DE10020764A1 - Berührungslose Abstandsermittlung zwischen Achse und Aufbau eines Fahrzeugs - Google Patents
Berührungslose Abstandsermittlung zwischen Achse und Aufbau eines FahrzeugsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur berührungslosen Ermittlung der Position zweier ineinander geführter Bauteile, wie Kolbenstange und Zylinder von in Fahrzeugen eingebauten Schwingungsdämpfern oder Federbeinen. Der mit einem der Bauteile fest verbundene Sensor nimmt strukturierte magnetische Markierungen des anderen Bauteils ab, wobei sich der magnetische Fluß entsprechend der Struktur der magnetischen Markierungen ändert, so daß elektrische Signale erzeugt und an eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet werden. Das zum Sensor relativ bewegliche Bauteil wist einen zumindest teilweise über den Hub sich erstreckenden Informationsträger auf, der unabhängig von seiner räumlichen Ausgestaltung einen aufmagnetisierten Code zur Positionsbestimmung aufweist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur berührungslosen Ermittlung der Positi
on zweier ineinander geführter Bauteile, wie Kolbenstange und Zylinder von in Fahr
zeugen eingebauten Schwingungsdämpfern oder Federbeinen, entsprechend dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine derartige Meßeinrichtung ist durch die DE 38 21 569 A1 bekannt. Bei einer in
dieser Schrift aufgezeigten Abstandsmessung zwischen der Fahrzeugachse und
dem Fahrzeugaufbau wirkt ein mit einem Schwingungsdämpferbauteil verbundener
ringförmiger Permanentmagnet mit einem an einem relativ dazu beweglichen und an
einem zweiten Schwingungsdämpferbauteil angebrachten stabförmigen magneti
schen Sensorelement zusammen. Im Sensorelement ist eine Spule vorgesehen,
wobei die magnetische Verstimmung als Maß für den Abstand zwischen Achse und
Aufbau dient. Bei einer weiteren Methode zur Abstandsmessung wird ein inkremen
tal strukturiertes Element von einem Sensor abgetastet. Dieses inkremental struktu
rierte bzw. codierte Element kann durch eine Leiste mit ferromagnetischer Rasterung
oder durch eine optische Rasterplatte gebildet sein. In beiden Fällen führt der Sensor
die bei der Relativbewegung erfaßten Impulse der Auswerteeinrichtung zu, die dann
daraus den Abstand ermitteln soll.
Weiter ist es durch die DE 198 01 091 A1 zur Huberfassung von Kolben-Zylinder-
Aggregaten, wie für in Baumaschinen eingebaute hydraulische Verstellzylinder, be
kannt, die Kolbenstange, die normalerweise aus magnetisierbarem Stahl hergestellt
ist, mit einer Struktur zu versehen, die durch eine Art Gewinde oder durch Querrillen
gebildet ist. Diese Struktur wird beispielsweise durch eine Chromschicht überdeckt
und anschließend nachgearbeitet, damit die fertige Kolbenstange die einwandfreie
glatte und zylindrische Oberfläche erhält. Ein magnetfeldempfindlicher Sensor ist in
kleinem Abstand zur Kolbenstange angeordnet und tastet bei Relativbewegung der
Kolbenstange zum Sensor die Struktur ab, wobei entsprechend der Änderung des
magnetischen Flusses elektrische Signale erzeugt werden. Zur Erkennung in welche
Richtung sich die Kolbenstange bewegt, sind wenigstens zwei Sensoren erforderlich.
Nachteilig bei diesen bekannten Meßeinrichtungen ist, daß ohne zusätzliche Einfüh
rung von aufwendigen und teuren Referenzpositionen mit diesen Anordnungen keine
genaue absolute Positionsmessung, sondern nur eine inkrementale, möglich ist. Um
eine Auflösung der Längenmessung in der Größenordnung von 0,5 mm zu errei
chen, muß die Struktur eine Tiefe in der gleichen Größenordnung haben. Deshalb ist
ein Überchromen der in die Kolbenstangenoberfläche eingearbeiteten Strukturen
sehr aufwendig und daher für die Anwendung im Fahrzeugbau zu teuer.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung zur berührungs
losen Ermittlung der exakten Position und der Bewegungsrichtung der Kolbenstange
im Zylinder zu schaffen, die leicht zu montieren ist und aus möglichst wenig kosten
günstig herstellbaren Bauteilen besteht.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen von
Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen sind Ge
genstand der Unteransprüche.
Durch das sich zum Sensor relativ bewegliche Bauteil, das einen sich über den Hub
erstreckenden magnetisierbaren Informationsträger aufweist, der willkürlich und
hubabhängig codierbar ist, wird eine mit einem Tonband vergleichbare magnetische
Information geschaffen, die eine genaue Bestimmung der Position und der Bewe
gungsrichtung mit nur einem Sensor ermöglicht, also eine genaue Abstandsmessung
zwischen Achse und Aufbau eines Fahrzeugs erzielt wird. Man ist bei der Ausgestal
tung des Informationsträgers unabhängig von der räumlichen Vorgaben, wie bei
spielsweise Stanzbilder oder sich ändernde Wandstärken oder ähnliche strukturelle
Maßnahmen.
