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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft Kolbendämpfer
im Allgemeinen und insbesondere eine Kolbendämpferanordnung und eine dazugehörige Staubrohrunteranordnung
mit einem Relativgeschwindigkeitssensor.
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Hintergrund der Erfindung
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Herkömmliche
Kolbendämpferanordnungen umfassen
einen Kolbendämpfer
und einen Relativgeschwindigkeitssensor. Der Kolbendämpfer umfasst einen
ringförmig-zylindrischen
Dämpferkörper sowie eine
ferromagnetische Kolbenstange, die innerhalb des Dämpferkörpers axial
beweglich ist, die sich von einem ersten Ende des Dämpferkörpers axial
nach außen
erstreckt und die an einem Fahrzeugrahmen angebracht ist, und umfasst
ein ferromagnetisches Staubrohr, das den Dämpferkörper in Umfangsrichtung umgibt
und das an der Kolbenstange angebracht ist. Der Relativgeschwindigkeitssensor
besitzt einen Magneten und eine Spule. Der Magnet ist ein ringförmiger Scheibenmagnet,
der die Kolbenstange in Umfangsrichtung umgibt und der an dem ersten Ende
des Dämpferkörpers angebracht
ist. Die Spule ist eine axial verteilte Spule, die koaxial zur Kolbenstange
ausgerichtet ist, die sich axial über die ganze Länge des
Kolbenstangenweges erstreckt und die an der Innenseite des Staubrohrs
angebracht ist. Die Kolbenstange dient als Träger des magnetischen Flusses,
wobei der Fluss den Dämpferkörper in
radialer Richtung über
eine zylindrische Lücke
zur axial verteilten Spule auf dem Staubrohr verlässt. Die
aufgrund der Bewegung des Dämpferkörpers relativ
zu dem Staubrohr in die Spule induzierte Spannung ist proportional
zur relativen Geschwin digkeit des Dämpferkörpers gegenüber dem Staubrohr. Die Arbeitsweise
eines herkömmlichen
Relativgeschwindigkeitssensors ist in der Technik bekannt. Bei Dämpfern mit
einem relativ langen Hub (wie zum Beispiel einem Hub, der größer ist
als der vierfache innere Durchmesser des Dämpferkörpers) liefert ein herkömmlicher
Relativgeschwindigkeitssensor ungenaue Messungen der relativen Geschwindigkeit
aufgrund der magnetischen Flussstreuung von der Kolbenstange aus.
Wenn der Kolbendämpfer
ein MR (magnetorheologischer) Dämpfer
ist, stört
der von der MR-Magnetspule
erzeugte Fluss ebenfalls einen herkömmlichen Relativgeschwindigkeitssensor,
was zu ungenauen Messungen der relativen Geschwindigkeit führt.
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Benötigt wird
also eine verbesserte Kolbendämpferanordnung
sowie eine dazugehörige
verbesserte Staubrohrunteranordnung mit einem Geschwindigkeitssensor.
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Die
Druckschrift
EP-A-0428307 offenbart eine
Anordnung gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In
einer ersten Umsetzung einer Ausführungsform der Erfindung, umfasst
eine Kolbendämpferanordnung
einen Kolbendämpfer
und einen Relativgeschwindigkeitssensor. Der Kolbendämpfer umfasst
einen Dämpferkörper sowie
eine Kolbenstange, die innerhalb des Dämpferkörpers axial beweglich ist und
die an einem Fahrzeugrahmen angebracht werden kann. Ferner umfasst
der Kolbendämpfer
ein Staubrohr, das mindestens einen axialen Teil des Dämpferkörpers in
Umfangsrichtung umgibt und das an der Kolbenstange angebracht ist.
