DE102015208868A1 - Air spring with bellows sensor - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Luftfeder mit einem Balg aus elastomerem Material beschrieben, bei der im oder am Balg eine die Verformung des Balges nach Art von Dehnungsmessstreifen erfassende Sensoreinheit angeordnet ist. Dadurch, dass sich die Sensoreinheit direkt an der Stelle der Verformung des Balges befindet, ist eine besonders genaue Erfassung der Verformung möglich. Hierdurch lässt sich ein bevorstehendes Bersten des Balges zuverlässig erkennen.An air spring with a bellows made of elastomeric material is described in which a sensor unit which detects the deformation of the bellows in the manner of strain gauges is arranged in or on the bellows. The fact that the sensor unit is located directly at the point of deformation of the bellows, a particularly accurate detection of the deformation is possible. As a result, an impending bursting of the bellows can be reliably detected.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftfeder mit einem Balg aus elastomerem Material.The present invention relates to an air spring with a bellows of elastomeric material.
Derartige Luftfedern, die im Fahrzeugbau verwendet werden, sind bekannt. Der Balg aus elastomerem Material umgibt hierbei Innenteile der Luftfeder (Kolben etc.) und wird bei entsprechenden Dämpfungsbewegungen auf Druck und Zug beansprucht (zusammengedrückt und auseinandergezogen). Bei einer Überbeanspruchung des Materials besteht die Gefahr eines Platzens bzw. Berstens des Balges. Da dies eine Gefahrenquelle darstellt, ist es wichtig, ein bevorstehendes Bersten des Luftfederbalges zu detektieren, um entsprechende Gegenmaßnahmen treffen zu können. Such air springs used in vehicle construction are known. The bellows of elastomeric material in this case surrounds inner parts of the air spring (piston, etc.) and is subjected to corresponding damping movements on pressure and train (compressed and pulled apart). If the material is overstressed, there is a risk of bursting or bursting of the bellows. Since this is a source of danger, it is important to detect impending rupture of the bellows in order to take appropriate countermeasures.
Es ist bekannt, das bevorstehende Bersten eines Luftfederbalges zu detektieren, indem man die innerhalb des Balges befindliche Luftmasse ermittelt. Wenn der Wert der Luftmasse während einer kurzen Zeitdauer unter einen Sicherheitswert fällt, was von der zugehörigen Steuereinheit des Luftfedersystems ermittelt wird, wird ein bevorstehendes Bersten der Luftfeder angezeigt, wonach entsprechende Vorkehrungen getroffen werden können.It is known to detect the impending rupture of an air spring bellows by determining the air mass within the bellows. If the value of the air mass falls below a safety value for a short period of time, as determined by the associated control unit of the air spring system, an impending rupture of the air spring is indicated and appropriate precautions can be taken.
Ferner ist es bekannt, Höhenänderungen der Luftfeder zu ermitteln, indem man Höhensensoren benutzt, die getrennt von der Luftfeder zwischen dem Aufbau des zugehörigen Fahrzeuges und dem sich bewegenden Teil des zugehörigen Rades angeordnet sind.Further, it is known to determine changes in height of the air spring by using height sensors which are arranged separately from the air spring between the structure of the associated vehicle and the moving part of the associated wheel.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder mit einem Balg aus elastomerem Material zu schaffen, die eine besonders genaue Erfassung der Balg-Verformung ermöglicht. The present invention has for its object to provide an air spring with a bellows of elastomeric material, which allows a particularly accurate detection of the bellows deformation.
Dieses Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Luftfeder der angegebenen Art dadurch gelöst, dass im oder am Balg eine die Verformung des Balges nach Art von Dehnungsmessstreifen erfassende Sensoreinheit angeordnet ist. This object is achieved according to the invention in an air spring of the type specified, that in the or on the bellows a deformation of the bellows on the type of strain gauges detecting sensor unit is arranged.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird somit die Verformung eines Luftfederbalges nicht indirekt über die im Balg befindliche Luftmasse gemessen, sondern direkt über die Verformung des Balges selbst. Auf diese Weise kann der Zustand der Form des Balges mit hoher Präzision auf physikalische Weise gemessen werden. Die Verformung des Balges wird direkt an der Beanspruchungsstelle des Balges gemessen, insbesondere am unteren und/oder oberen Randbereich des Balges, an dem die höchsten Beanspruchungen auftreten.Thus, with the solution according to the invention, the deformation of an air spring bellows is not measured indirectly via the air mass in the bellows, but directly via the deformation of the bellows itself. In this way, the state of the shape of the bellows can be measured with high precision in a physical manner. The deformation of the bellows is measured directly at the stress point of the bellows, in particular at the lower and / or upper edge region of the bellows, where the highest stresses occur.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Sensoreinheit arbeitet nach dem Dehnungsmessstreifenprinzip. Die Sensoreinheit umfasst beispielsweise einen elektrisch leitenden Widerstandsdraht oder eine Widerstandsfolie, die am Balg oder im Balg vorgesehen sind. Bei Dehnung oder Stauchung des Balges ändern sich Querschnitt und Länge des Drahtes oder der Folie, wodurch eine Widerstandsänderung auftritt, die von einer entsprechenden Mess/Auswerteeinheit gemessen und ausgewertet wird. Aus dem Wert der Widerstandsänderung kann dann auf den Grad der Verformung des Balges geschlossen werden. Wird ein Grenzwert erreicht bzw. überschritten, wird ein bevorstehendes Bersten des Luftfederbalges angezeigt.The inventively provided sensor unit operates on the strain gauge principle. The sensor unit comprises, for example, an electrically conductive resistance wire or a resistance foil, which are provided on the bellows or in the bellows. When the bellows is stretched or compressed, the cross-section and length of the wire or foil change, as a result of which a change in resistance occurs, which is measured and evaluated by a corresponding measuring / evaluation unit. From the value of the change in resistance can then be concluded that the degree of deformation of the bellows. If a limit is reached or exceeded, an imminent bursting of the air spring bellows is displayed.
