DE3420666C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft einen Niveaugeber für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es sind Niveauregeleinrichtungen bekannt, die einen er­ heblichen Bauaufwand bedingen und ferner Änderungen und Abwandlungen der Abstützung der Achsen am Wagenkasten erforderlich machen. Dies trifft auch für die Niveau­ geber zu, welche die Position des Wagenkastens gegen­ über der Fahrzeugachse messen.
Als Niveaugeber zur kontinuierlichen Positionsmessung sind optische, induktive, potentiometrische und Ultra­ schall-Sensoren bekannt. In der Regel messen sie über eine Hebelübersetzung den Weg des Federbeins. Dabei kann die Drehbewegung des Hebelsystems gemessen oder der durch eine Hebelübersetzung untersetzte Hubweg direkt gemessen werden (DE-OS 26 46 547).
Bei einem anderen bekannten Weggeber (DE-AS 12 99 432) ragt eine auf einem stangenförmigen Kern sitzende Spule durch die Zylinderstirnwand in eine Bohrung der Kolbenstange, die somit Teil des Meßumformers ist. Hallsensoren sowie Feldplatten-Differential-Fühler zur Positionserfassung von weichmagnetischem Material sind ebenfalls bekannt und dienen zum Umsetzen kleiner Weg­ strecken in elektrische Signale, beispielsweise zum Erfassen der Drehzahlen von Zahnrädern oder der Stellung von Positions­ gebern. Bei Verwendung eines Hallsensors zur Abtastung der Bewegung einer Kolbenstange ist es bekannt (Parker­ tronics), in der Kolbenstange zur digitalen Abtastung in Abständen Rillen einzubringen. Bei hohen Geschwindig­ keiten der Kolbenstange von bis zu 4 m/s ist bei der digi­ talen Abtastung die von der Auswerteelektronik des Hall­ sensors zu verarbeitende Datenmenge so hoch, daß ein Verzählen der Elektronik nicht auszuschließen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Niveaugeber als einfache und zuverlässige Anordnung auszubilden.
Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen und weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß ist somit der Niveaugeber am kolbenstangenseitigen Ende des Zylinders des Federbeins bzw. des Schwingungsdämpfers angeordnet. Um die Kolbenstange des Schwingungsdämpfers und unter der Schutzkappe des Federbeins sowie unterhalb des Gummi­ puffers des Federbeins läßt sich der Niveaugeber optimal anordnen. Das für die Unterbringung von Hallsensoren erforderliche Gehäuse ist unmittelbar auf das Zylinder­ ende aufgesetzt und weist eine flache Bauweise auf, so daß der Federweg des Schwingungsdämpfers kaum verringert ist. Das Gehäuse des Niveaugebers kann axiale Stoßkräfte übertragen, wenn beim Überfahren von Kanten oder Durch­ fahren von Schlaglöchern der Gummipuffer auf den Niveaugeber aufschlägt. Der Niveaugeber läßt sich somit bei der Serienfertigung von Schwingungsdämpfern ohne bauliche Änderungen der Federbeine einbauen.
Der in die Kolbenstange eingeschliffene Konus, der die Meßstrecke darstellt, die vom Hallsensor abgetastet wird, ist so gering, daß die Festigkeit der Kolbenstange nicht nennenswert verringert wird. Bei der Abtastung des Konus verändert sich die Hallspannung analog, so daß die elektronische Auswerteschaltung sehr einfach und kostengünstig realisiert werden kann. Trotzdem ist die Genauigkeit für die Niveauregulierung und insbesonde­ re auch für den Ausgleich einer Seitenneigung des Fahr­ zeuges bei Kurvenfahrt ausreichend.
Ferner sind vorzugsweise zwei Sensoren einander gegen­ überliegend angeordnet und entsprechend verschaltet, so daß auch ein gewisses Spiel des Kolbenstangenlagers ausgeglichen wird.
Infolge der günstigen Bauweise und der einfachen Auswer­ tung der analogen Meßspannung auch bei den hohen auf­ tretenden Kolbengeschwindigkeiten rechtfertigt sich ein erhöhter Geräteaufwand am Fahrzeug, indem zusätzlich zur Niveauregulierung jeder einzelne Schwingungsdämpfer ansteuerbar ist, um die Seitenneigung des Fahrzeuges beim Durchfahren von Kurven auszugleichen.
