DE19807701C1 - Positionsmeßeinrichtung bei einem Kolben-Zylinderaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Positionsmeßeinrichtung für ein Kolben-Zylinderaggregat.

Die DE 40 41 407 C2 beschreibt eine Einrichtung zur Erfassung der Relativgeschwindig­ keit zwischen dem Kolben und dem Zylinder eines Schwingungsdämpfers. Dazu verfügt der Schwingungsdämpfer über einen Wandler zur Aussendung von Schallwellen. Der Wandler ist am Kolben angeordnet und zum Bodenventil ausgerichtet, das als Refle­ xionskörper dient. Mit dieser Anordnung ist zum Beispiel das Problem der Kabelführung zum Wandler durch einen Kolbenstangenzapfen verbunden, der den Kolben trägt. Theoretisch ist das vielleicht kein Problem, doch muß man sich fragen, ob eine Großseri­ enproduktion eine solche Lösung zuläßt.

In der DE 31 16 333 A1 wird ein Meßsystem zum berührungslosen Erfassen von Positio­ nen der Kolbenstange einer Kolben-Zylinder-Einheit beschrieben. Mit Hilfe eines Meß­ fühlers, der in eine Axialbohrung der Kolbenstange taucht, sind je nach Stellung der Kolbenstange unterschiedliche Ausgangssignale in Abhängigkeit der jeweiligen Kolben­ stangenposition meßbar. Das System umfaßt einen Sender/Empfänger als Teil des Meß­ fühlers am freien Ende eine in die Kolbenstangenbohrung ragenden Meßfühlerhalters, wobei der Sender/Empfängerkopf auf den als Reflexionsobjekt dienenden Boden der Kolbenstangenbohrung ausgerichtet ist. Die Laufzeit der impulsweise vom Sen­ der/Empfängerkopf gesendeten, vom erwähnten Boden reflektierten und wieder emp­ fangenen Signale wird als Maß für die augenblickliche Position der Kolbenstange aus­ gewertet. Mit diesem System sind einige Nachteile verbunden. Zum einen ist ein Meß­ fühlerhalter notwendig, der in einem Schwingungsdämpfer nur schwerlich unterzubrin­ gen ist, da der Boden bei einem Zweirohrdämpfer von einem Bodenventil abgedeckt wird und ein Einrohrdämpfer einen Trennkolben aufweist, so daß der Boden ebenfalls als Stützfläche nicht zur Verfügung steht. Des weiteren ist der Meßfühlerhalter als zu­ sätzliche Masse anzusehen, die strenggenommen den ungefederten Massen am Fahr­ zeug zugerechnet werden muß. Im übrigen muß der Meßfühlerhalter exakt in einer Flucht zur Kolbenstange verlaufen, um keine Meßfehler zu bekommen. Der notwendige Bauraum für den Kolben dürfte ebenfalls mehr als knapp ausfallen.

In der Fig. 6 des deutschen Gebrauchsmusters DE-GM 87 02 817 U1 wird eine Vorrich­ tung zum Anzeigen der Bewegung eines beweglichen Teils eines Teleskopstoßdämpfers für Motorfahrzeuge gezeigt, die am Zylinder des Kolben-Zylinderaggregates angebracht ist. Als Übertragungsmedium für die ausgesendeten Schallwellen dient die Umgebungs­ luft zwischen dem Zylinder und einem Bauteil des Motorfahrzeuges. Luft hat nur eine geringe Dämpfeigenschaft und eine geringere Übertragungsgeschwindigkeit als flüssige oder feste Übertragungsmedien, so daß das Ergebnissignal qualitativ schlechter ist.

Die DE 196 06 990 A1 betrifft einen teleskopartigen Schwingungsdämpfer zwischen dem Aufbau und dem Führungssegment eines Rades eines Kraftfahrzeuges. Dazu ver­ fügt der Schwingungsdämpfer über ein berührungslos arbeitendes Wegmeßsystem, das aus einer Spulenanordnung innerhalb einer hohlen Kolbenstange besteht. Im Bereich der Kolbenstangenführung ist mindestens ein Positionsgeber angeordnet. Zu der Spu­ lenanordnung in der hohlen Kolbenstange besteht eine Stromversorgung, die nicht un­ bedingt einfach zu montieren ist.