Der Relativgeschwindigkeitssensor umfasst einen ersten Magneten
und einen zweiten Magneten, die axial in ei nem Abstand angeordnet
sind und axial verlaufen und die durch das Staubrohr unterstützt sind,
sowie einen Flusssammler und eine erste Sensorspule und eine zweite
Sensorspule, die in einem Abstand angeordnet sind. Der Flusssammler
ist durch das dem Staubrohr unterstützt und umfasst einen axial
verlaufenden ersten Stift in axial verlaufendem Kontakt mit dem
ersten Magneten sowie einen axial verlaufenden zweiten Stift in
axial verlaufendem Kontakt mit dem zweiten Magneten, und umfasst
ein Verbindungselement, welches den ersten Stift und den zweiten
Stift verbindet. Die erste Sensorspule umgibt das Verbindungselement
und/oder den ersten Stift und die zweite Sensorspule umgibt das
Verbindungselement und/oder den zweiten Stift.
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In
einer zweiten Umsetzung einer Ausführungsform der Erfindung umfasst
eine Kolbendämpferanordnung
einen Kolbendämpfer
und einen Relativgeschwindigkeitssensor. Der Kolbendämpfer umfasst
einen Dämpferkörper, sowie
eine Kolbenstange, die innerhalb des Dämpferkörpers axial beweglich ist,
und ein Staubrohr, das an der Kolbenstange angebracht ist. Der Relativgeschwindigkeitssensor umfasst
einen axial verlaufenden ersten Magneten, der durch das Staubrohr
unterstützt
ist, sowie einen Flusssammler und eine erste Sensorspule. Der Flusssammler
ist durch das Staubrohr unterstützt und
umfasst einen axial verlaufenden ersten Stift in axialer Nähe zum ersten
Magneten sowie einen axial verlaufenden zweiten Stift und ein Verbindungselement,
welches den ersten und den zweiten Stift verbindet. Die erste Sensorspule
umgibt das Verbindungselement und/oder entweder den ersten oder den
zweiten Stift.
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In
einer dritten Umsetzung einer Ausführungsform der Erfindung umfasst
eine Kolbendämpfer-Staubrohrunteranordnung
ein axial verlaufendes Kolbendämpfer-Staubrohr
sowie einen Relativgeschwindigkeitssensor. Der Relativgeschwindigkeitssensor
umfasst einen axial verlaufenden ersten Magneten, der durch das
Staubrohr unterstützt
ist, sowie einen Flusssammler und eine erste Sensorspule. Der Flusssammler
ist durch das Staubrohr unterstützt und
umfasst einen axial verlaufenden ersten Stift in axialer Nähe zum ersten
Magneten sowie einen axial verlaufenden zweiten Stift und ein Verbindungselement,
welches den ersten Stift und den zweiten Stift verbindet. Die erste
Sensorspule umgibt das Verbindungselement und/oder entweder den
ersten oder den zweiten Stift.
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Eine
oder mehrere Umsetzungen einer Ausführungsform der Erfindung bieten
mehrere Vorteile. Die Verwendung von axial verlaufenden Flusssammlerstiften
sowie eines axial verlaufenden Magneten, der durch das Staubrohr
unterstützt
ist, sowie einer Sensorspule, die den Flusssammler umgibt, anstelle einer
Kolbenstange als Flussträger,
ermöglicht
genauere Messungen der relativen Geschwindigkeit, wenn der Kolbendämpfer ein
magnetorheologischer Kolbendämpfer
ist und/oder wenn die Kolbenstange einen relativ langen Hub hat,
was für
einen Fachmann einleuchtend ist.
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Zusammenfassung der Zeichnungen
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1 ist
eine Längsschnittansicht
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung, die eine Kolbendämpferanordnung
und eine dazugehörige
Staubrohrunteranordnung umfasst, wobei die Sensorspulen die Stifte
des Flusssammlers umgeben und der Kolbendämpfer beim Einfedern dargestellt
ist.
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2 ist
eine perspektivische Außenansicht der
Kolbendämpferanordnung
gemäß 1,
wobei das Staubrohr der Klarheit wegen weggelassen wurde und nur
ein Teil der Kolbenstange dargestellt ist. Der Kolbendämpfer ist
beim Ausfedern darge stellt und die Sensorspulen sind anders angeordnet,
wobei die Sensorspulen Abschnitte des Flusssammlerrings umgeben.
