DE102016113510A1

DE102016113510A1 - Cylinder / piston unit for a support

Info

Publication number: DE102016113510A1
Application number: DE102016113510.0A
Authority: DE
Inventors: Mehdi Javdanitehran; Roman Weidemann; Thorsten Brecht
Original assignee: Weber Hydraulik GmbH Germany
Current assignee: Weber Hydraulik GmbH Germany
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2018-01-25
Also published as: EP3272696B1; EP3272696A1

Abstract

Um bei einem Zylinder/Kolben-Aggregat, insbesondere für eine Stütze, welches einen Hydraulikzylinder mit einem Zylinderraum und einem darin längs beweglichen Kolben aufweist, wobei der Kolben eine Kolbenstange trägt, die zumindest abschnittsweise hohl ausgeführt ist, eine betriebssichere und störungsunanfällige Signalübertragung vom Ende der Kolbenstange zum abgewandten Ende des Hydraulikzylinders zu ermöglichen, ist ein durch den Zylinderraum verlaufendes Innenrohr vorgesehen, welches über eine Bohrung im Kolben in die zumindest abschnittsweise hohle Kolbenstange hineinragt und in diese teleskopisch einschiebbar ist. Hierbei ist das Innenrohr am Kolben und/oder der hohlen Kolbenstange gegenüber dem Zylinderraum abgedichtet und bildet zusammen mit der hohlen Kolbenstange einen hydraulikmittelfreien Innenraum, durch den eine Signalübertragung erfolgen kann.To in a cylinder / piston unit, in particular for a support, which has a hydraulic cylinder with a cylinder chamber and a longitudinally movable piston, wherein the piston carries a piston rod, which is at least partially hollow, a reliable and trouble-free signal transmission from the end of To allow the piston rod to the opposite end of the hydraulic cylinder, an extending through the cylinder chamber inner tube is provided, which projects through a bore in the piston in the at least partially hollow piston rod and telescopically inserted into this. Here, the inner tube is sealed to the piston and / or the hollow piston rod relative to the cylinder chamber and forms together with the hollow piston rod a hydraulic fluid-free interior through which a signal transmission can take place.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zylinder/Kolben-Aggregat, insbesondere für eine Stütze, welches einen Hydraulikzylinder mit einem Zylinderraum und einem darin längs beweglichen Kolben aufweist, wobei der Kolben eine Kolbenstange trägt, die zumindest abschnittsweise hohl ausgeführt ist. The present invention relates to a cylinder / piston unit, in particular for a support, which has a hydraulic cylinder with a cylinder chamber and a longitudinally movable piston, wherein the piston carries a piston rod, which is at least partially hollow.

Ein solches Zylinder/Kolben-Aggregat ist aus der Schrift DE 20 2014 000 335 U1 bekannt. Durch die zumindest abschnittsweise hohle Kolbenstange kann eine elektrische Signalleitung geführt werden, über die ein in der Kolbenstange integrierter Kraftsensor ausgelesen werden kann. Die elektrische Signalleitung ist als Spiralkabel ausgebildet und führt von der Kolbenstange durch eine Öffnung im Kolben in den mit Hydraulikmittel gefüllten Zylinderraum und durch diesen hindurch bis zu dem Kolben abgewandten Ende des Hydraulikzylinders, wo die Signalleitung über eine elektrische Durchführung aus dem Zylinder/Kolben-Aggregat austritt und von dort zu einer Auswertungseinrichtung führt. Such a cylinder / piston unit is from the Scriptures DE 20 2014 000 335 U1 known. By the at least partially hollow piston rod, an electrical signal line can be guided, via which a force sensor integrated in the piston rod can be read out. The electrical signal line is designed as a spiral cable and leads from the piston rod through an opening in the piston in the cylinder chamber filled with hydraulic fluid and through it to the end of the hydraulic cylinder facing away from the piston, where the signal line via an electrical feedthrough from the cylinder / piston unit exits and leads from there to an evaluation device.

Das Signalkabel durch den Zylinderraum zu führen birgt gewisse Nachteile im Hinblick auf Betriebssicherheit und Lebenserwartung des Zylinder/Kolben-Aggregats. So besteht einerseits die Gefahr, dass das Signalkabel bei vollständig eingefahrenem Kolben zwischen Kolben und Zylinderende eingeklemmt wird und so Schaden nimmt. Andererseits kann die isolierende Ummantelung der Signalleitung durch das Hydraulikmittel angegriffen werden. Leading the signal cable through the cylinder chamber has certain disadvantages in terms of reliability and life expectancy of the cylinder / piston unit. On the one hand, there is the danger that the signal cable is trapped between the piston and the cylinder end when the piston is completely retracted and thus takes damage. On the other hand, the insulating sheath of the signal line can be attacked by the hydraulic means.

