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DE3430045A1 - Vorrichtung zur wegbestimmung eines kolbens in einem zylinder - Google Patents

Vorrichtung zur wegbestimmung eines kolbens in einem zylinder

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DE3430045A1
DE3430045A1 DE19843430045 DE3430045A DE3430045A1 DE 3430045 A1 DE3430045 A1 DE 3430045A1 DE 19843430045 DE19843430045 DE 19843430045 DE 3430045 A DE3430045 A DE 3430045A DE 3430045 A1 DE3430045 A1 DE 3430045A1
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Description

PRP 453 - 3 - 13,3.1984
Vorrichtung zur Wegbestimmung eines Kolbens in einem Zylinder
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wegbestimmung eines Kolbens in einem Zylinder insbesondere für hydraulische, pneumatische oder hydropneumatische Aggregate wie Schwingungsdämpfer, Gasfedern und hydropneumatische Federungen, wobei der Kolben über eine Kolbenstange in einem5 mit mindestens einem Dämpfungsmittel gefüllten Zylinder axial verschiebbar angeordnet ist.
Es sind Meßeinrichtungen allgemeiner Art bekannt, welche aus Kondensatoren und elektronischen Mitteln bestehen (z.B. DD-PS 136 o69). Diese Vorrichtungen dienen ganz allgemein der Längenmessung, wobei in dieser Konstruktion die Vorteile eines einfachen kapazitiven Systems mit den meßtechnischen Vorteilen des differenzieilen kapazitiven Systems verbunden werden. Hierzu ist einerseits ein Meßkondensator, dessen Kapazität durch die zu messende Verschiebung linear verändert wird, an eine Referenzwechsel Spannung angeschlossen und andererseits ist ein Referenzkondensator mit gleichem Dielektrikum an eine Wechselspannung gleicher Frequenz und entgegengesetzter Phase angeschlossen. Dabei lassen sich die Amplituden der Meßwechselspannung durch elektronische Mittel so variieren, daß die auf einer, beiden Kondensatoren gemeinsamen Elektrode induzierte Wechselspannung zu Null
PRP 453 - 4 - 13.8.1984
wird. Eine derartige Meßeinrichtung ist besonders aufwendig und eine Anwendung beispielsweise in einem hydraul ischen s pneumatischen oder hydropneumatischen Aggregat ist kaum ausführbar.
Darüber hinaus sind Meßvorrichtungen zur Messung einer Schichtdicke bekannt (z.B. GB-PS 2 1o6 651), bei der über einen Sensor die unterschiedliche auf den Kolben aufgetragene Schichtstärke gemessen wird, so daß über dieses Verfahren die Kolbenstellung ermittelt werden kann. Vorrichtungen dieser Art sind in hydraulischen, pneumatischen oder hydropneumatischen Aggregaten wie Fahrzeugfederungen nicht ohne weiteres einsetzbar.
Es sind außerdem Meßeinrichtungen auf Ultraschallbasis bekannt, wo die Wegbestimmung mittels Schallausbreitung und der entsprechenden Auswertungseinheit durchgeführt wird. Diese Systeme sind nicht beliebig verkleinerbar, anfällig gegenüber Temperaturschwankungen und mechanischen Störeinflüssen. Außerdem sind sie technisch sehr aufwendig gestaltet und damit sehr kostenintensiv.
Die bekannten Meßeinrichtungen auf induktiver Basis besitzen in etwa die gleichen Nachteile wie die vorgenannten Ultraschal1-Sensoren. Meßeinrichtungen auf kapazitiver Basis sind mechanisch .robust und auch kostengünstig zu fertigen, sie sind jedoch anfällig gegenüber äußeren Störeinflüssen und Temperaturschwankungen. Wegmeßeinrichtungen mittels des Hallprinzips sind nur auf digitaler Basis möglich (lineare Wegbestimmung für größere Wege scheidet aufgrund der geringen Hallsensor-Empfindlichkeit aus). Nachteilig bei diesem Meßprinzip ist die begrenzte Auflösung der Wegstrecke und das Nichterkennen der Wegrichtung ohne zusätzlichen Elektronikaufwand.
PRP 453 - 5 - 13.-8.-1984
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Meßsystem zu entwickeln, das problemlos in einer Kolbenzylindereinheit integriert werden kann, eine große Unempfindlichkeit gegen Störeinflüsse (z.B. elektromagnetische Beeinflussung, Temperatur, etc.) aufweist und daher besonders für einen Betrieb unter ungünstigen Umgebungsbedingungen geeignet ist. Außerdem soll das Meßsystem sehr kostengünstig zu fertigen sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in einem im Innenraum des Zylinders befestigten Träger oder in der hohlen Kolbenstange eine Anzahl von Halbleiterelementen so angeordnet sind, daß über die axiale Länge des Kolbenhubes der Abstände zwischen zwei benachbarten Halbleiterelementen einer geforderten Meßwertauflösung entspricht, wobei die Halbleiterelemente mit einer Auswertelektronik verbunden sind und daß das den Halbleiterelementen gegenüberliegende Bauteil als Elektrode ausgebildet und teleskopartig verschiebbar ist, wobei die Elektrode mit einem elektrischen Potential oder Masse verbunden wird.
Bei dieser Anordnung ist von Vorteil, daß eine Unempfindlichkeit gegen elektromagnetische Störeinflüsse und ungünstigen Umgebungsbedingungen durch die Anwendung der Digitaltechnik mit ihren bekannten Vorzügen gegeben ist. Sie eignet sich daher besonders für Anwendungen wie beispielsweise im Maschinenbau oder in der Kraftfahrzeugtechnik. Dabei ist desweiteren vorteilhaft, daß durch den großen Störabstand des elektrischen Signals eine für diesen Anwendungsbereich robuste und sichere Vorrichtung zur Wegbestimmung erzielbar ist.
Darüber hinaus ist eine Direktverarbeitung der Meßsignale in einer digitalen Elektronik problemlos möglich, d.h.
PRP 453 - 6 - 13.8.1984
es entfallen z.B. A/D-Wandler. Eine Auswertung oder Steuerung könnte beispielsweise über einen Mikroprozessor erfolgen.
Bei einer besonders günstigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Halbleiterelemente und die Auswertelektronik im Träger integriert sind. Dabei ist fertigungstechnisch gesehen die Herstellung einer separaten Baueinheit möglich, die bei Einsatz in einem entsprechenden Aggregat alle notwendigen Elemente der Meßvorrichtung sowie der Auswertung enthält.
Nach einem weiteren wesentlichen Merkmal sind die Halbleiterelemente im Träger und die Auswertelektronik im Boden des Zylinders angeordnet. Bei Anordnung einer derartig aufgeteilten Vorrichtung ist eine Herstellung und Ausführung im Baukastenprinzip für unterschiedliche Aggregate möglich.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, da3 die Halbleiterelemente in CMOS-Technik ausgebildet sind, wobei bekanntlich der geringe Leistungsverbrauch als wesentliche Eigenschaft zu nennen wäre. Die Halbleiterelemente können jedoch auch in P- und/oder N-Kanaltechnik ausgeführt werden.
Darüber hinaus ist vorgesehen, daß die Auswertelektronik außerhalb der Kolben-Zylindereinheit angeordnet ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Es zeigt:
Figur 1 eine Kolbenzylindereinheit in Form eines Schwingungsdämpfers im Schnitt
PRP 453 - 7 - 13.8.1984
Figur 2 eine weitere Ausführungsform der in Figur 1 dargestellten Kolbenzylinderbaueinheit, mit dem Unterschied, daß die Halbleiterelemente Bestandteil der Kolbenstange sind
Figur 3 eine Auswertelektronik im Schaltschema dargestellt
Das in Figur 1 dargestellte Aggregat besteht im wesentlichen aus dem Zylinder 1S in dessen Innenraum 2 die Kolbenstange
4 einen axial beweglichen Kolben 7 führt. Ein derartiger Schwingungsdämpfer ist im Innenraum 2 des Zylinders 1 mit einem Dämpfungsmittel gefüllt. Der Kolben 7 dient dabei der Schwingungsdämpfung, wobei zur Drosselung die Ventile 8 vorgesehen sind. Zur Befestigung zwischen einer Radaufhängung und einer Karosserie sind die Befestigungsvorrichtungen 9 vorgesehen.
Die Kolbenstange 4 ist mit einem Hohlraum 1o versehen, in die bei axialer Verschiebung des Kolbens 7 im Zylinder 1 ein Träger 3 eintaucht. Der Träger 3 ist mit Halbleiterelementen 5 versehen, die entsprechend beabstandet über · die axiale Hublänge des Kolbens 7 gleichmäßig im Träger 3 angeordnet sind. Der Abstand 11 der einzelnen Halbleiterelemente 5 wird durch die geforderte Meßwertauflösung bestimmt. Je nachdem ob diese Halbleiterelemente 5 enger oder weiter voneinander entfernt sind, wird durch die Kolbenstange bei überdeckung dieser Halbleiterbauelemente
5 ein entsprechendes Meßsignal an die Auswertelektronik 6 gegeben. Hierzu ist in diesem Ausführungsbeispiel die Kolbenstange 4 als Elektrode ausgebildet und wird entweder mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt oder mit Masse verbunden.
PRP 453
13.8.1984
Dabei sind die Funktionsmerkmale darin zu sehen, daß die Halbleiterelemente 5, welche von der hohlen Kolbenstange 4 überdeckt werden einen leitfähigen Kanal besitzen, der in Abhängigkeit von dem an der Kolbenstange 4 liegenden Potential entweder P-leitend oder N-leitend ist. In Figur 1 ist die Kolbenstange 4 mit Massepotential verbunden und somit sind die Halbleiterelemente P-leitend. Diese Leitfähigkeit bewirkt, daß an den Eingängen der digitalen Auswertungsglieder ein "High"-Signal anliegt.
Die Eingänge der digitalen Auswertungsglieder von den Halbleiterelementen 5, die nicht von der hohlen Kolbenstange überdeckt sind, befinden sich im "Low"-Zustand. Durch Verknüpfung der digitalen Auswertungsglieder nach einem bestimmten Lösungsalgorithmus wird ein zweistelliges digitales Wegsignal erzeugt, welches die folgenden vier Zustände und somit die entsprechenden Stellungen des Kolbens 7 wiedergeben.
S 1 S2 Weg (mm )
0 0 0 - 4o
0 1 4o - 8o
1 0 8o - 1 2o
1 1 12o - 1 6o
Diese Tabelle gibt ein Beispiel wieder.
In Figur 2 ist wiederum ein Schwingungsdämpfer im Prinzip wie in Figur 1 dargestellt gezeigt, bei dem der Träger 3 als Elektrode mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt oder an ein Massepotential angeschlossen wird. Die Halbleiterelemente 5 sind auf der Innenfläche der hohlen Kolbenstange 4 angeordnet, so daß bei teleskopartiger Verschiebung der Kolbenstange 4 gegenüber dem Zylinder 1 eine entpsrechende überdeckung zwischen den Halbleiterelementen 5 und dem Träger 3 erzielt wird, so daß wiederum ein entsprechendes Meßsignal an die Auswertelektronilc 6
PRP 453 - 9 - 13.8.1984
gegeben wird. Ansonsten entspricht diese Ausführung von der Funktion als Schwingungsdämpfer her dem in Figur 1 bereits gezeigten Ausführungsbeispiel.
Figur 3 zeigt ein Schaltschema einer Auswertelektronik wie in der Figur 2 mit 6 bezeichnet wurde, über die Ver bindungen A bis H werden die Zustände, welche die Halbleiterbauelemente in Abhängigkeit des Kolbenweges annehmen, übertragen. Das 3-stellige Digitalwort S. bis S repräsentiert das digitale Wegsignal, welches in einer digitalen Auswertungselektronik unmittelbar verarbeitet werden kann.
PRP 453
Bezugszeichen Tiste
1 - ZyIinder
2 - Innenraum
3 - Träger
4 - KoIbenstange
5 - Halbleiterelemente
6 - Auswertelektronik
■j _ Kolben
8 - Ventile
9 - Befestigungsvorrichtungen
1o - Hohlraum der Kolbenstange

