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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stellvorrichtung für eine hydraulische Kolbenmaschine und ein Verfahren zur Stellelementpositionserfassung mittels einer Stellvorrichtung für eine hydraulische Kolbenmaschine. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Stellvorrichtung für eine hydraulische Kolbenmaschine und ein Verfahren zur Zylinderpositionserfassung mittels einer Stellvorrichtung für eine hydraulische Kolbenmaschine.
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Eine hydraulische Kolbenmaschine, wie insbesondere eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 048 411 A1 bekannt. Bei der hier beschriebenen Axialkolbenmaschine sollen entstehende Wiegenschwingungen einer Schwenkwiege der Axialkolbenmaschine auf einfache Weise effektiv gedämpft werden.
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Bei einer hydraulischen Kolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise werden in einem rotierenden Zylinder angeordnete Hydraulikkolben abhängig von einem Schwenkwinkel einer Schwenkwiege in eine Hub- oder Senkbewegung versetzt. Um die Bewegung der Hydraulikkolben steuern zu können, ist deren Bewegung, bevorzugt deren aktuelle Stellung oder Position zu ermitteln. Hierbei kann eine Erfassungseinrichtung zum Einsatz kommen.
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Beispielsweise ist es bekannt, ein berührungsloses Messsystem einzusetzen, bei welchem ein flächiger Magnet genutzt wird, um einen Achsabstand zwischen der Achse der Erfassungseinrichtung und der Schwenkachse der Schwenkwiege auszugleichen. Auch wenn dieses System gute Ergebnisse liefert, steigen jedoch die Magnetabmessungen proportional zum Abstand von Sensor/Wiegenachse an. Sind aufgrund von großen Achsabständen große Magnete erforderlich, kann dies zu Kollisionen mit dem Pumpenflansch führen.
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Darüber hinaus ist es bekannt, einen rotationssymmetrischen Magneten in einer Achse zur Erfassungseinrichtung anzuordnen. Die Kinematik überträgt den Schwenkwinkel der Wiege auf den Magneten. Durch diese Anwendung des berührungslosen Messsystems können gegenüber bekannten Serienlösungen Verspannungen verhindert werden. Jedoch bringt diese Lösung einen typischen hohen Kinematikfehler mit sich.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stellvorrichtung für eine hydraulische Kolbenmaschine und ein Verfahren zur Stellelementpositionserfassung mittels einer Stellvorrichtung für eine hydraulische Kolbenmaschine bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere soll eine Stellvorrichtung für eine hydraulische Kolbenmaschine und ein Verfahren zur Stellelementpositionserfassung mittels einer Stellvorrichtung für eine hydraulische Kolbenmaschine bereitgestellt werden, bei welchen die Messgenauigkeit auch bei exzentrischer Anordnung der Erfassungseinrichtung gegenüber dem Stand der Technik erhöht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Stellvorrichtung für eine hydraulische Kolbenmaschine nach Patentanspruch 1 gelöst. Die Stellvorrichtung umfasst ein Stellelement zum Stellen einer Position einer Schwenkwiege, welche zum Bewirken einer Hub- oder Senkbewegung mindestens eines Hydraulikkolbens dient, und eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Position des Stellelements, wobei ein Magnetaufnehmer mittels Gleitstein zum Schwenkwiegenarm parallel geführt ist.
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Demzufolge ist bei der Stellvorrichtung insbesondere ein Aufnahmeelement, das zum Aufnehmen eines Elements der Erfassungseinrichtung dient, mittels Gleitstein zum Schwenkwiegenarm parallel geführt.
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Bei der Stellvorrichtung kann, auch wenn die Achse der Schwenkwiege ungleich der Achse der Erfassungseinrichtung ist, die Stellung des Hydraulikkolbens mit hoher Messgenauigkeit erfasst werden. Somit ist auch bei exzentrischer Sensoranordnung eine hohe Messgenauigkeit möglich.
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Zudem wird durch Einsatz eines berührungslosen Messsystems eine Überbestimmung vermieden.
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Insgesamt stellt die Stellvorrichtung eine sehr genaue Erfassungsmöglichkeit für die Stellelementposition bereit, wobei die Stellvorrichtung sehr robust ist und kostengünstig realisiert werden kann.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Stellvorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bevorzugt weist die Erfassungseinrichtung ein Hallelement auf.
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Es ist möglich, dass der Magnetaufnehmer zur Aufnahme eines Magnets der Erfassungseinrichtung im Lagerflansch der hydraulischen Kolbenmaschine angeordnet ist.
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Die Stellvorrichtung kann zudem eine Kopplungseinrichtung zum Koppeln des Stellelements mit dem Magnetaufnehmer aufweisen.
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Vorzugsweise weist die Kopplungseinrichtung ein Kopplungselement auf, das mit dem Gleitstein unbeweglich verbunden ist und am Magnetaufnehmer in einem Langloch bewegbar ist.