Aus der Schrift DE202009004673 ist ein Zylinder/Kolben-Aggregat mit hohler Kolbenstange bekannt, bei dem eine am dem Kolben gegenüberliegenden Zylinderboden befestigte massive Stange in die Kolbenstange hineinragt und in diese einschiebbar ist. Mittels Schleifkontakten kann über die innere Stange eine elektrische Verbindung zwischen Kolbenstange und Zylinderboden hergestellt werden. Auch hier ist die durch den Hydraulikraum verlaufende elektrische Verbindung einerseits stör- anderseits verschleißanfällig. From the Scriptures DE202009004673 is a cylinder / piston assembly with a hollow piston rod is known in which a solid rod attached to the cylinder bottom solid rod protrudes into the piston rod and is inserted into this. By means of sliding contacts, an electrical connection between piston rod and cylinder base can be made via the inner rod. Again, the running through the hydraulic space electrical connection on the one hand on the other hand susceptible to wear.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Zylinder/Kolben-Aggregat anzugeben, welches eine betriebssichere und störungsunanfällige Signalübertragung vom Ende der Kolbenstange zum abgewandten Ende des Hydraulikzylinders ermöglicht. It is therefore an object of the present invention to provide an improved cylinder / piston unit, which enables a reliable and trouble-free signal transmission from the end of the piston rod to the opposite end of the hydraulic cylinder.

Diese und weitere Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. These and other objects are achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments can be found in the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist bei einem Zylinder/Kolben-Aggregat der eingangs genannten Art ein durch den Zylinderraum verlaufendes Innenrohr vorgesehen, welches über eine Bohrung im Kolben in die zumindest abschnittsweise hohle Kolbenstange hineinragt und in diese teleskopisch einschiebbar ist. Hierbei ist das Innenrohr am Kolben und/oder der hohlen Kolbenstange gegenüber dem Zylinderraum abgedichtet und bildet zusammen mit der hohlen Kolbenstange einen hydraulikmittelfreien Innenraum, durch den eine Signalübertragung erfolgen kann. According to the invention, in a cylinder / piston unit of the type mentioned above, an inner tube extending through the cylinder space is provided, which protrudes into the at least partially hollow piston rod via a bore in the piston and can be pushed telescopically into it. Here, the inner tube is sealed to the piston and / or the hollow piston rod relative to the cylinder chamber and forms together with the hollow piston rod a hydraulic fluid-free interior through which a signal transmission can take place.

Der hydraulikmittelgefüllte Zylinderraum wird somit durch den das Innenrohr umgebenden Ringraum gebildet. Entsprechend ist der Kolben ringförmig ausgebildet und sowohl gegenüber der Zylinderinnenwand als auch dem Innenrohr gedichtet. Anstelle eines äußeren Kolbenringes zur Dichtung des Kolbens gegenüber der Zylinderinnenwand können Kolben und Kolbenstange selbstverständlich auch als sogenannter Tauchkolben ausgeführt und mittels einer sogenannten Stopfbuchsendichtung am Zylinderkopf gedichtet sein. The hydraulic fluid-filled cylinder space is thus formed by the annular space surrounding the inner tube. Accordingly, the piston is annular and sealed against both the cylinder inner wall and the inner tube. Instead of an outer piston ring for sealing the piston relative to the cylinder inner wall piston and piston rod can of course also be designed as a so-called plunger and sealed by means of a so-called stuffing box seal on the cylinder head.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung verläuft durch den hydraulikmittelfreien Innenraum eine drahtlose Signalübertragungsstrecke. Durch das Innenrohr ist eine solche drahtlose Übertragungsstrecke gut vor äußeren Störeinflüssen geschützt und ermöglicht somit eine sichere Datenübertragung durch das Zylinder/Kolben-Aggregat hindurch. Die drahtlose Signalübertragungsstrecke kann beispielsweise als optische Freiraumübertragungsstrecke, insbesondere Infrarotübertragungsstrecke, ausgebildet sein. Als solche ist sie einfach und kostengünstig realisierbar. In a particularly preferred embodiment of the present invention extends through the hydraulic fluid-free interior a wireless signal transmission path. By the inner tube such a wireless transmission path is well protected against external interference and thus enables secure data transmission through the cylinder / piston unit through. The wireless signal transmission path can be designed, for example, as an optical free-space transmission path, in particular an infrared transmission path. As such, it is simple and inexpensive to implement.

Während eine Kabelverbindung und auch eine Verbindung über Schleifkontakte anfällig für Signalunterbrechungen ist, beispielsweise verursacht durch Kabelbruch aufgrund von Materialermüdung durch häufiges Auseinander- und Zusammenziehen, oder aufgrund von Kontaktschwierigkeiten der Schleifkontakte, beispielsweise wegen Korrosion oder Abnutzung der Schleifkontakte, ist eine drahtlose Übertragung im hydraulikmittelfreien Innenraum sicher gegen Signalausfälle geschützt. Auch das Risiko eines Kurzschlusses, der durch Ermüdung verursacht wird, ist verringert. Außerdem kann durch eine einfache Modulation eine mehrkanalige Signalübertragung erreicht werden, was deutlich einfacher ist, als mehrere Schleifkontakte in der Kolbenstange anzubringen. Außerdem ist eine Drahtlosverbindung im Vergleich zu Schleifkontakten mit geringerem technischem Aufwand verbunden. While a cable connection and also a connection via sliding contacts is susceptible to signal interruptions, for example caused by cable breakage due to material fatigue due to frequent disassembly and contraction, or due to contact difficulties of the sliding contacts, for example due to corrosion or wear of the sliding contacts, is a wireless transmission in the hydraulic fluid-free interior safely protected against signal loss. Also, the risk of a short circuit caused by fatigue is reduced. In addition, a multi-channel signal transmission can be achieved by a simple modulation, which is much easier than to install several sliding contacts in the piston rod. In addition, a wireless connection is associated with less technical effort compared to sliding contacts.