Claims (6)

BÖGE GmbH -Λ- 13. August 1984 Bogestraße 5o PRP 453 52o8 Eitorf St/do Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Wegbestimmung eines Kolbens in einem Zylinder insbesondere für hydraulische, pneumatische oder hydropneumatische Aggregate wie Schwingungsdämpfer, Gasfedern und hydropneumatische Federungen, wobei der Kolben über eine Kolbenstange in einem, mit mindestens einem Dämpfungsmittel gefüllten Zylinder axial verschiebbar angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einem im Innenraum (2) des Zylinders (1) befestigten Träger (3) oder in der hohlen Kolbenstange (4) eine Anzahl von Halbleiterelementen (5) so angeordnet sind, daß über die axiale Länge des Kolbenhubes der Abstände (11) zwischen zwei benachbarten Halb!eiterelementen (5) einer geforderten Meßwertauflösung entspricht, wobei die Halbleiterelemente (5) mit einer Auswertelektronik (6) verbunden sind und daß das den Halbleiterelementen (5) gegenüberliegende Bauteil als Elektrode ausgebildet und teleskopartig verschiebbar ist, wobei die Elektrode mit einem elektrischen Potential oder Masse verbunden wird.
PRP 453 - 1"- 13.8.1984
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente (5) und die Auswertelektronik (6) im Träger (3) integriert sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente (5) im Träger (3) und die Auswertelektronik (6) im Boden des Zylinders (1) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente (5) als P-Kanal-oder N-Kanaltyp ausgeführt sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente (5) aus Paaren von komplementären N- und P-Kanaltypen bestehen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertelektronik (6) außerhalb der Vorrichtung angeordnet ist.
DE3430045A 1984-08-16 1984-08-16 Vorrichtung zur Wegbestimmung eines Kolbens Expired DE3430045C2 (de)

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