CH666329A5 - Hydraulikzylinder mit mindestens einem elektrischen positionsanzeiger. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikzylinder mit einem Kolben, der vollständig oder teilweise aus elektrisch leitendem Material hergestellt ist, wobei der Zylinder mindestens eine durchgehende Öffnung für die Anordnung eines elektrischen Positionsanzeigers aufweist.

Verschiedene Arten von Hydraulikzylindern dieser Art sind bekannt, die mit berührungsfreien elektrischen Positionsanzeigern für eine Fernanzeige der Endpositionen des Kolbens versehen sind. Um die berührungsfreie Anordnung von Kontakten zu erhalten, werden häufig magnetisch betätigte Schalter an der Aussenseite des Zylinders angeordnet, wobei der Kolben dann notwendigerweise permanent magnetisches Material aufweist, um die Schalter zu betätigen. Dies bedeutet jedoch, dass der Zylinder aus einem nicht ferromag-netischen Material hergestellt ist, was zu dem Nachteil führt, dass er nicht besonders hohen Betriebsdrücken widerstehen kann, wenn der Zylinder mit einem vernünftigen Preis hergestellt werden soll. Darüber hinaus sind diese Schalter teuer und fallen häufig im Betrieb aus. Das System wird daher nur für Hydraulikzylinder verwendet, die bei einem wesentlich niedrigeren Betriebsdruck als den üblichen 200-300 bar arbeiten.

US-PS 3 453 937 offenbart einen Hydraulikzylinder dieser

Art, und wobei eine Bohrung in dem Gehäuse des Zylinders für die Anordnung eines induktiven Sensors vorgesehen ist. Die Bohrung ist in Richtung auf das Innere des Zylinders durch einen stehenbleibenden Teil der Wand des Zylinders geschlossen. Als Ergebnis muss das Gehäuse des Zylinders aus einem nicht magnetisierbaren Material hergestellt werden, vorzugsweise Aluminium, so dass der induktive Sensor in der Lage ist, ein magnetisches Feld durch den verbleibenden Abschnitt der Wand des Zylinders hindurchzuschicken. Die Verwendung von Aluminium führt dazu, dass das Gehäuse des Zylinders mit grossen Abmessungen hergestellt werden muss, um den üblicherweise hohen Betriebsdrücken des Hydraulikzylinders zu widerstehen. Daher ist dieser Hydraulikzylinder sehr teuer herzustellen und weiterhin ist es unmöglich, durch die erforderliche Dicke des Restteiles der Wand des Zylinders hindurch mit Hilfe eines schmalen induktiven Sensors zu messen.

Induktive Sensoren, die in Druckbehälter eingebaut werden können und Drücken bis hin zu 600 bar widerstehen können, sind jedoch bekannt. Diese Sensoren sind jedoch sehr teuer im Vergleich zu üblichen elektrischen Positionsanzeigern, und weisen darüber hinaus eine solche Grösse -einen Durchmesser von zwischen 12 und 16 mm - auf, dass sie nur in sehr grossen Hydraulikzylindern angeordnet werden können. Ein derartiger induktiver Sensor, der den Zustand der Auskleidungen, Kolben und Kolbenringe in Verbrennungsmaschinen steuert, ist aus der dänischen Patentschrift 146 422 bekannt. Dieser induktive Sensor ist in einem Behälter mit einem Boden befestigt. Es ist jedoch notwendig, dass der Boden eine Dicke von zwischen 5 und 7 mm aufweist, und eine derartige Dicke lässt niemals eine Messung mit Hilfe eines kleinen induktiven Sensors zu.

In den häufig benutzten Hydraulikzylindern eines Durchmessers von etwa 25 bis etwa 125 mm ist es möglich, induktive Sensoren eines Durchmessers von etwa 4 mm anzuordnen. Diese kleinen induktiven Sensoren können jedoch nur einen Betriebsdruck von bis zu etwa 70 bar standhalten, was nicht ausreicht, da die Verwendung des normalen Betriebsdruckes von 200-300 bar es erfordert, dass der Sensor Druckgrenzen bis hin zu 600-800 bar aushalten kann. Infolgedessen ist es ein grosser Nachteil, dass es bislang unmöglich gewesen ist, Hydraulikzylinder, insbesondere von Durchmessern zwischen 25 und 125 mm, die elektrische Positionsanzeiger aufweisen, zu einem vernünftigen Preis zur Verfügung zu stellen, und die den normalen Betriebsdrücken widerstehen können.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hydraulikzylinder der obengenannten Art zu schaffen, der mit mindestens einem elektrischen Positionsanzeiger derart versehen werden kann, dass der Zylinder den bei Hydraulikzylindern üblichen Betriebsdrücken standhalten kann und weiterhin besonders hohen Grenzwerten des Betriebsdruckes standhalten kann.