Zusätzlich oder alternativ kann durch den hydraulikmittelfreien Innenraum eine elektrische Leitung verlegt sein. Diese ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sich die Länge der elektrischen Leitung automatisch an den Hubweg des Kolbens anpasst. Dies lässt sich vorzugsweise mittels eines Spiralkabels realisieren. Eine solche elektrische Leitung kann grundsätzlich auch einer Datenübertragung durch das Zylinder/Kolben-Aggregat hindurch dienen, in Kombination mit einer drahtlosen Signalübertragungsstrecke kann jedoch die elektrische Leitung als reine elektrische Versorgungsleitung zur Strom- bzw. Spannungsversorgung einer am entfernten Ende der Kolbenstange angeordneten elektrischen Schaltung, beispielsweise eines Senders/Empfängers und/oder eines Sensors mit zugehöriger Steuerschaltung, ausgebildet sein. Additionally or alternatively, an electrical line can be laid by the hydraulic fluid-free interior. This is preferably designed so that the length of the electrical line automatically adapts to the stroke of the piston. This can preferably be done by means of a Realize spiral cables. Such an electrical line can in principle also serve for data transmission through the cylinder / piston unit, but in combination with a wireless signal transmission path, the electrical line can be used as a pure electrical supply line for supplying power to an electrical circuit arranged at the distal end of the piston rod. For example, a transmitter / receiver and / or a sensor with associated control circuit, be formed.

Alternativ zu einer durch den hydraulikmittelfreien Innenraum verlaufenden elektrischen Versorgungsleitung können auch Mittel zur drahtlosen Energieübertragung zu einer am Ende der Kolbenstange angeordneten elektrischen Schaltung, beispielsweisen einem Sender/Empfänger und/oder einem Sensor mit jeweils zugehöriger Steuerschaltung, vorgesehen werden. As an alternative to a running through the hydraulic fluid-free interior electrical supply line and means for wireless energy transfer to a arranged at the end of the piston rod electrical circuit, for example, a transmitter / receiver and / or a sensor, each with associated control circuit, are provided.

Bei einer bevorzugten Ausbildung ist am entfernten Ende der Kolbenstange ein Sensor angeordnet, insbesondere ein Kraftsensor, der ein stützkraftabhängiges Signal erzeugt, welches durch den hydraulikmittelfreien Innenraum übertragen wird. Das Zylinder/Kolben-Aggregat kann somit in einer hydraulischen Stütze einer mobilen Arbeitsmaschine eingesetzt werden und ermöglicht eine Überwachung der über die Stütze übertragenen Abstützkräfte. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Sensor und eine zugehörige Steuerschaltung, insbesondere Mikrocontroller, über eine durch den hydraulikmittelfreien Innenraum verlaufende elektrische Versorgungsleitung – oder alternativ drahtlos – mit Betriebsspannung versorgt werden. Somit werden keine ungeschützt außerhalb der Stütze verlaufenden elektrischen Leitungen benötigt und Sensor und Steuerschaltung sind gut vor externen Einflüssen und Beschädigungen geschützt. In a preferred embodiment, a sensor is arranged at the distal end of the piston rod, in particular a force sensor which generates a support force-dependent signal, which is transmitted through the hydraulic fluid-free interior. The cylinder / piston unit can thus be used in a hydraulic support of a mobile work machine and allows monitoring of the transmitted over the support support forces. In this case, it is particularly advantageous if the sensor and an associated control circuit, in particular a microcontroller, are supplied with operating voltage via an electrical supply line extending through the hydraulic medium-free interior, or alternatively wirelessly. Thus, no unprotected running outside the support electrical lines are needed and sensor and control circuit are well protected against external influences and damage.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung auch eine hydraulische Stütze zur Abstützung von Arbeitsmaschinen, mit einem Zylinder/Kolben-Aggregat der vorstehend genannten Art. Am Ende der Kolbenstange wird hierbei ein Stützenfuß angeordnet, wobei in den Stützenfuß oder die Kolbenstange ein Kraftsensor zur Bestimmung auf die Stütze wirkender Stützkräfte integriert ist. Der Kraftsensor ist dabei über den hydraulikmittelfreien Innenraum auslesbar. In particular, the present invention also relates to a hydraulic support for supporting work machines, with a cylinder / piston unit of the type mentioned above. At the end of the piston rod a column foot is arranged, wherein in the column foot or the piston rod, a force sensor for determining the support acting supporting forces is integrated. The force sensor can be read out via the hydraulic fluid-free interior.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der nachfolgenden Ausführungsbeispiele anhand der Figuren; dabei zeigt: Further advantages and features of the present invention will become apparent from the description of the following embodiments with reference to the figures; showing:

1 eine schematische Ansicht eines Kranfahrzeugs mit seitlichen Stützauslegern und hydraulischen Stützen, bei dem die vorliegende Erfindung zum Einsatz kommt, 1 a schematic view of a crane vehicle with lateral support arms and hydraulic supports, in which the present invention is used,

2 einen Längsschnitt durch ein Zylinder/Kolben-Aggregat und 2 a longitudinal section through a cylinder / piston unit and

3 ein Blockschaltbild einer Infrarotübertragungsstrecke. 3 a block diagram of an infrared transmission path.