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3 ist
eine Stirnansicht einer alternativen Ausführungsform der Staubrohrunteranordnung,
wobei der obere Teil der Staubabdeckung weggelassen wurde und der
Flusssammlerring kleiner ist als bei 1 und 2 und
wobei der Flusssammler Arme umfasst, die den Ring mit den Stiften
verbinden, und wobei die Sensorspulen jeweils einen Arm umgeben.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Es
wird nun Bezug genommen auf die Zeichnungen, wobei dieselben Zahlen
durchgängig
dieselben Elemente bezeichnen. 1 zeigt
eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Eine erste Umsetzung der ersten Ausführungsform
stellt eine Kolbendämpferanordung 10 dar,
die einen Kolbendämpfer 12 und
einen Relativgeschwindigkeitssensor 14 umfasst. Der Kolbendämpfer 12 umfasst einen
Dämpferkörper (d.
h. einen Dämpferzylinder) 16,
eine Kolbenstange 18 und ein Staubrohr 20. Die Kolbenstange 18 ist
innerhalb des Dämpferkörpers 16 axial
beweglich und kann an einem Fahrzeugrahmen 22 angebracht
werden (wovon nur ein Teil in 1 dargestellt
ist). Das Staubrohr 20 umgibt mindestens einen axialen
Teil des Dämpferkörpers 16 und
ist an der Kolbenstange 18 befestigt. Der Relativgeschwindigkeitssensor 14 umfasst
einen ersten Magneten 24 und einen zweiten Magneten 26,
die axial in einem Abstand angeordnet sind und axial verlaufen und
die durch das Staubrohr 20 unterstützt sind, sowie einen Flusssammler 28 (Fluss
= magnetischer Fluss), eine erste Sensorspule 30 und eine
zweite Sensorspule 32, die in einem Abstand angeordnet sind.
Der Flusssammler 28 ist durch das Staubrohr 20 unterstützt, umfasst
einen axial verlaufenden ersten Stift 34 in axial verlaufendem
Kontakt mit dem ersten Magneten 24, sowie einen axial verlaufenden zweiten
Stift 36 in axial verlaufendem Kontakt zum zweiten Magneten 26 und
ein Verbindungselement 38, welches den ersten Stift 34 und
den zweiten Stift 36 verbindet. Die erste Sensorspule 30 umgibt
das Verbindungselement 38 und/oder den ersten Stift 34, und
die zweite Sensorspule 32 umgibt das Verbindungselement 38 und/oder
den zweiten Stift 36. Der Begriff „angebracht" bedeutet hier direkt
angebracht oder indirekt angebracht. Der Begriff „unterstützt" bedeutet hier direkt
unterstützt
oder indirekt unterstützt.
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Der
Relativgeschwindigkeitssensor 14 dient zur Messung der
Relativgeschwindigkeit des Dämpferkörpers 16 gegenüber dem
Staubrohr 20. Bei einer Anwendung der ersten Umsetzung
der Ausführungsform
gemäß 1 ist
die in die Sensorspulen induzierte Spannung, die von der relativen
Geschwindigkeit des Dämpferkörpers 16 gegenüber dem
Staubrohr 20 herrührt,
im Wesentlichen proportional zu dieser relativen Geschwindigkeit,
wie ein Fachmann feststellen kann. Bei dieser Anwendung oder bei
einer anderen Anwendung ist der Kolbendämpfer 12 ein magnetorheologischer
Dämpfer.
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Bei
einer Materialauswahl für
die erste Umsetzung der Ausführungsform
gemäß 1,
ist das Staubrohr 20 nicht magnetisierbar, wie z. B. bei
einem Kunststoffstaubrohr. Bei derselben oder bei einer anderen
Materialauswahl, ist der Flusssammler 28 magnetisierbar
und besteht im Wesentlichen aus ferromagnetischem Material wie z.
B. Stahl. Bei derselben oder bei einer anderen Materialauswahl,
die ein Beispiel betrifft, bei dem die Magnete 24 und 26 Permanentmagnete
sind, besteht der erste und der zweite Magnet 24 und 26 im
Wesentlichen aus Alnico 8 oder gebundenem NdFeB oder aus
einem anderen geeigneten Magnetmaterial. Bei derselben oder bei einer
anderen Materialauswahl besteht die Kolbenstange 18 im Wesentlichen
aus einem niedermagnetischen Edelstahl oder aus einem nicht-magnetischen
Edelstahl und der Dämpferkörper 16 besteht im
Wesentlichen aus Stahl. In einer Anordnung sind die erste Sensorspule 30 und
die zweite Sensorspule 32 hintereinandergeschaltet.