Der Hydraulikzylinder nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen gegen das Innere des Zylinders mit Hilfe eines im wesentlichen plattenförmigen Körpers dicht abgeschlossen sind, der an der inneren Oberfläche des Zylinders befestigt ist und den Durchgang eines magnetischen Feldes ermöglicht. Auf diese Weise erhält man einen Hydraulikzylinder, der das Befestigen elektrischer Positionsanzeiger darin für die Bestimmungen der Kolbenpositionen ermöglicht, und der weiterhin den üblichen Betriebsdrücken standhalten kann, ohne dass die elektrischen Positionsanzeiger durch den Betriebsdruck des Zylinders beeinflusst werden, wobei die Anzeiger häufig induktive Sensoren sind. Letztgenanntes wird insbesondere für Hydraulikzylinder mit Durchmessern von zwischen etwa 25 und 125 mm möglich gemacht, da die elektrischen Positionss

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anzeiger dann klein sein müssen, damit sie in den Gehäusen oder Endabdeckungen der Hydraulikzylinder anbringbar sind, die mit Abmessungen in Übereinstimmung mit bestimmten Standards hergestellt sind, ohne dass dies zu einer Schwächung der Gehäuse oder Endabdeckungen führt.

Solche kleinen elektrischen Positionsanzeiger übertragen ein Magnetfeld einer kleinen Ausdehnung, und durch Abschliessen der durchgehenden Öffnungen mit Hilfe des plattenförmigen Körpers entsprechend der Erfindung ist es unabhängig von dem Material des Gehäuses oder Endabdek-kungen des Zylinders möglich, einen Körper herzustellen, der ausreichend dünn ist, beispielsweise etwa 0,5 mm, um den Durchgang eines derart kleinen Magnetfelds durch den Körper und in das Innere des Zylinders zu ermöglichen. Gleichzeitig ist dieser Körper ausreichend kräftig, um den hohen Betriebsdrücken innerhalb des Zylinders standzuhalten.

Wenn der Kolben des Hydraulikzylinders sich dem Positionsanzeiger nähert, gelangt der Kolben durch das von dem Positionsanzeiger ausgesandte Magnetfeld, d.h. der Kolben gelangt in die Aktivierungsdistanz des induktiven Sensors, wodurch der Sensor ein geändertes Signal abgibt, das anzeigt, dass der Kolben jetzt die fragliche Position erreicht hat.

Erfindungsgemäss kann der plattenförmige Körper aus einem keramischen Material hergestellt werden, vorzugsweise Steatit, was dazu führt, dass der Körper sehr hohen Grenzwerten des Betriebsdrucks standhalten kann.

Weiterhin kann erfindungsgemäss der plattenförmige Körper an der in das Innere des Zylinders gerichteten Oberfläche eine Oberflächenbeschichtung aufweisen, so dass der Körper für die Hydraulikflüssigkeit undurchlässig ist.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Hydraulikzylinders nach der Erfindung kann der plattenförmige Körper mit Hilfe von Kleben befestigt werden oder eingegossen werden.

Weiterhin kann erfindungsgemäss der plattenförmige Körper kreisförmig sein, wodurch er besonders leicht herzustellen ist. Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Hydraulikzylinders ist der plattenförmige Körper in einer der Endabdeckungen des Zylinders angeordnet und vorzugsweise in einer Ausnehmung in dieser.

Weiterhin kann erfindungsgemäss mindestens eine der Öffnungen als zylindrisches Loch geformt sein, wodurch ein besonders einfacher elektrischer Positionsanzeiger in der Öffnung montiert werden kann.

Zusätzlich kann erfindungsgemäss mindestens eine der Öffnungen als ein konisches Loch geformt sein, das sich in Richtung auf den plattenförmigen Körper verengt, was dazu führt, dass ein elektrischer Positionsanzeiger in der Öffnung in besonders einfacher Weise befestigt werden kann.

