CH689460A5 - Einrichtung mit einem Zylinder, einem in diesem verschiebbaren Kolben und einem im Zylinder angeordneten, induktiven Messwandler. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einem Zylinder, einem in diesem durch ein Druckmedium verschiebbaren Kolben, und einem im Zylinder angeordneten, induktiven Messwandler, der zwei gegeneinander verschiebbare Teile besitzt, nämlich eine Einrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. 



  Solche Einrichtungen werden zum Beispiel zum Heben von Lasten, zum Verschliessen von Verschlüssen oder zum Verstellen von Werkzeugen von Bau- und Werkzeugmaschinen verwendet, wobei der induktive Messwandler hierbei insbesondere der Stellwegmessung dient. 



  Es ist bekannt, die Bewegung - von beispielsweise Hydraulikzylindern - mit Hilfe von mechanischen und/oder elektrischen Einrichtungen zu steuern. So kennt man Einrichtungen mit einem Zylinder und einem Tauchanker, die eine induktive Spulenanordnung aufweisen, in deren Achse ein Kern aus ferromagnetischem Material verschiebbar ist. 



  Eine solche Einrichtung mit einem Zylinder und einem in diesem eingebauten induktiven Messwandler ist nun aus der schweizerischen Patentschrift 488 999 und der entsprechenden US-Patentschrift 3 654 549 bekannt. Bei einem in diesen Patentschriften offenbarten Ausführungsbeispiel wird ein induktiver Messwandler verwendet, von dem der eine Teil am Zylinder und der andere Teil am Kolben befestigt ist. Der am Zylinder befestigte Teil des Messwandlers weist hierbei zwei zum Zylinder koaxiale, hohle, hintereinander angeordnete Spu len auf. Demgegenüber besitzt der am Kolben befestigte Messwandlerteil einen ferromagnetischen Kern, der je nach der Kolbenstellung mehr oder weniger tief in die beiden Spulen hineinragt.

   Die beiden Spulen sind mit einer Wechselspannungsquelle und einer Brückenschaltung verbunden, von der ein Signal abgenommen werden kann, das ein Mass für die Kolbenstellung ist. 



  Es ist nun bekannt, dass Einrichtungen mit induktiven Messwandlern empfindlich gegen äussere Magnetfelder und ferromagnetische Teile von anderen Maschinen und Geräten sowie auch empfindlich gegenüber dem vom Druckmedium erzeugten Druck sind, so dass leicht Messfehler entstehen können. 



  Der Erfindung liegt nun ausgehend von der aus der schweizerischen Patentschrift 488 999 bekannten Einrichtung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweist, und mit der über den grössten Teil des Messbereiches eine gute Linearität zwischen Mess-Signal und Stellweg erzielbar ist. 



  Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung gelöst, die erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet ist. 



  Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. 



  Der Erfindungsgegenstand wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. 



  In der Zeichnung zeigen: 
 
   Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung mit einem induktiven Messwandler, 
   Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine andere Einrichtung mit einem induktiven Messwandler und 
   Fig. 3 einen Ausschnitt aus der Fig. 2 in grösserem Massstab. 
 



  Die Fig. 1 zeigt einen Arbeitszylinder 1, in dessen Innenraum 2 ein Kolben 3 mit einer Kolbenstange 4 geführt ist. Kolben 3 und Kolbenstange 4 besitzen hierbei eine zentrische Sackbohrung 5. Auf dem Grund 6 dieser Bohrung ist mittels eines Befestigungselementes 7 eine Schubstange 8 angebracht, die koaxial zur Längsachse der Bohrung 5 angeordnet ist und einen ferromagnetischen Spulenkern 9 trägt. Die Schubstange 8 selbst besteht hierbei vorzugsweise aus nichtmagnetischem Werkstoff. 



  Der beispielsweise aus Nickel oder einer Nickellegierung bestehende Spulenkern 9 wird im gezeichneten Ausführungsbeispiel von drei hintereinander angeordneten Spulen 10 umgeben, die mittels eines Halteorganes 11 am Stirnteil 1a des Zylinders 1 gehalten werden. Das Halteorgan 11 ist hierbei mittels eines Dichtungsringes 12 druckdicht am Zylinder 1 befestigt. 



  Bei der Beaufschlagung des Druckraumes mit einem über die Einlass-Bohrungen 13 und 14 einfüllbaren Druckmedium erfolgt mit der axialen Verschiebung des Kolbens 3 gegenüber dem Zylinder 1 auch eine Relativbewegung des Spulenkerns 9 gegenüber den Spulen 10. Diese Bewegung bewirkt nun eine Veränderung der von den Spulen 10 abgenommenen elektrischen Signale, wobei das Mass der Veränderung dieser Signale vom Stellweg direkt abhängig ist. Es kann somit einer bestimmten Lage des Kolbens ein bestimmter elektrischer Wert zugeordnet werden, so dass die Verschiebung des Kolbens 3 im Innenraum 2 jederzeit reproduzierbar ist. 



  Die elektrischen Zuleitungen zu den Spulen 10 sind über einen Stecker 15 mit einem elektrischen Schaltkasten 16 verbunden. Darüber hinaus besitzt der Zylinder 1 noch weitere Dichtungselemente, so zum Beispiel den in der Zeichnung unten dargestellten Dichtungsring 17. 



  Zwischen den Spulen 10 und der in diesen koaxial zur Sackbohrung 5 verschiebbaren Schubstange 8 ist nun gemäss der Erfindung eine hohlzylinderförmige, mehr oder weniger dicht oder mit nur geringem Abstand an der Innenwand der Spulen 10 anliegende, diamagnetische Hülse 18 angeordnet. Die aus Titan oder einer Titanlegierung, beispielsweise aus Ti3AL2,5V, gebildete Hülse 18 besitzt als weitere charakteristische Eigenschaften eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit sowie eine hohe Formfestigkeit. 