Zur Ansteuerung der Schwingungsdämpfer, deren Arbeits­ räume jeweils mit einer Druckmittelquelle oder mit dem Tank verbindbar sind, um die Kolbenstange aus- bzw. ein­ zufahren, ist in besonderem Maße die in der DE-OS P 33 00 662 erläuterte Ventilanordnung geeignet.
Ferner ist der erfindungsgemäße Niveaugeber geeignet, die mittleren Schwingungsamplituden der Federbeine und Räder abhängig vom Straßenzustand zu erfassen. Zusammen mit einem von der Geschwindigkeit des Fahr­ zeuges abhängigen Signal kann dann von dem Niveaugebersignal die Dämpfung des Federbeins angepaßt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, der oberen Hälfte eines Federbeins mit inte­ griertem Niveaugeber,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Niveaugeber und einen Abschnitt der Kolbenstange,
Fig. 3 einen Schnitt durch den Niveaugeber längs der Linie 3-3 in Fig. 2.
In Fig. 1 ist ein lasttragendes Federbein 10 dargestellt, das aus einer Feder 11 und einem hydraulischen Schwin­ gungsdämpfer 12 besteht, der in Wirkungsrichtung der Feder angeordnet ist und einen Zylinder 14 aufweist, in welchem ein an einer Kolbenstange 15 befestigter Dämpfungskolben 16 verschiebbar ist. Zur Niveauregulie­ rung kann Druckmittel über eine axiale Innenbohrung 17 der Kolbenstange 15 in den Arbeitsraum 18 des Schwin­ gungsdämpfers 12 eingeleitet bzw. aus dem Arbeitsraum entnommen werden.
In Fig. 1 ist lediglich die obere Hälfte des Feder­ beins dargestellt. Die Feder 11 ist an einem Feder­ lager 20 abgestützt, während das untere am Zylinder 14 befestigte Federlager nicht dargestellt ist. In ebenfalls nicht dargestellter Weise ist der Zylinder 12 am unteren Ende an einem Achsschenkelbolzen für ein Fahrzeugrad angelenkt. Das obere Ende der Kolbenstange ist in ebenfalls bekannter Weise am Wagenkasten des Fahrzeuges bei 21 befe­ stigt. Zum Schutz des Schwingungsdämpfers gegen Verschmutzung und hartem Anschlag ist ein sich längs der Kolbenstange vom Federlager 20 zum Zylinder erstreckender Gummibalg 24 vorge­ sehen, an dessen unterem Ende eine Schutzhülse 25 befestigt ist, die sich über den Zylinder nach unten erstreckt. Inso­ weit entspricht die Bauart des Federbeins dem Stand der Technik.
Ein Niveaugeber 26 ist am kolbenstangenseitigen Ende des Zylinders 14 angeordnet, das Gehäuse 27 des Niveaugebers ist ringförmig, wobei der Innendurchmesser dem Durchmesser der Kolbenstange 15 entspricht, die sich durch das Gehäuse 27 hindurcherstreckt, während der Außendurchmesser etwa dem Durchmesser des Zylinders 14 entspricht. Der Niveaugeber 26 ist von einer Gummihülse 28 umschlossen, deren Umfangswan­ dung 29 über den Zylinder 14 reicht und auf der Innenseite mit einem Abstreifer 30 zum Abdichten der Kolbenstange gegen Eindringen von Schmutz versehen ist. Ein Anschlußkabel 31 ist seitlich am Gehäuse 27 durch die Gummihülse 28 hindurch­ geführt und verläuft zwischen Zylinder 14 und Schutzhülse 25 zum unteren Federteller und von dort in nicht dargestellter Weise über die zugehörige Fahrzeugachse ins Wageninnere zu einer Steuerelektronik.
