DE4301239A1

DE4301239A1 - Contactless position determination appts., e.g. for shock absorber

Info

Publication number: DE4301239A1
Application number: DE19934301239
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Fuhrmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-01-19
Filing date: 1993-01-19
Publication date: 1994-07-21

Abstract

The position determining arrangement contains at least one sensor coil carrying an alternating current. The coil output is evaluated to determine the component position wrt a second component which influences the inductance of the coil depending on the position being measured.The second component (10) contains a coil (11) with inhomogeneous winding density and inside which the first component (12) can move. The first component can be the piston rod of a shock absorber and the second component its inner tube.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur berührungsfreien Bestimmung einer Lage eines Bauteiles nach der Gattung des Hauptan spruchs.The invention relates to a device for non-contact Determination of a position of a component according to the type of main part saying.

Eine solche Einrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 31 09 930 bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung ist auf einem beweglichen Stab eine Meßspule aufgebracht, die von einem Wechselstrom durch flossen wird. Die Stab samt Meßspule kann in ein Metallrohr einge führt werden.Such a device is for example from DE-OS 31 09 930 known. In this known device is on a movable Rod applied a measuring coil by an alternating current will flow. The rod and measuring coil can be inserted into a metal tube leads.

Je nach Eindringtiefe des Stabes bzw. der Meßspule in das Rohr tre ten unterschiedlich starke Wirbelströme in der leitfähigen Rohrober fläche auf, die ihrerseits Auswirkungen auf die Meßspule ausüben, so daß aus dem Ausgangssignal der Meßspule auf ihre Lage im Rohr ge schlossen werden kann.Depending on the depth of penetration of the rod or the measuring coil into the pipe tre eddy currents of different strengths in the conductive pipe robber surface, which in turn affect the measuring coil, so that ge from the output signal of the measuring coil to its position in the tube can be closed.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur berührungsfreien Bestimmung einer Lage eines Bauteiles hat den Vorteil, daß sie sehr einfach aufgebaut ist und außerdem eine einfache Auswertung erlaubt. Da eine breite Variation der Frequenz des eingeprägten Stromes möglich ist, sind spezielle Frequenzanpassungen nicht erforderlich. Es ist außerdem vorteilhaft, daß die gesamte Anordnung unempfindlich gegen über Temperatureinflüssen ist, so daß eine Temperaturkompensation, wie sie bei der Einrichtung nach der DE-OS 31 09 930 erforderlich ist, entfallen kann.The inventive device for non-contact determination A layer of a component has the advantage that it is very simple is constructed and also allows simple evaluation. There a wide variation of the frequency of the impressed current is possible special frequency adjustments are not required. It is also advantageous that the entire arrangement is insensitive to over temperature influences, so that temperature compensation, as required in the device according to DE-OS 31 09 930 is eliminated.

Besonders vorteilhaft ist, daß bei den bevorzugten Ausführungsbei spielen sofort nach der Inbetriebnahme die Stellung erkennbar ist, da infolge der unterschiedlichen Wickeldichte und der davon her rührenden unterschiedlichen magnetischen Wechselwirkungen eine absolute Bestimmung der Stellung möglich ist.It is particularly advantageous that in the preferred embodiments play the position immediately after commissioning, as a result of the different winding density and the resulting touching different magnetic interactions absolute determination of the position is possible.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen der in Anspruch 1 angegebenen Einrichtung möglich.The measures listed in the subclaims provide for partial developments of the device specified in claim 1 possible.

drawing

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Three embodiments of the invention are shown in the drawing represents and are explained in more detail in the following description.

Description of the embodiments

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung darge stellt. Dabei handelt es sich beispielsweise um einen Stoßdämpfer, wobei die Stellung des Stoßdämpfers jeweils ermittelt werden soll. In Fig. 1, a first embodiment of the invention is Darge. This is, for example, a shock absorber, the position of the shock absorber being determined in each case.

Mit 10 ist dabei das Innenrohr des Stoßdämpfers bezeichnet, über seiner Länge X ist eine Wicklung 11 aufgebracht, deren Wickeldichte eine Funktion des Weges X ist. Die Enden der Wicklung sind kurzge schlossen, so daß es sich bei der Wicklung 11 um eine Kurzschluß wicklung handelt. 10 denotes the inner tube of the shock absorber, a winding 11 is applied over its length X, the winding density of which is a function of the path X. The ends of the winding are short-circuited so that the winding 11 is a short-circuit winding.