Aus der DE 34 20 666 A1 ist eine Niveauregeleinrichtung für Fahrzeuge mit mindestens einem hydraulischen Schwingungsdämpfer bekannt, wobei der Schwingungsdämpfer eine Kolbenstange aufweist, die im Bereich des Federungsweges einen konischen Meß­ abschnitt aufweist. Die Querschnittsreduzierung am Außendurchmesser der Kolben­ stange wird durch einen Bronzeauftrag und einer Chrombeschichtung ausgeglichen. Der Herstellungsaufwand für die Kolbenstange ist beträchtlich.

Die GB 2 106 651 beschreibt eine Positionsmeßeinrichtung für ein Kolben- Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, in dem eine Kolbenstange axial beweglich angeordnet ist, wobei ortsfest zum Zylinder ein Schallgeber angeordnet ist, dessen Schallwellen auf eine Reflexionsfläche treffen, wobei aus der Laufzeit der reflektierten Schallwellen die Momentanposition der Kolbenstange bestimmt wird, daß die Kolben­ stange zumindest abschnittsweise hohl ausgeführt ist und deren Innenraum die Refle­ xionsfläche aufweist, deren Kontur in Abhängigkeit der Stellung der Kolbenstange zum Schallgeber einen sich ändernden Abstand zum Schallgeber aufweist, wobei die Refle­ xionsfläche von einem Reflexionskörper gebildet wird, der im Innenraum angeordnet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Positionsmeßeinrichtung zu realisieren, die ausreichend genau arbeitet und einen geringen Montageaufwand benötigt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Zum Ausgleich von Fertigungsungenauigkeiten weist der Reflexionskörper eine Ab­ gleichmarke auf. Es bietet sich an, wenn die Abgleichmarke in einer mittleren Hublage des Kolben-Zylinderaggregates angeordnet ist, da diese Hublage wahrscheinlich am meisten eingenommen oder durchlaufen wird. Alternativ kann man von dem Denkan­ satz ausgehen, daß die Abgleichmarke in einer Hubendlage angebracht wird, da dieser Zustand, beispielsweise maximal ein- oder ausgefahren, sehr leicht reproduzierbar ist. Die Reflexionsfläche ist an einem besonders geschützten Raum des Kolben- Zylinderaggregat angeordnet und unterliegt keinem zerstörerischen Einfluß wie Feuch­ tigkeit o. ä. Man kann weiterhin einen rohrförmigen Rohling für die Herstellung der Kolbenstange verwenden. Damit bleibt eine homogene Oberfläche der Kolbenstange als Grundlage für weiteren Beschichtungen erhalten. Lediglich vor dem endseitigen Ver­ schließen der Kolbenstange muß die Reflexionsfläche fertiggestellt sein.

Im Hinblick auf eine exakte Positionsmessung weist der Reflexionskörper einen dem In­ nendurchmesser des Innenraums der Kolbenstange angepaßten Außendurchmesser und eine konische Zentralöffnung auf. Die konische Zentralöffnung läßt eine punktgenaue Messung zu. Wird nur die Messung einiger Meßpunkte gewünscht kann auch eine ge­ stufte Zentralöffnung ausgeführt sein.