Weiterhin kann erfindungsgemäss mindestens eine der Öffnungen als zwei koaxial verlaufende Löcher unterschiedlichen Durchmessers geformt sein. Als Ergebnis können einige elektrische Positionsanzeiger in der Öffnung in einer besonders genauen Art montiert werden.

Der erfindungsgemässe Hydraulikzylinder kann weiterhin mit einem Kompressions- und/oder Drosselungsgerät versehen werden, das aktiviert wird, wenn der Kolben die Endabdeckung erreicht, wodurch der plattenförmige Körper und der Positionsanzeiger geschützt werden, da der Kolben gestoppt wird, bevor er die Endabdeckung berührt. Weiterhin wird der besondere Vorteil erreicht, dass die Länge des Zylinders durch dieses spezielle Kompressions- und/oder Drosselungsgerät nicht verlängert wird.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der

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Fig. 1 ein axialer Teilschnitt einer Ausführungsform eines Hydraulikzylinders nach der Erfindung mit Öffnungen für die Anbringung von induktiven Sensoren in jeder Endabdek-kung des Zylinders und in einer vereinfachten komprimierten Form mit der Hublänge Null ist,

Fig. 2 in grösserem Massstab einen Teil eines Hydraulikzylinders mit einer unterschiedlich geformten Öffnung für die Anbringung eines induktiven Sensors entsprechend dem durch eine gestrichelte Linie in Fig. I angezeigten Bereich darstellt, und

Fig. 3 wie Fig. 2 in einem grösseren Massstab einen Teil eines hydraulischen Zylinders mit einer dritten Ausführungsform der Öffnung für das Anbringen eines induktiven Sensors darstellt, der zusammen mit den magnetischen Feldlinien durch eine gestrichelte Linie angezeigt ist.

Der Hydraulikzylinder 1 der Fig. 1 enthält als Hauptelemente eine erste Endabdeckung 2, eine zweite eine Kolbenstange 4 umgebende Endabdeckung 3, einen fest an der Kolbenstange befestigten Kolben 5 sowie ein Zylinderrohr 8. Befestigungseinrichtungen 6 und 7 sind an dem Ende der Kolbenstange 4 und an der Endabdeckung 2 vorgesehen, um den Zylinder 1 bzw. die Kolbenstange 4 nach aussen zu befestigen. Der Hydraulikzylinder 1 ist weiterhin mit Ein- und Auslassöffnungen 9,10 für Hydrauiiköl versehen. Der Kolben 5 enthält eine oder mehrere Ausnehmungen 16, die Gummiringe aufnehmen. In jeder Endabdeckung 2, 3 enthält die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemässen Hydraulikzylinders eine Öffnung 19 bzw. 20 für die Anordnung eines induktiven Sensors 21 bzw. 22.

Diese Ausführungsform hat sich in der Praxis als besonders geeignet herausgestellt, da es häufig von Wichtigkeit ist, dass es möglich ist, die Endpositionen des Kolbens 5 zu bestimmen, d.h., wenn der Kolben 5 benachbart zu der einen Endabdeckung 2 bzw. der anderen Endabdeckung 3 ist. Die Öffnungen 19 und 20 erstrecken sich von dem Aussenende der Endabdeckungen 2,3 und in Richtung auf das Innere des Zylinders, wo sie druck- und flüssigkeitsdicht mit Hilfe von plattenförmigen Körpern 17 bzw. 18 geschlossen sind. Die plattenförmigen Körper 17 und 18 sind an der inneren Oberfläche der Endabdeckungen 2,3 befestigt und sind in der dargestellten Ausführungsform in die Oberfläche abgesenkt. Die Öffnungen 19 und 20 dieser Ausführungsformen sind als zwei Löcher geformt, die sich koaxial in gegenseitiger Verlängerung erstrecken, was sich als vorteilhafte Massnahme bei der Verwendung bestimmter Typen von induktiven Sensoren herausgestellt hat. Da sich die Erfindung insbesondere auf relativ kleine Hydraulikzylinder mit Durchmessern von zwischen 25 und 125 mm bezieht, ist es möglich gewesen, wenn besonders schmale Dichtringe 11 und besonders schmale induktive Sensoren eines Durchmessers von etwa 4 mm verwendet wurden, die Öffnungen 19 und 20 in den Schmalseiten der Endabdeckungen 2,3 unterzubringen,