Das in 1 schematisch gezeigte Kranfahrzeug weist seitlich ausgefahrene Stützausleger 1 auf, an deren freiem Ende jeweils eine hydraulische Stütze angeordnet ist. Die vertikal verlaufende hydraulische Stütze umfasst einen Hydraulikzylinder 2 mit einer nach unten gerichteten Kolbenstange 3, an deren unterem Ende ein Gelenkkopf 5 angeordnet ist. Innerhalb der Kolbenstange 3 ist oberhalb des Gelenkkopfs 5 ein Kraftsensor 4 integriert, mit dessen Hilfe ein zu einer Stützkraft proportionales oder zumindest von einer Stützkraft abhängiges Messsignal erzeugt werden kann. Ein solcher Kraftsensor wird häufig auch als Kraftaufnehmer bezeichnet. Der Gelenkkopf 5 bildet eine kugelgelenkige Verbindung zu einem Stützfuß 6, indem der Gelenkkopf 5 von einer an dem Stützfuß 6 ausgebildeten Gelenkpfanne aufgenommen wird. This in 1 schematically shown crane vehicle has laterally extended support boom 1 on, at the free end of each hydraulic support is arranged. The vertical hydraulic support comprises a hydraulic cylinder 2 with a downwardly directed piston rod 3 , at the lower end of a condyle 5 is arranged. Inside the piston rod 3 is above the condyle 5 a force sensor 4 integrated, by means of which a proportional to a support force or at least dependent on a support force measurement signal can be generated. Such a force sensor is often referred to as a force transducer. The condyle 5 forms a ball-joint connection to a support foot 6 by the condyle 5 from one to the support foot 6 trained joint socket is recorded.

Die Stützausleger 1 sind in herkömmlicher Weise seitlich ausfahrbar oder ausschwenkbar, sodass das Kranfahrzeug bei ausgefahrenen bzw. ausgeschwenkten Stützauslegern durch Ausfahren der Hydraulikzylinder 2 seitlich abgestützt werden kann. Zum Transport werden die Stützausleger hingegen in eine Transportstellung eingeschoben oder eingeschwenkt. The support arms 1 are laterally extendable or swung out in a conventional manner, so that the crane vehicle with extended or swung-out support arms by extending the hydraulic cylinder 2 can be supported laterally. For transport, however, the support arms are pushed or pivoted into a transport position.

Der in das Ende der Kolbenstange 3 integrierte Kraftsensor 4 kann beispielsweise innerhalb einer am unteren Ende der Kolbenstange 3 ausgeformte Aufnahmebuchse angeordnet sein, in die ein in der Buchse beweglicher Zapfen „schwimmend“ eingesetzt ist, an dessen unterem Ende sich der Gelenkkopf 5 befindet. Eine solche Ausführung ist beispielsweise in der Patentanmeldung DE 10 2016 104 502 der Anmelderin gezeigt, auf die, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird. The in the end of the piston rod 3 integrated force sensor 4 for example, within one at the lower end of the piston rod 3 be formed shaped receptacle, in which a movable pin in the socket "floating" is inserted, at the lower end of the condyle 5 located. Such an embodiment is for example in the patent application DE 10 2016 104 502 the applicant, to which reference is made in order to avoid unnecessary repetition.

Wesentlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist, dass Messwerte des Kraftsensors 4 durch Kolbenstange 3 und Hydraulikzylinder 2 hindurch zu einer am Stützausleger 1 oder innerhalb des Kranfahrzeugs, jedenfalls zumindest entfernt von Kolbenstangenende und Stützfuß 6, angeordneten Auswerteeinrichtung übertragen werden bzw. von dieser auslesbar sind. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt die Übertragung der Messwerte von dem Kraftsensor 4 durch einen hydraulikmittelfreien Innenraum, der von der zu diesem Zweck zumindest abschnittsweise hohl ausgeführten Kolbenstange 3 und einem teleskopisch in diese einschiebbaren Innenrohr 8 gebildet wird, welches den Zylinderraum in Längsrichtung durchdringt. Essential in the context of the present invention is that measured values of the force sensor 4 by piston rod 3 and hydraulic cylinders 2 through to one on the support boom 1 or within the crane vehicle, at least at least removed from the piston rod end and support leg 6 , arranged evaluation are transmitted or can be read from this. According to one aspect of the present invention, the transmission of the measured values takes place from the force sensor 4 by a hydraulic fluid-free interior, of the at least partially hollow executed for this purpose piston rod 3 and a telescopic in this insertable inner tube 8th is formed, which penetrates the cylinder space in the longitudinal direction.

Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Zylinder/Kolben-Aggregats mit hydraulikmittelfreiem Innenraum ist in 2 in einem Längsschnitt gezeigt. Das Zylinder/Kolben-Aggregat umfasst einen Hydraulikzylinder 2, in dessen hydraulikmittelgefülltem Zylinderraum ein in diesem längsbeweglicher Kolben 7 angeordnet ist. Der Kolben 7 ist über ein oder mehrere äußere Kolbenringe (nicht gezeigt) gegenüber der Innenwand des Hydraulikzylinders in herkömmlicher Weise gedichtet. Am Kolben 7 ist die nach unten weisende Kolbenstange 3 angeordnet und ragt am Zylinderkopf über eine entsprechende bodenseitige Öffnung im Hydraulikzylinder 2, die ebenfalls mit einer Hydraulikdichtung und/oder Abstreifern versehen sein kann, aus diesem nach unten heraus. Durch Druckbeaufschlagung bzw. Zuführen von Hydraulikmittel in den Hydraulikraum oberhalb des Kolbens 7 wird die Kolbenstange 3 ausgefahren, durch Ablassen von Hydraulikmittel aus dem oberen Hydraulikraum bzw. Zuführen von Hydraulikmittel in den Hydraulikraum unterhalb des Kolbens 7 wieder eingefahren. An embodiment of such a cylinder / piston unit with hydraulic fluid-free interior is in 2 shown in a longitudinal section. The cylinder / piston unit comprises a hydraulic cylinder 2 , in the hydraulic fluid-filled cylinder space in this longitudinally movable piston 7 is arranged. The piston 7 is sealed via one or more outer piston rings (not shown) with respect to the inner wall of the hydraulic cylinder in a conventional manner. On the piston 7 is the downwardly pointing piston rod 3 arranged and protrudes on the cylinder head via a corresponding bottom-side opening in the hydraulic cylinder 2 , which may also be provided with a hydraulic seal and / or scrapers, down out of this. By pressurizing or supplying hydraulic fluid into the hydraulic space above the piston 7 becomes the piston rod 3 extended by discharging hydraulic fluid from the upper hydraulic chamber or supplying hydraulic fluid into the hydraulic chamber below the piston 7 retracted again.