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Die zuvor beschriebene Stellvorrichtung kann Teil einer hydraulischen Kolbenmaschine sein, die zudem mindestens einen Hydraulikkolben und eine Schwenkwiege zum Bewirken einer Hub- oder Senkbewegung des mindestens einen Hydraulikkolbens umfasst.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zur Stellelementpositionserfassung nach Patentanspruch 7 gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte: Stellen einer Position einer Schwenkwiege, welche zum Bewirken einer Hub- oder Senkbewegung mindestens eines Hydraulikkolbens dient, mit einem Stellelement, und Erfassen, mit einer Erfassungseinrichtung, der Position des Stellelements, wobei ein Magnetaufnehmer mittels Gleitstein zum Schwenkwiegenarm parallel geführt ist.
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Bevorzugt weist die Erfassungseinrichtung ein Hallelement auf, so dass die Erfassungseinrichtung eine berührungslose Erfassung ausführt.
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Es ist möglich, dass das Stellelement mit einem Magnetaufnehmer derart gekoppelt ist, dass ein Kopplungselement mit dem Gleitstein unbeweglich verbunden ist und am Magnetaufnehmer in einem Langloch bewegt wird.
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Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Stellvorrichtung genannt sind.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich des Ausführungsbeispiels beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Teilschnittansicht einer hydraulischen Kolbenmaschine mit einer Stellvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 eine schematische Ansicht der Anordnung und der Führungsverhältnisse bei einer Stellelementpositionserfassung mittels der Stellvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel; und
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3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Stellelementpositionserfassung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch eine hydraulische Kolbenmaschine 1 mit einer Stellvorrichtung 10, einer Schwenkwiege 30, die auch Schrägscheibe genannt werden kann, und einem Hydraulikkolben 40. Die Schwenkwiege 30 und der Hydraulikkolben 40 sind in 1 nur sehr schematisch dargestellt. Deren genaue Anordnung ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt.
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In 1 hat die Stellvorrichtung 10 ein Stellelement 11, einen Schwenkwiegenarm 12, einen Gleitstein 13, mit dem ein Kopplungselement 14 verbunden ist, einen Magnetaufnehmer 15, der ein Langloch 16 aufweist und zur Aufnahme eines Magneten 17 einer Erfassungseinrichtung 18 dient, die zudem ein Hallelement 19 aufweist und die am Gehäuse, genauer gesagt einem Lagerflansch 20, der hydraulischen Kolbenmaschine 1 mit Schrauben 21 befestigt ist. Der Magnet 17 und das Hallelement 19 können auch als Elemente der Erfassungseinrichtung 18 bezeichnet werden.
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Der Schwenkwiegenarm 12 ist mit der Schwenkwiege 30 verbunden, wie aus dem Stand der Technik bekannt, auch wenn dies in 1 nicht dargestellt ist. Der Gleitstein 13 ist in der durch den Pfeil 50 angegebenen Richtung hin und her bewegbar. Das Stellelement 11 kann in die Zeichnungsebene von 1 bewegt werden und zurück. Somit kann das Stellelement 11 eine translatorische Bewegung parallel zu den Achsen 130, 140, 180 ausführen, die in Bezug auf 2 noch genauer beschrieben sind.
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In 1 hat die Stellvorrichtung 10 ein berührungsloses Messsystem zum Messen und somit Erfassen der Stellelementposition des Stellelements 11 der hydraulischen Kolbenmaschine 1 mithilfe der Erfassungseinrichtung 18. Die Erfassungseinrichtung 18 ist insbesondere ein Sensor, der nach dem Hall-Prinzip arbeitet.
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Bewegt sich das Stellelement 11 quer zu einer Richtung des Pfeils 50, wird diese Bewegung auf den Gleitstein 13 übertragen, der auf dem Schwenkwiegenarm 12 sitzt. Zudem ist der Gleitstein 13 mit dem Kopplungselement 14 fest verbunden, so dass der Gleitstein 13 und das Kopplungselement 14 unbeweglich zueinander sind. Da das Kopplungselement 14 in das Langloch 16 des Magnetaufnehmers 15 eingreift, kann das Kopplungselement 14 eine drehende Bewegung des Magnetaufnehmers 15 erzeugen. Das Kopplungselement 14 und das Langloch 16 bilden zusammen eine Kopplungseinrichtung 14, 16 zum Koppeln des Stellelements 11 mit dem Magnetaufnehmer 15.
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Der Magnetaufnehmer 15 ist mittels eines Lagers, das den Lagerflansch 20 aufweist, am nicht dargestellten Gehäuse der hydraulischen Kolbenmaschine 1 drehbar gelagert. Insbesondere ist der Magnetaufnehmer 15 im Lagerflansch 20 drehbar gelagert. Daher rotiert der von dem Magnetaufnehmer 15 aufgenommene Magnet 17 um eine Achse 180 (2), die im Wesentlichen quer zu der durch den Pfeil 50 angegebenen Richtung ist.