ohne die Festigkeit der Endabdeckungen 2,3 in einem merklichen Ausmass zu schwächen. Bezüglich der Herstellung ist es besonders vorteilhaft, die plattenförmigen Körper als kreisförmige Platten 17 und 18 herzustellen. Bei Verwendung der schmalen induktiven Sensoren begrenzt der Bereich des von diesen Sensoren übertragenen Magnetfeldes die Dicke der Platten auf weniger als 0,5 mm. Da die Platten 17 und 18 den Durchgang eines Magnetfeldes zulassen müssen, ist es ein besonderer Vorteil, wenn die Platten aus keramischem Material, vorzugsweise Steatit, hergestellt sind, das in der Lage ist, Grenzen in dem Betriebsdruck bis hinauf zu 1000 bar bei einer Plattendicke von etwa 0,5 mm standzuhalten.

Fig. 2 stellt eine zweite Ausführungform der Öffnung 19' dar, die. als konisches Loch in einer solchen Weise geformt ist, dass andere Arten von Sensoren in ihm aufgenommen

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und befestigt werden können. Bei dieser Ausführungsform ist die Platte 17' an der Aussenseite der inneren Oberfläche der Endabdeckung 2 angeordnet. Die Platte 17' kann mit einer Beschichtung 23 versehen werden, beispielsweise einer harten Schicht aus Lack in einer solchen Weise, dass die Platte 17' vollständig fiüssigkeistsfest gegenüber dem Hydrauliköl ist.

Fig. 3 stellt eine weitere Ausführungsform der Öffnung 19" dar, die als zylindrisches Loch geformt ist und eine sehr schnelle Herstellung ermöglicht. Weiterhin hat es sich als besonders vorteilhaft in der Praxis herausgestellt, einen kreisförmigen induktiven Sensor 21 " mit einem Durchmesser von etwa 4 mm zu verwenden, siehe die gestrichelte Linie. Bei dieser Ausführungsform ist die Platte 17" in die Innenoberfläche der Endabdeckung 2 abgesenkt und mit Hilfe einer Schicht eines Klebers 24 befestigt, was sich als eine besonders feste und zuverlässige Art der Befestigung herausgestellt hat. Die Feldlinien eines magnetischen Feldes 25 wurden weiterhin schematisch mit Hilfe gestrichelter Linien dargestellt, wobei die Linien sich von dem Ende des induktiven Sensors 21 " durch die Platte 17" und einen Abstand in das Innere des Zylinders 1 hinein erstrecken. Die Dicke der Platte 17" muss etwas kleiner sein als die Ausdehnung dieses Magnetfeldes, die der sog. Aktivierungsdistanz des fraglichen induktiven Sensors 21 " entspricht. Wenn der Kolben 5 in dieses magnetische Feld 25 eintritt und es ändert, wird von dem induktiven Sensor 21 " ein geändertes, die Position anzeigendes Signal übertragen. Da die induktiven Sensoren relativ klein sind, wie erwähnt bei einem Durchmesser von etwa 4 mm, ist ihre Aktivierungsdistanz, üblicherweise im Bereich von einigen Zehntel Millimetern, sehr kurz. Daher erhält man eine sehr genaue Bestimmung der Position des Kolbens 5 im Vergleich zu den bekannten positionsanzeigenden Systemen hydraulischer Zylinder. In der Praxis liegt die Genauigkeit in einem Bereich von weniger als '/lo mm. Es sollte weiterhin erwähnt werden, dass der induktive Sensor in der Öffnung auf viele Arten gesichert werden kann.Z.B. durch Kleben, Giessen oder Einpressen.