Die Sensoreinheit ist vorzugsweise in mindestens einem axialen Endabschnitt des Balges angeordnet, da in diesem Abschnitt der Balg am stärksten belastet wird, wie vorstehend erwähnt. Vorzugsweise ist in beiden axialen Endabschnitten des Balges jeweils eine Sensoreinheit angeordnet.The sensor unit is preferably arranged in at least one axial end section of the bellows, since in this section the bellows is subjected to the greatest load, as mentioned above. Preferably, in each case a sensor unit is arranged in both axial end portions of the bellows.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist im axialen Mittelabschnitt des Balges eine Sensoreinheit angeordnet. Hierbei kann es sich um eine separate Sensoreinheit zusätzlich zu entsprechenden Sensoreinheiten in den axialen Endabschnitten des Balges handeln. Mit einer derartigen, im axialen Mittelabschnitt des Balges angeordneten Sensoreinheit kann beispielsweise eine Höhenabweichung des Balges ermittelt werden, die beispielsweise eine Beschädigung des Balges anzeigen kann. Auf diese Weise kann eine weitere Information über ein bevorstehendes Bersten des Balges gewonnen werden. In a further embodiment of the invention, a sensor unit is arranged in the axial middle section of the bellows. This may be a separate sensor unit in addition to corresponding sensor units in the axial end portions of the bellows. With such, arranged in the axial center portion of the bellows sensor unit, for example, a height deviation of the bellows can be determined, which can indicate, for example, damage to the bellows. In this way, further information about impending bursting of the bladder can be obtained.
Die Sensoreinheit erstreckt sich vorzugsweise über den gesamten Umfang des Balges, so dass Verformungen des Balges über dessen gesamten Umfangsbereich erfasst werden können. Das bedeutet, dass der verwendete Messdraht sowie die verwendete Messfolie den gesamten Umfangsbereich des Balges abdecken und sich in Axialrichtung über den gewünschten Messbereich (axiale Endabschnitte, Mittelabschnitt) erstrecken.The sensor unit preferably extends over the entire circumference of the bellows, so that deformations of the bellows over its entire peripheral area can be detected. This means that the measuring wire used and the measuring foil used cover the entire circumferential area of the bellows and extend in the axial direction over the desired measuring range (axial end sections, central section).
Die Sensoreinheit ist vorzugsweise in die Wand des Balges integriert. Hierdurch ist sie gegen äußere Beschädigungen geschützt. Vorzugsweise ist sie in die Wand des Balges eingebettet, so dass sie auch auf der Innenseite des Balges nicht freiliegt. Dies soll nicht ausschließen, dass auch Lösungen abgedeckt sind, bei denen die Sensoreinheit am bzw. auf dem Balg, d. h. auf dessen Innenseite oder Außenseite, angeordnet ist.The sensor unit is preferably integrated in the wall of the bellows. As a result, it is protected against external damage. Preferably, it is embedded in the wall of the bellows, so that it is not exposed on the inside of the bellows. This is not to exclude that solutions are also covered in which the sensor unit on or on the bellows, d. H. on the inside or outside, is arranged.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Sensoreinheit als netzartiges Gebilde ausgebildet ist. Dieses netzartige Gebilde ist vorzugsweise durch eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Leiterschlange und eine sich hiermit kreuzende in Axialrichtung erstreckende Leiterschlange gebildet. Die in Axialrichtung erstreckende Leiterschlange misst hierbei eine axiale Dehnung oder Stauchung des Balges, während die sich in Umfangsrichtung erstreckende Leiterschlange eine entsprechende Verformung des Balges in Umfangsrichtung misst. Auf diese Weise wird die gesamte Oberfläche des Balges messtechnisch abgedeckt.A particularly preferred embodiment of the invention is characterized in that the sensor unit is designed as a net-like structure. This net-like structure is preferably by a circumferentially extending Conductor coil and an intersecting axially extending conductor coil formed. The axially extending conductor coil in this case measures an axial expansion or compression of the bellows, while the circumferentially extending conductor coil measures a corresponding deformation of the bellows in the circumferential direction. In this way, the entire surface of the bellows is metrologically covered.
Wenn der Balg am oberen und/oder unteren axialen Ende radial nach innen umgeschlagen ist und sich dieses Ende über eine geringe Strecke axial parallel zur Außenwand des Balges erstreckt, ist die Sensoreinheit vorzugsweise auch in diesem Abschnitt der Innenwand angeordnet und erstrecht sich im Schnitt U-förmig für den Außen- und Innenabschnitt des Balges. Die Verformung des Balges wird daher hierbei auch am umgestülpten Innenabschnitt gemessen.When the bellows is turned over radially inwards at the upper and / or lower axial end and this end extends axially parallel to the outer wall of the bellows over a small distance, the sensor unit is preferably also arranged in this section of the inner wall and is in section U-shaped. shaped for the outer and inner portion of the bellows. The deformation of the bellows is therefore also measured here on the everted inner portion.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to an embodiment in conjunction with the drawings in detail. Show it:
Der in
Der Umfang des Luftfederbalges
Die netzartig ausgebildete Sensoreinheit
Die Sensoreinheit
Die Wandung des Luftfederbalges
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