Der Niveaugeber ist im einzelnen in den Fig. 2 und 3 darge­ stellt. Das Gehäuse 27 besteht aus einem Innenring 32 und einem über den Innenring greifenden Außenring 33. Am inneren Umfangsflansch 34 des Innenrings 32 sind Verstärkungsstege 35 angeformt, die sich am Außenring 33 abstützen, dessen äußerer Umfangsflansch 36 ebenfalls mit Verstärkungsstegen 37 versehen ist, die sich am Innenring 32 abstützen. Das auf diese Weise verstärkte Gehäuse 27 kann somit axiale Stoß­ kräfte aufnehmen, falls das Federbein so stark einfedert, daß die Zylinderstirnseite in Anlage an fahrzeugseitige Teile gelangt. Der Außenring 33 weist eine sich nach unten über den Zylinder 14 erstreckende Lasche 38 auf, mit der das Gehäuse auf den Schwingungsdämpfer aufgesetzt werden kann.
In dem zwischen dem Innenring 32 und dem Außenring 33 ge­ bildeten Gehäuseinneren sind einander gegenüberliegend zwei Hallsensoren 40 und 40′ angeordnet, deren vorderes Ende in einer Ausnehmung 41 im Umfangsflansch 34 des Innenrings 32 nahe der Kolbenstange 15 angeordnet ist. Der Hallsensor 40 bzw. 40′ ist auf einem Magneten montiert und eignet sich zur Positionserfassung der Kolbenstange 15, die aus weich­ magnetischem Material, nämlich in üblicher Weise aus Stahl besteht. Wird in bekannter Weise der Hallsensor mit einem konstanten Steuerstrom betrieben, so ist die vom Hallsensor abgegebene Hallspannung dem auf den Sensor einwirkenden Magnetfeld direkt proportional.
Das Magnetfeld wird von der Kolbenstange 15 geändert, die im Bereich des von dem Niveaugeber abzutastenden Hubes einen konisch verlaufenden Querschnitt aufweist. Die Kolbenstange kann sich also bei einer axialen Position verdrehen, ohne daß sich das Magnetfeld bzw. die Hallspannung ändert. Hier­ zu ist die Kolbenstange an ihrem Umfang mit einem Konus 42 versehen, der in die Kolbenstange eingeschliffen ist und dessen Tiefe an der tiefsten Stelle nur etwa 0,5 mm radial beträgt. Die Länge des Konus beträgt beispielsweise etwa 70 mm. Der Konus ist etwa in der axialen Mitte der Kolben­ stange 15 angebracht. Die Querschnittsverringerung der Kolbenstange ist so gering, daß eine Knickschwächung der Kolbenstange nicht erfolgt. Bei der angegebenen Tiefe kann jedoch eine ausreichende elektrische Auflösung für die Hallsensoren erfolgen. Die Länge von 70 mm ist ebenfalls für den notwendigen nutzbaren Positionierbereich der Niveau­ regulierung des Wagenkastens ausreichend. Die axiale Lage des Konus 42 ist so gewählt, daß bei mittlerer Beladung des Fahrzeuges die Position "normal" in der Mitte der Kolbenstange erreicht ist. Von dieser Stelle aus kann also das Niveau im Bereich von ∓±35 mm reguliert werden.
Der Konus 42 ist mit einem nicht magnetischen Werkstoff, beispielsweise Bronze, Chrom oder Kunststoff aufge­ füllt, so daß die Kolbenstange wieder den vollen zylindrischen Querschnitt erhält. Ein mit einer Bronze­ schicht aufgefüllter Konus wird durch eine dünne Chrom­ schicht gegen Verschleiß geschützt, die geschliffen wer­ den kann.
Bei den Bewegungen der Kolbenstange wird von dem Konus die nicht magnetische Schichtdicke kontinuierlich im Meßbereich geändert, woraus eine Änderung des Magnet­ feldes und die direkt proportionale Änderung der Hall­ spannung resultiert.
In dem Ausführungsbeispiel sind zwei Sensoren 40, 40′ gegenüber angeordnet und elektrisch in Differential­ schaltung verschaltet, um Radialfehler des Kolbenstan­ genlagerspiels im Zylinder sowie Temperaturfehler zu kompensieren. Die Baugröße der Hallsensoren ist so ge­ ring, daß die Höhe des Gehäuses 27 in der Größenord­ nung von 8 bis 12 mm beträgt, wobei die für die Hall­ sensoren erforderliche Steuerelektronik 44 und 44′ noch im Gehäuse ringförmig um die Kolbenstange integriert ist.