Fig. 1 zeigt weiterhin, dass der Hydraulikzylinder 1 mit Dichtringen 12 und 13 versehen werden kann, was dazu führt, dass eine geschlossene Kammer entsteht, wenn der Kolben 5 die eine oder die andere Endabdeckung 2 bzw. 3 erreicht, wobei das Öl in der Kammer komprimiert wird. Der letztgenannte Vorgang tritt vorteilhafterweise während der letzten 2 bis 3 mm auf, bevor der Kolben die Endabdek-kungen erreicht. Auf diese Weise erhält man ein fast schockartiges Anhalten des Kolbens 5, bevor dieser eine der Endabdeckungen 2 bzw. 3 erreicht, und die Platte 17 bzw. 18 und s die induktiven Sensoren 19 bzw. 20 werden dadurch gegen die Einflüsse von Drücken oder von dem Kolben 5 ausgeübter Aufschläge gesichert. Wenn der Kolben 5 gestoppt ist, wird das komprimierte Öl durch ein Drosselloch 14 oder 15 in die Ein- und Auslassleitung 9 oder 10 gedrosselt. Fig. 1 io zeigt die Länge des Zylinders, die dem Abstand zwischen den Befestigungseinrichtungen 6 und 7 des Zylinders entspricht, d.h. der Befestigungsmessung eines Zylinders mit einer Hublänge Null.

Wenn ein Hydraulikzylinder in an sich bekannter Art mit ls einem Dämpfungs- und Kolbenstoppungsgerät an jeder Endabdeckung versehen werden soll, wird die Länge A um die Länge des fraglichen Stoppungsgerätes vergrössert, was immer berücksichtigt werden muss, wenn der Zylinder angebracht wird. Wenn der Hydraulikzylinder 1 nach der Erfin-20 dung mit der Stoppeinrichtung der Fig. 1 versehen ist, wird die Länge A des Zylinders nicht vergrössert, da diese Stoppeinrichtungen nicht zu einer vergrösserten Länge des Zylinders führen. Im Hinblick auf die Struktur ist die letztgenannte Massnahme ein grosser Vorteil, da die Länge des 25 Zylinders mit oder ohne darin angeordneten Stoppeinrichtungen die gleiche ist.

Schliesslich sollte erwähnt werden, dass der erfindungsge-mässe Hydraulikzylinder eine Anordnung von elektrischen Positionsanzeigern für die-Positionsbestimmung von Kolben 30 in allen Grössen von Hydraulikzylindern ermöglicht, und ein weiteres wichtiges Merkmal ist, dass dies mit einem ausserordentlich niedrigen Herstellungspreis im Vergleich zu dem Bekannten getan werden kann. Wenn die kleinen induktiven Sensoren insbesondere in Hydraulikzylindern von 35 Durchmessern von zwischen 25 und 125 mm angeordnet werden, ist es weiterhin möglich, eine neue, genaue und zuverlässige Positionsanzeige des Kolbens zu erhalten. Die spezielle Struktur des erfindungsgemässen Hydraulikzylinders führt weiterhin dazu, dass der Zylinder sehr hohen 40 Grenzwerten im Betriebsdruck standhalten kann. Ein weiterer grosser Vorteil liegt darin, dass die verschiedenen Formen der Öffnungen in dem Zylinder eine Anbringung elektrischer Positionsanzeiger verschiedener Formen darin erlauben.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

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1. Hydraulikzylinder (1) mit einem Kolben (5), der vollständig oder teilweise elektrisch leitendes Material aufweist, wobei der Zylinder mit mindestens einer durchgehenden Öffnung (19,20) für die Anordnung eines elektrischen Positionsanzeigers (21,22) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (19,20) in Richtung auf das Innere des Zylinders mit Hilfe eines im wesentlichen plattenförmigen Körpers ( 17,18) dicht abgeschlossen sind, der an der inneren Oberfläche des Zylinders befestigt ist, wobei der plattenför-mige Körper (17, 18) den Durchgang eines magnetischen Feldes (25) durch ihn erlaubt.

2. Hydraulikzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Körper (17,18) aus keramischem Material, vorzugsweise Steatit, besteht.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Hydraulikzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Körper (17,18) eine Beschichtung (23) auf der in das Innere des Zylinders gerichteten Oberfläche aufweist.

4. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Körper (17, 18) mit Hilfe von Kleben (24) befestigt oder eingegossen ist.

5. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Körper (17, 18) kreisförmig ist.

6. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Körper in einer der Endabdeckungen (2, 3) angeordnet ist, vorzugsweise in einer Ausnehmung darin.

7. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Öffnungen ( 19" ) als ein zylindrisches Loch geformt ist.

8. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Öffnungen ( 19' ) als ein konisches Loch geformt ist, das sich in Richtung auf den plattenförmigen Körper (17') verengt.

9. Hydraulikzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Öffnungen (17, 18) als zwei koaxial verlaufende Löcher unterschiedlichen Durchmessers geformt ist.