Die Kolbenstange 3 ist abschnittsweise, nämlich von dem an ihrem unteren Ende angeordneten Kraftsensor 4 bis hin zum Kolben 7 mit einer mittigen Längsbohrung 3‘ versehen, die sich auch durch den Kolben 7 in Längsrichtung hindurch erstreckt. Mit anderen Worten, die Kolbenstange 3 ist innen hohl. Im Inneren des Hydraulikzylinders 2 ist außerdem ein zentrisch entlang seiner Längsachse verlaufendes Innenrohr 8 angeordnet, welches teleskopisch in die mittige Längsbohrung 7‘ im Kolben 7 und weiter in die zentrale Längsbohrung 3‘ der Kolbenstange 3 hineinragt. Gegenüber der Längsbohrung 7‘ bzw. dem Kolben 7 ist das Innenrohr 8 über eine in den Kolben 7 eingesetzte Hydraulikdichtung 9, beispielsweise einem inneren Kolbenring, gleitend gedichtet. Das Innenrohr 8 wird somit bei einem Einfahren des Kolbens 7 teleskopisch in die innen hohle Kolbenstange 3 eingeschoben. The piston rod 3 is in sections, namely of the arranged at its lower end force sensor 4 right up to the piston 7 with a central longitudinal bore 3 'provided, which also by the piston 7 extends in the longitudinal direction. In other words, the piston rod 3 is hollow inside. Inside the hydraulic cylinder 2 is also a centrally extending along its longitudinal axis inner tube 8th arranged, which telescopically into the central longitudinal bore 7 'in the piston 7 and further into the central longitudinal bore 3 'the piston rod 3 protrudes. Opposite the longitudinal bore 7 'or the piston 7 is the inner tube 8th about one in the piston 7 used hydraulic seal 9 , For example, an inner piston ring, sliding sealed. The inner tube 8th is thus at a retraction of the piston 7 telescopic into the inside hollow piston rod 3 inserted.

Am oberen Ende des Hydraulikzylinders 2 ist das Innenrohr 8 über eine entsprechende Bohrung nach außen geführt und dort befestigt. Eine Dichtung 10 dichtet die Verbindung zwischen Innenrohr 8 und der Austrittsbohrung am oberen Ende des Hydraulikzylinders. Die Längsbohrungen 3‘, 7‘ durch Kolben 7 und Kolbenstange 3 bilden zusammen mit dem teleskopisch in diese einschiebbaren Innenrohr 8 einen hydraulikmittelfreien, gegenüber dem Hydraulikraum des Hydraulikzylinders 2 fluidisch gedichteten Innenraum, durch den Messsignale des Kraftsensors 4 übertragen werden. At the upper end of the hydraulic cylinder 2 is the inner tube 8th passed through a corresponding bore to the outside and fastened there. A seal 10 seals the connection between the inner tube 8th and the exit hole at the upper end of the hydraulic cylinder. The longitudinal bores 3 ' 7 by piston 7 and piston rod 3 form together with the telescopic in this insertable inner tube 8th a hydraulic fluid-free, with respect to the hydraulic space of the hydraulic cylinder 2 fluidically sealed interior, by the measuring signals of the force sensor 4 be transmitted.

Im Ausführungsbeispiel verläuft durch den hydraulikmittelfreien Innenraum eine Infrarotübertragungsstrecke, die von einem Infrarotsensender 20, einem Infrarotempfänger 21, einer senderseitigen Steuerschaltung 22 und einer empfängerseitigen Steuerschaltung 23 gebildet wird. Die Stromversorgung für den am unteren Ende der Kolbenstange 3 angeordneten Kraftsensor 4, den Infrarotsender 20 und die zugehörige Steuerschaltung 22 erfolgt über ein ebenfalls durch den hydraulikmittelfreien Innenraum geführtes Spiralkabel 11, welches als Versorgungsleitung dient. Am oberen Ende des Innenrohres 8 treten ein mit dem Spiralkabel 11 verbundener Anschluss 12, der mit einer Stromquelle verbunden wird, und ein mit der empfängerseitigen Steuerschaltung 23 verbundener Signalanschluss 13 für die Messsignale des Kraftsensors 4 aus. Der Signalanschluss 13 wird direkt oder über weitere Schaltungsteile mit einer Auswerteeinrichtung verbunden, während der Stromanschluss 12 wie erwähnt mit einer Stromquelle verbunden wird. In the exemplary embodiment extends through the hydraulic fluid-free interior an infrared transmission path, the infrared transmitter 20 , an infrared receiver 21 , a transmitter-side control circuit 22 and a receiver-side control circuit 23 is formed. The power supply for the at the bottom of the piston rod 3 arranged force sensor 4 , the infrared transmitter 20 and the associated control circuit 22 via a likewise guided through the hydraulic fluid-free interior spiral cable 11 , which serves as a supply line. At the upper end of the inner tube 8th enter with the spiral cable 11 connected connection 12 which is connected to a power source, and one to the receiver side control circuit 23 connected signal connection 13 for the measuring signals of the force sensor 4 out. The signal connection 13 is connected directly or via other circuit parts with an evaluation device, while the power connector 12 as mentioned, connected to a power source.