Auf der Kolbenstange 12 des Stoßdämpfers, die das bewegbare Bauteil, dessen Lage bezogen auf das Innenrohr bestimmt werden soll, ist eine Sensorspule 13 aufgebracht, durch die ein eingeprägter Wechselstrom mit konstanter Amplitude und Frequenz fließt und ein zeitlich ver änderliches Magnetfeld erzeugt. Die Erzeugung eines solchen Wechsel stromes wird hier nicht näher beschrieben, ebenfalls soll nicht näher erläutert werden, wie dieser Strom der Sensorspule zugeführt wird, dies kann andeutungsweise erfolgen, indem die Zuführungslei tungen innerhalb der Kolbenstange 12 verlaufen.On the piston rod 12 of the shock absorber, which is the movable component, the position of which is to be determined in relation to the inner tube, a sensor coil 13 is applied, through which an impressed alternating current flows with constant amplitude and frequency and generates a time-varying magnetic field. The generation of such an alternating current is not described in detail here, nor is it to be explained in more detail how this current is supplied to the sensor coil; this can be indicated by the supply lines running within the piston rod 12 .

Je nach Lage der Kolbenstange und damit der im Stoßdämpfer inte grierten Sensorspule 13 durchdringt das magnetische Wechselfeld der Sensorspule die Kurzschlußwicklung. Nach dem Lenz′schen Gesetz ent steht in der Kurzschlußwicklung ein Magnetfeld, das dem erzeugenden Wechselfeld entgegenwirkt. Diese Gegeninduktion macht sich als Ver änderung der Induktion der Sensorspule bemerkbar. Da die Gegeninduk tion aufgrund der unterschiedlichen Wickeldichte der Kurzschlußwick lung 11 variiert, ergibt sich in der Sensorspule 13 eine von der Position abhängige Induktion.Depending on the position of the piston rod and thus the inte grated sensor coil 13 in the shock absorber, the alternating magnetic field of the sensor coil penetrates the short-circuit winding. According to Lenz's law, there is a magnetic field in the short-circuit winding, which counteracts the alternating field that generates it. This mutual induction manifests itself as a change in the induction of the sensor coil. Since the mutual induction varies due to the different winding density of the short-circuit winding 11 , there is a position-dependent induction in the sensor coil 13 .

Je nach Induktion verändert sich demnach das Ausgangssignal der Sensorspule 13, das in einer nachfolgen, nicht näher dargestellten Auswerteschaltung aufbereitet und ausgewertet wird. Depending on the induction, the output signal of the sensor coil 13 changes accordingly, which is processed and evaluated in a subsequent, not shown, evaluation circuit.

Wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 die Bestromung der Sensorspule in einer Position eingeschaltet, die beispielsweise der Position X0 entspricht, kann anhand der dort wirkenden Induktion und der damit verursachten Beeinflussung des Magnetfeldes der Sensor spule bzw. des Ausgangssignales der Sensorspule erkannt werden, in welcher Stellung X0 diese Sensorspule steht.If the energization of the sensor coil is switched on in the embodiment according to FIG. 1 in a position which corresponds to position X0, for example, the induction acting there and the influencing of the magnetic field of the sensor coil caused thereby and the output signal of the sensor coil can be detected in which position X0 this sensor coil is in.

Ist die Sensorspule 13, wie bereits erwähnt, Bestandteil eines Stoß dämpfers und dabei auf dem Kolben 12 befestigt, ist eine sehr ein fache Erfassung des Einfederweges bzw. des Stoßdämpferweges X mög lich. Mit 14 ist im übrigen die Halterung bzw. Dichtung, die den Kolben 12 hält, bezeichnet.Is the sensor coil 13 , as already mentioned, part of a shock absorber and attached to the piston 12 , a very simple detection of the spring deflection or the shock absorber path X is possible. 14 with the rest of the holder or seal that holds the piston 12 is referred to.

Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf eine Wegmessung bei einem Stoßdämpfer, sondern kann ganz allgemein zur absoluten Weg messung herangezogen werden, bei der sich ein erstes Bauteil im Wirkungsbereich einer inhomogenen Spule bewegen kann und die Lage dieses bewegbaren Bauteiles in bezug auf ein zweites Bauteil oder in bezug auf die inhomogene Spule ermittelt werden soll.However, the invention is not limited to a distance measurement a shock absorber, but can be quite general to the absolute way measurement, in which a first component is located in the Area of action of an inhomogeneous coil can move and the location this movable component with respect to a second component or in with respect to the inhomogeneous coil is to be determined.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung darge stellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Sensorspule 13 wieder auf dem beweglichen Bauteil, beispielsweise der Kolbenstange eines Stoßdämpfers aufgebracht. Als Wicklung werden bei diesem Ausfüh rungsbeispiel eine Anzahl getrennter Kurzschlußwicklungen verwendet. Diese Wicklungen 15, 16, 17 sind jeweils an ihrem Ende miteinander verbunden. Dabei kann jede Kurzschlußwicklung aus einer oder mehre ren Wicklungen bestehen, wobei bei dem in Fig. 2 dargestellten Bei spiel die Zahl der Windungen der einzelnen Kurzschlußwicklungen 15, 16, 17 gleich sein soll. In Fig. 2, another embodiment of the invention is Darge. In this exemplary embodiment, the sensor coil 13 is again applied to the movable component, for example the piston rod of a shock absorber. In this example, a number of separate short-circuit windings are used as the winding. These windings 15 , 16 , 17 are connected to each other at their ends. Each short-circuit winding may consist of one or more windings, the number of turns of the individual short-circuit windings 15 , 16 , 17 in the case of the example shown in FIG. 2 being the same.

Die Kurzschlußwicklungen 15, 16, 17 sind bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 nicht auf dem Rohr 10 aufgebracht, sondern liegen je weils in einer Nut 18, 19, 20.The short-circuit windings 15 , 16 , 17 are not applied to the tube 10 in the exemplary embodiment according to FIG. 2, but rather are each in a groove 18 , 19 , 20th

Die Lage der Kurzschlußwicklungen ist mit X1, X2, X3 bezeichnet. Der Abstand zwischen den Kurzschlußwicklungen vergrößert sich bei dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel mit zunehmendem Weg X. Es ist jedoch auch möglich, eine Anordnung zu wählen, bei der die Abstände zwi schen den einzelnen Kurzschlußwicklungen gleich sind, jedoch die Zahl der Windungen der Kurzschlußwicklungen unterschiedlich, so daß beispielsweise mit zunehmendem Weg X die Zahl der Wicklungen pro Nut erhöht wird.The position of the short-circuit windings is designated X1, X2, X3. The distance between the short-circuit windings increases in the example shown in FIG. 2 with increasing path X. However, it is also possible to choose an arrangement in which the distances between the individual short-circuit windings are the same, but the number of turns of the short-circuit windings different, so that, for example, the number of windings per slot is increased with increasing path X.

Auch eine Kombination aus unterschiedlichen Abständen und unter schiedlicher Windungszahl der einzelnen Kurzschlußwicklungen ist möglich, die Anordnung bzw. Ausgestaltung der Kurzschlußwicklungen muß jedoch so sein, daß sie eine eindeutige lageabhängige Gegenin duktion erzeugen können.Also a combination of different distances and under different number of turns of the individual short-circuit windings possible, the arrangement or design of the short-circuit windings However, it must be such that it is a clear position-dependent counterpart production.

Wird die Sensorspule 13 wiederum von einem Wechselstrom mit konstan ter Amplitude und Frequenz durchflossen und erzeugt damit ein zeit lich veränderliches Magnetfeld, wird je nach Lage der Sensorspule 13 in den einzelnen Kurzschlußwicklungen 15, 16, 17 ein unterschied liches Magnetfeld erzeugt, das dem erzeugten Wechselfeld wieder ent gegenwirkt. Diese Gegeninduktion, die aufgrund unterschiedlicher Windungszahlen der Kurzschlußwicklungen oder aufgrund unterschied licher Abstände variiert, ergibt wieder eine Ausgangsspannung der Sensorspule 13, die eine eindeutige Positionsbestimmung zuläßt.If the sensor coil 13 in turn flows through an alternating current with constant amplitude and frequency and thus generates a time-varying magnetic field, depending on the position of the sensor coil 13 in the individual short-circuit windings 15 , 16 , 17 a different magnetic field is generated, which generates the alternating field counteracted again. This mutual induction, which varies due to different number of turns of the short-circuit windings or due to different distances, again results in an output voltage of the sensor coil 13 , which allows a clear position determination.

