DE102008014685B3

DE102008014685B3 - Positionsschalteinrichtung für eine Kolben Zylindereinheit

Info

Publication number: DE102008014685B3
Application number: DE200810014685
Authority: DE
Inventors: Herbert Müller
Original assignee: Suspa Holding GmbH
Current assignee: Suspa Holding GmbH
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2009-08-20
Anticipated expiration: 2028-03-19
Also published as: DE102008014685B8

Abstract

Positionsschalteinrichtung, insbesondere für unter Druck stehende Kolben-Zylindereinheiten mit magnetisch betätigten Schaltern. Die Schalteinrichtung befindet sich außerhalb des Druckraumes, ist aber in die Kolben-Zylindereinheit integriert. Die Position der Schaltpunkte kann durch geometrische Änderungen festgelegt werden. Durch die Anordnung des Betätigungsmagneten können bei der Verwendung von mehr als einem Schalter gleiche oder invertierte Schaltsignale erzeugt werden.

Description

Häufig ist in Kolben-Zylindereinheiten, wie z. B. Gasfedern und Hydraulikzylindern, ein Positionsschalter erforderlich, um die Lage der Kolbenstange zum Zylinder zu erfassen. Häufig ist es ausreichend, wenn nur in bestimmten Lagen die Position mittels eines Schalters elektrisch erfasst wird. Damit kann dann beispielsweise erkannt werden, ob Türen und Klappen geschlossen oder geöffnet sind, oder in bestimmten Lagen eine Innenbeleuchtung an und ausgeschaltet werden soll.
Aus der DE 3927149 A1 ist eine Gasfeder bekannt, die an dem kolbenstangenseitigen Anschlussauge eine integrierte Schaltanordnung zeigt. Beim Einschieben der Kolbenstange berührt ein im Anschlussauge befindlicherer Druckschalter den Zylinder und betätigt damit einen elektrischen Kontakt. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass damit nur die komplett eingeschobene Stellung zum Schalten verwendet werden kann und die elektrische Verbindung über die Kolbenstange erfolgt. Weiterhin ist beim Schaltvorgang eine Berührung des Druckschalters mit dem Druckrohr erforderlich; diese ist für die Zuverlässigkeit oft nachteilig.
Eine weitere Ausgestaltung eines Sensorsystems zur Positionserfassung wird in der DE 10160904 B4 beschrieben. Der magnetische Resonanzsensor befindet sich in einem vom Druckraum abgedichteten Zylinder, der sich axial an dem den Kolben aufnehmenden Zylinder anschließt. Der Gebermagnet befindet sich im Kolbenboden. Da sich sowohl der Gebermagnet als auch der Sensor im Wesentlichen auf der Achse der Kolbenstange befinden, kann für die Positionserfassung nur das jeweils sich axial längs in Richtung dieser Achse vorhandene Magnetfeld genutzt werden. Das Magnetfeld muss insbesondere bei größeren Schaltabständen relativ stark sein. Zudem ist dann ein genauer Schaltpunkt schwer einzustellen.
Eine ähnliche Anordnung ist auch aus der DE 7907559 U1 bekannt. Als Magnetschalter wird hier ein Reedkontakt verwendet; gleiches wie zur DE 10160904 trifft auch für diese Anordnung zu. Ein genauerer Schaltpunkt kann insbesondere dann erreicht werden, wenn der Sensor sich parallel und möglichst nahe an dem Gebermagneten vorbei bewegt. Dies ist bei beiden Druckschriften nicht gegeben.
In der DE 10250846 B4 wird eine Positionssensoranordnung offenbart, in der die Position z. B. eines Kolbens durch elektromagnetische Kopplung hergestellt wird. Mit dieser Lösung kann die Position berührungsfrei erkannt werden. Eine weitere berührungsfrei Lösungen wird in der DE 10025661 A1 gezeigt.
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Aufgabe der Erfindung ist, eine Positionsschalteinrichtung zu schaffen, mit der zumindest eine relative Lage der Kolbenstange zum Zylinder durch einen Schalter erkannt wird. Weiterhin soll die Möglichkeit bestehen, mehr als einen Schalter anzuordnen, um z. B. eine Fehlerabfrage zu realisieren. In der weiteren Beschreibung soll die vorgeschlagene Positionsschalteinrichtung beispielhaft in einer Gasfeder zum Einsatz kommen. Die Gasfeder ist Stand der Technik und braucht deshalb nicht weiter erklärt zu werden.