Der Informationsträger besteht beispielsweise aus einer hartmagnetischen Schicht
mit hoher Koerzitivfeldstärke, die mit einem nicht näher zu erläuternden Code auf
magnetisiert wird. Der magnetisierbare Informationsträger erstreckt sich über den
Hub des Schwingungsdämpfers oder Federbeins und kann als Streifen oder um den
ganzen Umfang des relativ zum Sensor beweglichen Teils dicht unter der Außenflä
che angeordnet und von einer Verschleißschutzschicht überzogen sein, damit der
Informationsträger nicht dem Verschleiß ausgesetzt ist. Wenn der magnetisierbare
Informationsträger parallel zur Oberfläche magnetisiert wird, ist es bei einem aus
Stahl bestehenden und zum Sensor relativ beweglichen Bauteil erforderlich, eine
unmagnetische Schicht zwischen dem und dem Informationsträger vorzusehen, da
sich sonst die magnetischen Feldlinien durch den Stahl schließen und keine Kompo
nente in Luft außerhalb des relativ beweglichen Teils meßbar ist. Abhilfe schafft eine
Magnetisierung senkrecht oder im Winkel zur hartmagnetischen Schicht.
Als Sensoren sind Hall-Sensoren möglich, jedoch werden magnetoresistive Senso
ren bevorzugt, da diese auf die Richtung der magnetischen Feldlinien empfindlich
sind, nicht auf die absolute Feldstärke. Da die Feldlinien in jedem beliebigen Winkel
auf der tonbandähnlichen hartmagnetischen Schicht codiert werden können, ist eine
große Freizügigkeit hinsichtlich der Codierung des Informationsträgers möglich.
Wenn am Informationsträger die Magnetisierung nicht sehr stark ausgeführt werden
kann, dann ist es vorteilhaft, wenn der Sensor mit einem Dauermagnet eine Bauein
heit bildet. Die Relativbewegung zwischen dem Informationsträger und einem ent
sprechenden Sensor kann auch zur Erzeugung von elektrischer Energie ausgenützt
werden, die zur Versorgung von elektronischen Bauteilen und/oder zur Meßwertü
bertragung durch Funk verwendet werden kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Sensor im Innenraum des Schwingungsdämp
fers oder Federbeins im Bereich der Dichtungs- und Führungseinheit angeordnet
und mit einem behälterfesten Bauteil verbunden. Eine sehr vorteilhafte Konstruktion
wird erhalten, wenn der Sensor in die Führungs- und Dichtungseinheit integriert ist
und so mit geringem Abstand zu der mit dem Informationsträger versehenen Kol
benstange angeordnet ist.
Eine weitere Ausführungsform wird dadurch geschaffen, daß der Sensor in einem
mit der Kolbenstange verbundenen Kolben eingebaut ist und die Innenfläche des
Zylinders mit dem Informationsträger versehen ist. Bei Zylinderrohren, die nicht aus
Stahl, sondern aus einem anderen Werkstoff bestehen, kann die den Informations
träger bildende hartmagnetische Schicht bereits bei der Herstellung des Zylinders
derart eingebracht werden, daß diese unter der Oberfläche angeordnet ist, was bei
spielsweise durch Eingießen erfolgen kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfüh
rungsformen näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine Anordnung des Informationsträgers auf einem aus Stahl bestehenden
Bauteil;
Fig. 2 eine Ausführung, bei der eine Führungs- und Dichtungseinheit den Sensor
trägt.
