PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006033964A1 12.04.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung bei einem Kolben-Zylinderaggregat
Anmelder ZF Friedrichshafen AG, 88046 Friedrichshafen, DE
Erfinder Memmel, Georg, Dipl.-Ing., 97422 Schweinfurt, DE
DE-Anmeldedatum 22.07.2006
DE-Aktenzeichen 102006033964
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse G01P 15/08(2006.01)A, F, I, 20060722, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01P 15/097(2006.01)A, L, I, 20060722, B, H, DE   
Zusammenfassung Verfahren zur Positionsmessung bei einem Kolben-Zylinderaggregat, das eine Kolbenstang und einen Zylinder aufweist, die eine axiale Relativbewegung zueinander ausführen, wobei von einem der beiden Bauteilgruppen die Beschleunigung ermittelt wird und von einer der beiden Baugruppen zumindest mittelbar die Querbeschleunigung erfasst und von diesem Querbeschleunigungssignal eine Frequenzanalyse vorgenommen wird, wobei die Momentanfrequenz als Ersatzgröße für die Position der Kolbenstange im Zylinder dient.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung bei einem Kolben-Zylinderaggregat.

Zur Positionsmessung bei einem Kolben-Zylinderaggregat sind verschiedenste Messverfahren und Messvorrichtungen bekannt. Die DE 34 30 045 C2 beschreibt beispielsweise einen mit Halbleiterelementen bestückten Träger innerhalb des Kolben-Zylinderaggregates, wobei durch den Einsatz des Trägers ein ganz bestimmtes Konstruktionsprinzip für das Kolben-Zylinderaggregat erforderlich ist. Bei einem Kolben-Zylinderaggregat in der besonderen Ausgestaltung eines Schwingungsdämpfers lässt sich das beschriebene Konstruktionsprinzip aus Kostengründen nur schwer realisieren.

In der DE 34 20 666 A1 wird die Positionsmessung durch einen Hallsensor in Verbindung mit einer besonders ausgestalteten Kolbenstange vorgenommen. Die Kolbenstange verfügt über einen konisch verlaufenden Querschnitt, der mit nichtmagnetischem Material aufgefüllt ist. Auch diese Lösung bringt erhebliche Kostenaufwendungen mit sich, die der tatsächlichen Anwendung entgegenstehen.

Die DE 41 07 290 C1 und die EP 486 848 A1 betreffen einen Schwingungsdämpfer, der eine Sensorwicklung und einen Permanentmagneten als Positionsmesseinrichtung aufweist. Eine der beiden Baugruppen ist an der Kolbenstange und die andere zylinderseitig befestigt. Diese zweigeteilte Bauform der Positionsmesseinrichtung verlangt zusätzlichen Bauraum, z. B. im Bereich der Kolbenstangenführung, so dass die nutzbare Hublänge des Schwingungsdämpfers u. U. eingeschränkt wird.

Die DE 44 27 559 A1 beschreibt einen Schwingungsdämpfer mit einem applizierten Beschleunigungssensor, der ausschließlich die Beschleunigung des Zylinders zur Kolbenstange des Schwingungsdämpfers in Richtung der Längsachse sensiert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein und ein Verfahren zur Positionsmesseinrichtung und eine Vorrichtung zur Durchführung zu realisieren bei dem eine möglichst einfach Sensorik verwendet werden kann, die einen konventionellen Aufbau des Kolben-Zylinderaggregates erlaubt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass von einer der beiden Baugruppen zumindest mittelbar die Querbeschleunigung erfasst und von diesem Querbeschleunigungssignal eine Frequenzanalyse vorgenommen wird, wobei die Momentanfrequenz als Ersatzgröße für die Position der Kolbenstange im Zylinder dient.

Der Grundgedanke besteht darin, dass das Kolben-Zylinderaggregat als eine Saite eines Musikinstruments betrachtet wird, die in Abhängigkeit der wirksamen Länge ein definiertes Schwingverhalten aufweist. Ein Kolben-Zylinderaggregat ändert beim Ein- und Ausfedern ebenfalls die wirksame Länge zwischen den Befestigungspunkten, wobei selbst bei einer optimalen Belastung in Richtung der Längsachse des Kolben-Zylinderaggregates Querkräfte auftreten, die die als Querbeschleunigungen messbar sind. Der große Vorteil der Erfindung besteht darin, dass man lediglich einen Sensor zur Querbeschleunigungsmessung benötigt und damit nur ein einzelnes Element am Kolben-Zylinderaggregat befestigen muss.

Jedes Kolben-Zylinderaggregat weist aufgrund toleranzbehafteter baulicher Maße ein eigenes Schwingverhalten auf. Um das Kolben-Zylinderaggregat zu kalibrieren wird die Momentanfrequenz bei einer definierten Position der Kolbenstange als Referenz verwendet. Bei einem Kolben-Zylinderaggregat in der Bauform eines Schwingungsdämpfers kann die definierte Position z. B. der Hublage bei unbeladenem Fahrzeug entsprechen.

Es ist vorgesehen, dass an einer der beiden Baugruppen Kolbenstange; Zylinder ein Querbeschleunigungssensor bezogen auf die Längsachse des Kolben-Zylinderaggregates angeordnet ist. Prinzipiell ist es für das Verfahren unerheblich, an welcher Stelle der Querbeschleunigungssensor befestigt ist, so dass z. B. auch Nebenaspekte, wie eine einfache Verkabelung oder die optimale Ausnutzung des Bauraums besser berücksichtigt werden können.