Anstelle der Hallsensoren können auch Feldplatten- Differential-Fühler Verwendung finden. Dabei ist in bekannter Weise eine Differential-Feldplatte aus D-Material auf einem Weicheisenträger montiert. Die magnetische Vorspannung erzeugt ein auf der Unterseite des Fühlerkopfes montierter Permanentmagnet. Auch die­ ser Fühler eignet sich zum Umsetzen kleiner Wegstrecken in elektrische Signale als Niveaugeber. Sowohl die Hallsensoren als auch die Feldplattendifferentialfüh­ ler sind bekannte Bauelemente.

Claims (13)

1. Niveaugeber für Fahrzeuge, der an einem Teles­ kop-Schwingungsdämpfer zum Erzeugen von Signalen für eine Niveauregeleinrichtung angeordnet ist, wobei der als Hall­ sensor oder Feldplattenfühler ausgebildete Niveaugeber (26) an dem kolbenstangenseitigen Ende des Zylinders (14) des Schwingungsdämpfers (12) befestigt ist und die Kolbenstange (15) in dem für die Niveauregelung erforderlichen Hubbereich als Meßstrecke einen konisch verlaufenden Querschnitt aufweist, der mit nichtmagnetischem Material auf den zylindrischen Durchmesser der Kol­ benstange aufgefüllt ist.
2. Niveaugeber nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Niveaugeber (26) in einem ringförmi­ gen Gehäuse (27) angeordnet und auf das kolbenstangen­ seitige Zylinderende aufsteckbar ist.
3. Niveaugeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (27) aus einem Außen­ ring (33), dessen Durchmesser dem Zylinderdurchmesser entspricht und einem Innenring (32), dessen Innendurch­ messer dem Kolbenstangendurchmesser entspricht, zu­ sammengesetzt ist.
4. Niveaugeber nach einem der Ansprüche 2 oder 3 für ein lasttragendes Federbein mit einer in Wirkungsrichtung des Schwingungsdämpfers angeordneten Feder, dadurch gekennzeichnet, daß am Außen- und Innenring des Gehäuses (27) Stege (35; 37) zum Übertragen von Anschlagkräften vom kolbenseitigen Federlager auf den Zylinder (14) angeformt sind (Fig. 1, 2, 3).
5. Niveaugeber nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (27) mit einer sich am Umfang erstreckenden Lasche (38) auf den Zylinder (14) aufsetzbar ist (Fig. 2).
6. Niveaugeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (27) mit dem Zylinder (14) verschraubt ist.
7. Niveaugeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (27) von einer Gummihülse (29) umschlossen ist, die am Stangenumfang mit einem Abstreifer (30) gegen Schmutz versehen ist (Fig. 1).
8. Niveaugeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Werkstoff aufgefüllte Konus (42) zylindrisch auf den Durchmesser der Kolbenstange abgedreht, verchromt und geschliffen ist.
9. Niveaugeber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Konus (42) etwa in der axialen Mitte der Kolbenstange (15) angeorndnet ist und bei normal beladenem Fahrzeug von seiner Meßlänge her etwa mittig zum Niveaugeber (26) steht.
10. Niveaugeber nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (27) zwei radial einander gegenüberliegende Sensoren (40; 40′) vorgesehen sind, um Spielfehler des Kolbenstangenlagers zu kompensieren (Fig. 3).
11. Niveaugeber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (40; 40′) elektrisch in Differenz geschaltet sind, um Temperaturfehler zu kompensieren.
12. Niveaugeber nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Auswerteschaltung (44; 44′) für die Sensoren (40; 40′) im Gehäuse (27) um die Kolbenstange (15) integriert ist (Fig. 3).
13. Niveaugeber nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußkabel (31) des Gebers (26) durch die Gummihülse (29) nach außen und über den zylinderseitigen Federteller zu einer Steuerelektronik (52) im Fahrzeuginneren geführt ist.
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