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Bei
einem Beispiel für
die erste Umsetzung der Ausführungsform
gemäß 1 sind
der erste Stift 34 und der zweite Stift 36 an
der Innenseite des Staubrohrs 20 angebracht. In dem gleichen
oder in einem anderen Beispiel ist der erste Magnet 24 am ersten
Stift 34 angebracht und der zweite Magnet 26 ist
am zweiten Stift 36 angebracht. In dem gleichen oder in
einem anderen Beispiel umfasst das Verbindungselement 38 einen
Ring 40, der koaxial zum Staubrohr 20 ausgerichtet
ist. In einer Ausführung
erstrecken sich der erste Magnet 24 und der zweite Magnet 26 nicht
in axialer Richtung zum Ring 40, sondern sind axial in
einem Abstand zum Ring 40 angeordnet. In einer Darstellung
erstrecken sich der erste Magnet 24 und der zweite Magnet 26 in
axialer Richtung über
eine Entfernung, die größer ist
als der innere Durchmesser des Dämpferkörpers 16,
und in einer weiteren Abwandlung erstrecken sie sich in axialer Richtung über eine
Entfernung, die im Wesentlichen mindestens gleichlang ist wie der
Hub der Kolbenstange 18. In der gleichen oder in einer
anderen Darstellung erstrecken sich der erste Stift 34 und
der zweite Stift 36 in axialer Richtung über eine
Entfernung, die größer ist
als der innere Durchmesser des Dämpferkörpers 16 und
in einer Abwandlung erstrecken sie sich in axialer Richtung über eine
Entfernung, die im Wesentlichen mindestens gleichlang ist wie der
Hub der Kolbenstange 18.
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In
einer Abwandlung der ersten Umsetzung der Ausführungsform gemäß 1 sind
der erste Stift 34 und der zweite Stift 36 sowie
der erste Magnet 24 und der zweite Magnet 26 im
Wesentlichen entlang des Durchmessers des Staubrohrs 20 ausgerichtet.
In dieser Abwandlung sind der erste Stift 34 und der erste
Magnet 24 180° vom
zweiten Stift 36 und zweiten Magneten 26 entfernt.
In einer Modifikation umgibt die erste Sensorspule 30 den
ersten Stift 34 und die zweite Sensorspule 32 den
zweiten Stift 36. In einer Anwendung, in der die Kolbenstange 18 an
einem Fahrzeugrahmen 22 angebracht ist und im Wesentlichen
vertikal ausgerichtet ist, sollen die erste Sensorspule 30 und
die zweite Sensorspule 32 vertikal befestigt sein. Es wird
festgestellt, dass der gesamte magnetische Fluss sowohl durch die
erste Sensorspule 30 als auch durch die zweite Sensorspule 32 fließen wird
und dadurch den Signalpegel des Relativgeschwindigkeitssensors 14 verbessert, wie
der Fachmann nachvollziehen kann.
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2 zeigt
eine Alternative für
eine Anordnung der ersten Sensorspule 130 und der zweiten Sensorspule 132.
In 2 umgibt die erste Sensorspule 130 ein
erstes in Umfangsrichtung verlaufendes Segment des Ringes 140 und
die zweite Sensorspule 132 umgibt ein zweites in Umfangsrichtung
verlaufendes Segment des Ringes 140. Eine Linie von der
ersten Sensorspule 130 zur zweiten Sensorspule 132 ist
im Wesentlichen senkrecht zum Durchmesser, der mit dem ersten Magneten 124 und
dem zweiten Magneten 126 sowie dem ersten Stift 134 und dem
zweiten Stift 136 ausgerichtet ist. Bei 2 sind auch
die Kolbenstange 118 und der Dämpferkörper 116 zu sehen,
doch das Staubrohr wurde aus Gründen
der Klarheit weggelassen. Bei einer Anwendung, bei der die Kolbenstange
an einem Fahrzeugrahmen angebracht ist und im Wesentlichen vertikal
ausgerichtet ist, sollen die erste Sensorspule 130 und
die zweite Sensorspule 132 horizontal befestigt sein. Es wird
festgehalten, dass eine Hälfte
des magnetischen Flusses durch die erste Sensorspule 130 fließen wird
und die andere Hälfte
des magnetischen Flusses durch die zweite Sensorspule 132 fließen wird,
was für
den Fachmann nachvollziehbar ist.
