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.
The invention relates to a device with a cylinder, a piston which can be displaced therein by a pressure medium, and an inductive measuring transducer which is arranged in the cylinder and has two parts which can be displaced relative to one another, namely a device according to the preamble of claim 1.
Devices of this type are used, for example, for lifting loads, for closing closures or for adjusting tools of construction and machine tools, the inductive transducer being used here in particular for measuring the travel.
It is known to control the movement - for example of hydraulic cylinders - with the aid of mechanical and / or electrical devices. Devices with a cylinder and a plunger armature are known which have an inductive coil arrangement, in the axis of which a core made of ferromagnetic material can be displaced.
Such a device with a cylinder and an inductive transducer installed in it is now known from the Swiss patent specification 488 999 and the corresponding US patent specification 3,654,549. In an embodiment disclosed in these patents, an inductive transducer is used, one part of which is attached to the cylinder and the other part to the piston. The part of the transducer attached to the cylinder has two hollow coils that are coaxial with the cylinder and are arranged one behind the other. In contrast, the measuring transducer part fastened to the piston has a ferromagnetic core which, depending on the piston position, protrudes more or less deeply into the two coils.
The two coils are connected to an AC voltage source and a bridge circuit, from which a signal can be taken that is a measure of the piston position.
It is now known that devices with inductive transducers are sensitive to external magnetic fields and ferromagnetic parts from other machines and devices, and also sensitive to the pressure generated by the pressure medium, so that measurement errors can easily occur.
Starting from the device known from the Swiss patent specification 488 999, the invention is based on the object of creating a device which does not have the aforementioned disadvantages and with which a good linearity between the measurement signal and the actuating path can be achieved over most of the measuring range is.
This object is achieved by a device which, according to the invention, is characterized by the features of claim 1.
Advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims.
The subject of the invention will now be explained with reference to an embodiment shown in the drawing.
The drawing shows:
1 shows a longitudinal section through a device with an inductive transducer,
Fig. 2 shows a longitudinal section through another device with an inductive transducer and
Fig. 3 shows a detail of FIG. 2 on a larger scale.
1 shows a working cylinder 1, in the interior 2 of which a piston 3 is guided with a piston rod 4. Piston 3 and piston rod 4 have a central blind bore 5. On the base 6 of this bore, a push rod 8 is attached by means of a fastening element 7, which is arranged coaxially to the longitudinal axis of the bore 5 and carries a ferromagnetic coil core 9. The push rod 8 itself is preferably made of non-magnetic material.
The coil core 9, for example made of nickel or a nickel alloy, is surrounded in the illustrated embodiment by three coils 10 arranged one behind the other, which are held by means of a holding element 11 on the end part 1 a of the cylinder 1. The holding member 11 is attached to the cylinder 1 in a pressure-tight manner by means of a sealing ring 12.
When the pressure chamber is loaded with a pressure medium that can be filled in via the inlet bores 13 and 14, the axial displacement of the piston 3 relative to the cylinder 1 also results in a relative movement of the coil core 9 with respect to the coils 10. This movement now causes a change in that of the coils 10 removed electrical signals, the amount of change in these signals is directly dependent on the travel. A specific electrical value can thus be assigned to a specific position of the piston, so that the displacement of the piston 3 in the interior 2 can be reproduced at any time.
The electrical leads to the coils 10 are connected to an electrical switch box 16 via a plug 15. In addition, the cylinder 1 has further sealing elements, for example the sealing ring 17 shown in the drawing below.
Between the coils 10 and the push rod 8 which can be displaced coaxially to the blind bore 5, according to the invention, a diamagnetic sleeve 18 is arranged in the shape of a hollow cylinder, more or less tightly or with only a small distance on the inner wall of the coils 10. The sleeve 18 formed from titanium or a titanium alloy, for example from Ti3AL2.5V, has, as further characteristic properties, a very low electrical conductivity and high dimensional stability.
The dimensionally stable sleeve 18 delimits the coils 10 in a fluid-tight manner from the interior 2 or from the pressure medium which can be introduced therein, and thereby protects the coils 10, among other things. before the printable from the print medium. As can also be seen from FIG. 1, the free end face 18a of the sleeve 18 is provided with a sealing ring 19, while the other end of the sleeve 18 is held in a fluid-tight manner by the holding member 11 attached to the end part 1a and its sealing ring 12.
If the pressure medium, which is preferably formed by a pressure, then enters the interior 2 of the cylinder 1 via the inlet bores 13 and 14, as already mentioned at the beginning, when the piston 3 is displaced, induction takes place, with each axial position of the piston 3 a specific electrical measurement value taken from the coils 10 can be assigned. This measurement method is well known to the hydraulic specialist, so that no further explanation of the method is given here.
2 and 3 show a further embodiment of the invention, namely a hydraulic cylinder equipped with a measuring transducer according to the invention and designated as a whole by 21. This essentially has a working cylinder 22, in the interior of which a piston 23 with a central blind bore 24 is seated. The working cylinder 22 is essentially of the same design as the working cylinder 1 described with reference to FIG. 1, that is to say it has a ferromagnetic coil core 26 which is arranged on a push rod 25 and which projects into the interior 27 of a coil arrangement 28, which in turn is separated by three coaxially arranged coils is formed. Coil arrangement 28 and coil core 26 can be formed by various commercially available inductive transducers.
The construction and function of the transducer are therefore also not described in detail, since they belong to the prior art and are not relevant to the solution of the inventive problem.
The rigid sleeve 30 arranged between the coil arrangement 28 and the push rod 25, preferably made of titanium or a titanium alloy and mounted on the cylinder 22 by means of fastening means 29, is - as can be seen clearly from FIG. 3 - at its free end with a Sealing ring 31 is attached to the coil arrangement 28 and with its other end to the cylinder 22, so that the coils are delimited in a fluid-tight manner against the interior 27 or against the pressure medium that can be introduced into it.
The electrical leads, not shown in FIGS. 2 and 3, are led through the opening 32 to the coils, while the pressure medium, i.e. the oil, during operation of the hydraulic cylinder 21 through the two inlet bores 33 and 34 into the interior of the Working cylinder 22 is initiated.
By using a dimensionally stable sleeve 18 or 30 made of titanium or a titanium alloy, the disadvantages of the devices described in the introduction can be largely avoided. With the inventive device so u. a. interfering influences of the fluid or pressure medium on the measurement are prevented and good linearity between the measurement signal and the actuating path can be achieved over most of the measuring range.