Bei einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Querbeschleunigungssensor einem Gehäuse für ein verstellbares Ventil zugeordnet ist.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die einzige Figur zeigt ein Kolben-Zylinderaggregat 1 in der Bauform eines Schwingungsdämpfers mit verstellbarer Dämpfkraft. Der Schwingungsdämpfer 1 umfasst einen Zylinder 3, in dem eine Kolbenstange 5 eine Hubbewegung auf der Längsachse 7 ausführen kann. Endseitig wird der Zylinder von einem Bodenventil 9 und einer Kolbenstangenführung 11 begrenzt. Ein an der Kolbenstange 5 befestigter Kolben 13 mit Dämpfventilen unterteilt den Zylinder in einen kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 15 und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 17. Der kolbenstangenseitige Arbeitsraum 15 ist über eine Anschlussöffnung 19 und einer Fluidverbindung 21 an ein verstellbares Dämpfventil 23 angeschlossen. Durch die Bestromung einer Spule 25 kann ein Ventilkörper einen Volumenstrom in der Fluidverbindung 21 durch ein nicht dargestelltes Dämpfventil in einen Ausgleichsraum 27 beeinflussen und damit die Dämpfkraft des Schwingungsdämpfers bestimmen. Unabhängig von der Bewegungsrichtung der Kolbenstange strömt Dämpfmedium über die Anschlussöffnung 19 über die Fluidverbindung 21 in das verstellbare Dämpfventil. Eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise und einem möglichen konstruktiven Aufbau ist beispielsweise in der DE 196 24 895 enthalten, deren Offenbarung als Teil dieser Beschreibung anzusehen ist. In diesem Ausführungsbeispiel verfügt der Schwingungsdämpfer 1 über ein Behälterrohr 29, an dem radial bezogen auf die Längsachse 7 ein Rohrstutzen 31 zur Aufnahme des Ventilkörpers befestigt ist. Eine Gehäusekappe 33 verschließt den Rohrstutzen.

An einer der beiden Baugruppen Kolbenstange oder Zylinder des Schwingungsdämpfers 1 ist ein Querbeschleunigungssensor 35 befestigt, der in diesem Fall innerhalb des Gehäuses Rohrstutzen 31; Gehäusekappe 33 angeordnet ist und durch die Kugeldarstellung symbolisiert sein soll. Die Wirkrichtung des Querbeschleunigungssensors verläuft in einem Winkel zur Längsachse 7 des Schwingungsdämpfers. Der Querbeschleunigungssensor ist an eine Rechnereinheit 37 angeschlossen, in der ein Algorithmus zur Positionsbestimmung der Kolbenstange innerhalb des Zylinders abgelegt ist. Alternativ kann ein Querbeschleunigungssensor 35b aber auch an der Kolbenstange 5 befestigt sein.

Der Querbeschleunigungssensor 35 liefert ein Querbeschleunigungssignal „a" an die Rechnereinheit 37, in der durch eine mathematische Frequenzanalyse dem Beschleunigungssignal „a" eine definierte Frequenz „f" zuzuordnen ist. Die Kombination aus Kolbenstange und Zylinder wird als eine schwingungsfähige längenveränderliche Saite eines Musikinstruments angesehen, so dass aus dem Schwingverhalten auf die Gesamtlänge des Kolben-Zylinderaggregates geschlossen werden kann. In einem Speicher liegt der funktionale Zusammenhang zwischen der Frequenz „f" und der Kolbenstangenposition „s" vor, wobei zur Kalibrierung des Systems zumindest einmalig bei der Montage eine definierte Kolbenstangenposition eingestellt und die damit verbundene Querbeschleunigung bei einer Federungsbewegung erfasst wird. In Abhängigkeit der Kolbenstangenposition „s" wird anhand mindestens einer Dämpfkraftkennlinie eine gewünschte Dämpfkraft „F" bestimmt, die wiederum in einem weiteren Schritt als Stellstrom „l" an die Spule 25 angelegt wird. Wie die Figur zeigt kann ein Kabelanschluss 39 sowohl für die Spule 25 wie für den Querbeschleunigungssensor 35 genutzt werden.


Anspruch[de]
Verfahren zur Positionsmessung bei einem Kolben-Zylinderaggregat, das eine Kolbenstange und einen Zylinder aufweist, die eine axial Relativbewegung zueinander ausführen, wobei von einem der beiden Bauteilgruppen die Beschleunigung ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass von einer der beiden Baugruppen (3; 5) zumindest mittelbar die Querbeschleunigung erfasst und von diesem Querbeschleunigungssignal eine Frequenzanalyse vorgenommen wird, wobei die Momentanfrequenz als Ersatzgröße für die Position der Kolbenstange (5) im Zylinder (3) dient. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentanfrequenz bei einer definierten Position der Kolbenstange (5) als Referenz verwendet wird. Vorrichtung für ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der beiden Baugruppen Kolbenstange (5); Zylinder (3) ein Querbeschleunigungssensor (35; 35b) bezogen auf die Längsachse (7) des Kolben-Zylinderaggregates (1) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querbeschleunigungssensor (35) einem Gehäuse (31; 33) für ein verstellbares Ventil (23) zugeordnet ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com