Im Wesentlichen besteht eine Gasfeder gemäß 1 aus einem Druckrohr (1), einer Kolbenstange (2) und der an der Kolbenstange (2) befindlichen Kolbengruppe (3). Das Druckrohr (1) hat am verschlossenen Ende ein Anschlussauge (4); die Kolbenstange (2) hat an dem aus dem Rohr ragenden Ende ebenfalls ein Anschlussauge (5). Das Druckrohr (1) ist mit einem unter hohen Druck stehenden kompressiblen Fluid gefüllt. Die Abdichtung zwischen der Kolbenstange (2) und dem Druckrohr (1) erfolgt über die Dichtung (6). Die Kolbenstange (2) kann längs seiner Achse relativ zum Druckrohr (1) bewegt werden und übt über die beiden Anschlussaugen (4) und (5) auf die rel. zu bewegenden Bauteile (Türen etc.) eine Druckkraft aus. Die Kolbenstange (2) und das Druckrohr (1) sind häufig aus elektrisch und magnetisch leitenden Werkstoffen hergestellt.
Technische Lösung
In der Erfindung wird vorgeschlagen, für die Schaltfunktion magnetisch betätigte Schalter – in der weiteren Beschreibung kurz Schalter genannt – zu verwenden. Magnetisch betätigte Schalter sind z. B. Reed-Schalter und Hall-Sensoren; mit einer elektronischen Signalaufbereitung könnten aber auch magnetoresistive Sensoren zur Erzeugung von Schaltsignalen verwendet werden. Der Betätigungsmagnet wird dabei in einer sich auf der Mittelachse der Gasfeder in einem zylindrischen Abschnitt befindlichen Bohrung untergebracht. Der Betätigungsmagnet befindet sich in einer Bohrung konzentrisch zur Achse der Gasfeder und kann sich dabei in der Kolbenstange oder im Verschlussteil befinden. Der mindestens eine auf ein Magnetfeld reagierende Schalter ist konzentrisch zur Bohrung angeordnet. Die Kolbenstange bzw. das Verschlussteil sind aus einem magnetisch gering, oder magnetisch nicht leitenden Werkstoff hergestellt. Durch Verschieben des Betätigungsmagneten relativ zum Schalter, wirkt auf einen Schalter entsprechend ein sich änderndes Magnetfeld ein, in deren Folge sich eine Änderung der Schaltstellung des mindest einen Schalters ergibt.
Der Vorteil der Lösung ist, dass sich die Schalter, sowie evtl. zusätzlich erforderliche Elektronik, außerhalb der unter hohen Druck stehenden Kammer befinden. Mit der vorgeschlagenen Anordnung muss die Baugröße z. B. einer Gasfeder nur geringfügig verändert werden. Eine einfache und kostengünstige Herstellung wird dadurch erreicht.
Kurze Beschreibung von Zeichnungen
1: Gasfeder Standard
2: Gasfeder mit Betätigungsmagnet im Verschlussteil
3: Gasfeder mit Betätigungsmagnet in der Kolbenstange
4: Gasfeder mit Betätigungsmagnet im Verschlussteil Stellung 1
5: Gasfeder mit Betätigungsmagnet im Verschlussteil Stellung 2
6: Gasfeder mit Betätigungsmagnet im Verschlussteil Stellung 3
7: Gasfeder mit Betätigungsmagnet in Kolbenstange Stellung 1
8: Gasfeder mit Betätigungsmagnet in Kolbenstange Stellung 2
9: Gasfeder mit Betätigungsmagnet in Kolbenstange Stellung 3
10: Gasfeder mit Betätigungsmagnet im Verschlussteil und axial versetzten Magnetfeldsensoren
11: Gasfeder mit Betätigungsmagnet in der Kolbenstange und axial versetzten Magnetfeldsensoren
Die beste Art und Weise, die Erfindung auszunutzen
Anhand der 4–6 wird eine Lösung mit mindest einen Schalter (9) und dem zugeordneten Betätigungsmagneten (8) – in der weiteren Beschreibung kurz Magnet (8) genannt – beschrieben. Die 4 zeigt die Gasfeder in der Position kurz vor dem Schaltpunkt. Der Magnet (8) wird durch den in der Kolbenstange befindlichen Stößel (12) bei weiterer Einschubbewegung entsprechend in der Bohrung (10) verschoben. Dabei ist Vorspannkraft der Druckfeder (13) größer als die Haftkraft des Magneten (8) zur Scheibe (16). Der Magnet (8) wird also bewegt, ohne dass der Stößel (12) seine relative Lage zu der Kolbenstangen (2) ändert. 5 zeigt die Lage, in der der Magnet (8) gerade den Boden der Bohrung (10) erreicht hat. Wird die Kolbenstange (2) weiter eingeschoben, wird der Stößel (12) gegen die Federkraft der Druckfeder (13) verlagert. 6 zeigt die die Anordnung bei komplett eingefahrener Kolbenstange (2). Die Feder (13) ist in dieser Lage um die Länge X weiter vorgespannt.