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Eine
alternative Ausführungsform
der Staubrohrunteranordnung 242 (d. h. eine Unteranordnung, die
mindestens ein Staubrohr 220 und mindestens einige Bestandteile
des Relativgeschwindigkeitssensors 214 umfasst) ist in 3 dargestellt.
In 3 ist der Ring 240 des Flusssammlers 228 kleiner
als der Ring in den 1 und 2. Bei der
Ausführungsform
gemäß 3 umfasst
das Verbindungselement 238 einen ersten Arm 244,
der den Ring 240 mit dem ersten Stift 234 verbindet,
und einen zweiten Arm 246, der den Ring 240 mit
dem zweiten Stift 236 verbindet. Die erste Sensorspule 230 umgibt
den ersten Arm 244 und die zweite Sensorspule 232 umgibt
den zweiten Arm 246. Bei einer Anwendung, bei der die Kolbenstange
an einem Fahrzeugrahmen angebracht ist und im Wesentlichen vertikal
ausgerichtet ist, sollen die erste Sensorspule 230 und
die zweite Sensorspule 232 horizontal befestigt sein. Es
wird festgehalten, dass der gesamte magnetische Fluss sowohl durch
die erste Sensorspule 230 als auch durch die zweite Sensorspule 232 fließen wird,
was den Signalpegel des Relativgeschwindigkeitssensors 214 verbessert,
was für
einen Fachmann nachvollziehbar ist. 3 zeigt
auch jeweils obere Endabschnitte des ersten Magneten 224 und
des zweiten Magneten 226.
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In
einer Erweiterung der zweiten Ausführungsform, die nicht dargestellt
ist, besitzt der Relativgeschwindigkeitssensor mehr als zwei Stifte und/oder
mehr als zwei axial verlaufende Magnete und/oder mehr als zwei Sensorspulen,
was für
einen Fachmann nachvollziehbar ist. In einer Abwandlung wird einen
gerade Anzahl von symmetrisch in Abständen angeordneten Stiften,
symmetrisch in Abständen
angeordneten Magneten und symmetrisch in Abständen angeordneten Sensorspulen
verwendet.
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Eine
zweite Umsetzung der ersten Ausführungsform
gemäß 1 stellt
eine Kolbendämpferanordnung 10 dar,
die einen Kolbendämpfer 12 und
einen Relativgeschwindigkeitssensor 14 umfasst. Der Kolbendämpfer 12 umfasst
einen Dämpferkörper (d. h.
einen Dämpferzylinder) 16,
eine Kolbenstange 18 und ein Staubrohr 20. Die
Kolbenstange 18 ist axial innerhalb des Dämpferkörpers 16 beweglich.
Das Staubrohr 20 ist an der Kolbenstange 18 angebracht. Der
Relativgeschwindigkeitssensor 14 umfasst einen axial verlaufenden
ersten Magneten 24, der durch das Staubrohr 20 unterstützt ist,
einen Flusssammler 28 und eine erste Sensorspule 30.
Der Flusssammler 28 ist durch das Staubrohr 20 unterstützt, umfasst
einen axial verlaufenden ersten Stift 34 in axialer Nähe zum ersten
Magneten 24 sowie einen axial verlaufenden ersten Stift 36 und
ein Verbindungselement 38, welches den ersten Stift 34 und
den zweiten Stift 36 verbindet. Die erste Sensorspule 30 umgibt
das Verbindungselement 38 und/oder entweder den ersten Stift 34 oder
den zweiten Stift 36.