Anstelle einer durch den hydraulikmittelfreien Innenraum geführten Versorgungsleitung 11 kann natürlich auch eine autarke Stromversorgung mittels Batterie o.ä. vorgesehen sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine drahtlose Energieübertragung vorzusehen. Eine solche Energieübertragungsstrecke umfasst einem (Mikro-)Wellengenerator gekoppelt mit einem Transmitter im Stützenfuß 6. Auf Seiten des Sensors 4 bzw. der zugehörigen Steuerschaltung 22 werden ein Mikrowellen-Empfänger und ein Gleichrichter vorgesehen, die die übertragene Mikrowellenenergie in eine Gleichspannung für die Versorgung von Sensor 4 und Steuerschaltung 22 umwandeln. Instead of a guided through the hydraulic fluid-free interior supply line 11 Of course, a self-sufficient power supply by means of battery or similar. be provided. Another possibility is to provide wireless energy transfer. Such an energy transmission path comprises a (micro) wave generator coupled with a transmitter in the column foot 6 , On the side of the sensor 4 or the associated control circuit 22 a microwave receiver and a rectifier are provided which convert the transmitted microwave energy into a DC voltage for the supply of the sensor 4 and control circuit 22 convert.

Ein Blockschaltbild einer Infrarotübertragungsstrecke, wie sie im Inneren des hydraulikmittelfreien Innenraums zum Einsatz kommt, ist schematisch in 3 gezeigt. Das vom Sensor 4 aus 2 kommende stützlastabhängige analoge Messsignal wird auf den Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 22a gegeben. Die digitalen Ausgänge des Analog-Digital-Wandlers 22a sind mit einer sendeseitigen Steuerschaltung 22b verbunden, an die ein Infrarotsender 20, beispielsweise in Form einer Infrarotleuchtdiode, angeschlossen ist. Die senderseitige Steuerschaltung 22b wandelt die vom Analog-Digital-Wandler 22a kommenden Digitalsignale unter Verwendung eines entsprechenden Übertragungsprotokolls in digitale Nachrichtensignale, die von dem Infrarotsender 20 in Form kurzer Lichtimpulse über die Freiraumübertragungsstrecke 24 zu einem Infrarotempfänger 21 gesendet werden. A block diagram of an infrared transmission path, as used in the interior of the hydraulic fluid-free interior, is shown schematically in FIG 3 shown. That of the sensor 4 out 2 incoming load-dependent analog measurement signal is applied to the input of an analog-to-digital converter 22a given. The digital outputs of the analog-to-digital converter 22a are with a transmission-side control circuit 22b connected to an infrared transmitter 20 , For example, in the form of an infrared light emitting diode connected. The transmitter-side control circuit 22b converts from the analog-to-digital converter 22a incoming digital signals using a corresponding transmission protocol into digital message signals transmitted by the infrared transmitter 20 in the form of short pulses of light over the free space transmission path 24 to an infrared receiver 21 be sent.

Der Infrarotempfänger 21, beispielsweise in Form einer infrarotempfindliche Fotodiode, ist an eine empfängerseitige Steuerschaltung 23a angeschlossen, die die vom Infrarotempfänger 21 empfangenen und in elektrische Signale umgesetzten Lichtimpulse anhand des verwendeten Übertragungsprotokolls auswertet und die übertragenen Digitaldaten, welche das Messsignal des Kraftsensors 4 repräsentieren, extrahiert. Diese können dann optional über einen entsprechenden Digitalausgang der empfängerseitigen Steuerschaltung 23a an einen Digital-Analog-Konverter 23b gegeben werden, der daraus wieder ein analoges Messsignal erzeugt, das dem ursprünglich vom Kraftsensor 4 abgegebenen Messsignal entspricht. Alternativ kann selbstverständlich auch das digitalisierte Messsignal an der Datenleitung 13 am oberen Ende des Hydraulikzylinders 2 zur weiteren Verarbeitung in einer Auswerteeinrichtung ausgegeben werden, oder das Signal kann in verschiedene andere Digitalsignalarten konvertiert werden. The infrared receiver 21 , for example in the form of an infrared-sensitive photodiode, is connected to a receiver-side control circuit 23a connected, that of the infrared receiver 21 received and converted into electrical signals converted light pulses based on the transmission protocol used and the transmitted digital data, which is the measurement signal of the force sensor 4 represent, extracted. These can then optionally via a corresponding digital output of the receiver-side control circuit 23a to a digital-to-analog converter 23b be given, which again produces an analog measurement signal, which originally from the force sensor 4 delivered measured signal corresponds. Alternatively, of course, the digitized measurement signal on the data line 13 at the top of the hydraulic cylinder 2 for further processing in an evaluation device, or the signal can be converted into various other digital signal types.