Wird ausgehend von dieser Stellung wird die Kolbenstange (2) wieder ausgefahren, so wird der Magnet (8) solange in der Position gehalten, bis der Stößel (12) am Anschlag (14) von der Kolbenstange (2) mit bewegt wird. Durch den aus magnetischen Material (weichmagnetisch) bestehenden Einsatz (15) haftet der Magnet (8) am Einsatz (15) und wird mit der Kolbenstange (2) bewegt. In der in 4 gezeigten Position stößt der Magnet an der Scheibe (16) an; die Scheibe (16) ist vorzugsweise aus magnetisch leitenden Material, dadurch haftet der Magnet (8) an der Scheibe (16) und verbleibt in dieser Position, auch wenn die Kolbenstange (2) weiter ausgefahren wird. Wird die Kolbenstange aus einer ausgefahrenen Position wieder eingefahren, wiederholt sich der Vorgang. Die Scheibe (16) ist ortsfest mit dem Druckrohr (1) und dem Verschlussteil (17) verbunden.
Durch den Abstand X des Stößels (12) zum Anschlag (14) (6), kann der Schaltpunkt eingestellt werden. Der Sonderfall X = 0 ist möglich; in diesem Fall ist keine Feder notwendig. In solchen Fällen kann es sinnvoll sein, den Stößel (12) magnetisch auszuführen, bzw. den Magneten (8) direkt mit der Kolbenstange (2) zu verbinden. Der Einsatz (15) entfällt dann.
Der zumindest eine dem Magnet (8) zugeordnete Schalter (9) kann wahlweise auf die senkrecht, bzw. axial zur Mittelachse der Gasfeder verlaufenden magnetischen Feldlinien reagieren. Der/die Schalter (9) sind im Wesentlichen konzentrisch zum Magnet (8) angeordnet. Vorteilhaft werden die Schalter (9) auf einer Platine (17) angeordnet; auf der Platine (17) können bei Bedarf weitere elektronische Bauelemente zur Signalanpassung untergebracht werden. Die Platine (17) wird in diesem Beispiel auch zur Anbindung der Litzen des Kabels (18) verwendet. Das Kabel (18) ist mit einer elektrischen Anordnung verbunden, die die Schaltpositionen auswertet. Die Schalter (9) können als Öffner, Schließer oder Wechsler ausgeführt werden.
In 7–9 wird eine zweite Lösung mit einem Betätigungsmagnet (8') in der Kolbenstange (2') gezeigt. Die Kolbenstangen (2') ist aus einem magnetisch nicht oder gering leitenden Werkstoff hergestellt. Der mindestens eine Schalter (9') ist im Wesentlichen konzentrisch zur Achse der Kolbenstange (2') angeordnet. Wird die Kolbenstange (2') von der dargestellten eingefahrenen Position in 7 ausgefahren, bewegt sicht der Magnet (8') relativ zu dem auf der Platine (17') befindlichen mindestens einem Schalter (9'). Durch die relative Verlagerung des Magneten (8') zu den Schaltern (9') ändert sich das an den Schaltern (9') anliegende magnetische Feld sowohl in Richtung, als auch in der magnetischer Feldstärke. Diese Feldänderungen führen zu einer Änderung des Schaltzustandes je nach verwendeten Schaltertyp. Mit der in 7–9 dargestellten Lösung kann insbesondere durch die Länge X' (9), der Schaltpunkt definiert werden. Die elektrische Anbindung an die Auswerteeinheit erfolgt über das Kabel (18'). Vorteilhaft wird die Platine (17') in einem Gehäuse (19') untergebracht, in dem auch das Kabel (18') geführt wird. Dadurch wird ein guter Schutz gegen Umgebungseinflüsse erreicht.
Vorteilhaft kann in der in 7–9 dargetellten Anordnung ein diametral magnetisierter Magnet (8') verwendet werden. Werden wie in den 7–9 gezeigten Darstellungen für die Magnetschalter (9') Hallsensoren mit Schalterfunktion verwendet, kann z. B. durch dem den magnetischen Südpol des Magneten (8') zugeordneten Schalter (9') ein Einschalten und dem den magnetischen Nordpol des Magneten (8') zugeordneten zweiten Schalter (9') ein inverses Signal generiert werden.
Die 10 und 11 zeigen jeweils eine Anordnung, in der die Sensoren entsprechend den 4–6, bzw. den 7–9 axial um Y, bzw. um Y' gegeneinander verschoben sind. Dadurch können die Schaltsignale entsprechend hubversetzt eingestellt werden.