Als weitere, nicht dargestellte Ausführungsform ist eine Kombina tion der Anordnungen der Kurzschlußwicklungen nach Fig. 1 und 2 möglich, bei der eine Kurzschlußwicklung entsprechend der Wicklung 11 in eine spiralförmige Nut eingelassen wird. Dies hat den Vorteil, daß die Wicklung nicht über die Oberfläche des Rohres 10 hinaussteht. As a further embodiment, not shown, a combination of the arrangements of the short-circuit windings according to FIGS . 1 and 2 is possible, in which a short-circuit winding corresponding to the winding 11 is let into a spiral groove. This has the advantage that the winding does not protrude beyond the surface of the tube 10 .

Ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist nur eine einzige Kurzschlußwick lung an der Stelle XK aufgebracht. Diese Kurzschlußwicklung kann aus einer oder mehreren Windungen bestehen und charakterisiert eine ein zige nachweisbare Stelle XK mit spezieller Magnetfeldstärke B.A simplified embodiment is shown in FIG. 3. In this embodiment, only a single short-circuit winding is applied at the point XK. This short-circuit winding can consist of one or more turns and characterizes a single detectable point XK with a special magnetic field strength B.

Bewegt sich die Sensorspule 13 bzw. die Kolbenstange 12 in den Be reich, in dem die Kurzschlußwicklung 21 aufgebracht ist, wird wie derum in der Sensorspule 13 infolge der Gegeninduktion eine Verän derung der Induktion erzeugt, diese Veränderung verursacht eine charakteristische Veränderung des Ausgangssignales der Sensorspule, die es ermöglicht, die Stelle XK zu erkennen.Moves the sensor coil 13 or the piston rod 12 in the loading area in which the short-circuit winding 21 is applied, as in turn in the sensor coil 13 due to the mutual induction a change in the induction is generated, this change causes a characteristic change in the output signal of the sensor coil , which makes it possible to recognize the location XK.

Mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 kann also erkannt werden, wenn sich die Sensorspule 13 an einer bestimmten Stelle XK befindet. Wird eine Anordnung nach Fig. 3 mit einer nach Fig. 1 oder Fig. 2 kombiniert, läßt sich durch Auswertung der stetig veränderlichen Magnetfeldstärke eine Positionsbestimmung durchführen, es kann zu sätzlich eine bestimmte Position festlegen, an dem die Sensorspule 13 ein besonders deutliches Signal abgibt, das beispielsweise zur Festlegung einer Referenzposition verwendet werden kann. Die Erken nung dieser Position ist beispielsweise durch Vergleich des Sensor signales mit einem Schwellwert möglich.With the embodiment of FIG. 3 can be recognized, then, when the sensor coil is located at a certain point XK. 13 If an arrangement according to FIG. 3 is combined with one according to FIG. 1 or FIG. 2, a position can be determined by evaluating the constantly changing magnetic field strength. In addition, a specific position can be determined at which the sensor coil 13 emits a particularly clear signal , which can be used, for example, to determine a reference position. The detection of this position is possible, for example, by comparing the sensor signal with a threshold value.

Claims

1. Device for the contact-free determination of a position of a first component, which is movable relative to a second component and carries at least one sensor coil through which an alternating current flows, the output signal of which is evaluated to determine the position, the second component depending on the inductance of the sensor coil influenced by the position to be determined, characterized in that the second component ( 10 ) comprises a coil ( 11 ) within which the first component is displaceable and the winding density of the coil ( 11 ) is inhomogeneous.

2. Device according to claim 1, characterized in that the first component ( 12 ) is a piston rod of a shock absorber and the second component ( 10 ) is the inner tube of the shock absorber.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the ends of the at least one coil ( 11 ) are connected together to form a short-circuit winding.

4. Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the winding density of the coil ( 11 ) is a function of the position to be determined (X).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the coil on the surface of the inner tube is applied and this surface is essentially flat.

6. Device according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the coil ( 11 ) in depressions ( 18 , 19 , 20 ) of the surface of the inner tube is applied.

7. Device according to claim 1 or 2, characterized in that one of a single short-circuit winding or one consisting of several, but at a single point, preferably the inner tube on short-circuited windings existing coil ( 21 ) is seen before and this coil is to be determined Location (XK).