Alternativ zu einer Infrarotübertragungsstrecke wie vorstehend erläutert können auch andere optische Freiraumübertragungsverfahren, beispielsweise im sichtbaren Spektralbereich, eingesetzt werden. Darüber hinaus sind auch andere drahtlose Signalübertragungsverfahren wie etwa eine im Hochfrequenzbereich arbeitende kurzreichweitige Funkübertragung denkbar. Auch eine akustische Signalübertragung durch den hydraulikmittelfreien Innenraum, beispielsweise im Ultraschallbereich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. As an alternative to an infrared transmission path as explained above, it is also possible to use other optical free space transmission methods, for example in the visible spectral range. In addition, other wireless signal transmission methods, such as a high-frequency range short-range radio transmission conceivable. An acoustic signal transmission through the hydraulic means-free interior, for example in the ultrasonic range is possible in the context of the present invention.

Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Signalübertragung zwischen Sensor 4 und Auswerteeinrichtung unidirektional, so dass lediglich Messwerte des Sensors 4 zur Auswerteeinrichtung übertragen werden können. Möglich und im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit umfasst ist jedoch auch eine bidirektionale Signalübertragung, so dass auch Steuerbefehle und Bestätigungen an den Sensor 4 und dessen zugehörige Steuerschaltung 22 übertragen werden können. In diesem Falle wären sowohl auf der Seite des Sensors 4 als auch auf der entfernten Seite des Hydraulikzylinders jeweils ein Sender und Empfänger mit zugehörigen Steuerschaltungen angeordnet. In the exemplary embodiment, the signal transmission between sensor takes place 4 and evaluation unidirectional, so that only measured values of the sensor 4 can be transmitted to the evaluation. However, possible and within the scope of the present invention also includes a bidirectional signal transmission, so that also control commands and acknowledgments to the sensor 4 and its associated control circuit 22 can be transmitted. In this case, both would be on the side of the sensor 4 as well as arranged on the remote side of the hydraulic cylinder each have a transmitter and receiver with associated control circuits.

Eine Duplex-Übertragungsstrecke bietet den Vorteil, dass hierdurch mittels einer ‚Acknowledgment-Funktion‘ eine vollständige bzw. fehlerfreie Übertragung sichergestellt werden kann. Ein Beispiel für eine solche Acknowledgment-Funktion wäre folgende Kommunikation: Der Sender schickt Signale in Form eines Datenpakets aus (z.B. Wert: 12345, binärer Wert: 011000000111001, Anzahl von gesendeten Bits: 15). Nachdem das Signal erhalten wurde, schickt der Empfänger ein Signal an den Sender zurück und ermittelt, wie viele Bits (hier: 15) erhalten wurden. Der Sender überprüft, ob alle Werte (15 Bits) vollständig übertragen wurden. Falls ja schickt der Sender das nächste Signal, falls nicht wird das fehlerhaft empfangene Paket erneut geschickt. A duplex transmission path has the advantage that this can be ensured by means of an 'acknowledgment function' a complete or error-free transmission. An example of such an acknowledgment function would be the following communication: The transmitter sends out signals in the form of a data packet (e.g., value: 12345, binary value: 011000000111001, number of bits sent: 15). After the signal has been received, the receiver sends back a signal to the transmitter and determines how many bits (here: 15) were received. The transmitter checks if all values (15 bits) have been completely transmitted. If so, the sender sends the next signal, if not, the erroneously received packet is resent.

Im Rahmen des vorliegenden Ausführungsbeispiels dient das Spiralkabel 11, welches ebenfalls durch den hydraulikmittelfreien Innenraum des Zylinder/Kolben-Aggregats geführt ist, lediglich der Stromversorgung von Sensor 4 und Steuerschaltung 22. Die drahtlose Signalübertragung der Messsignale durch den hydraulikmittelfreien Innenraum des Zylinder/Kolben-Aggregats gewährleistet jedoch eine besonders robuste und störungsunanfällige Auslesung des Sensors 4, wie auch eine galvanische Entkopplung der nachfolgenden Auswerteeinrichtung an Bord des Kranfahrzeugs vom auf der Erde lastenden Stützenfuß 6. Alternativ zu einer drahtlosen Signalübertragung ist selbstverständlich neben einer kabelgebundenen Stromversorgung auch eine Signalübertragung durch eine entsprechende durch den hydraulikmittelfreien Innenraum verlaufende Signalleitung möglich und im Rahmen der vorliegenden Erfindung mitumfasst. In the context of the present embodiment, the spiral cable is used 11 , which is also guided by the hydraulic fluid-free interior of the cylinder / piston unit, only the power supply of the sensor 4 and control circuit 22 , However, the wireless signal transmission of the measuring signals through the hydraulic fluid-free interior of the cylinder / piston unit ensures a particularly robust and trouble-free reading of the sensor 4 as well as a galvanic decoupling of the following evaluation device on board the crane vehicle from the supporting on the ground pillar base 6 , As an alternative to wireless signal transmission, of course, in addition to a wired power supply, signal transmission through a corresponding signal line passing through the hydraulic-fluid-free interior is also possible and included within the scope of the present invention.

