispielsweise als ein Potentiometer ausgeführt sein kann, verbunden ist. In der Figur 1 dargestellten Ausführungsvariante ist jedoch vorgesehen, dass die Welle 6 einen Permanentmagneten 9 rotatorisch bewegt und dass der Winkelsensor 8 als ein Magnetfeldsensor ausgeführt ist, welcher die Veränderung des Magnetfeldes und/oder die jeweils aktuelle Ausrichtung des Magnetfeldes des Permanentmagneten 9 detek- tiert. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein kontaktloses Messen und Erkennen der axialen Position der Kolbenstange 3. In den Figuren 2, 3, 4 und 6 ist jeweils zusätzlich zu der Messeinrichtung 1 eine Befestigungsvorrichtung 15 dargestellt welche mehrere Stege aufweist die dafür ausgelegt sind die Übersetzungsanordnung 5 der Messeinrichtung 1 aufzunehmen und an einem hier nicht dargestellten Dämpferzylinder eines Schwingungsdämpfers festzulegen.
Die Befestigungsvorrichtung 15 umfasst mehrere im Wesentlichen koaxial zu der Längsachse der Kolbenstange 3 verlaufenden Stege 16 sowie einen Verbindungssteg 17 welcher eine Befestigungsmöglichkeit für die Welle 6 bereitstellt. Die Stege 16 sowie der Verbindungssteg 17 grenzen radial einerseits an einen Zylinderabschnitt 18 an und sind untrennbar mit diesem verbunden. Der Zylinderabschnitt 18 ist derart ausgeführt dass dieser einen Dämpferzylinder 2 in Umfangsrichtung umgreifen und an diesem festgelegt werden kann.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Ausführungsvariante gemäß welcher die Befestigungsvorrichtung an einem Dämpferzylinder 2 montiert und innerhalb eines ersten Abrollkolbenbauteils 10a eines Abrollkolbens 10 angeordnet ist. Dabei sind in den Figuren 3 und 4 die Verbindungsstellen des Verbindungsbauteils in dessen erstem Endabschnitt 12a sowie in dessen zweitem Endabschnitt 12b, welcher als Lagerstellen ausgeführt sind, besonders deutlich sichtbar. Darüber hinaus ist in der Figur 3 die Anbindungsstelle des Hebelelements 7 an dessen zweiten Endabschnitt 7b besonders deutlich erkennbar, welcher mit der Befestigungsvorrichtung 15 verbunden und drehbar gelagert ist.
Wie in der Figur 4 dargestellt ist der Winkelsensor 8 außerhalb des Abrollkolbens 10 an dessen erstem Abrollkolbenbauteil 10a angebracht, wobei der Permanentmagnet 9, welcher an der Welle 6 angeordnet ist, innerhalb des ersten Abrollkolbenbauteils 10a platziert ist.
Die in den Figuren 1 , 2, 4 und 5 dargestellte Welle 6 ist als eine biegsame Welle, bzw. als eine sogenannte Flexwelle ausgeführt. Diese kann aber auch als eine Gelenkwelle oder aber auch als eine feste Welle gefertigt sein. Genauso kann die Welle als ein radialer Fortsatz des zweiten Endabschnitts 7b des Hebelelements 7 ausgeführt sein.
Die Figur 6 zeigt einen Schwingungsdämpfer 4 mit einer gemäß dem Patentanspruch 1 ausgeführten Messeinrichtung 1 .
Dieser umfasst einen Abrollkolben 10 für eine den Abrollkolben 10 und die Kolbenstange 3 in Umfangsrichtung umgreifende Luftfeder 1 1 . Der Abrollkolben 10 ist mehrteilig ausgeführt und umfasst ein erstes Abrollkolbenbauteil 10a und ein zweites Abrollkolbenbauteil 10b, welche axial aufeinander positioniert und miteinander verbunden sind. Die Messeinrichtung 1 ist derart montiert, dass die Übersetzungsanordnung 5 innerhalb des Abrollkolbens 10 und/oder der Luftfeder 1 1 angeordnet ist, wobei der Winkelsensor 8 außerhalb des Abrollkolbens 10 und/oder der Luftfeder 1 1 positioniert ist.
Bezuqszeichen
Messeinrichtung
Dämpferzylinder
Kolbenstange
Schwingungsdämpfer
Übersetzungsanordnung
Welle
a Erster Endabschnitt der Welle
b Zweiter Endabschnitt der Welle
Hebelelement
a Erster Endabschnitt des Hebelelementsb Zweiter Endabschnitt des Hebelelements
Winkelsensor
Permanentmagnet
0 Abrollkolben
0a Erstes Abrollkolbenbauteil
0b Zweites Abrollkolbenbauteil
1 Luftfeder
2 Verbindungsbauteil
2a Erster Endabschnitt des Verbindungsbauteils2b Zweiter Endabschnitt des Verbindungsbauteils3 Kappe
4 Anbindungsanordnung
5 Befestigungsvorrichtung
6 Steg
7 Verbindungssteg
8 Zylinderabschnitt
9 Aufnahmevorrichtung
0 Befestigungselement
1 Gewindemutter

Claims

Patentansprüche
1 . Messeinrichtung (1 ) zum Messen der aktuellen axialen Position einer innerhalb eines Dämpferzylinders (2) axial bewegbar angeordneten Kolbenstange (3) eines Schwingungsdämpfers (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (1 ) eine Übersetzungsanordnung (5) mit einer rotatorisch bewegbaren Welle (6) umfasst, wobei die Übersetzungsanordnung (5) mit der Kolbenstange (3) wirkverbunden ist und eine lineare Bewegung der Kolbenstange (3) in eine rotatorische Bewegung der Welle (6) übersetzt, sodass die aktuelle axiale Position der Kolbenstange (3) aus der aktuellen Winkelposition der Welle (6) erkennbar ist.
2. Messeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (6) als eine Gelenkwelle ausgeführt ist.
3. Messeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (6) als eine biegsame Welle ausgeführt ist.
4. Messeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Übersetzungsanordnung (5) ein Hebelelement (7) mit einem ersten Endabschnitt (7a) und einem zweiten Endabschnitt (7b) umfasst, wobei der erste Endabschnitt (7a) zumindest mittelbar mit der Kolbenstange (3) und der zweite Endabschnitt mit der Welle (6) verbunden ist.
5. Messeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (1 ) einen Winkelsensor (8) umfasst, welcher mit der Welle (6) wirkverbunden ist und die jeweils aktuelle Winkelposition der Welle (6) detektiert.
6. Messeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (1 ) einen zumindest mittelbar an der Welle (6) angeordneten Permanentmagneten (9) umfasst.
7. Messeinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelsensor (8) derart ausgeführt ist, dass dieser die aktuelle Winkelposition der Wel- le (6) anhand der Ausrichtung des Magnetfeldes des an der Welle (6) angeordneten Permanentmagneten (9) detektiert.
8. Schwingungsdämpfer (4) mit einer Messeinrichtung (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (1 ) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
9. Schwingungsdämpfer (4) mit einer Messeinrichtung (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen Abrollkolben (10) für eine Luftfeder (1 1 ) umfasst, wobei die Messeinrichtung (1 ) zumindest teilweise innerhalb des Abrollkolbens (10) angeordnet ist.
10. Schwingungsdämpfer (4) mit einer Messeinrichtung (1 ) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungsanordnung (5) innerhalb des Abrollkolbens (10) und/oder der Luftfeder (1 1 ) angeordnet ist, wobei der Winkelsensor (8) außerhalb des Abrollkolbens (10) und/oder der Luftfeder (1 1 ) angeordnet ist.
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