Alternativ kann die Kolbenstange eine Einschnürung aufweisen, die für den Reflexions­ körper eine Abstützfläche bildet. Man kann die Einschnürung auch in eine umlaufende Nut des Reflexionskörpers verformen und eine zweiseitige axiale Sicherung vornehmen.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die einzige Figur zeigt stilisiert ein Kolben-Zylinderaggregat 1. Dabei kann es sich bei­ spielsweise um einen Schwingungsdämpfer beliebiger Bauart, aber auch um eine Gas­ feder handeln. Das Kolben-Zylinderaggregat umfaßt einen Zylinder 3, in dem eine Kol­ benstange 5 axial beweglich geführt ist. Die Kolbenstange ist hohl ausgeführt und an den Enden hydraulisch dicht verschlossen. Im Innenraum 7 ist ein Reflexionskörper 9 angeordnet, der eine zentrale Öffnung 11 aufweist, die konisch ausgeführt ist. Die Man­ telfläche der zentralen Öffnung 11 bildet eine Reflexionsfläche 13 für die von einem Schallgeber 15 ausgesendeten Wellen. Die Reflexionsfläche sendet aufgrund der koni­ schen Ausgestaltung in Abhängigkeit der Hublage entsprechende Reflexionssignale. Wenn eine solche Hublagenauflösung nicht gefordert ist, sondern beispielsweise nur die Hubendlagen als solche erkannt werden müssen, so kann auch eine gestufte Refle­ xionsfläche eingesetzt werden.

Der Schallgeber 15 ist in einer Kolbenstangenführung oder einer auf dem Zylinder 3 angeordneten Kappe integriert. Die Schallwellen werden senkrecht oder nahezu senk­ recht auf die Kolbenstange ausgesendet. Als Schallgeber können z. B. Piezoelemente eingesetzt werden, die abwechselnd den Sender und den Empfänger bilden. Der Schallgeber, der Reflexionskörper und eine nicht dargestellte elektronische Auswerte­ einrichtung bilden die Positionsmeßeinrichtung.

Zur Abgleichung der Meßsignale zu einer Hublage weist der Reflexionskörper eine Ab­ gleichmarke 17 auf, die beispielsweise im Bereich der Sollniveaulage des Kolben- Zylinderaggregates angebracht ist. Der Reflexionskörper besteht aus einem metallischen Werkstoff oder einem Kunststoff, der Schallwellen ausreichend stark reflektieren kann, und weist auf seinem Außendurchmesser eine Beschichtung auf, die mit dem Innen­ raum der hohlen Kolbenstange eine Haftverbindung eingeht. Die Beschichtung kann z. B. aus einem Weichlot bestehen, das nach dem Einführen und Positionieren in der noch offenen Kolbenstange durch gezieltes Erwärmen angeschmolzen und somit zur Wirkung gebracht wird. Alternativ ist ein Kleber vorgesehen. Eine mechanische Verbindung, bei­ spielsweise durch Verstemmen ist ebenfalls möglich.

Damit der Reflexionskörper 9 alternativ oder zusätzlich gesichert ist, kann die Kolben­ stange eine Einschnürung 19 aufweisen, die für den Reflexionskörper eine Abstützflä­ che 21 bildet. Je nach Werkstoff kann der Reflexionskörper eine Nut 23 aufweisen, in die die Einschnürung 19 der Kolbenstange eingeformt wird und damit den Reflexions­ körper in beiden Richtungen axial festhält.

Claims (3)

1. Positionsmeßeinrichtung für ein Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, in dem eine Kolbenstange axial beweglich angeordnet ist, wobei ortsfest zum Zylin­ der ein Schallgeber angeordnet ist, dessen Schallwellen auf eine Reflexionsfläche tref­ fen, wobei aus der Laufzeit der reflektierten Schallwellen die Momentanposition der Kolbenstange bestimmt wird, wobei die Kolbenstange zumindest abschnittsweise hohl ausgeführt ist und deren Innenraum die Reflexionsfläche aufweist, deren Kontur in Abhängigkeit der Stellung der Kolbenstange zum Schallgeber einen sich ändernden Abstand zum Schallgeber aufweist, und wobei die Reflexionsfläche von einem Reflexions­ körper gebildet wird, der im Innenraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionskörper (9) eine Abgleichmarke (17) aufweist.

2. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionskörper (9) einen dem Innendurchmesser des Innenraums (7) der Kolbenstange (5) angepaßten Außendurchmesser und eine konische Zentralöff­ nung (11) aufweist.

3. Positionsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (5) eine Einschnürung (19) aufweist, die für den Reflexionskör­ per (9) eine Abstützfläche (21) bildet.