Als Kraftsensor 4 kann beispielsweise eine Kraftmessdose zum Einsatz kommen. Eine solche dient als Kraftaufnehmer zur Messung von Druckkräften und kann beispielsweise durch einen Federkörper-Kraftaufnehmer mit Ringtorsionsfeder gebildet werden. Hierbei ist innerhalb der Kraftmessdose ein torusförmiger Verformungskörper angeordnet, der an seiner Innenseite mit Kraft beaufschlagt und an seiner Außenseite am Gegenlager der Kraftmessdose befestigt ist. Durch die Belastung erfährt die Ringtorsionsfeder eine Torsion, durch die sie an der Oberseite gestaucht und an der Unterseite gestreckt wird. Über Dehnmessstreifen, die an der Ober- und Unterseite der Ringtorsionsfeder befestigt sind, kann diese Verformung gemessen werden. Bei einer anderen Bauform kann die Kraftmessdose auch durch einen Hohlkörper-Dehnzylinder gebildet werden. Neben Federkörper-Kraftaufnehmern mit Dehnmessstreifen können auch andere Arten von Kraftaufnehmern, wie etwa Piezo-Kraftaufnehmer oder Widerstandskraftaufnehmer, im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. As a force sensor 4 For example, a load cell can be used. Such serves as a load cell for the measurement of compressive forces and can be formed for example by a spring body load cell with ring torsion spring. Here, a toroidal deformation body is disposed within the load cell, which is acted upon on its inner side with force and attached to its outer side on the thrust bearing of the load cell. Due to the load, the ring torsion spring undergoes a torsion, by which it is compressed at the top and stretched at the bottom. About strain gauges, which are attached to the top and bottom of the ring torsion spring, this deformation can be measured. In another design, the load cell can also be formed by a hollow body expansion cylinder. In addition to spring body force transducers with strain gauges, other types of force transducers, such as piezo force transducers or resistance force transducers, can be used in the context of the present invention.

Eine entsprechende elektrische Schaltung und Auswerteeinrichtung zum Auslesen des Kraftaufnehmers kann entweder extern angeordnet und über entsprechende, durch den hydraulikmittelfreinen Innenraum des Zylinder/Kolben-Aggregats geführte elektrische Signalleitungen mit dem Kraftaufnehmer verbunden sein oder alternativ oberhalb des Kraftaufnehmers in einem darüber befindlichen Aufnahmeraum angeordnet sein. A corresponding electrical circuit and evaluation device for reading the force transducer can either be arranged externally and be connected via appropriate, guided by the hydraulic fluid-free interior of the cylinder / piston unit electrical signal lines to the force transducer or alternatively be located above the force transducer in an overlying receiving space.

Ein Zylinder/Kolben-Aggregat der vorstehend beschriebenen Art kann als Stützenbauteil bei allen Arten von Arbeitsmaschinen, insbesondere bei mobilen Arbeitsgeräten, bei denen eine Abstützung erforderlich ist, zum Einsatz kommen. A cylinder / piston assembly of the type described above can be used as a support member in all types of work machines, especially in mobile work equipment where support is required.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202014000335 U1 [0002]
DE 202009004673 [0004]
DE 102016104502 [0021]

Claims

Cylinder / piston assembly, in particular for a support, comprising a hydraulic cylinder ( 2 ) with a cylinder space and a longitudinally movable piston ( 7 ), which has a piston rod ( 3 ), wherein the piston rod ( 3 ) is at least partially hollow, characterized by an extending through the cylinder chamber inner tube ( 8th ), which has a bore ( 7 ' ) in the piston ( 7 ) in the at least partially hollow piston rod ( 3 ) and in this telescopically insertable, wherein the inner tube ( 8th ) on the piston ( 7 ) and / or the hollow piston rod ( 3 ) is sealed relative to the cylinder chamber and forms with this a hydraulic fluid-free interior.

Cylinder / piston unit according to claim 1, in which by the hydraulic means-free interior a wireless signal transmission path ( 24 ) runs.

Cylinder / piston assembly according to claim 2, wherein the signal transmission path ( 24 ) is designed as an optical free space transmission path, in particular infrared transmission path.

Cylinder / piston unit according to one of the preceding claims, in which by the hydraulic means-free interior an electrical line ( 11 ) runs.

Cylinder / piston unit according to claim 4, wherein the electrical line is designed as a spiral cable.

Cylinder / piston assembly according to claim 4 or 5, wherein the electrical line is a pure electrical supply line.

Cylinder / piston assembly according to one of claims 1 to 3, wherein means for wireless energy transfer to one at the end of the piston rod ( 3 ) arranged electrical circuit ( 4 . 22 ) are provided.

Cylinder / piston unit according to one of the preceding claims, in which at the end of the piston rod ( 3 ) a sensor ( 4 ), in particular force sensor, is arranged, which generates a support force-dependent signal, which is transmitted through the hydraulic fluid-free interior.

Cylinder / piston assembly according to claim 7, wherein the sensor ( 4 ) and an associated control circuit ( 22 ), in particular microcontroller, via an electrical supply line extending through the hydraulic medium-free interior ( 11 ) are supplied with operating voltage.

Hydraulic support for the support of working machines, comprising a cylinder / piston assembly according to one of the preceding claims, a column foot arranged at the end of the piston rod ( 6 ) and with one in column foot ( 6 ) or piston rod ( 3 ) integrated force sensor ( 4 ) for determination on the support ( 2 . 3 ) supporting forces, wherein the force sensor ( 4 ) is read out via the hydraulic fluid-free interior.