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In der Erfassungseinrichtung 18 befindet sich das Hallelement 19. Das Hallelement 19 detektiert oder erfasst über die Feldlinien des diametral, über dem Durchmesser, magnetisierten Magneten 17 dessen Drehwinkel und damit die Bewegung des Gleitsteins 13.
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2 zeigt ein Diagramm zur Verdeutlichung der Anordnung der Bewegungsachsen bei der Stellvorrichtung 10 von 1 in Bezug auf den Magnetaufnehmer 15 und den Schwenkwiegenarm 12. Demzufolge sind die Drehachse 180 der Erfassungseinrichtung 18 (1) und die Drehachse 120 der Schwenkwiege 30 (1), und damit des Schwenkwiegenarms 12 um das erste Maß y voneinander beabstandet. Zudem sind die Achse 140 des Kopplungselements 14 (1) am Gleitstein 13 (1) und die Achse 130 der Befestigung des Gleitsteins 13 (1) an dem Schwenkwiegenarm 12 um das zweite Maß x voneinander beabstandet. Zwischen dem ersten Maß y und dem Magnetaufnehmer 15 zwischen der Drehachse 180 der Erfassungseinrichtung 18 und der Achse 140 des Kopplungselements 14 (1) am Gleitstein 13 (1) ist ein Winkel β vorhanden. Zwischen einer Verlängerung des ersten Maßes y und dem Schwenkwiegenarm 12 zwischen der Drehachse 120 des Schwenkwiegenarms 12 und der Achse 130 der Befestigung des Gleitsteins 13 (1) an dem Schwenkwiegenarm 12 ist ein Winkel α vorhanden. Somit liegen die Passungsspiele der Kinematik weit von der Achse der Erfassungseinrichtung 18 (1) entfernt. Daher haben sie einen geringen Einfluss auf die Messgenauigkeit der von der Erfassungseinrichtung 18 (1) durchgeführten Erfassung.
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Bei der beschriebenen Lösungsvariante handelt es sich um eine indirekte Stellelementpositionserfassung der Position des Stellelements 11. Die indirekte Stellelementpositionserfassung ist insbesondere eine indirekte Zylinderpositionserfassung, Die Stellelementpositionserfassung wird mit Hilfe einer Parallelogrammführung mit dem Langloch 16 ausgeführt. Die Erfassungseinrichtung 18 ist mittels Gleitstein 12 zur Schwenkwiege 30 parallelgeführt, wie in 2 veranschaulicht. Anders ausgedrückt, bei der Stellvorrichtung 1 ist ein Aufnahmeelement, das zum Aufnehmen eines Elements der Erfassungseinrichtung 18 dient, mittels Gleitstein 13 zum Schwenkwiegenarm 12 parallel geführt. In 1 und 2 ist das Aufnahmeelement der Magnetaufnehmer 15 und das Element ist der Magnet 17. Auf diese Weise kann der Winkel β auf der Grundlage des Winkels α ermittelt werden.
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3 zeigt sehr schematisch ein Verfahren zur Stellelementpositionserfassung, insbesondere Zylinderpositionserfassung, mittels der Stellvorrichtung 10 für die hydraulische Kolbenmaschine 1. Hierbei wird bei einem Schritt S1 mit dem verstellbaren, insbesondere verschiebbaren, Stellelement 11 eine Position der Schwenkwiege 30 gestellt. Die Schwenkwiege 30 ist mit dem Schwenkwiegenarm 12 verbunden und dient zum Bewirken einer Hub- oder Senkbewegung des Hydraulikkolbens 40. Danach geht der Fluss zu einem Schritt S2 weiter, bei welchem die Erfassungseinrichtung 18 die Position des Stellelements 11 erfasst. Danach ist das Verfahren beendet. Das Erfassungsergebnis der Erfassungseinrichtung 18 kann zum erneuten Stellen des Stellelements 11 Verwendung finden.
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Bei dem Schritt S2 führt die Erfassungseinrichtung 18 aufgrund des Hallelements 19 eine berührungslose Erfassung aus, wobei sich der Magnet 17 an dem Hallelement 19 vorbeidreht. Hierbei wird das Kopplungselement 14 am Magnetaufnehmer 15 in dem Langloch 16 bewegt.
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Alle zuvor beschriebenen, Ausgestaltungen der Stellvorrichtung 10 für eine hydraulische Kolbenmaschine 1 und des Verfahrens zur Stellelementpositionserfassung können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
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Die hydraulische Kolbenmaschine 1 ist insbesondere eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise. Die hydraulische Kolbenmaschine 1 kann mindestens einen Hydraulikzylinder 40 aufweisen.
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Das Stellelement 11 ist insbesondere ein Stellzylinder oder Stellkolben.
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Das Kopplungselement 14 ist insbesondere ein zylindrischer Stift. Das Kopplungselement 14 kann in den Gleitstein 13 eingepresst und somit mit dem Gleitstein 13 im Presssitz, also unbeweglich, verbunden sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006048411 A1 [0002]