1: Druckrohr (1, 1')
2: Kolbenstange (2, 2')
3: Kolbengruppe (3, 3')
4: Anschlussauge Druckrohr (4, 4')
5: Anschlussauge Kolbenstange (5, 5')
6: Dichtung (6, 6')
7: Verschlußteil (7)
8: Magnet (8, 8')
9: Schalter (9, 9')
10: Bohrung für Magnet (10, 10')
11: Kammer unter hohen Druck (11, 11')
12: Stößel (12)
13: Feder (13)
14: Anschlag (14)
15: Einsatz (15)
16: Scheibe (16)
17: Platine (17, 17')
18: Kabel, bzw. Kabellitzen (18, 18')
19: Gehäuse (19')
20: Haltering (20, 20')

Claims

Positionsschalteinrichtung für eine Kolben – Zylindereinheit, insbesondere Gasfeder, bestehend aus einem Druckrohr (1, 1') und einer ein- und ausfahrbaren Kolbenstange (2, 2') zur Kraftunterstützung von relativ zueinander beweglichen Bauteilen, mit zumindest einem integrierten, auf Magnetfelder reagierenden Schalter (9, 9'), dadurch gekennzeichnet, dass sich die Achse des Magneten (8, 8') auf der Mittelachse in einer Bohrung (10, 10') befindet und sich der Magnet (8, 8') in einem Verschlußteil (7) oder einer Kolbenstange (2') bei translatorischer Bewegung der Kolbenstange (2, 2') relativ zum Schalter (9, 9') längs der Gasfederachse verschiebt, wobei sich der mindestens eine Schalter (9, 9') innerhalb eines Ringzylinders befindet, der zwischen dem Innendurchmesser des Druckrohres (1, 1') einerseits und dem Außendurchmesser der Bohrung (10, 10') andererseits liegt.
Positionsschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (8') im Wesentlichen über die Länge X' des Magneten (8') einen ersten Schaltzustand in mindestens einem Schalter (9') erzeugt.
Positionsschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (8) durch einen aus weichmagnetischen Werkstoff bestehenden Stößel (12) in zwei Richtungen längs der Mittelachse in der Bohrung (10) bewegt werden kann und durch die Länge X des Stößels (12) zum Anschlag (14) die Lage des Schaltpunktes gesteuert werden kann.
Positionsschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Schalter (9, 9') angeordnet sind, die durch den magnetischen Nordpol bzw. magnetischen Südpol schalten und dadurch ein invertiertes oder gleiches Schaltsignal erzeugen.
Positionsschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehr als einem Schalter (9, 9') die Sensoren axial um Y, Y' versetzt sind und dadurch ein entsprechend zueinander einstellbarer Signalversatz Y, Y' erzeugt werden kann.
Positionsschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil (7) und die Kolbenstange (2') aus magnetisch nicht, oder gering leitenden Werkstoff hergestellt sind.
Positionsschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verschiebbarkeit des Stößels (12) und durch die Wahl der Länge X einer Schulter am Stößels (12) zum Anschlag (14), bzw. durch die Länge X' des Betätigungsmagnetes (8') die Position eines Schaltpunktes eingestellt werden kann.
Positionsschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schalter (9, 9') auf einer im Wesentlichen ringförmigen Platine (17, 17') aufgebracht ist.
Positionsschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Platine (17, 17') weitere Bauelemente wie Widerstände etc. aufnehmen kann und mit den Litzen des Kabels (18, 18') verbunden ist.
Positionsschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Schalter (9, 9') gegenüber dem Druckraum (11, 11') abgedichtet ist.
Positionsschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussauge am Druckrohr (4) und die Platine (17) mit den Magnetsensoren (9) zum Verschlussteil (7) axial fixiert wird durch den Haltering (20)
Positionsschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als eine Positionsschalteinrichtung nach den Merkmalen der Ansprüche 1–11 in einer Kolben-Zylindereinheit untergebracht sind.