  Die formfeste Hülse 18 grenzt die Spulen 10 fluiddicht gegen den Innenraum 2 bzw. gegen das in diesen einleitbare Druckmedium ab und schützt die Spulen 10 dadurch u.a. vor dem vom Druckmedium erzeugbaren Druck. Wie man aus der Fig. 1 noch zusätzlich ersehen kann, ist die freie Stirnseite 18a der Hülse 18 mit einem Dichtungsring 19 versehen, während das andere Ende der Hülse 18 von dem am Stirnteil 1a befestigten Halteorgan 11 und dessen Dichtungsring 12 fluiddicht gehalten wird. 



  Wenn nun das vorzugsweise durch ein \l gebildete Druckmedium über die Einlass-Bohrungen 13 und 14 in den Innenraum 2 des Zylinders 1 gelangt, erfolgt - wie bereits eingangs erwähnt - bei einer Verschiebung des Kolbens 3 eine Induktion, wobei jeder axialen Lage des Kolbens 3 ein bestimmter, von den Spulen 10 abgenommener elektrischer Mess-Wert zugeordnet werden kann. Dieses Messverfahren ist dem Hydraulik-Fachmann hinlänglich bekannt, so dass an dieser Stelle auf eine weitere Erläuterung des Verfahrens verzichtet wird. 



  Die Fig. 2 und 3 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, nämlich einen mit einem erfindungsgemässen Messwandler ausgestatteten und als Ganzes mit 21 bezeichneten Hydraulikzylinder. Dieser besitzt im wesentlichen einen Arbeitszylinder 22, in dessen Innenraum ein Kolben 23 mit einer zentrischen Sackbohrung 24 sitzt. Der Arbeitszylinder 22 ist hierbei im wesentlichen gleich ausgebildet wie der anhand der Fig. 1 beschriebene Arbeitszylinder 1, besitzt also einen  an einer Schubstange 25 angeordneten, ferromagnetischen Spulenkern 26, der in den Innenraum 27 einer Spulen-Anordnung 28 hineinragt, die ihrerseits durch drei zueinander koaxial angeordnete Spulen gebildet wird. Spulen-Anordnung 28 und Spulenkern 26 können dabei durch verschiedene im Handel erhältliche, induktive Messwandler gebildet sein.

   Konstruktion und Funktion des Messwandlers werden daher ebenfalls nicht im Detail beschrieben, da diese zum Stand der Technik gehören und für die Lösung der erfinderischen Aufgabe nicht relevant sind. 



  Die zwischen der Spulen-Anordnung 28 und der Schubstange 25 angeordnete, vorzugsweise aus Titan oder einer Titanlegierung gebildete und mittels Befestigungsmitteln 29 am Zylinder 22 montierte, formfeste Hülse 30 ist - wie aus der Fig. 3 gut ersichtlich ist - an ihrem freien Ende mit einem Dichtungsring 31 an der Spulen-Anordnung 28 und mit ihrem anderen Ende am Zylinder 22 befestigt, so dass die Spulen fluiddicht gegen den Innenraum 27, bzw. gegen das in diesen einleitbare Druckmedium abgegrenzt wird. 



  Die in den Fig. 2 und 3 nicht dargestellten elektrischen Zuleitungen werden durch die \ffnung 32 zu den Spulen geführt, während das Druckmedium, also das \l, beim Betrieb des Hydraulikzylinders 21 durch die beiden Einlass-Bohrungen 33 und 34 in den Innenraum des Arbeitszylinders 22 eingeleitet wird. 



  Durch den Einsatz einer aus Titan oder einer Titanlegierung gebildeten, formfesten Hülse 18 bzw. 30 können die Nachteile der eingangs beschriebenen Einrichtungen weitgehend vermieden werden. Mit der erfindungsgemässen Einrichtung können also u. a. störende Einflüsse des Strömungsmittels bzw. Druckmediums auf die Messung verhindert und über den grössten Teil des Messbereiches eine gute Linearität zwischen Mess-Signal und Stellweg erzielt werden. 

Claims (5)

1. Einrichtung mit einem Zylinder (1, 22), einem in diesem geführten, durch ein Strömungsmittel verschiebbaren, mit einer Längsöffnung (5, 24) versehenen Kolben (3, 23) und einem im wesentlichen im Zylinder (1, 22) angeordneten, induktiven Messwandler, der zwei gegeneinander verschiebbare Teile aufweist, von denen der mindestens zwei zueinander koaxial angeordnete Spulen (10) aufweisende erste Teil am Zylinder (1, 22) befestigt ist sowie in die Längsöffnung (5, 24) des Kolbens (3, 23) hineinragt, und der am Kolben (3, 23) montierte zweite Teil in die von den Spulen (10) begrenzte Längsöffnung des ersten, hülsenartigen Teiles mindestens teilweise hineinragt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Messwandlerteil und dem zweiten Messwandlerteil eine aus Titan oder einer Titanlegierung gebildete, formfeste Hülse (18, 30) angeordnet ist,

die den ersten Messwandler vom Innenraum des Zylinders (1, 22) fluiddicht abgrenzt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der am Kolben (3, 23) angeordnete zweite Messwandlerteil durch eine zur Längsöffnung (5, 24) des Kolbens (3, 23) koaxiale Schubstange (8, 25) gebildet wird, an der ein ferromagnetischer Spulenkern (9, 26) befestigt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (18, 30) aus der Titanlegierung Ti3AL2,5V besteht.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messwandlerteil mittels eines Halteorganes (11) am Zylinder (1) befestigt ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messwandlerteil drei zueinander koaxial angeordnete Spulen (10) besitzt.