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Es
wird festgestellt, dass es bei der zweiten Umsetzung der Ausführungsform
gemäß 1 nicht notwendig
ist, dass die Kolbenstange an einem Fahrzeugrahmen, wie z. B. an
dem Rahmen eines Autos oder eines Flugzeugs, angebracht werden kann,
sondern auch an einem anderen Körper
angebracht sein kann. Eine mögliche
Anwendung für
die Kolbendämpferanordnung 10 ist
die Verwendung bei Trainingsgeräten,
wie z. B. bei Steppern und Rudergeräten, um Bewegungen abzufedern.
Eine weitere Anwendung ist der Einsatz der Kolbendämpferanordnung 10 zur
Abschirmung gegen Bewegungen bei Gebäuden, Brücken oder anderen Bauwerken,
die Erdbeben ausgesetzt sind. Außerdem kann die Kolbendämpferanordnung 10 eingesetzt
werden, um Vibrationen, denen Fahrzeuge und Installationen im Weltraum
ausgesetzt sind, abzudämpfen.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten
bleiben dem Fachmann überlassen.
Außerdem
wird darauf hingewiesen, dass die Kolbendämpferanordnung 10 nicht
auf einen magnetorheologischen Dämpfer
beschränkt
ist, sondern dass sie in Verbindung mit jedem bekannten oder noch
zu erfindenden Dämpfer
angewendet werden kann. Die Beispiele, Abwandlungen, Modifikationen,
etc. der ersten Umsetzung der Ausführungsform gemäß 1 und
der Ausführungsform
gemäß 2 sind
gleichermaßen
auf die zweite Umsetzung anwendbar.
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Eine
dritte Umsetzung der ersten Ausführungsform
gemäß 1 stellt
eine Kolbendämpfer-Staubrohrunteranordnung 42 dar,
die ein axial verlaufendes Kolbendämpfer-Staubrohr 20 und
einen Relativgeschwindigkeitssensor 14 umfasst. Der Relativgeschwindigkeitssensor 14 umfasst
einen axial verlaufenden ersten Magneten 24, der durch
das Staubrohr 20 unterstützt ist, einen Flusssammler 28 und
eine erste Sensorspule 30. Der Flusssammler 28 ist
durch das Staubrohr 20 unterstützt, umfasst einen axial verlaufenden
ersten Stift 34 in axialer Nähe zum ersten Magneten 24,
einen axial verlaufenden zweiten Stift 36 sowie ein Verbindungselement 38,
welches den ersten Stift 34 und den zweiten Stift 36 verbindet.
Die erste Sensorspule 30 umgibt das Verbindungselement 38 und/oder
entweder den ersten Stift 34 oder den zweiten Stift 36.
Die Beispiele, Abwandlungen, Modifikationen, etc. der ersten und
der zweiten Umsetzung der Ausführungsform
gemäß 1 und
der Ausführungsform
gemäß 2 sind
gleichermaßen
auf die dritte Umsetzung anwendbar.
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Es
ergeben sich mehrere verschiedene Vorteile aus einer oder mehreren
Umsetzungen einer Ausführungsform
der Erfindung. Die Verwendung von axial verlaufenden Flusssammlerstiften
und eines axial verlaufenden Magneten, der durch das Staubrohr unterstützt ist,
sowie der Einsatz einer Sensorspule, die den Flusssammler umgibt,
anstelle der Verwendung der Kolbenstange als Flussträger, führt zu genaueren
Messungen der relativen Geschwindigkeit, wenn der Kolbendämpfer ein
magnetorheologischer Kolbendämpfer
ist und/oder wenn die Kolbenstange einen relativ langen Hub hat,
was für
den Fachmann nachvollziehbar sein wird.
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Die
verschiedenen Umsetzungen und Ausführungsformen der Erfindung
wurden zu Illustrationszwecken in der vorstehenden Beschreibung
dargestellt. Dies soll jedoch keine erschöpfende Darstellung sein und
die Erfindung soll auch nicht auf die genauen, hier offenbarten
Formen beschränkt
sein, und es versteht sich von selbst, dass mannigfaltige Modifikationen
und Abwandlungen im Hinblick auf die oben dargestellte Lehre denkbar
sind. Der Schutzumfang der Erfindung soll durch die beigefügten Ansprüche definiert
werden.