In Fig. 1 ist der mit unterschiedlichen magnetischen Signalen versehene Informati
onsträger 1 mit einem zum Sensor 3 relativ beweglichen Bauteil 5 verbunden. Wenn
das Bauteil 5 aus Stahl besteht, ist zwischen diesem und dem Informationsträger 1
eine unmagnetische Schicht 9 angeordnet, damit sich die magnetischen Feldlinien
nicht durch den Stahl schließen. Der Informationsträger 1 ist nicht durch eine me
chanische Struktur gebildet, sondern besteht aus einer hartmagnetischen Schicht,
die, ähnlich wie bei einem Tonband, mit einem Code aufmagnetisierbar ist. Der Code
wird durch unterschiedlich magnetisierte Bereiche auf dem Informationsträger be
schrieben. Der an den Anwendungsfall angepaßte Code ist derart gewählt, daß nicht
nur die genaue Position des Bauteils 5 vom Sensor 3, sondern auch die Bewegungs
richtung des Bauteils erfaßt wird, wodurch ein Steuergerät, dem die Signale zuge
führt werden, erkennt, in welchem Maß die Niveauregelung vorzunehmen ist. Außer
dem können die Signale zur Ansteuerung von Zug- oder Druckdämpfventilen dienen,
wozu auch das Erkennen der Bewegungsrichtung erforderlich ist. Da die Oberfläche
des relativ beweglichen Bauteils 5 üblicherweise glatt und verschleißfest sein muß,
ist auf den Informationsträger 1 eine Verschleißschutzschicht 7 aufgebracht. Wenn
das relativ zum Sensor bewegliche Bauteil 5 aus einem unmagnetischen Werkstoff
besteht, kann der Informationsträger 1 eingearbeitet, z. B. eingegossen sein, so daß
die Schichten 7 und 9 nicht erforderlich sind. Um auch bei schwacher Magnetisie
rung der hartmagnetischen Schicht des Informationsträgers 1 ausreichend große
Signale am Sensor 3 zu erhalten, ist der Sensor mit einem Dauermagnet 11 verse
hen und bildet vorzugsweise mit diesem eine Baueinheit.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform zeigt einen Behälter 17 eines Schwingungs
dämpfers oder eines Federbeins, in dem eine Führungs- und Dichtungseinheit 15
befestigt ist. Diese Führungs- und Dichtungseinheit 15 zentriert nicht nur eine Kol
benstange 13, sondern auch einen nicht eingezeichneten Zylinder und trägt den
Sensor 3. Der Behälter 17 steht mit der Achse und die Kolbenstange 13 mit dem
Aufbau des Fahrzeugs in Verbindung. Die Kolbenstange 13 ist mit dem sich über
den gesamten Hub des Schwingungsdämpfers erstreckenden Informationsträger 1
versehen, der, wie in Fig. 1 erläutert, codiert ist, wodurch der Sensor 1 die dem Ab
stand zwischen Achse und Aufbau des Fahrzeugs zugeordneten Signale zur Verar
beitung an ein Steuergerät weiterleitet.
Eine weitere nicht zeichnerisch dargestellte Ausführungsform wird dadurch geschaf
fen, daß der Sensor in einem mit der Kolbenstange verbundenen Kolben integriert
ist, während die Innenfläche des Zylinders mit dem Informationsträger versehen ist.
Diese Ausführung eignet sich besonders für Zylinder, die aus einem nicht magneti
sierbaren Werkstoff hergestellt sind, wobei der Informationsträger bei der Herstellung
des Zylinders eingearbeitet und vom Zylinderwerkstoff überdeckt wird. Eine solche
Ausführung ist besonders kostengünstig, denn es erübrigt sich sowohl die unmagne
tische Schicht als auch die Verschleißschutzschicht.
Claims (8)
1. Meßeinrichtung zur berührungslosen Ermittlung der Position zweier ineinander
geführter Bauteile, wie Kolbenstange und Zylinder von in Fahrzeugen eingebau
ten Schwingungsdämpfern oder Federbeinen, wobei ein mit einem der Bauteile
verbundener Sensor strukturierte magnetische Markierungen des anderen Bau
teils abnimmt und sich der magnetische Fluß entsprechend der Struktur der
magnetischen Markierungen ändert, wodurch elektrische Signale erzeugt und an
eine Auswerteeinrichtung weitergeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß
das zum Sensor (5) relativ bewegliche Bauteil (5) einen zumindest teilweise über
den Hub sich erstreckenden Informationsträger (1) aufweist, der unabhängig von
seiner räumlichen Ausgestaltung einen aufmagnetisierten Code zur Positionsbe
stimmung aufweist.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Informati
onsträger (1) durch eine hartmagnetische Schicht mit hoher Koerzitivfeldstärke
gebildet ist und mit einem vorgegebenen Code aufmagnetisiert wird.
3. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Informationsträger (1) dicht unter der Außenfläche angeordnet und von einer
Verschleißschutzschicht (7) überzogen ist.
4. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Informationsträger (1) auf der dem Sensor (3) abgekehrten Seite mit einer
unmagnetischen Schicht (9) verbunden ist.
5. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der mit der mit dem Informationsträger (1) zusammenwirkende Sensor (3) als
magnetfeldempfindlicher Sensor ausgebildet ist.
6. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1)
mit einem Dauermagnet (11) zu einer Baueinheit verbunden ist.
7. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der in einem Schwingungsdämpfer oder Federbein angeordnete Sensor (3) in
einer behälterfesten Führungs- und Dichtungseinheit (15) integriert ist und die
Kolbenstange mit dem Informationsträger (1) versehen ist.
8. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Sensor (3) in einem mit der Kolbenstange verbundenen Kolben integriert ist,
während die Innenfläche des Zylinders mit dem Informationsträger (1) versehen
ist.
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Publications (1)
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DE10246573B4 (de) | Messeinrichtung und Verfahren zur berührungslosen Positionsermittlung |
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Owner name: ZF SACHS AG, 97424 SCHWEINFURT, DE |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |